基于网络势能合作博弈模型的求最优路径的方法技术

一种基于网络势能合作博弈模型的求最优路径的方法，包括：将道路网络中模拟成电路，求解最优路径问题。在该模型中，通过分量迭代，计算出每个节点的势能值，并证明其收敛性；在网络节点中，从起点开始，信息从高势能流向低势能，当信息汇聚时保留当前信息流中最优选择，到达终点时，计算出最优路径。结合另外的结构有效避免了现有技术中网络最优路径算法在网络节点较多和维度较高的情况下会出现计算量较大的缺陷。较大的缺陷。较大的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
基于网络势能合作博弈模型的求最优路径的方法


[0001]本专利技术涉及求最优路径
，具体涉及一种基于网络势能合作博弈模型的求最优路径的方法。

技术介绍

[0002]网络最优路径问题的求解算法通常可以分为两类，应用于已知环境信息的全局路径规划算法和应用于未知环境信息的局部路径规划算法。全局路径规划算法又可以分为传统方法和智能方法两种。传统路径规划算法主要有Dijkstra算法、Floyd算法、A*算法、D*算法和随机快速搜索树(RRT)算法，智能路径规划算法常见的有遗传算法、蚁群算法和基于神经网络的算法等。局部路径规划算法典型的两种方法有人工势能场(APF)算法和模糊逻辑法。在网络节点较多，维度较高的情况下，传统算法的计算量较大，如Floyd算法通过构建网络带权邻接矩阵，利用矩阵运算求解起始点到目标点的最短路径，该算法的时间复杂度为O(n^3)，难以满足快速实现复杂网络路径规划的需要。

技术实现思路

[0003]为解决上述问题，本专利技术提供了一种基于网络势能合作博弈模型的求最优路径的方法，有效避免了现有技术中网络最优路径算法在网络节点较多和维度较高的情况下会出现计算量较大的缺陷。
[0004]为了克服现有技术中的不足，本专利技术提供了一种基于网络势能合作博弈模型的求最优路径的方法的解决方案，具体如下：
[0005]一种基于网络势能合作博弈模型的求最优路径的方法，包括：
[0006]步骤1：电流从高电压流向低电压，电流值等于电压差除以电阻值，如公式(1)所示：
[0007][0008]其中，相邻两个节点直接的势能差为U
i
‑
U
i
‑1，相邻的两个节点，即第i个节点和第i
‑
1个节点之间的电阻为相邻两个节点，即第i个节点和第i
‑
1个节点之间的电流为i是正整数并代表第i个节点，U
i
表示第i个节点的势能，U
i
‑1表示第i
‑
1个节点的势能；
[0009]步骤2：从网络的节点m到节点n的电流与从节点n到节点m的电流互为相反数，如公式(2)所示：
[0010][0011]也就是，如果从m节点到n节点的电流为x,也可以记作从n节点到m节点的电流为
‑
x；
[0012]其中，m和n都是正整数；
[0013]步骤3：除了起始点p和终点q，其他经过任意节点i的电流值之和为0，如公式(3)所
示：
[0014][0015]其中，p和q均为正整数，m≠p，m≠q，节点m与节点i邻接，表示从m节点到i节点的电流；
[0016]步骤4：起始点p的电压初始值U p
和终点q的电压初始值U
q
为100和0，如公式(4)所示：
[0017][0018]步骤5：根据步骤3和步骤4来构建线性矩阵，通过雅可比分量迭代法可以计算每个节点的势能值；
[0019]步骤6：采用雅可比分量迭代法计算每个节点的势能值。
[0020]步骤5中具体构建过程为设定每一个节点的流入电流与流出电流之和为0，再与起始节点电压初始值为100、终点电压初始值为0这两个方程联立，通过该方程组构建线性矩阵。
[0021]计算出势能值后，最优路径算法有两种：
[0022]步骤6.1：第一种为最优路径算法一，具体如下：
[0023]从起点开始，选择电流最大路径直到终点；
[0024]步骤6.2：第二种为最优路径算法二，具体如下：
[0025]1.从起点start出发，到终点End结束；
[0026]2.从高电压走向低电压；
[0027]3.节点记录从Start到本节点的最优路径所经过节点以及所经路线的距离；
[0028]4.相邻高电压节点确定完路线，本节点才能确定；
[0029]5.本节点路线为相邻高电压节点到本节点路径之和的最短路线。
[0030]本专利技术的有益效果为：
[0031]本专利技术可以进行分布式计算，只要计算节点充足，时间复杂度可以为O(n),远远低于Dijkstra算法。有效避免了现有技术中网络最优路径算法在网络节点较多和维度较高的情况下会出现计算量较大的缺陷。
附图说明
[0032]图1是本专利技术的算法流程图；
[0033]图2是本专利技术实施例的网络节点结构示意图。
具体实施方式
[0034]下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步地说明。
[0035]在电路中，电阻最小的路径，电流最大。根据此物理现象，本专利技术设计了网络势能合作博弈模型和分布式算法，将道路网络中模拟成电路，求解最优路径问题。在该模型中，通过分量迭代，计算出每个节点的势能值，并证明其收敛性；在网络节点中，从起点开始，信息从高势能流向低势能，当信息汇聚时保留当前信息流中最优选择，到达终点时，计算出最
优路径。本专利技术通过实验验证了模型的可靠性。
[0036]如图1
‑
图2所示，基于网络势能合作博弈模型的求最优路径的方法，包括：
[0037]在自然界中，闪电总是从电阻最小的路径接地，人们根据此原理专利技术了避雷针。在道路网络中，如果把起点看作闪电发生处，终点看作地线，通过电路仿真，也可以找到最优路径即电阻最小的路径。
[0038]基于网络势能合作博弈模型的求最优路径的方法的数据模型，具有：
[0039]步骤1：电流从高电压流向低电压，电流值等于电压差除以电阻值，如公式(1)所示：
[0040][0041]其中，相邻两个节点直接的势能差为U i
‑
U
i
‑1，相邻的两个节点，即第i个节点和第i
‑
1个节点之间的电阻为相邻两个节点，即第i个节点和第i
‑
1个节点之间的电流为i是正整数并代表第i个节点，U i
表示第i个节点的势能，U i
‑1表示第i
‑
1个节点的势能；
[0042]步骤2：从网络的节点m到节点n的电流与从节点n到节点m的电流互为相反数，如公式(2)所示：
[0043][0044]也就是，如果从m节点到n节点的电流为x,也可以记作从n节点到m节点的电流为
‑
x；
[0045]其中，m和n都是正整数；
[0046]步骤3：除了起始点p和终点q，其他经过任意节点i的电流值之和为0，如公式(3)所示：
[0047][0048]其中，p和q均为正整数，m≠p，m≠q，节点m与节点i邻接，表示从m节点到i节点的电流；
[0049]步骤4：起始点p的电压初始值U p
和终点q的电压初始值U
q
为100和0，如公式(4)所示：
[0050][0051]步骤5：根据步骤3和步骤4构建线性矩阵；具体构建过程为设定每一个节点的流入电流与流出电流之和为0，再与起始节点电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于网络势能合作博弈模型的求最优路径的方法，其特征在于，包括：步骤1：电流从高电压流向低电压，电流值等于电压差除以电阻值，如公式(1)所示：其中，相邻两个节点直接的势能差为U
i
‑
U
i
‑1，相邻的两个节点，即第i个节点和第i
‑
1个节点之间的电阻为相邻两个节点，即第i个节点和第i
‑
1个节点之间的电流为i是正整数并代表第i个节点，U
i
表示第i个节点的势能，U
i
‑1表示第i
‑
1个节点的势能；步骤2：从网络的节点m到节点n的电流与从节点n到节点m的电流互为相反数，如公式(2)所示：也就是，如果从m节点到n节点的电流为x,也可以记作从n节点到m节点的电流为
‑
x；其中，m和n都是正整数；步骤3：除了起始点p和终点q，其他经过任意节点i的电流值之和为0，如公式(3)所示：其中，p和q均为正整数，m≠p，m≠q，节点m与节点i邻接，表示从m节点到i节点的电流；步骤4：起始...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁磊，张挺，吴建宇，昝良，雍嘉浩，李圣，宣圆峰，范林林，李娜，
申请(专利权)人：中国人民解放军六一一七五部队，
类型：发明
国别省市：