大规模网络最短路径算法的优化及实现

求解大规模复杂网络的最短路径问题由于其计算速度慢、需耗费的存储空间大,是与地理信息相关的应用系统经常遇到的瓶颈问题．在深入分析各种常用最短路径算法基础上,基于经典Dijkstra算法,从时间和空间优化角度,实现一种计算任意2点间最短路径的优化算法．初步实验表明,优化后的算法在处理大规模复杂网络的最短路径问题时比经典Dijkstra算法在计算时间上缩短了80％,在耗费的存储空间上减少了将近一倍．     

最短路径子图

在大型网络中两节点之间的最短路径常常不止一条,而且在带限制条件的路径选择等应用上,常常需要找出多条最优或近优的路径.一些经典的单源最短路径算法,如Dijkstra算法,能找出一条从起始点到目的点的最短路径,但并不能求解两点之间的所有最短路径.本文给出了最短路径子图的概念,用于存储图中两节点之间所有最短路径信息,能够节约存储空间.并给出了最短路径子图构造算法SPSG,其时间复杂度为O(n e),比同类算法时间复杂度更低.随机网络模型的仿真结果表明:SPSG算法效率更高.     

GIS领域最短路径算法初探

最短路径是GIS领域的主要问题之一,本文从静态最短路径算法和动态最短路径算法两个方面对GIS中最短路径理论和实现算法进行了分析和研究,比较了各自特点及适用条件,初步探讨了Dijkstra,A*,D*等典型的寻路算法.     

蚂蚁算法在导航系统中的应用研究

对导航系统中的最短路径问题做了进一步的研究,针对传统的Dijkstra最短路径算法的缺陷,提出了一种自适应式的动态最短路径算法———基于分布式路由选择的蚂蚁算法,对传统蚂蚁算法作了改进,可成功的应用于导航系统中的最短路径寻优算法.     

三维片上网络(3D NoC)热感知路由算法研究

近年来,堆叠结构的三维片上网络(3D NoC)逐渐兴起,然而,其高集成度导致了大的功率密度和高的系统温度,也可能会导致系统中出现局部过热节点。3D NoC散热不平衡影响着芯片性能和可靠性。提出将改进后的A~*算法用于3D NoC热感知路由,能够保证跨过节流节点找到一条相对最短且最冷路径。显然,该算法在解决系统热问题上有显著的优势。     

考虑交叉口等待时间的最短路径算法研究

在甄别等待时间和延误的基础上,首先提出了信号交叉口处等待时间函数,并分析了信号交叉口处等待时间特性;其次,在假设路段行程时间固定的基础上重新定义路网的邻接矩阵,提出信号交叉口属性表,并结合重新定义的路网参数,将信号交叉口等待时间引入算法之中,提出了新的标号算法,即考虑信号交叉口等待时间的最短路径算法(CWTSI SP algorithm),用以求解本文网络最短路径问题.数值试验的结果表明,CWTSI SP算法考虑了信号交叉口的等待时间,并分析了最短路径和最短行程时间随开始时间的不同而变化的特性.算法具有较好的效率,并贴近交通现象本质,对于动态交通流分析具有良好的实用性.     

适用于大规模网络的全源最短路径重优化算法——RASP算法

为提升大规模网络全源最短路径的求解效率,基于重优化理论提出了一种快速的精确全源最短路径求解方法——RASP(reoptimization-based all-pairs shortest path)算法.分析了异源最短路径树间的相关性和差异性;在已知单源最短路径树的基础上,基于重优化理论实现了异源最短路径树间的高效转换,进而得出高效求解全源最短路径的RASP算法;理论证明RASP算法的时间复杂度为O(3n~2+2nm).实验测试表明:无论是在稀疏还是稠密网络上,RASP算法都能有效地超越Floyd算法、n次Dijkstra算法及其改进算法.     

Floyd算法的演示模型研究

路径分析是网络分析最基本的问题,其核心是对最短路径的求解．最短路径算法的优化直接关系到网络分析技术的提高,其求解算法的优劣决定相关软件的性能,通过对Floyd算法基本思想、算法实现步骤和时间复杂度分析,比较了各种算法的时间复杂度,并使用Java语言设计演示程序说明Floyd算法的实现机制,为Floyd算法的掌握和优化提供了参考模型．     

基于最小生成树算法求解图的单源最短路径的研究

对《基于Kruskal算法的最短路径算法研究》一文中提出的方法进行探讨,通过构造实例论证了Kruskal算法并不能直接用于求解有向带权图的单源最短路径问题,并综合性地对基于最小生成树算法求解图的单源最短路径问题进行分析,通过构造实例最终得出最小生成树算法不适用于求解图的单源最短路径问题的结论.     

时间依赖的交通网络模型及最短路径算法

为了解决传统最短路径算法不能很好地应用于实时公交查询系统的问题,研究了时间依赖的交通网络模型和理论基础,提出了一种时间依赖的最短路径算法,以此算法为基础实现了南京市公交查询系统。实践证明,时间依赖的交通网络模型能更好地反映实际交通网络的运行情况。     

Fault-tolerant routing algorithm for network-on-chip based on dynamic XY routing

In order to ensure the reliability of network-on-chip (NoC) under faulty circumstance, a dynamic fault tolerant routing algorithm is proposed. This algorithm can implement detour routing when there are both static and dynamic permanent faults in the network. That means the packet is able to move around the faults to the destination with a non-minimum path. In addition, the multi-level congestion control mechanism gives the algorithm the ability to distribute the load over the whole network and to avoid hotspots around the faults. Simulation results demonstrate the advantage of the proposed routing algorithm in terms of average packet latency and packet loss rate compared with negative-first routing algorithm and DyAD routing algorithm in the presence of permanent faults. For the proposed algorithm, it can get much less average packet latency and lead to less than 20% packet loss rate. Biography: LI Xiaohui (1982–), male, Ph.D. candidate, research direction: SoC design Methodology, NoC design.     

基于FPGA的2D-Torus片上网络无死锁路由算法

片上网络的拓扑结构和路由算法直接影响片上网络的传输延迟和传输效率.基于2D-Torus拓扑结构,提出了一种新的片上网络无死锁路由算法.通过改变数据包在片上网络路由过程中受限制转弯的位置,保证片上网络的自适应路由条件,从而有效降低片上网络的延迟.在FPGA硬件平台上,设计并实现了基于该路由算法的2D-Torus片上网络,并对其进行测试.实验结果表明,基于该路由算法的片上网络,可以满足片上网络多方向数据通信及多路数据并行通信等性能要求.     

基于虚拟化片上网络的二级优先维序路由算法

为了满足片上网络虚拟化过程中产生的不规则拓扑子网内部的通信需要,提出了一种二级优先维序路由算法.该算法通过2 b的配置信息,决定在不同拓扑结构中每个路由器的两个优先路由方向,使其能快速有效地在以下两类拓扑中路由:3个Mesh以任意方式连接成的拓扑结构,或者是任何满足最小路径原则的拓扑结构.该文分析了该算法的路由连通性和...     

多构公交网络模型算法及其应用研究

提出多构公交网络模型,利用虚拟站点将多构公交网络转换成单一公交网络,使用关系数据库技术进行数据处理,基于Floyd算法进行精确最优路径搜寻.针对北京市公交网络的试算结果表明多构公交网络模型比单一公交网络模型更优,具有较高的应用价值.     

一种新型片上网络拓扑结构及其自适应路由算法

由于片上网络的拓扑结构和路由算法直接影响片上网络的传输延迟和传输效率,提出了一种新的片上网络拓扑结构——半环形网格结构(H-annular Mesh).它以2D-Mesh拓扑结构为基础,由顶角节点向中心节点引入连线构成半环形的网格结构,充分结合了2D-Torus拓扑结构的优点.并针对H-annular Mesh拓扑结构,提出了HAA-XY自适应路由算法.仿真结果表明,基于H-annular Mesh拓扑结构和HAAXY路由算法的片上网络,能够有效地减少网络传输延迟,并可实现多方向及多节点的数据并行通信.     

大型复杂网络中最短路径查询的优化方法

本文通过对Dijkstra算法和A＊算法的介绍,并分析它们在大型复杂网络中应用时所存在的瓶颈问题,提出了基于网络分块的优化思想。通过对复杂网络的分块处理,筛选出最可能包含最短路的区域块,由于缩小了检索的区域,这将有效的减少计算最短路径的时间。     

基于道路和公交超级网络的公交路径查询系统

为了实现GIS数据库中道路网和公交线网的无缝连接以及方便快速寻找两点之间的公交路径,开发了基于道路和公交超级网络的公交路径查询系统.该系统通过在GIS数据库中使用虚拟链接代替路由表,将公交系统的信息存储在公交网和虚拟链接的属性中,简化了数据结构.由于该系统采用的拓扑结构具有一致性,常规的最短路径算法可以不需要做调整和改造直接在系统中使用.另外,系统还可以通过对交通阻抗设置不同权重来实现用户对路径的个性化选择.最后通过一个基于MapInfo的实例对该系统进行了检验,结果显示该系统可以提高查询效率.     

计及路网权值时变特性的全局最优路径规划

由于静态路径规划（static path planning,SPP）和滚动路径规划（rolling path planning,RPP）思想无法求解全局最优路径,提出了一种计及路网权值时变特性的全局最优路径规划方法（global optimal path planning,GOPP）。利用Vissim软件对重庆大学城某区域路网进行建模与仿真,采用改进的前向关联边数据结构存储路网拓扑关键要素及行程时间仿真数据,以此作为路径规划数据库。在此基础上,推导跨时段路段的实际权值,提出一种基于Dijkstra算法的GOPP方法。最后基于路径规划数据库,在证明经典Dijkstra算法相比智能启发式算法具有全局最优求解能力的基础上,分别采用SPP、RPP和GOPP方法在MATLAB环境下仿真得到3条规划路径,结果表明GOPP累计行程时间为1 158.7 s,相比SPP和RPP分别减少了212.7 s和57.6 s,有效验证了GOPP在缩短交通出行时间的优越性,对今后智能交通系统的发展具有一定的理论指导意义。     

基于改进蚁群算法的路径规划方法

针对城市道路交通中路径规划的特点,提出了一种基于改进蚁群算法的路径规划方法.该方法通过对交通约束的分析与转换,加强了对实际道路交通网络的描述,提高了路径规划的有效性;在引入方向启发的同时,保留了足够的初始搜索空间,提高了算法的路径规划效率.实验结果表明,该方法在规划效率与有效性上均有明显提高.     

P2P网络最可信路径算法

针对分布式环境下P2P网络的特点,以及间接获取信息时的可信性,定义了间接获取信息时两个节点之间路径可信度的相关概念,提出了两个节点之间的最可信路径算法、最小可信路径算法,量化了最可信和最小可信路径的可信度,量化了两个节点之间传输消息时可信度的分布区间,分析了最可信和最小可信路径算法具有多项式的时间复杂度.通过典型应用,验证了最短路径并非最可信路径,最可信路径选择具有重要的使用价值.特别是在大规模分布式环境中,为人们从最可信路径获取信息提供了保障.