[发明专利]简化路网KSP优化算法

说明书

本发明属于交通网络规划和交通路径分析领域，具体涉及简化路网KSP优化算法。将网络节点分为枝节点、中间节点和真节点；消除所述枝节点和所述中间节点后的路网称为简化路网；路网多路径计算只需在所述简化路网上计算真节点间的多条路径。其中，所述枝节点定义为：在路网中相邻节点非枝节点数不大于1的节点，所述中间节点定义为在路网中相邻非枝节点数为2的节点，真节点定义为既非枝节点又非中间节点的节点。本发明提供的算法能够满足多路径计算结果的计算和存储，提高算法的通用性，从而提高铁路运量设计、路网规划、径路查询的效率和科学性。

技术领域

本发明属于交通网络规划和交通路径分析领域，具体涉及简化路网KSP优化算法。

背景技术

在交通规划和交通网络分析中，经常需要计算全部交通网络中每个节点对之间的K条较短径路(K短路径或KSP问题)，但随着路网规模的扩大，其计算复杂度和空间复杂度呈指数增长。有效减少KSP问题计算和空间复杂度，对内存限制下KSP算法可行性和软件的实时反应能力，对提高交通网络规划的效率和科学性具有重要意义。

目前国内外对路网KSP的经典算法主要有YEN的网络无环K短径路算法和Floyd扩展算法。YEN算法主要用于计算一对节点间的K短路径，其计算复杂度为O(KN³)(其中K为径路数，N为节点数，下同)，计算全部节点对间K短路径时，计算复杂度为O(KN⁵)，空间复杂度为O(KN³)；Floyd扩展算法便于计算全部节点对间K短路径，其计算复杂度为O(K²N³)，空间复杂度为O(KN²)，当N＝1000，K＝10000时，YEN算法复杂度和空间复杂度数量级分别为10¹⁹、10¹⁴，Floyd扩展算法将分别为10¹⁷、10¹⁰。可以看出，对现状PC计算机4G内存配置下空间复杂度已不可接受，为计算大规模路网的多条数K短路径，有必要寻求降低节点规模或复杂度的方法。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种简化路网KSP优化算法，通过将网络节点划分为真节点、中间节点和枝节点，将真正参与计算的节点限定为真节点，其他节点间路径根据真节点KSP算法结果简单导出，从而大大缩短算法和空间复杂度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

简化路网KSP优化算法，包括：

将网络节点分为枝节点、中间节点和真节点；所述枝节点定义为：在路网中与枝节点相邻的节点为非枝节点的数量不大于1，所述中间节点定义为：在路网中与中间节点相邻的节点为非枝节点的数量为2，真节点定义为既非枝节点又非中间节点的节点；

消除所述枝节点和所述中间节点后的路网称为简化路网；

路网多路径计算只需在所述简化路网上计算真节点间的多条路径。

进一步地，在所述简化路网上计算真节点间的多条路径，具体方法为：

将真节点i和真节点j间的第k条路径R_ij(k)用以下数据结构递归表示：

{v,R_iv(k_i),R_vj(k_j)}；

其中，v为真节点i到真节点j的经由节点；R_iv(k_i)表示真节点i至真节点v间的第k_i条径路；R_vj(k_j)表示真节点v至真节点j间的第k_j条径路；

真节点对间K短路径的计算采用Floyd扩展算法进行计算。

进一步地，所述枝节点包括如下特征：