專利名稱：系統(tǒng)最短路徑規(guī)劃的可視化方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可視化系統(tǒng)最短路徑解決方案實(shí)驗(yàn)方法，尤其是一種系統(tǒng)最 短路徑規(guī)劃的可視化方法和裝置，能提供不規(guī)則對(duì)象點(diǎn)之間的總體最短路徑 的可視化方法。
技術(shù)背景數(shù)世紀(jì)以來(lái)，系統(tǒng)最優(yōu)路徑研究一直是數(shù)學(xué)界和工程界的研究熱點(diǎn)。早在18世紀(jì)，偉大的業(yè)余數(shù)學(xué)家Fermat提出了在三角形中有一點(diǎn)到三頂點(diǎn)距離 和為最小(Fermat點(diǎn))，揭開(kāi)了系統(tǒng)整體最短路徑研究的序幕。19世紀(jì)初，Steiner 將其推廣到由固定點(diǎn)和虛設(shè)點(diǎn)(即Steiner點(diǎn))組成的非線性規(guī)劃難題，從而 引發(fā)了許多啟發(fā)式智能進(jìn)化算法來(lái)求解Steiner Minimum Tree(SMT: Steiner 最小生成樹(shù))問(wèn)題。然而，如何結(jié)合SMT問(wèn)題，給出虛設(shè)點(diǎn)和求解最小生成 樹(shù)一直是運(yùn)籌學(xué)和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃研究的熱門課題。通過(guò)可視化試驗(yàn)方法將運(yùn)籌學(xué)、 物理化學(xué)和系統(tǒng)工程方法融合為一體，研發(fā)出試驗(yàn)裝置并應(yīng)用于工程實(shí)踐中， 方便地解決復(fù)雜的系統(tǒng)總體最短路徑規(guī)劃問(wèn)題，使得系統(tǒng)工程求解的復(fù)雜數(shù) 學(xué)問(wèn)題變成簡(jiǎn)單易行的試驗(yàn)解決方案，最終使得系統(tǒng)構(gòu)建的成本降低。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種系統(tǒng)最短路徑規(guī)劃的可視化方法和裝置，通 過(guò)該裝置進(jìn)行的可視化試驗(yàn)本身不僅可以確定不規(guī)則對(duì)象系統(tǒng)的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的 數(shù)目和位置，而且試驗(yàn)結(jié)果將給出總體最短路徑的可視方案。本發(fā)明的系統(tǒng)最短路徑規(guī)劃的可視化方法的技術(shù)方案包括以下步驟-(1) 、配制用于顯示最短路徑的表面活性劑溶液；(2) 、將對(duì)象系統(tǒng)按比例制作成對(duì)象圖紙，將對(duì)象圖紙固定在溶液槽的透明底板下面或下方，根據(jù)對(duì)象圖紙上的系統(tǒng)選擇關(guān)鍵固定 點(diǎn)，然后在溶液槽底部的透明底板上放置與關(guān)鍵固定點(diǎn)一一對(duì) 應(yīng)的豎向支柱，再將一塊活動(dòng)透明蓋板放置在支柱上。(3) 、將表面活性劑溶液注入溶液槽中，直到溶液槽中的活動(dòng)透明蓋板完全浸入活性劑溶液中為止，手工排除溶液面漂浮的泡沫后， 將表面活性劑溶液從溶液槽中緩慢排出，利用表面活性劑溶液的最小曲面幾何原理，在溶液槽中的各支柱之間的活動(dòng)透明蓋 板上的就形成了系統(tǒng)整體最短路徑透明圖形的線條，然后記錄 圖形，最后按比例將圖形放大反求即可求得對(duì)象系統(tǒng)總體最短 路徑解決方案。所述方法的步驟(2)中，所述支柱為磁鋼支柱，在活動(dòng)透明蓋板上方放 置有可吸附固定磁鋼支柱的磁鋼支柱蓋帽。所述方法的步驟(3)中，溶液槽中的表面活性劑溶液的注入和排出均由 泵來(lái)完成。本發(fā)明的系統(tǒng)最短路徑規(guī)劃的可視化裝置的技術(shù)方案是系統(tǒng)最短路徑 規(guī)劃的可視化裝置，該裝置包括支架，所述支架上固定有具有透明底板的溶 液槽，溶液槽內(nèi)設(shè)有與透明底板平行的嵌入式活動(dòng)透明蓋板，活動(dòng)透明蓋板 和透明底板之間設(shè)置有多個(gè)豎向的代表系統(tǒng)固定點(diǎn)位置的支柱。所述裝置的支架上還固定有用于盛裝表面活性劑溶液的溶液器皿和雙向 液體手動(dòng)泵，雙向液體手動(dòng)泵具有兩條液體軟管及驅(qū)動(dòng)手柄，雙向液體手動(dòng) 泵的兩條液體軟管分別與溶液器皿和溶液槽內(nèi)部連通。所述裝置的支柱為磁鋼支柱，在活動(dòng)透明蓋板上方放置有可吸附固定磁 鋼支柱的磁鋼支柱蓋帽。所述裝置的溶液槽底部設(shè)有可供對(duì)象圖紙載板插裝的空間。所述裝置的供對(duì)象圖紙載板插裝的空間是由溶液槽的透明底板下方設(shè)置 的空心底板與透明底板之間的間隙形成。所述裝置的透明底板上標(biāo)記有供度量的直角坐標(biāo)系。本發(fā)明將復(fù)雜對(duì)象系統(tǒng)按比例縮小印制的圖形放置于溶液槽底部的透明 底板下面或下方，使圖形的關(guān)鍵點(diǎn)可由透明底板上方觀察到，圖形的關(guān)鍵點(diǎn) 由一一對(duì)應(yīng)的磁鋼支柱替代并固定于活動(dòng)透明蓋板與溶液槽的透明底板之 間，從而構(gòu)成可視化裝置模型。把配制好的表面活性劑溶液輸入溶液槽中， 使得槽內(nèi)活動(dòng)透明蓋板完全浸入溶液。手工排除液面的泡沫后將表面活性劑 溶液緩慢從溶液槽中排出，利用該溶液的最小曲面幾何原理，平板模型各支柱之間便會(huì)形成透明的總體最短路徑方案和一定數(shù)目的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)(即Stdner 點(diǎn))。本發(fā)明的有益效果是，用可視化試驗(yàn)方法可方便地解決復(fù)雜的系統(tǒng)總體 最短路徑規(guī)劃問(wèn)題，使得系統(tǒng)工程求解的復(fù)雜數(shù)學(xué)問(wèn)題變成簡(jiǎn)單易行的試驗(yàn)解決方案。本方法成本低廉、操作簡(jiǎn)便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、直觀明了且能達(dá)到快速 系統(tǒng)路徑優(yōu)化。另外，本發(fā)明中所使用的支柱為磁鋼支柱，磁鋼支柱可配合磁鋼支柱蓋 帽而吸附固定在活動(dòng)透明蓋板上，定位更加準(zhǔn)確穩(wěn)定，而且可通過(guò)移動(dòng)磁鋼 支柱蓋帽來(lái)微調(diào)磁鋼支柱，使本發(fā)明的裝置的支柱在定位時(shí)更加準(zhǔn)確方便。另外，本發(fā)明在向溶液槽中注入或排出表面活性劑溶液均是用手動(dòng)泵完 成，使表面活性劑溶液的注入或排出更加均勻穩(wěn)定，使可視化方案顯示圖的 效果更好，而且可提高工作效率。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)最短路徑規(guī)劃的可視化裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1的俯視圖；圖3為本發(fā)明的方法的實(shí)施例1所獲得的可視化方案的顯示圖； 圖4為本發(fā)明的方法的實(shí)施例2所獲得的可視化方案的顯示圖； 圖5為本發(fā)明的方法的實(shí)施例3所獲得的可視化方案的顯示圖； 圖6為本發(fā)明的方法的實(shí)施例4所獲得的可視化方案的顯示圖； 圖7為本發(fā)明的方法的實(shí)施例5所獲得的可視化方案的顯示圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的裝置如圖l、圖2所示，該裝置包括支架l，支架l頂部臺(tái)面 中固定有具有透明底板13的溶液槽8，溶液槽8底部于透明底板13下方設(shè) 有空心底板14，空心底板14與透明底板13之間留有可容對(duì)象圖紙載板11 插入的間隙，如圖1所示，頂面設(shè)有對(duì)象圖紙10的對(duì)象圖紙載板11插設(shè) 于空心底板14與透明底板13之間，透過(guò)透明底板13可從溶液槽8上方觀 察到對(duì)象圖紙10的內(nèi)容。透明底板13上刻有供度量的直角坐標(biāo)系。溶液 槽8內(nèi)設(shè)有與透明底板13平行的嵌入式活動(dòng)透明蓋板7，活動(dòng)透明蓋板7 和透明底板13之間設(shè)置有多個(gè)豎向的磁鋼支柱5，磁鋼支柱5的數(shù)量代表 系統(tǒng)固定點(diǎn)的數(shù)量，不同磁鋼支柱5的位置代表不同節(jié)點(diǎn)的位置，活動(dòng)透 明蓋板7上表面上設(shè)有與各磁鋼支柱5 —一對(duì)應(yīng)的磁鋼支柱蓋帽6，磁鋼支 柱5與磁鋼支柱蓋帽6相互靠磁力吸附而固定在活動(dòng)透明蓋板7上。支架1 中部固定有溶液器皿12和雙向液體手動(dòng)泵2，雙向液體手動(dòng)泵2具有兩條 液體軟管3、 4及驅(qū)動(dòng)手柄2-l，雙向液體手動(dòng)泵2的兩條液體軟管3、 4分別與溶液器皿12和溶液槽8內(nèi)部連通，通過(guò)正、反向搖動(dòng)驅(qū)動(dòng)手柄2-1， 可將溶液器皿12內(nèi)的液體抽入溶液槽8或?qū)⑷芤翰?內(nèi)的液體排入溶液器 皿12。本發(fā)明的裝置在使用前，需要先準(zhǔn)備用于顯示最短路徑的表面活性劑 溶液，配制過(guò)程為把2000毫升的水(或蒸餾水)放入器皿中，加入20克 十二垸基硫酸鈉和8克甘油。把所有材料均勻混合后，靜放3個(gè)小時(shí)至一 天，讓溶液充分融合，以便使最短路徑(Steiner最小生成樹(shù))的可視透明薄 膜能保持十分鐘以上。然后將配制表面活性劑溶液加入溶液器皿12內(nèi)。裝置在使用前還需要將對(duì)象系統(tǒng)按適當(dāng)比例制作成對(duì)象圖紙10，將對(duì) 象圖紙10固定在對(duì)象圖紙載板11上，然后將帶有對(duì)象圖紙10的對(duì)象圖紙 載板11插入溶液槽8底部的空心底板14與透明底板13之間的間隙內(nèi)，并 使對(duì)象圖紙10的坐標(biāo)與透明底板13上的坐標(biāo)系對(duì)齊。根據(jù)對(duì)象圖紙10上 的系統(tǒng)選擇關(guān)鍵固定點(diǎn)，然后將相同數(shù)目的磁鋼支柱5放在透明底板13上 并與對(duì)象圖紙10上的關(guān)鍵固定點(diǎn)一一對(duì)準(zhǔn)位置，再把活動(dòng)透明蓋板7放在 磁鋼支柱5上，然后在活動(dòng)透明蓋板7上方放入相同數(shù)目的磁鋼支柱蓋帽6 將其與活動(dòng)透明蓋板7下方的磁鋼支柱5相吸附固定，最后調(diào)整各磁鋼蓋 帽6使得磁鋼支柱5和對(duì)象圖紙10上的關(guān)鍵固定點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)吻合而構(gòu)成面 向?qū)ο笙到y(tǒng)的最短路徑(Stdner最小生成樹(shù))規(guī)劃的可視化裝置。由于在俯 視觀察下磁鋼支柱蓋帽6與磁鋼支柱5的位置重疊，因此在圖2中，磁鋼 支柱蓋帽6與磁鋼支柱5的標(biāo)號(hào)標(biāo)記在同一位置上。本發(fā)明的裝置在使用時(shí)，用雙向液體手動(dòng)泵2將表面活性劑溶液從器 皿12緩慢打入溶液槽8中，直到活動(dòng)透明蓋板7完全浸入液體9中為止。 手工排除溶液面漂浮的泡沫后，便可以反向搖動(dòng)手動(dòng)泵2把表面活性劑溶 液緩慢排出，利用表面活性劑溶液的最小曲面幾何原理，在溶液槽8中的 各磁鋼支柱5之間的活動(dòng)透明蓋板7上的就形成了系統(tǒng)整體最短路徑透明 圖形的線條15。然后將圖形拍照記錄，最后按比例放大反求即可求得對(duì)象 系統(tǒng)總體最短路徑解決方案(Steiner最小生成樹(shù))。本發(fā)明的方法實(shí)施例1，如圖3所示。為3組固定均勻布點(diǎn)圖紙?jiān)诶?系統(tǒng)最短路徑規(guī)劃可視化裝置經(jīng)過(guò)上述實(shí)施過(guò)程后，溶液槽8中在活動(dòng)透 明蓋板7上于各磁鋼支柱5之間自動(dòng)形成的系統(tǒng)最短路徑(Steiner最小生成樹(shù))的示意圖。方法實(shí)施例2，如圖4所示。為4組固定均勻布點(diǎn)圖紙?jiān)诶孟到y(tǒng)最短 路徑規(guī)劃可視化裝置(圖1)經(jīng)過(guò)上述實(shí)施過(guò)程后，溶液槽8中的活動(dòng)透明 蓋板7上于各磁鋼支柱5之間自動(dòng)形成的系統(tǒng)最短路徑(Steiner最小生成樹(shù)) 的示意圖。方法實(shí)施例3，如圖5所示。為5組固定均勻布點(diǎn)圖紙?jiān)诶孟到y(tǒng)最短 路徑規(guī)劃可視化裝置(圖1)經(jīng)過(guò)上述實(shí)施過(guò)程后，溶液槽8中的活動(dòng)透明 蓋板7上于各磁鋼支柱5之間自動(dòng)形成的系統(tǒng)最短路徑(Steiner最小生成樹(shù))的示意圖。方法實(shí)施例4，如圖6所示。為6組固定均勻布點(diǎn)圖紙?jiān)诶孟到y(tǒng)最短 路徑規(guī)劃可視化裝置(圖1)經(jīng)過(guò)上述實(shí)施過(guò)程后，溶液槽8中的活動(dòng)透明 蓋板7上于各磁鋼支柱5之間自動(dòng)形成的系統(tǒng)最短路徑(Steiner最小生成樹(shù))的示意圖。方法實(shí)施例5，如圖7所示。為5組固定不均勻布點(diǎn)圖紙?jiān)诶孟到y(tǒng)最短 路徑規(guī)劃可視化裝置(圖1)經(jīng)過(guò)上述實(shí)施過(guò)程后，溶液槽8中的活動(dòng)透明蓋 板7上于各磁鋼支柱5之間自動(dòng)形成的系統(tǒng)最短路徑(Steiner最小生成樹(shù))的示意圖。
權(quán)利要求
1. 系統(tǒng)最短路徑規(guī)劃的可視化方法，其特征在于包括以下步驟(1)、配制用于顯示最短路徑的表面活性劑溶液；(2)、將對(duì)象系統(tǒng)按比例制作成對(duì)象圖紙，將對(duì)象圖紙放置在具有透明底板的溶液槽的下面或下方，根據(jù)對(duì)象圖紙上的系統(tǒng)選擇關(guān)鍵固定點(diǎn)，然后在溶液槽底部的透明底板上放置與關(guān)鍵固定點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)的豎向支柱，再將一塊活動(dòng)透明蓋板放置在支柱上。(3)、將表面活性劑溶液注入溶液槽中，直到溶液槽中的活動(dòng)透明蓋板完全浸入活性劑溶液中為止，排除溶液面漂浮的泡沫后，將表面活性劑溶液從溶液槽中緩慢排出，利用表面活性劑溶液的最小曲面幾何原理，在溶液槽中的各支柱之間的活動(dòng)透明蓋板上的就形成了系統(tǒng)整體最短路徑透明圖形的線條，然后記錄圖形，最后按比例將圖形放大反求即可求得對(duì)象系統(tǒng)總體最短路徑解決方案。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)最短路徑規(guī)劃的可視化方法，其特征在于 所述方法的步驟(3)中，溶液槽中的表面活性劑溶液的注入和排出均 由泵來(lái)完成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)最短路徑規(guī)劃的可視化方法，其特征在于所述方法的步驟(2)中，所述支柱為磁鋼支柱，在活動(dòng)透明蓋板上方放置有可吸附固定磁鋼支柱的磁鋼支柱蓋帽。
4、 系統(tǒng)最短路徑規(guī)劃的可視化裝置，該裝置包括支架，其特征在于所述 支架上固定有具有透明底板的溶液槽，溶液槽內(nèi)設(shè)有與透明底板平行的 嵌入式活動(dòng)透明蓋板，活動(dòng)透明蓋板和透明底板之間設(shè)置有多個(gè)豎向的 代表系統(tǒng)固定點(diǎn)位置的支柱。
5、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)最短路徑規(guī)劃的可視化裝置，其特征在于 所述支架上還固定有用于盛裝表面活性劑溶液的溶液器皿和雙向液體 手動(dòng)泵，雙向液體手動(dòng)泵具有兩條液體軟管及驅(qū)動(dòng)手柄，雙向液體手動(dòng) 泵的兩條液體軟管分別與溶液器皿和溶液槽內(nèi)部連通。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的系統(tǒng)最短路徑規(guī)劃的可視化裝置，其特征在于所述支柱為磁鋼支柱，在活動(dòng)透明蓋板上方放置有可吸附固定磁鋼支柱的磁鋼支柱蓋帽。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)最短路徑規(guī)劃的可視化裝置，其特征在于-所述溶液槽底部設(shè)有可供對(duì)象圖紙載板插裝的空間。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)最短路徑規(guī)劃的可視化裝置，其特征在于所述的供對(duì)象圖紙載板插裝的空間是由溶液槽的透明底板下方設(shè)置的 空心底板與透明底板之間的間隙形成。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)最短路徑規(guī)劃的可視化裝置，其特征在于 所述透明底板上標(biāo)記有供度量的直角坐標(biāo)系。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種系統(tǒng)最短路徑規(guī)劃的可視化方法和裝置，其將對(duì)象系統(tǒng)按比例制作成對(duì)象圖紙，將對(duì)象圖紙固定在具有透明底板的溶液槽的下面或下方，根據(jù)對(duì)象圖紙上的系統(tǒng)選擇關(guān)鍵固定點(diǎn)，然后在溶液槽底部的透明底板上放置與關(guān)鍵固定點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)的豎向支柱，再將一塊活動(dòng)透明蓋板放置在支柱上，將表面活性劑溶液注入溶液槽中，將表面活性劑溶液從溶液槽中緩慢排出，利用表面活性劑溶液的最小曲面幾何原理，在溶液槽中的各支柱之間的活動(dòng)透明蓋板上的就形成了系統(tǒng)整體最短路徑透明圖形的線條，然后記錄圖形，最后按比例將圖形放大反求即可求得對(duì)象系統(tǒng)總體最短路徑解決方案。
文檔編號(hào)G09B25/00GK101261779SQ20081008704
公開(kāi)日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月30日
發(fā)明者馮志強(qiáng), 煒 夏, 張祖俊, 徐惠麗, 楊宗霄, 楊曉英, 璽 毛, 王會(huì)良, 程傳業(yè), 趙士陽(yáng), 高艷平 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)