[发明专利]一种多条最短路径的快速寻找方法

说明书

技术领域

一种多条最短路径的快速寻找方法，可用于物流调度、GPS导航等实际中，属于计算机网络领域。

背景技术

随着电子商务的飞速发展，物流网络迅速膨胀，如何快速配送用户购买商品，提高用户体验，成为物流业进一步发展的关键；其中快件配送中的路径规划问题是提高派送速度，改善用户体验的核心问题。实际快件配送往往是一个物流汇集中心到多个派送点，需要分别求出到各个派送点的最短路径，同时现实中也需要备用多条最短路径以供选择，从而产生了单源多目的地的K最短路径问题。当然，单源多目的地的路径规划问题不仅局限于物流行业，在其他领域比如GPS导航等应用也非常广泛。

路径搜索问题一般可以通过图论中的最短路径方法解决。常用的最短路方法有Dijkstra、A*算法等经典方法。然而这些方法原本只是寻找出图中给定点到任意点间的最短路径，要计算单源到多目的结点的K条最短路径，就需要多次迭代，复杂度高而且实现复杂。而实际应用中，更多的需要得到多条不带回路的最短路径。例如，在物流配送中，往往涉及到单个出发点到多个配送点的最短路径规划问题，即除了寻找最短路径外，可能还需要寻找第二短、第三短、第四短等多条路径备用。另外如果这些路径中存在回路，在实际应用中没有任何意义，即按规划路径实际通行，不可能经过重复的结点。本发明中的路径寻找方法在一次运行结束后就可以找到源结点到各个目标结点的K条最短路径，并且不带回路。

与单源最短路径问题相比，单源多目的地的K最短路径问题在方法设计上更为复杂，目前尚没有一种K最短路径方法如单源最短路径方法中的Dijkstra方法一样得到业界共识并且达到大规模实用化程度。

常用的K最短路径搜索方法有Dijkstra、A*算法等。但是这些方法并不能一次运行就将源结点到各个目的地的K条最短路径求出来，而且实现也较为复杂。本发明中的寻找方法可以有效解决这些问题。

发明内容

本发明的目的在于：解决现有技术中采用Dijkstra、A*算法等经典方法进行源结点到每个其他结点的多条(假定为K)最短路径计算时，由于需要多次迭代，造成计算复杂；同时，所计算路径不能有效避免回路，造成实际利用价值低的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种多条最短路径的快速寻找方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)导入地图，用户确定源结点和各目的结点，以及所需寻找的最短路径数目K，即源结点到每一个目的结点都要求出最短的K条路径；

(2)定义水流数据结构W(NodeList，reachTime)，WList和P，其中W表示一股水流，NodeList是一个链表，保存水流已经经过的目的结点以及即将流入的目的结点，reachTime表示水流到达NodeList中各目的结点的时间，WList中存储的是当前网路中流动的水流，并按到达时间升序排列，P中存储了源结点到每个目的结点的最短的K条路径；

(3)初始化数据结构，从源结点沿可走路径引出恒速水流W₁,…,W_J，J为源结点可走路径的数目；将W₁,…,W_J按到达时间升序排列插入WList中；

(4)从WList中取出第一条水流信息W_c，并将WList中的W_c删除，取出W_c中目的结点N_t，在P中查看N_t是否已经找到了K条路径，若是，终止该目的结点N_t水流分流，转到步骤(6)，否则，转到步骤(5)；

(5)将W_c中NodeList分量保存到P中，接着分流目的结点N_t之前，判断目的结点N_t分流到达的目的结点是否在P的NodeList分量中，若没有,将目的结点N_t分流后到达的目的结点按水流到达时间的升序插入到WList中,否则放弃该可走路径；

(6)判断WList是否为空，若是，结束程序返回P，否则转到步骤(4)。

进一步，所述步骤(3)中，源结点沿可走路径引出的恒速水流的公式如下：

NodeList_W|_W＝Wj＝(n₀,n_j),reachTime_W|_W＝Wj＝v_j；