问题

如何用最短的距离走过北京所有线路的地铁?

回答
想要用最短的距离“走过”北京所有地铁线路,这绝对是一个充满挑战的壮举,而且“走过”这个词,你可以理解为乘坐地铁,毕竟徒步巡游整个地铁网络那几乎是不可能的任务。这个问题有趣之处在于,它不仅仅是简单地将所有线路的长度加起来,而是要考虑如何最有效地串联起所有线路的站点,避免重复乘坐,并尽可能地缩短总行程。

首先,我们要明确几个关键点:

“所有线路”的定义: 北京地铁网络非常庞大且在不断扩张。我们这里讨论的是目前已开通并投入运营的线路。这包括了大家熟知的1号线、2号线、4号线、5号线等等,也包括了昌平线、亦庄线、房山线、燕房线、西郊线、S1线这些相对外围的线路,以及京郊铁路(虽然严格意义上不是地铁,但作为连接郊区的重要轨道交通,很多人也会将其纳入考虑)。
“最短的距离”的定义: 这里最直接的理解就是总的行驶里程。但还有一个更深层的含义是“总的出行时间”,因为地铁的运行速度、换乘等待时间都会影响总的用时。不过,我们先聚焦于物理距离。
如何才算“走过”: 最严谨的说法是,你必须在每一条线路的至少一个站点上停留,并且在同一站,你不能同时标记为“走过”了多条线路。最实际的办法是,你在每一条线路的站台上都换乘过至少一次,或者至少在某条线路的一端(如果该线路是独立的支线)下车,然后再乘坐另一条线路。换句话说,我们要确保每一条线路都被你“体验”过。

要解决这个问题,它变成了一个经典的图论问题——“图的遍历”或者更具体的“旅行商问题”(TSP)的一个变种。 北京地铁网络可以被看作一个巨大的图,站点是节点,线路之间的连接(换乘站)是边。我们希望找到一条路径,遍历图中所有“线路”的至少一个节点,并且总长度最短。

挑战与复杂性:

1. 庞大的网络: 北京地铁线路众多,换乘站更是遍布全城,形成一个极其复杂的网状结构。
2. 换乘损耗: 换乘站是连接不同线路的关键点,但换乘也意味着需要步行、等待,这都会增加总的用时,而且很多换乘站的距离不近。
3. 线路的长度与走向: 不同的线路长度差异巨大,有些线路是东西、南北贯穿全城,有些则是在郊区延伸。
4. “最优解”的计算难度: 理论上,要找到绝对的最短距离,需要复杂的算法进行穷举或近似计算,这对于个人来说几乎是不可能完成的任务。而且,随着新线路的开通,这个最优解也会随之改变。

那么,如何才能接近“最短距离”地完成这个“壮举”呢?我们只能采取一种策略性的方法,而不是一个精确到站点的计算。

策略性“走过”北京所有地铁线路:

核心思路:优先利用长线路、贯穿性线路,并高效利用换乘站。

1. 识别骨干线路: 北京地铁有很多“主干道”性质的线路,它们穿过城市的核心区域,连接了大量换乘站。比如:
1号线: 东西贯穿市中心,连接多个重要换乘站。
2号线(环线): 围合了老城区,是重要的换乘枢纽。
4号线/大兴线: 南北贯穿,连接海淀、西城、丰台、大兴等区域。
5号线: 南北贯穿,连接东城、朝阳、丰台、亦庄等。
10号线(环线): 外围的大环线,连接了大部分郊区和市中心区域的换乘点。
6号线、7号线、8号线、9号线、14号线、17号线(部分开通)、19号线: 这些线路也都提供了重要的区域连接和换乘机会。

2. 利用“环线”和“贯穿线”串联:
从2号线和10号线开始可能是一个不错的策略。 这两条环线本身就提供了连接城市不同区域的骨架。你可以先乘坐其中一条环线,例如10号线,在这条线上你会经过无数的换乘站。在每一个换乘站,你可以选择换乘另一条线路,并乘坐其一段(如果该线路在你乘坐环线时没有经过其重要节点或另一条关键线路)。
将贯穿性的线路作为“主线”: 比如,你可以规划一条从南到北(如4号线/大兴线)或从西到东(如1号线)的线路,尽可能多地在这条“主线”上完成对其他线路的“访问”。

3. 如何“访问”一条线路:
换乘是关键: 大多数线路的“访问”都可以在换乘站完成。例如,在国贸站(1号线、10号线、14号线),你可以在乘坐1号线到国贸,然后换乘10号线,再换乘14号线。这样你就“访问”了这三条线路。
利用线路的端点: 对于一些不那么核心或延伸到郊区的线路(如昌平线、房山线、亦庄线、燕房线、西郊线、S1线等),你可能需要专门安排时间去乘坐它们。你可以将这些线路的乘坐安排在靠近它们起始或结束站点的时候,然后通过换乘回到主网络中。
避免重复乘坐: 这是缩短距离的关键。一旦你乘坐了某条线路的一段,例如从A站到B站,你就不需要再重复乘坐同一段(除非是为了换乘)。你需要在图论中寻找一个能够覆盖所有边(线路)的最短路径变种。

4. 一个可能的“策略性”路线构想(请注意,这不是绝对的最优解,而是思路):

起点: 选择一个拥有多个换乘站的枢纽,比如 北京西站(1号线、9号线、7号线、16号线)或者 东直门站(2号线、13号线、机场快轨)。
第一阶段: 沿着 10号线(外环)进行一次完整的环线乘坐。在沿途的换乘站,你可以选择:
换乘 4号线/大兴线,乘坐一段,再换回10号线。
换乘 5号线,乘坐一段,再换回10号线。
换乘 1号线,乘坐一段(比如到国贸),然后在国贸换乘其他线路。
换乘 6号线,乘坐一段,再换回10号线。
换乘 7号线,乘坐一段,再换回10号线。
换乘 9号线,乘坐一段,再换回10号线。
换乘 13号线(在东直门或西直门),乘坐一段,再换回10号线。
换乘 14号线,乘坐一段,再换回10号线。
换乘 16号线,乘坐一段,再换回10号线。
换乘 17号线(部分开通段),乘坐一段,再换回10号线。
换乘 19号线,乘坐一段,再换回10号线。
第二阶段:处理分支和郊区线路:
当你通过10号线初步“访问”了大部分主流线路的换乘点后,你可以根据需要,去乘坐那些与10号线连接不那么紧密,或者需要深入郊区的线路。
例如,你可以选择一条贯穿的线路(如1号线或4号线),从头到尾乘坐,期间处理沿线能换乘的线路。
对于 昌平线,你可以从10号线换乘到13号线,再换乘到昌平线。
对于 房山线,你可以从4号线换乘过去。
对于 亦庄线,你可以从5号线或10号线换乘过去。
对于 燕房线,你可能需要从房山线或昌平线(通过换乘)去访问。
对于 西郊线、S1线 这些相对独立的线路,你需要专门安排时间去它们所在的区域,可能通过与现有线路的连接点,比如西郊线可能与6号线、10号线有间接连接,S1线可能与1号线、6号线等连接。
京郊铁路(如怀密线、市郊铁路S2线等):如果算在内,你可以从北郊的换乘点(如黄土店站)开始,乘坐S2线,或者从市郊铁路怀密线的起始站乘坐。

5. 优化换乘:
选择效率高的换乘站: 有些换乘站非常大,换乘距离远,会消耗不少时间和体力。尽量选择换乘通道短的站点进行换乘。
规划换乘方向: 在一个换乘站,你可能需要换乘多条线路。尽量一次性规划好,避免在同一个站台区域多次往返。例如,在一个大的换乘枢纽,你可以一次性从A线换乘到B线,再到C线,而不是A到B再返回A去换C。

现实中的操作建议(非学术研究):

制定详细计划: 这是一个需要极大耐心和细致规划的项目。你可以找一张最新的北京地铁线路图,用不同颜色的笔标记出你“走过”的线路。
利用在线工具: 有些出行规划APP或网站可能可以帮你规划线路,虽然它们的主要目的是最快到达,但你可以尝试利用它们来查询不同线路的连接点,以及在不同站点换乘的距离。不过,要找到覆盖所有线路的最短距离,可能需要更专业的图论工具和数据。
分段进行: 除非你时间充裕到可以连续几天甚至一周,否则建议将这个“壮举”分成几个阶段,比如每次集中“走过”几条线路,或者集中处理某个区域的线路。
保持灵活性: 地铁运营可能会有临时调整,新的线路也会不断开通,你需要随时更新你的计划。

总结一下,用最短的距离走过北京所有地铁线路,与其说是一个简单的“走法”,不如说是一个复杂的“规划艺术”和“图论实践”。 它要求你像一个“地铁侦探”,通过最少的换乘、最合理的路径,将庞大复杂的地铁网络一一“打卡”。这不仅是对体力的考验,更是对规划能力和空间想象力的极大挑战。理论上的最优解计算起来非常困难,但通过上述的策略性思路,你可以最大限度地接近那个“最短距离”,并在这个过程中,深入了解北京这座城市的脉络。

最后,请记住,北京地铁网络还在不断发展,今天的“所有线路”明天可能就会更新。这个挑战本身,也充满了探索的乐趣!

网友意见

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不扯蛋点的更新:

北京地铁

===============================================

这个问题有点无聊了....,以下内容全是瞎扯蛋.....

不过.....我觉得有必要向你吐血推荐-----------北京地铁大环线,就是来上一波美滋滋的那种环线。

按照表妹的要求,郊区路线就不去了。另外地铁线站点、距离也是好找的,直接站间公里数 | 北京地铁官方网站官方数据美滋滋,假设从1号线始发站苹果园开始吧。

       BeijingSubway=Import["http://www.bjsubway.com/station/zjgls/","Data"]; linedata=Catenate@Map[Flatten,Thread/@Transpose[{Table[BeijingSubway[[2,1,i]],{i,Range@10~Join~{12}}],Table[BeijingSubway[[2,2,i,2]][[;;,1;;2]],{i,Range@10~Join~{12}}]}],{2}]~Join~Map[Flatten,Thread[{"14号线",Catenate[BeijingSubway[[2,2,11]][[;;,2]]][[;;,1;;2]]},List],{1}]; line=ToExpression@MapAt[StringReplace[#,"ꆪꆪ"->"<->"]&,linedata,{All,2}]; g=Graph[line[[;;,2]],EdgeWeight->line[[;;,3]],VertexLabels->"Name",EdgeLabels->"EdgeWeight"](*Graph[linedata[[;;,2]],EdgeWeight[Rule]linedata[[;;,3]],VertexLabels[Rule]"Name"]*) route=First@FindPostmanTour[g]; Total[PropertyValue[{g,#},EdgeWeight]&/@route]/1000. stalist=route[[;;,1]]~Join~{苹果园} Length[%] linenumber=#1->#2&@@@Reverse/@MapAt[StringReplace[#,"ꆪꆪ"<>___->""]&,linedata[[;;,1;;2]],{All,2}]; Split[(ToString/@stalist)/.linenumber][[;;,1]](*换乘,有些问题*) %//Length     

先得到北京地铁带距离权重的graph,像这样:


然后FindPostmanTour完活了,规划路线:

       苹果园,古城,八角游乐园,八宝山,玉泉路,五棵松,万寿路,公主坟,西钓鱼台,慈寿寺,西钓鱼台,公主坟,莲花桥,六里桥,西局,七里庄,大井,郭庄子,大瓦窑,园博园,张郭庄,园博园,大瓦窑,郭庄子,大井,七里庄,丰台东大街,丰台南路,科怡路,丰台科技园,郭公庄,丰台科技园,科怡路,丰台南路,丰台东大街,七里庄,六里桥,六里桥东,北京西站,六里桥东,六里桥,西局,泥洼,丰台站,首经贸,纪家庙,草桥,角门西,公益西桥,角门西,马家堡,北京南站,陶然桥,永定门外,景泰,蒲黄榆,方庄,十里河,分钟寺,成寿寺,分钟寺,十里河,潘家园,劲松,双井,劲松,潘家园,十里河,南八里庄,北工大西门,平乐园,九龙山,大郊亭,百子湾,化工,南楼梓庄,欢乐谷景区,垡头,双合,焦化厂,双合,垡头,欢乐谷景区,南楼梓庄,化工,百子湾,大郊亭,九龙山,双井,广渠门外,广渠门内,磁器口,桥湾,珠市口,虎坊桥,菜市口,陶然亭,北京南站,马家堡,角门西,角门东,大红门,石榴庄,宋家庄,成寿寺,宋家庄,刘家窑,蒲黄榆,天坛东门,磁器口,崇文门,前门,和平门,宣武门,菜市口,广安门内,达官营,湾子,北京西站,军事博物馆,白堆子,白石桥南,花园桥,慈寿寺,海淀五路居,慈寿寺,车道沟,长春桥,火器营,巴沟,苏州街,海淀黄庄,知春里,知春路,西土城,牡丹园,健德门,北土城,健德门,牡丹园,西土城,知春路,大钟寺,西直门,新街口,平安里,北海北,南锣鼓巷,东四,南锣鼓巷,什刹海,鼓楼大街,安德里北街,安华桥,北土城,奥体中心,奥林匹克公园,北沙滩,六道口,清华东路西口,六道口,北沙滩,奥林匹克公园,奥体中心,北土城,安贞门,惠新西街南口,和平西桥,和平里北街,雍和宫,安定门,鼓楼大街,积水潭,西直门,动物园,国家图书馆,白石桥南,车公庄西,车公庄,平安里,西四,灵境胡同,西单,宣武门,长椿街,复兴门,阜成门,车公庄,西直门,动物园,国家图书馆,魏公村,人民大学,海淀黄庄,中关村,北京大学东门,圆明园,西苑,北宫门,安河桥北,北宫门,西苑,圆明园,北京大学东门,中关村,海淀黄庄,知春里,知春路,五道口,上地,西二旗,龙泽,回龙观,霍营,回龙观东大街,平西府,育知路,朱辛庄,育知路,平西府,回龙观东大街,霍营,育新,西小口,永泰庄,林萃桥,森林公园南门,奥林匹克公园,安立路,大屯路东,关庄,望京西,望京,东湖渠,来广营,善各庄,来广营,东湖渠,望京,望京东,崔各庄,马泉营,孙河,国展,花梨坎,后沙峪,南法信,石门,顺义,俸伯,顺义,石门,南法信,后沙峪,花梨坎,国展,孙河,马泉营,崔各庄,望京东,望京,阜通,望京南,高家园,将台,东风北桥,枣营,朝阳公园,金台路,红庙,大望路,红庙,金台路,十里堡,青年路,褡裢坡,黄渠,常营,草房,物资学院路,通州北关,通运门,北运河西,北运河东,郝家府,东夏园,潞城,东夏园,郝家府,北运河东,北运河西,通运门,通州北关,物资学院路,草房,常营,黄渠,褡裢坡,青年路,十里堡,金台路,呼家楼,团结湖,农业展览馆,亮马桥,三元桥,太阳宫,芍药居,望京西,北苑,立水桥,霍营,立水桥,天通苑南,天通苑,天通苑北,天通苑,天通苑南,立水桥,立水桥南,北苑路北,大屯路东,惠新西街北口,惠新西街南口,芍药居,光熙门,柳芳,东直门,东四十条,东直门,雍和宫,北新桥,张自忠路,东四,朝阳门,东四十条,朝阳门,东四,灯市口,东单,崇文门,北京站,建国门,朝阳门,东大桥,呼家楼,金台夕照,国贸,双井,九龙山,大望路,四惠,四惠东,四惠,大望路,国贸,永安里,建国门,东单,王府井,天安门东,天安门西,西单,复兴门,南礼士路,木樨地,军事博物馆,公主坟,万寿路,五棵松,玉泉路,八宝山,八角游乐园,古城,苹果园     

共经过375站,总车程559.023公里,大概像这样:

美滋滋!

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