公园内道路设计问题(2012年 西安电子科技大学 B题)
% A$ Z# K- \- f& M- i# C: o西安某大学计划建一个形状为矩形或其他不规则图形的公园, 不仅为了美化校园环境, 也是想为其学生提供更的生活条件。公园计划有若干个入口, 现在你需要建立一个模型去设计道路让任意两个入口相连(可以利用公园四周的边, 即默认矩形的四条边上存在已经建好的道路, 此道路不计入道路总长), 使总的道路长度和最小, 前提要求是任意的两个入口之间的最短道路长不大于两点连线的1.4倍。 ' ~0 `' O6 w" Z/ F& O5 i( ~5 ]7 m
主要设计对象可假设为如图所示的矩形公园, 其相关数据为:长200米, 宽100米, 1至8各入口的坐标分别为:
& j% t# m) R# [6 {# ?$ oP1(20,0),P2(50,0),P3(160,0),P4(200,50),P5(120,100),P6(35,100),P7(10,100),P8(0,25). * C( |. j4 U+ \7 B! z
示意图见图1, 其中图2即是一种满足要求的设计, 但不是最优的。
1 n8 b1 Y1 N" v+ R/ ~现完成以下问题:
5 Y0 r5 c$ W9 f2 q5 `! S问题一:假定公园内确定要使用4个道路交叉点为:A(50,75), B(40,40), C(120,40), D(115,70)。问如何设计道路可使公园内道路的总路程最短。建立模型并给出算法。画出道路设计, 计算新修路的总路程。
! ~9 P/ F) Y3 @; d! [. i, C问题二:现在公园内可以任意修建道路, 如何在满足条件下使总路程最少。建立模型并给出算法。给出道路交叉点的坐标, 画出道路设计, 计算新修路的总路程。 + T" a" R( i0 R) t7 U! b
问题三:若公园内有一条矩形的湖, 新修的道路不能通过, 但可以到达湖四周的边, 示意图见图3。重复完成问题二的任务。其中矩形的湖为R1(140,70),R2(140,45),R3=(165,45),R4=(165,70)。 # q0 v) _! G9 g' k
注:以上问题中都要求公园内新修的道路与四周的连接只能与8个路口相通, 而不能连到四周的其它点。
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