[发明专利]一种基于重叠社团划分的大规模道路网络双层路由方法

说明书

技术领域

本发明涉及网络科学和交通领域，特别是指一种大规模道路网络的双层路由方法。

背景技术

在实际的生活中，我们每天都在处理路由问题。当需要用最小的代价到达目的地，我们会综合考虑路程所要占用的时间、安全性和花费的成本。在网络中，路由问题对应的就是最短路径问题。早期已有的查找最短路径的算法包括Dijkstra算法，A*算法等，但其在大规模网络中路由花费的计算量和存储量太大，不具有很好的实时性。

当前比较有效的方法是提前计算并保存路由节点，在路由选择的过程中，通过这些路由节点信息来减少搜索的空间，降低计算的复杂度，以达到提高网络系统路由实时性的目的。采用分层的方法就是其中一种比较有效的策略，尤其在大规模道路网络中的路径规划或导航系统中有许多有价值的应用。其思想就是将网络划分成多个区域，每个区域包含一定数量的边缘节点，其内部节点数连接比较紧密；区域之间的连接比较稀疏，原始网络作为底层，每个区域作为1个点，区域之间的连接作为这些点之间的连边，构成高层逻辑网络。在这样的双层网络结构中，路由算法将按照先在高层宏观路由，再在低层微观路由的方法进行，该方法有利于降低算法复杂度，从而具有较好的实时性能。由此可见，区域的有效划分对整个网络的路由搜索起到至关重要的作用，复杂网络中社团探测算法为大规模道路网络中区域的划分提供了良好的技术手段。

发明内容

为了改善已有大规模道路网络路由算法的计算量大和占用存储空间多等问题，本发明提出一种基于重叠社团划分的大规模道路网络双层路由方法，该方法可以有效地降低计算复杂度，具有较好的实时性。

为了解决上述技术问题提出了如下技术方案：

一种基于重叠社团划分的大规模道路网络双层路由方法，包括以下步骤：

步骤一：构建道路网络G＝(V，E，W)，V表示道路网络交叉路口的点集，每个结点具有精确的坐标，E表示道路的边集，W表示边的权值，在道路网络中W为道路的距离；

步骤二：对道路网络进行社团划分，初始化每个节点为单一社团，对任意社团计算其相邻社团的函数模块化度其中，v，w表示网络中的两个节点；A_vw表示网络的邻接矩阵，如果节点v，w相连，那么A_vw为1；如果节点v，w不相连，那么A_vw为0；表示网络中边的数量；k_v＝∑_wA_vw表示节点v的度，k_w＝∑_vA_vw表示节点w的度；当节点v，w属于同一个社团δ(c_v，c_w)为1，否则为0；将该社团和Q值最大的相邻社团合并为一个社团，重复这一过程直到Q值不再增加为止；接着，将每个社团映射为1个节点，社团之间的连接映射为新节点之间的边，其边权为社团间连边的数量，构成一个新的网络，对此新网络再次应用上述社团划分方法，直到Q值不再增加为止，此时，新网络划分为若干社团，其中每个社团分别对应于原始道路网络中的一个较大社团；

步骤三：在社团的边缘节点当中检测社团重叠节点，计算扩展的社团模块度函数值其中，i，j表示网络中的两个节点；A_ij表示网络的邻接矩阵，如果节点i，j相连，那么A_ij为1；如果节点i，j不相连，那么A_ij为0；表示网络中边的数量；k_i＝∑_jA_ij表示节点i的度，k_j＝∑_iA_ij表示节点i的度，O_i和O_j分别表示节点i和j各自属于多少个社团；c表示网络中的社团数；k表示社团编号(0<k≤c)，检测边缘节点移除或者增加到相邻社团中对整个社团的扩展模块度函数值Q′的影响程度，在原有的网络中找出社团边缘节点中的重叠节点；通过重叠社团检测，将整个网络划分为多个具有重叠节点的社团，并由此构成路网的双层结构：第一层为原始道路网络；第二层为社团连接逻辑层，其中的每一个点对应着第一层的一个社团，第一层社团间的重叠节点或道路连接对应着第二层节点间的连接；设置第二层网络连边的权重参数：如果两个点对应的社团有重叠节点，则边权为0，如果两个点之间对应的社团没有重叠节点但有n条道路连接，n为正整数，则边权为其中最短的一条道路长度；