Optimierungen und gewichtete Graphen

Arbeitsgrundlage: Graphentheorie 19 - Optimierungen.docx

Du hast gelernt, systematisch alle Lösungen eines Problems aufzulisten. Das kann helfen, eine geeignete Lösung zu finden. Oft möchte man die beste oder optimale Lösung suchen, aber welche ist die beste Lösung?

Abbildung zu Kapitel 19, Material 2Abbildung zu Kapitel 19, Material 3Abbildung zu Kapitel 19, Material 3

Dies hängt natürlich auch von den Kriterien ab. Zum Beispiel kann man bei der Wegsuche den kürzesten Weg bezüglich der Entfernung oder bezüglich der Zeit suchen. Oder den Weg mit minimaler Anzahl an Kreuzungen.

Gewichtete Graphen

Es gibt ungerichtete bzw. gerichtete Graphen mit gewichteten Kanten (z.B. Wegstrecken, Kosten, ...).

Abbildung zu Kapitel 19, Material 11Abbildung zu Kapitel 19, Material 11

Ein Straßennetz optimieren

Nachfolgend ist ein Straßennetz als Graph dargestellt. Ziel ist es den kürzesten Weg von A nach B zu finden, also den Weg der minimalen Länge. Dazu braucht man auch die Längen der direkten Verbindungen zwischen zwei Ortschaften. In einem Graphen werden diese neben den Kanten angegeben. In solchen Graphen misst man die Länge des Weges nicht als die Anzahl der durchlaufenden Kanten, sondern als die Summe der Länge der durchlaufenden Kanten.

Abbildung zu Kapitel 19, Material 16

Beispiel: Der Weg ADE ist somit 15 + 40 = 55 km lang.

Suchbaum

Aufgabe 1: Erstelle einen Suchbaum mit allen einfachen Wegen von A nach B. Jeder Zweig endet bei B oder wenn kein unbesuchter Nachbar mehr erreichbar ist.

Ausgangsgraph Gewichteter Ausgangsgraph mit Knoten A bis F

Aufgabe 1 – Ergebnis: Nenne den kürzesten und den längsten einfachen Weg von A nach B und berechne jeweils die Länge.

Kürzester Weg
Längster einfacher Weg

Optimierungsprobleme

Eine Aufgabenstellung mit mehreren Lösungen, in welcher man jeder Lösung dank einem Kriterium einen Wert zuordnen kann, nennt man Optimierungsproblem. In der Fachsprache nennt man die Werte der Lösungen die Kosten der Lösungen. Wenn man eine Lösung mit den minimalen Kosten suchen, spricht man von einem Minimierungsproblem. Sucht man die Lösung mit den maximalen Kosten, von einem Maximierungsproblem.

Aufgabe 2a: a) Gibt es einen Hamiltonweg von A nach B? Geben Sie ggf. dessen Länge an.

Hamiltonpfad

Aufgabe 2b: b) Beginnend in A gibt es mindestens einen Hamiltonkreis. Geben Sie mind. einen davon mit dessen Länge an.

Hamiltonkreis

Aufgabe 3: Saarländische Städte

Erstellen Sie den gewichteten Graphen der saarländischen Städte.

von / nachWNDMZGSLSSBNKHOM
WND07765∞19∞
MZG77024∞∞∞
SLS652402544∞
SB∞∞2502336
NK19∞4423019
HOM∞∞∞36190
Graph zeichnen

Erstelle den ungerichteten gewichteten Graphen aus der Tabelle. WND = St. Wendel, MZG = Merzig, SLS = Saarlouis, SB = Saarbrücken, NK = Neunkirchen, HOM = Homburg.

Freitext

Welche Bedeutung hat z.B. der Eintrag zwischen Saarbrücken und Merzig?

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