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[速算与巧算] 动手学数学之三十一(推销员的旅程问题)

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论坛元老

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发表于 2016-8-15 10:26:33 | 显示全部楼层 |阅读模式
  有些时候,我们必须去很多不同的地方办事,然后回到原出发点,所以我们通常想要找到最短的路径.这类问题被称为推销员的旅程问题,因为这是推销员在工作中最常遇到的问题.
          然而,这也是许多人所要解决的问题,例如:
          (1)油罐车的驾驶员必须将汽油运至各个加油站.
          (2)运牛奶的卡车司机必须开车去分散在各地的农场.
          (3)一位游客想要到剑桥、斯坦福、爱丁堡、朴利茅斯与巨石柱群等地旅游.
          化妆品推销员李文黛小姐欲访问图1中的每个小镇,去推销新产品,她打算由艾克塞特出发.地图上所标示的数字为两小镇之间的距离,如果出发点与终点皆在艾克塞特的话,则最短的路径是怎样的?
          解决此种问题较常用的方法为最近城市法.此方法是先前往距离起点艾克塞特最近的城镇克雷顿,然后再去最靠近克雷顿且尚未到过的城镇,依此类推.用这种方法可得出如图2所示的解.在此图中我们先走完一路径:艾克塞特→克雷顿→提文顿→卡林顿→艾克茅兹→艾克塞特,然后再走另一路径:艾克塞特→欧卡汉顿→艾克塞特.
         
       

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          此方法的总里程数为107英里(1英里=1.609千米),但并不是最短行程.在现实生活中,我们可能会选择道路品质佳及路况良好的路径以节省时间,但在本题我们只要找出最短的路径即可.
         
         
          

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          你自己可能会发现如图3的解,此解的基本想法是将所有的城镇连成一个回路,所得出的答案为92英里.这个答案虽比前面的好得多了,但还不是最佳的解.最佳路径的里程只有91英里,你能找到吗?
          假设现在李文黛又把汉尼顿列入她的行程之中(图4),那么整个行程的最短路径为何(其出发点与终点仍为艾克塞特)?如果将出发点及终点皆改为卡林顿,会不会使整个行程变得较短呢?如果以不同的城镇为起点与终点,是否会影响总里程数呢?
       

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          如果李文黛的起点及终点可以不同,那么她该选择哪两个城镇为起点及终点,以使整个行程为最短?
          数学家们曾耗费许多心思以解决这类问题,但是到目前为止尚未成功.但他们知道在最短的路径中,各条路线彼此不可交错.然而当他们发现正确的解法时,若城镇的数目增加很多,又不适用了.他们甚至采用了先进的大型电脑作为辅助工具,利用系统的“试误法”.要找到“好”的解(可能并不是最好的),方法很多,但如果有人能找到一个直接且快速的方法求得最佳路径,肯定会声名大噪!
          英国每年都有成千上万的青少年会参加著名的“十岩探险”,整个探险路线包括要探访的所有著名的岩石地带(花岗岩通常露在山丘之顶),如地图中所显示的地点(图5).在正式探险之前
         
       

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          几个月的周末,经常可以发现一些人在当地进行野外训练.某个周末,一支队伍先在地图上规划路线,他们打算由布雷克岩出发,然后经过图上标示的所有地方再回到出发点,他们希望尽可能找到最短的路径.
         
       

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          解决此类问题的一个方法是先将地图描在纸上,并将纸固定在画板上.然后将钉子钉在每一个要探访的地方,再用不同长度、不同颜色的棉线来标出可能的路径,其中最短的线段当然就对应于最佳的路径(图6).
          你也可以利用地图来研究一下这类问题.
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