基于多头绒泡菌的交通网络设计算法的研究

【摘要】交通网络在人们的日常生活中发挥着重要的作用。近几年,随着城市的扩张,越来越多的人涌入城市,城市内部的交通需求越来越大。另外,随着居民收入的升高,城市之间的社会活动日渐频繁。随着城市人口与私家车的迅速增加,城市交通遇到了前所未有的困难与挑战。交通拥堵现象日益严重,不仅造成了资源的浪费,同时对环境产生了严重的污染。在交通系统中,道路的设计、建设和使用,对用户行为有着重要的影响。合理的交通系统能够在一定程度上减轻道路拥堵现象。因此,如何设计高效,费用低,容错率高的网络成为摆在我们面前的一个亟待解决的问题。根据最近的研究发现,一种名为多头绒泡菌(Physarumpolycephalum)的单细胞生物在网络设计、分析与优化方面展现出了惊人的智能特性。在生物实验中,它所设计出的连接各食物源的觅食管道网络在成本、效率和容错性等方面都堪比实际的东京铁路网络。因此,本文提出了基于智能仿生对象-多头绒泡菌的网络优化机理,构提出了构建交通网络的模型。本文首先对多头绒泡菌路径寻优模型进行了拓展,提出了有向网络中的多头绒泡菌路径寻优模型。基于此模型,结合用户的需求情况,建立了路网设计模型,并且将其应用到Mexio路网,中国高速路网以及供应链网络的设计当中。最后,通过具体的参数指标对构建的网络进行了评估。具体来说,本文的工作可以分为以下几个部分：(1)将多头绒泡菌路径寻优模型扩展到有向网络中针对原有模型仅仅适用于无向网络的缺陷,我们对其进行了拓展。通过修改基尔霍夫定律,嵌入检查程序(一旦发现边的方向信息与对应的节点压力信息不符时,我们将这条边的流量修改为0),我们建立了多头绒泡菌解决有向网络路径寻优的模型。同时,我们证明了该模型的收敛性,并且与Dijkstra算法进行了对比。(2)基于多头绒泡菌的最短路径树算法基于有向网络中的多头绒泡菌模型,我们进一步进行了改进。我们将最短路径树中的根节点当作起点,其他的节点当作终点,利用多头绒泡菌算法解决了最短路径树问题。通过在网络上的测试,多头绒泡菌模型得到的结果有效。(3)在动态网路中,基于多头绒泡菌的最短路径树模型在实际中,网络的权重会随着时间而发生变化,因此,在这种情况下,如何重建最短路径树成为一个值得研究的问题。针对传统算法的缺陷,我们从权重增加、权重减少以及权重混合变化三个方面研究了多头绒泡菌算法的自适应性。我们通过在不同的网络上测试之后并且与其他算法相比较,实验结果表明我们提出的算法准确有效。(4)基于多头绒泡菌的路网设计模型多头绒泡菌在觅食的过程中,既要消耗能量,又会从周围的环境中摄取能量,因此,它在不断调整自身的网络结构使之达到最优。利用该机制,我们基于初始的O-D需求,我们通过多头绒泡菌算法迭代一次,记录此时的流量矩阵,再利用多头绒泡菌模型进行优化。我们成功的将该模型应用到Mexico路网以及中国高速路网,通过过滤流量阈值的方式构建了不同的网络拓扑结构。另外,我们通过相关的参数分析了这些网络的优劣。(5)将多头绒泡菌应用到供应链网络设计在供应链网络中,网络中边的花费会随着流量的大小而变化。我们充分利用了多头绒泡菌流量变化的连续性以及多头绒泡菌的自适应性来求解该问题。
【作者】张晓革；
【导师】邓勇；
【作者基本信息】西南大学，计算机应用技术，2014，硕士
【关键词】多头绒泡菌；路网设计；路径寻优；自适应性；

【参考文献】
[1]吴琦.中国工商银行松原分行信用风险管理分析[D].吉林大学,工商管理,2012,硕士.
[2]王欣.WIMAX系统基站MAC层研究与实现[D].西安电子科技大学,电子与通信工程,2012,硕士.
[3]于美丽.基于ADAMS外骨骼康复机械手的设计和仿真分析[D].青岛大学,机械电子工程,2012,硕士.
[4]高囡.MoS_2/C复合物制备及在染料敏化太阳能电池对电极中应用[D].大连理工大学,无机化学,2013,硕士.
[5]张生昌,张玉林,方志明,柯愈龙.气液比对转子式油气混输泵球阀滞后角的影响[J].石油矿场机械,2013,02:26-28.
[6]纪悦生.论文化阐释与翻译[D].上海外国语大学,俄语语言文学,2013,硕士.
[7]蔡燕茹.英汉学习型词典中情感隐喻的呈现[D].广东外语外贸大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[8]张敏.大众文化语境下的电影形式—微电影研究[D].陕西科技大学,设计艺术学,2013,硕士.
[9]陆美艳.卡马西平缓释微球的制备和体外释药性能研究[D].东北大学,生物化工,2009,硕士.
[10]段保林.大开口逆作法在基坑工程中的应用研究[D].西安工业大学,建筑与土木工程,2014,硕士.
[11]范丽敏.传统绘画与数码艺术之间的关系[D].西安美术学院,美术学,2014,硕士.
[12]陈湘湘.化学掺杂定向诱导Mg~(2+)离子固溶及对水泥熟料性能的影响[D].郑州大学,材料学,2013,硕士.
[13]张来新.现代有机分析化学研究的新进展[J].化学工程师,2012,02:44-46+56.
[14]王承曙.最小熵褶积滤波的计算[J].石油地球物理勘探,1981,01:75-80.
[15]闫豫.民族院校普通本科人才培养模式研究[D].中南民族大学,教育经济与管理,2013,硕士.
[16]穆志巍.基于SDH的网络性能优化设计[D].东北石油大学,电气与通信工程（专业学位）,2013,硕士.
[17]牛建军.知识管理与企业信息化[D].辽宁工程技术大学,2004.
[18]申晚运.人民币汇率变动对我国物价水平的传递效应研究[D].暨南大学,金融学,2013,硕士.
[19]张炜.激励性银行监管：理论基石与政策反应[D].对外经济贸易大学,2005.
[20]尹松.干线公路重载交通沥青路面使用性能研究[D].郑州大学,道路与铁道工程,2013,硕士.
[21]周丹晨.面向网络化制造的资源共享服务平台构建原理与实施技术研究[D].四川大学,2004.
[22]李炳煌.电流互感器二次回路端子排的光纤温度传感监测系统设计[D].华侨大学,继电保护（专业学位）,2013,硕士.
[23]樊伟.新型吸附材料去除水中重金属污染物研究[D].中国疾病预防控制中心,2013.
[24]刘振兴.新型微机模拟励磁装置硬件设计与实现[D].湖南大学,电气工程,2011,硕士.
[25]王芳.自我名字的加工优势研究[D].西南大学,基础心理学,2014,硕士.
[26]陈慧民,任恒良.轨道交通电动车辆ONIX1500交流传动系统的分析研究[J].城市轨道交通研究.2002(04)
[27]于立凯.基于摄动分析的编组站仿真研究[D].北京交通大学,2014.
[28]陈思思.嫁接缓解菊花连作障碍机制初探[D].南京农业大学,园林植物与观赏园艺,2012,硕士.
[29]吴昭谦.四上九华始见奇──花台新景区考察纪实[J].江淮文史.1999(01)
[30]乔迪.宅基地使用权流转制度的构建[D].甘肃政法学院,民商法学,2012,硕士.
[31]郭昱君.刑事审判流程管理研究[D].郑州大学,法律,2013,硕士.
[32]陈宁宁.从英语定语从句看直接反馈和间接反馈对学生英语写作的影响[D].西安外国语大学,课程与教学论,2013,硕士.
[33]高宪文,李树江,柴天佑,张莉,宋海涛.超高功率电弧炉炼钢过程自动化的现状与展望[J].冶金自动化,1997,05:1-3+11.
[34]吴凯.电动汽车充放电站关键技术研究[D].上海电力学院,电力系统及其自动化,2014,硕士.
[35]李晓.Web挖掘技术[D].河海大学,2001.
[36]陆晓鸿.钝顶螺旋藻对磺胺类抗生素的敏感性和降解规律研究[D].浙江工商大学,环境工程,2014,硕士.
[37]张海平.复合山楂黄芪抗衰老保健饮料的研制及功能性研究[D].河南科技学院,农产品加工及贮藏工程,2012,硕士.
[38]涂剑成,赵庆良,杨倩倩.东北地区城市污水处理厂污泥中重金属的形态分布及其潜在生态风险评价[J].环境科学学报,2012,03:689-695.
[39]谢颖娇.单相光伏并网微型逆变器的研究[D].杭州电子科技大学,控制理论与控制工程,2014,硕士.
[40]石媛.中国古典园林月意象及其空间构建研究[D].中南林业科技大学,园林植物与观赏园艺,2013,硕士.
[41]张和宾.论海洋油污损害赔偿中的纯经济损失[D].大连海事大学,法律,2014,硕士.
[42]杨德志,许婧,廖小珍,何雨石,马紫峰.高性能Na_(2/3)[Ni_(1/3)Mn_(2/3)]O_2/石墨烯复合正极的制备及在常温钠离子电池中的应用[A].中国硅酸盐学会固态离子学分会.第17届全国固态离子学学术会议暨新型能源材料与技术国际研讨会论文集[C].中国硅酸盐学会固态离子学分会:,2014:1.
[43]李瑞.电动负载模拟器的控制系统研究[D].中北大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[44]张明.“金卡”工程技术(一)[J].深圳特区科技.1995(04)
[45]郭艳.周恩来民本思想研究[D].河南科技大学,马克思主义基本原理,2013,硕士.
[46]李明伟.幼儿美术欣赏“对话教学”的应用研究[D].首都师范大学,教育管理,2013,硕士.
[47]戴均.政治制度文明论[D].陕西师范大学,政治学理论,2004,硕士.
[48]傅义程.别隐品碱对兔缺血再灌注心脏跨室壁复极离散度的影响[D].中国人民解放军医学院,老年医学,2013,硕士.
[49]魏雅丽.基于稀疏表示的图像去噪方法研究[D].天津理工大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[50]MohammadEyakubAli.有机物料在中国典型土壤中的分解特征和机制[D].中国农业科学院,土壤学,2014,博士.