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基于路径的Logit型随机用户均衡模型求解算法研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 立题的背景和意义

1.2 国内外研究概况

1.2.1 随机用户均衡模型研究

1.2.2 Logit型随机用户均衡模型求解算法研究

1.2.3 合理路径集合确定方法研究

1.2.4 国内外研究小结

1.3 研究内容和论文结构

1.3.1 研究的主要内容

1.3.2 论文框架与结构

第2章 Logit型随机用户均衡模型求解方法回顾

2.1 随机用户均衡模型

2.1.1 用户均衡

2.1.2 随机用户均衡

2.2 基于路段变量的求解算法

2.2.1 Dial算法

2.2.2 Bell算法

2.2.3 MSA算法

2.3 基于路径变量的求解算法

2.3.1 MSA算法

2.3.2 非集计单纯形算法

2.3.3 部分线性化算法

2.3.4 梯度投影算法

2.4 合理路径集合的确定方法

2.3.3 路段删除法

2.3.3 路段惩罚法

2.3.3 组合算法及求解实例

2.5 本章小结

第3章 双层部分线性化算法

3.1 问题描述

3.2 算法描述

3.2.1 外层迭代

3.2.2 内层迭代

3.3 算法收敛性分析

3.4 算例分析

3.4.1 算法性能对比

3.4.2 敏感性分析

3.5 本章小结

第4章 对偶算法

4.1 问题描述

4.2 [TAP-SUE]的Lagrange对偶问题

4.3 对偶问题的求解及收敛性分析

4.4 算例分析

4.4.1 算法性能对比

4.4.2 敏感性分析

4.5 本章小结

第5章 改进的截断牛顿算法

5.1 算法描述

5.1.1 主迭代:截断牛顿法

5.1.2 子迭代:预处理共轭梯度法

5.2 算法收敛性及收敛速度分析

5.2.1 算法收敛性证明

5.2.2 算法收敛速度分析

5.3 算法应用于[TAP-SUE]模型

5.3.1 问题描述

5.3.2 确定搜索方向

5.3.3 确定迭代步长

5.3.4 基路径的选取原则

5.4 算例分析

5.4.1 算法性能对比

5.4.2 敏感性分析

5.5 本章小结

第6章 改进的信赖域牛顿算法

6.1 算法描述

6.1.1 主迭代:信赖域牛顿算法

6.1.2 子迭代:传统的Steihaug-Toint算法

6.1.3 子迭代:改进的Steihaug-Toint算法

6.2 算法收敛性及收敛速度分析

6.2.1 算法收敛性证明

6.2.2 算法收敛速度分析

6.3 算法应用于[TAP-SUE]模型

6.3.1 问题描述

6.3.2 确定试探步

6.3.3 确保迭代点为可行点

6.3.4 基路径的选取原则

6.4 算例分析

6.4.1 算法性能对比

6.4.2 敏感性分析

6.5 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 论文主要研舡作总结

7.2 论文创新点

7.3 研究展望

附录

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表论文及参与科研情况

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摘要

Logit型随机用户均衡模型由于具有结构简单,可解释性强等特点,在交通规划中有着广泛的应用,一直是人们研究的热点。本文运用非线性规划理论,以城市交通网络为背景,研究基于路径的Logit型随机用户均衡模型的求解算法。梯度投影算法是目前求解该模型最有效的算法。为了更高效地求解Logit型随机用户均衡模型,本文提出了4种新算法,具体的研究内容和取得的结果如下:
  (1)提出了双层部分线性化算法。该算法包括内外两层迭代:外层迭代运用二阶形式的部分线性化算法,生成一个线性约束条件下的熵最大问题;内层迭代运用一阶形式的部分线性化算法近似求解该子问题。根据内外层迭代子问题的不同特点,选取不同的步长准则,可有效提高算法的计算效率。
  (2)提出了对偶算法。该算法将Logit型随机用户均衡模型转化为其对偶问题,再应用变尺度最速上升算法进行求解。
  (3)提出了改进的截断牛顿算法。该算法通过不精确求解既约牛顿方程得出搜索方向,再运用Armijo准则,生成迭代步长。在迭代过程中,既约变量是可以动态变化的。
  (4)指出传统的Steihaug-Toint算法并不适合求解基于路径的Logit型随机用户均衡模型,并提出了一种改进的信赖域牛顿算法。该算法的搜索方向与试探步长是一先一后确定的,而不是同时确定的,因此能够克服传统Steihaug-Toint算法的缺点。
  本文详细论证了新算法的收敛性和收敛速度,并将4种新算法分别同梯度投影算法进行对比。计算结果表明,4种新算法各有特点,但均能在某些方面优于梯度投影算法。因此,本文为Logit型随机用户均衡模型的求解提供了新的思路与途径,研究结果具有一定理论价值和实践意义。

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