Электрическая модель с идеальными элементами для поиска кратчайшего пути на взвешенном ориентированном графе

Abstract

Рассмотрена проблема определения кратчайшего пути во взвешенном ориентированном графе с применением электрической модели с идеальными диодами, источниками напряжения и тока. Проведены теоретические исследования в области математического моделирования электрических схем с идеальными элементами. Рассмотрен пример определения кратчайшего пути в заданном взвешенном ориентированном графе.В задачах небольшой размерности можно использовать аналоговые электрические модели. Однако для больших графов аналоговые модели становятся весьма громоздкими из-за необходимости включения в каждую цепь изолированного источника электрической энергии, а точность решения низкой из-за не идеальности характеристик элементов.В данной статье рассматривается развитие модели представления взвешенного ориентированного графа без использования структурной матрицы или каких-либо других топологических матриц. Вместо этого предлагается формировать и обрабатывать в процессе анализа список ветвей с присущими им характеристиками и параметрами.Целью работы является обоснование электрической модели для поиска кратчайшего пути во взвешенном ориентированном графе, представление алгоритма для реализации и иллюстрации эффективности метода.Так как исходная электрическая цепь не содержит накопителей энергии и в ней в принципе невозможен переходный процесс, предлагается преобразовать исходную электрическую цепь в динамическую путем присоединения к каждому узлу схемы по емкости, другой конец которой соединить с базисным узлом, не принадлежащим данной схеме и общим для всех емкостей. В результате становится возможным протекание переходного процесса, по окончании которого токи емкостей станут равными нулю и не будут оказывать влияния на распределение токов и напряжений в схеме.