The shortest-path searching algorithm must not only find a global solution to the destination, but also solve a turn penalty problem (TPP) in an urban road transportation network (URTN). Although the Dijkstra algorithm (DA) as a representative node-based algorithm secures a global solution to the shortest path search (SPS) in the URTN by visiting all the possible paths to the destination, the DA does not solve the TPP and the slow execution speed problem (SEP) because it must search for the temporary minimum cost node. Potts and Oliver solved the TPP by modifying the visiting unit from a node to the link type of a tree-building algorithm like the DA. The Multi Tree Building Algorithm (MTBA), classified as a representative Link Based Algorithm (LBA), does not extricate the SEP because the MTBA must search many of the origin and destination links as well as the candidate links in order to find the SPS. In this paper, we propose a new Link-Based Single Tree Building Algorithm in order to reduce the SEP of the MTBA by applying the breaking rule to the LBA and also prove its usefulness by comparing the proposed with other algorithms such as the node-based DA and the link-based MTBA for the error rates and execution speeds.
Given a Path represented by a sequence of link numbers in a transportation network, the reasonable path is defined as a path that any link is appeared multiple times in it. Application of the link labelmethod(LLM) to the shortest path algorithms(SPA) enables to model the reasonable path choice behavior in urban networks. This study aims at expanding the LLM to a Kth shortest path algorithms(KPSA), which adopts the node label setting method. The small-scaled network test demonstrated that the proposed algorithm works correctly and the revised Sioux fall network test showed that the path choice behaviors are reasonably reflected. In the large-scaled network based on the South Korea peninsula, drivers' route diversion perceptions are included as cost terms in total cost. The algorithm may be applied as an alternative route information tools for the deployment of ATIS.
Generally, optimum shortest path algorithms adopt single attribute objective among several attributes such as travel time, travel cost, travel fare and travel distance. On the other hand, multi-objective shortest path algorithms find the shortest paths in consideration with multi-objectives. Up to recently, the most of all researches about multi-objective shortest paths are proceeded only in single transportation mode networks. Although, there are some papers about multi-objective shortest paths with multi-modal transportation networks, they did not consider transfer problems in the optimal solution level. In particular, dynamic programming method was not dealt in multi-objective shortest path problems in multi-modal transportation networks. In this study, we propose a multi-objective shortest path algorithm including dynamic programming in order to find optimal solution in multi-modal transportation networks. That algorithm is based on two-objective node-based label correcting algorithm proposed by Skriver and Andersen in 2000 and transfer can be reflected without network expansion in this paper. In addition, we use non-dominated paths and tree sets as labels in order to improve effectiveness of searching non-dominated paths. We also classifies path finding attributes into transfer and link travel attribute in limited transit networks. Lastly, the calculation process of proposed algorithm is checked by computer programming in a small-scaled multi-modal transportation network.
The Transactions of the Korea Information Processing Society
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v.3
no.1
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pp.43-54
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1996
This paper presents new heuristic search algorithms for searching rectilinear r(L1), link metric, and combined shortest paths in the presence of orthogonal obstacles. The GMD(GuidedMinimum Detour) algorithm combines the best features of maze-running algorithms and line-search algorithms. The SGMD(Line-by-Line GuidedMinimum Detour)algorithm is a modiffication of the GMD algorithm that improves efficiency using line-by-line extensions. Our GMD and LGMD algorithms always find a rectilinear shortest path using the guided A search method without constructing a connection graph that contains a shortest path. The GMD and the LGMD algorithms can be implemented in O(m+eloge+NlogN) and O(eloge+NlogN) time, respectively, and O(e+N) space, where m is the total number of searched nodes, is the number of boundary sides of obstacles, and N is the total number of searched line segment. Based on the LGMD algorithm, we consider not only the problems of finding a link metric shortest path in terms of the number of bends, but also the combined L1 metric and Link Metric shortest path in terms of the length and the number of bands.
For improving the effectiveness of travel information, some rational paths are needed to provide them to users driving in real road network. To meet it, k-shortest path algorithms have been used in general. Although the k-shortest path algorithm can provide several alternative paths, it has inherent limit of heavy overlapping among derived paths, which nay lead to incorrect travel information to the users. In case of considering the network consisting of several turn prohibitions popularly adopted in real world network, it makes difficult for the traditional network optimization technique to deal with. Banned and penalized turns are not described appropriately for in the standard node/link method of network definition with intersections represented by nodes only. Such problem could be solved by expansion technique adding extra links and nodes to the network for describing turn penalties, but this method could not apply to large networks as well as dynamic case due to its overwhelming additional works. This paper proposes a link-based shortest path algorithm for the travel information in real road network where exists turn prohibitions. It enables to provide efficient alternative paths under consideration of overlaps among paths. The algorithm builds each path based on the degree of overlapping between each path and stops building new path when the degree of overlapping ratio exceeds its criterion. Because proposed algorithm builds the shortest path based on the link-end cost instead or node cost and constructs path between origin and destination by link connection, the network expansion does not require. Thus it is possible to save the time or network modification and of computer running. Some numerical examples are used for test of the model proposed in the paper.
In these days, multiple-path generation method is highly demanded in practice and research areas, which can represents realistically travelers behavior in choosing possible alternative paths. The multiple-path generation algorithm is one of the key components for policy analysis related to ATIS, DRGS and ATMS in ITS. This study suggested a method to generate multiple Possible paths from an origin to a destination. The approach of the suggested method is different from an other existing methods(K-shortest path algorithm) such as link elimination approach, link penalty approach and simulation approach. The result of the multi-label vine-building shortest path algorithm(MVA) by Kim (1998) and Kim(2001) was used to generate multiple reasonable possible paths with the concept of the rational upper boundary. Because the MVA algorithm records the cost, back-node and back-back node of the minimum path from the origin to the concerned node(intersection) for each direction to the node, many potential possible paths can be generated by tracing back. Among such large number of the potential possible paths, the algorithm distinguishes reasonable alternative paths from the unrealistic potential possible paths by using the concept of the rational upper boundary. The study also shows the very simple network examples to help the concept of the suggested path generation algorithm.
In the context of multi-protocol label switching (MPLS) traffic engineering, this paper proposes a scalable constraintbased shortest path first (CSPF) routing algorithm with multiple QoS metrics. This algorithm, called the multiple constraint-based shortest path first (M_CSPF) algorithm, provides an optimal route for setting up a label switched path (LSP) that meets bandwidth and end-to-end delay constraints. In order to maximize the LSP accommodation probability, we propose a link weight computation algorithm to assign the link weight while taking into account the future traffic load and link interference and adopting the concept of a critical link from the minimum interference routing algorithm. In addition, we propose a bounded order assignment algorithm (BOAA) that assigns the appropriate order to the node and link, taking into account the delay constraint and hop count. In particular, BOAA is designed to achieve fast LSP route computation by pruning any portion of the network topology that exceeds the end-to-end delay constraint in the process of traversing the network topology. To clarify the M_CSPF and the existing CSPF routing algorithms, this paper evaluates them from the perspectives of network resource utilization efficiency, end-to-end quality, LSP rejection probability, and LSP route computation performance under various network topologies and conditions.
Kim, Taehyeong;Kim, Taehyung;Park, Bum-Jin;Kim, Hyoungsoo
The Journal of The Korea Institute of Intelligent Transport Systems
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v.11
no.5
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pp.38-45
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2012
Finding shortest paths on time dependent networks is an important task for scheduling and routing plan and real-time navigation system in ITS. In this research, one-to-one time dependent shortest path algorithms based on link flow speeds on urban networks are proposed. For this work, first we select three general shortest path algorithms such as Graph growth algorithm with two queues, Dijkstra's algorithm with approximate buckets and Dijkstra's algorithm with double buckets. These algorithms were developed to compute shortest distance paths from one node to all nodes in a network and have proven to be fast and efficient algorithms in real networks. These algorithms are extended to compute a time dependent shortest path from an origin node to a destination node in real urban networks. Three extended algorithms are implemented on a data set from real urban networks to test and evaluate three algorithms. A data set consists of 4 urban street networks for Anaheim, CA, Baltimore, MD, Chicago, IL, and Philadelphia, PA. Based on the computational results, among the three algorithms for TDSP, the extended Dijkstra's algorithm with double buckets is recommended to solve one-to-one time dependent shortest path for urban street networks.
The shortest path problems(SPP) are critical issues in the military logistics such as the simulation of the War-Game. However, the existing SPP has two major drawbacks, one is its accuracy of solution and the other is for only one solution with focused on just link cost in the military transportation planning models. In addition, very few previous studies have been examined for the multi-shortest path problems without considering link capacity reflecting the military characteristics. In order to overcome these drawbacks, it is necessary to apply the multi-shortest paths algorithm reflecting un-expected military incidents. This study examines the multi-shortest paths in the real networks using Shier algorithm. The network contains both military link capacity and time-based cost. Also, the modes are defined as a platoon(group) rather than unit which is used in most of previous studies in the military logistics. To verify the algorithm applied in this study. the comparative analysis was performed with various sizes and routes of network which compares with Dijkstra algorithm. The major findings of this study are as follows ; 1) Regarding the unique characteristics of the military transportation plan, Shier algorithm, which is applied to this study, is more realistic than Dijkstra algorithm. Also, the time based concept is more applicable than the distance based model in the military logistics. 2) Based on the results from the various simulations of this study the capacity-constraint sections appeared in each scenarios. As a consequence, the alternatives are necessary such as measures for vulnerable area, improvement of vehicle(mode), and reflection of separated-marching column in the military manuals. Finally. the limits and future research directions are discussed : 1) It is very hard to compare the results found in this study. which is used in the real network and the previous studies which is used in arbitrary network. 2) In order to reflect the real military situations such as heavy tanks and heavy equipment vehicles. the other constraints such as the safety load of bridges and/or the height of tunnels should be considered for the future studies.
Shortest path tree(SPT) construction is essential in high performance routing in an interior network using link state protocols. When some links have new state values, SPTs may be rebuilt, but the total rebuilding of the SPT in a static way for a large computer network is not only computationally expensive, unnecessary modifications can cause routing table instability. This paper presents a new update algorithm, dynamic shortest path tree(DSPT) that is computationally economical and that maintains the unmodified nodes mostly from an old SPT to a new SPT. The proposed algorithm reduces redundancy using a dynamic update approach where an edge becomes the significant edge when it is extracted from a built edge list Q. The average number of significant edges are identified through probability analysis based on an arbitrary tree structure. An update derived from significant edges is more efficient because the DSPT algorithm neglect most other redundant edges that do not participate in the construction of a new SPT. Our complexity analysis and experimental results show that DSPT is faster than other known methods. It can also be extended to solve the SPT updating problem in a graph with negative weight edges.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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