Làm thế nào tìm con đường ngắn nhất?

Trong cuộc sống hằng ngày chúng ta thường gặp vấn đề sau đây: Cần tìm con đường ngắn nhất đi từ điểm A đến điểm E như ở hình vẽ. Trên hình vẽ các điểm cuối mỗi đoạn đường là một địa điểm, đoạn thẳng chỉ con đường nối giữa hai điểm, con số trên mỗi đoạn thẳng chỉ cự ly của đoạn đường.

Trước hết xin dẫn ra phương pháp thông thường. Xem xét tất cả các tuyến đường có thể đi, tính toán tổng các cự ly, từ đó chọn được tuyến đường ngắn nhất. Từ A đến E có 3.3.3.1 đoạn đường có thể đi, mỗi tuyến đi cần thực hiện ba lần phép cộng, cần phải thực hiện 81 phép cộng. Ngoài ra còn phải tiến hành 26 lần phép so sánh, cuối cùng sẽ tìm được tuyến đường ngắn nhất là A → B2 → C2 → D3 → E. Cự ly tương ứng bằng 15.

Ta dễ dàng nhận thấy thực hiện như phương pháp thông thường quả là đơn giản nhưng để thực hiện lại không dễ vì phải qua nhiều địa điểm, thực hiện quá nhiều phép tính.

Vậy liệu có phương pháp nào khác không?

Giả sử ta chọn được con đường ngắn nhất là A → B2 → C2 → D3 → E thì đoạn đường nhỏ trong đó đi từ hai điểm của tuyến đường cũng phải là ngắn nhất, ví dụ C2 → D3 → E cũng phải là con đường ngắn nhất từ C2 đến E. Nếu không, khi dùng phản chứng ta phải tìm được một tuyến đường khác ngắn hơn và điều đó trái với giả thiết. Tuyến đường ngắn nhất như mô tả ở trên, chúng ta có thể bắt đầu từ cuối tuyến đường truy dần từng bước ta sẽ tìm được tuyến đường ngắn nhất từ A đến E.

Bước thứ nhất: Tìm đoạn đường ngắn nhất từ D đến E.

Từ D1, D2, D3 đến E có các tuyến f(D1) = 5, f(D2) = 8, f(D3) = 1. f(xi) biểu diễn cự ly ngắn nhất từ xi đến E.

Bước thứ hai: Xét đoạn đường ngắn nhất từ C đến E.

Xuất phát từ C1 có khả năng chọn đến D1, D2 hoặc D3.

trong đó, d(C1, D1) biểu diễn khoảng cách từ C1 đến D1, dễ dàng tìm thấy khoảng cách ngắn nhất là theo tuyến C1 → D3→ E.

Tương tự xuất phát từ C2 ta có

Và tuyến ngắn nhất là C2→D3 → E. Tương tự

Từ C3 tuyến ngắn nhất là C3 → D3 →E với f(C3) = 6

Cũng với lí do tương tự, ta tìm thấy f(B1) = 12 cho đoạn đường con B1 → C2 → D3 → E

và f(B2) = 7 cho đoạn đường con B2 → C2 → D3 → E

f(B3) = 12 cho đoạn đường con B1 → C__1 (hoặc C2) → D3 → E

Xuất phát từ A ta có:

Dựa vào quá trình tính toán, ta thấy số lượng phép toán giảm đi rất nhiều: chỉ cần 3.3 + 3.3 + 3 = 21 phép cộng và 3.2 + 3.2 + 2 = 14 phép so sánh. Nếu số địa điểm càng lớn thì ưu điểm của phương pháp càng rõ rệt. Dùng phương pháp này không chỉ cho thấy tìm được đường từ A đến E ngắn nhất mà còn biết được cự ly từ điểm này đến điểm khác của tuyến đường. Trong toán học, người ta gọi đây là phương pháp “giải pháp theo quy tắc động thái”.

“Quy tắc động thái” là phương pháp cho phép giải quyết nhanh bài toán tối ưu, do nhà toán học Mỹ Bellman đưa ra năm 1959. Đây là bài toán “tối ưu hoá” đã được phát triển thành ngành toán học mới. Phương pháp quy tắc động thái được phát huy rộng rãi trong các ngành kĩ thuật công trình, quản lí kinh tế, trong sản xuất công nghiệp và kĩ thuật quân sự và ngày càng được coi trọng, thậm chí còn được dùng trong việc chọn phạm vi trong máy tính. Bởi vì nếu dùng phương pháp thông thường thì đến cả máy tính cũng khó thực hiện hết được các phép tính.

Có phải nhóm máu một người suốt đời không thay đổi?

Trước đây, người ta luôn cho rằng nhóm máu của một người suốt đời không thay đổi. Vì vậy, có người gọi nhóm máu là "hộ khẩu đỏ".

Tại sao khi xây đập nước cần phải làm mương máng cho bè gỗ và cá qua lại?

Đập nước còn được gọi là "đập lớn ngăn sông", nó cắt ngang dòng sông, khiến cho nước sông ở phía thượng lưu dồn lại thành hồ chứa nước. Mặt nước trong...

Tại sao bạc hà đặc biệt mát lạnh?

Vào mùa hè nóng nực, ngắt một chiếc lá bạc hà, nhai nhai sẽ có một luồng hương thơm mát; nếu hái mấy lá rồi ngâm trong nước sôi, đợi sau khi nguội...

Tại sao ngón tay người máy lại nhiều kiểu dáng

Ngón tay người máy cũng gọi là bộ thao tác đầu chót, là bộ phận chủ yếu của rôbốt. Có nó, người máy mới có thể làm việc, mới có thể chấp hành nhiệm...

Giao lộ lập thể kết nối với nhau có những đặc điểm gì?

Giao lộ (ngã ba, ngã tư v.v.

Vì sao bãi biển nhiều sa khoáng đến thế?

Người ta kinh ngạc phát hiện, một số bãi biển nào đó chứa rất nhiều những bảo vật kỳ lạ, đó là sa khoáng bãi biển. Trong những sa khoáng này chứa...

Tại sao trên cùng một bắp ngô lại có những hạt màu sắc khác nhau?

Khi thu hoạch ngô, có lúc bạn phát hiện trên cùng một bắp ngô thường có mấy hạt ngô không cùng màu, màu trắng, màu vàng, màu đỏ, trông rất đẹp. Có...

Truyền hình độ nét cao có phải là truyền hình số không?

Đài truyền hình trước khi phát chương trình sẽ phát một bức hình hình tròn, trên đó có các hoa văn và màu sắc. Đó là một cái card thử hình để thuê bao...

Tại sao xe lửa cần chạy trên đường ray?

Một ô tô tải nếu đỗ trên mặt đường đá vụn, 15 người mới đẩy nó đi được. Nhưng nếu một toa xe lửa có cùng trọng lượng đỗ trên đường ray thép, chỉ 2...