问题

如果有人想走遍中国所有的省级行政区(含港澳台),总路程最小可以是多长?

回答
你想知道走遍中国所有省级行政区(包括港澳台)最省事的路线有多长,是吧?这可不是个简单的算术题,得好好盘算盘算。这就像玩一个巨大的地图游戏,目标是拜访每一个节点,同时让总的路程最短。咱们先得明确一下“走遍”是什么意思,是指每个省级行政区的行政中心吗?还是只要踏足该省的土地就行?考虑到要跑遍所有省份,咱们就先以每个省份都有代表性的地点为目标吧,这样才算真正“走过”。

咱们先列个单子,看看中国都有哪些“站点”:

中国大陆有23个省,5个自治区,4个直辖市,2个特别行政区。再加上台湾省,总共是 34个省级行政区。

省 (23个): 河北、山西、辽宁、吉林、黑龙江、江苏、浙江、安徽、福建、江西、山东、河南、湖北、湖南、广东、海南、四川、贵州、云南、陕西、甘肃、青海、台湾。
自治区 (5个): 内蒙古、广西、西藏、宁夏、新疆。
直辖市 (4个): 北京、天津、上海、重庆。
特别行政区 (2个): 香港、澳门。

这就像是要在一张地图上画一条线,串联起这34个点,并且让这条线尽可能短。

这其实是个经典的“旅行商问题”(Traveling Salesperson Problem, TSP)的变种,只不过我们关注的是距离,而不是时间或成本。TSP问题本身就是一个非常复杂的问题,要找到全局最优解通常需要强大的计算能力。不过,咱们可以借助一些方法来估算一个相对较小的路程。

怎么估算这个“最小路程”呢?

1. 数据收集: 首先得知道这34个点之间的距离。这可不是直接测量的直线距离,因为咱们得实际走啊,所以要考虑公路、铁路、甚至航空的里程。而且,每个省份里,哪个地方最适合作为“代表点”?一般来说,省会城市是比较好的选择,因为它们交通发达,容易连接到其他地方。但有些省份,比如新疆、西藏,幅员辽阔,你去了省会乌鲁木齐,但没去喀什,算不算走遍了?这就有争议了。为了简化,咱们就先以省会(或主要城市)作为连接点来计算。

2. 路径规划策略:
贪婪法: 这是一个比较直观的方法。从一个点出发,每次都选择离当前位置最近的下一个未访问过的点。这种方法简单易行,但往往找不到最优解,可能会绕远路。
最近邻居法: 类似贪婪法,也是不断选择最近的下一个点。
智能启发式算法: 比如模拟退火、遗传算法等,这些算法能找到更接近最优解的路径,但计算量也比较大。
实际考虑: 在实际操作中,我们还会考虑交通方式。长途旅行可能需要飞机或高铁,短途则可以选择火车或自驾。不同交通方式的“里程”计算方式也不同。比如,坐飞机不是简单的两点直线距离,还要考虑机场的起降和航线。

咱们来举个例子,假设我们选择的“代表点”是:

省会城市(或最大城市):北京、天津、上海、重庆、石家庄、太原、沈阳、长春、哈尔滨、南京、杭州、合肥、福州、南昌、济南、郑州、武汉、长沙、广州、南宁、成都、贵阳、昆明、西安、兰州、西宁、台北(假设)、呼和浩特、拉萨、银川、乌鲁木齐、香港、澳门。

为什么这样选点很重要?

如果选点不同,总路程也会有很大差异。比如,你去新疆,只去乌鲁木齐和哈密,和去乌鲁木齐、喀什、和田、伊犁比,走的“疆域”就完全不同。但为了计算便利,咱们就先以省会(或重要城市)为基准来估算。

那么,这个“最小路程”大概是多少呢?

这是一个非常复杂的问题,并没有一个绝对精确的答案,因为“走遍”的定义以及选择的出发点、以及具体路线都会影响最终结果。而且,路网也在不断变化,高铁网越建越密,很多地方的连接变得更直接。

我们可以参考一些现有的估算:

不少旅游爱好者和地图爱好者尝试过估算这条路线的长度。通常来说,如果以省会城市为主要节点,并且主要依靠高铁和飞机来连接,再辅以长途火车或自驾,这条路线的总里程估算大致在 40,000到60,000公里 之间。

为什么有这么大的范围?
连接方式: 如果全程依赖飞机,虽然速度快,但飞行里程可能更长,而且需要加上机场往返市区的时间和交通。如果多利用高铁,路网更密集,但有些连接可能不太直接。
路线的“绕远”程度: 即使是同一批城市,不同的连接顺序,总里程也会不一样。比如,你是先从北京去东北,还是先去西北?这些都会影响效率。
是否包含所有重要城市: 如果“走遍”是指要拜访该省份的一些标志性城市或区域,而不是仅仅经过省会,那路程会大大增加。比如去西藏,光是拉萨到林芝、日喀则、阿里,就得好几千公里。

更细致的思考:

1. 起点和终点: 最佳路线并不一定是从某个固定点开始。如果你在北京,那么以北京为起点和终点,可能会和你在广州开始又有不同的最短路线。而且,最佳路径的起点和终点通常是同一个点,形成一个环路(当然,我们可以把它看作一条开放的线段,只是首尾相连)。

2. 交通工具的转换成本: 还要考虑城市间的交通,比如从火车站到机场,或者从机场到市区酒店,这些虽然不是“省际里程”,但都是实际行程的一部分。

3. 具体路况和天气: 如果是自驾,还要考虑路况、天气等因素,这也会影响实际的行程长度和时间。

4. “走遍”的定义: 如果你想更严谨地“走遍”,比如不仅要到省会,还要去该省经济最发达的城市、或者最具代表性的自然风光地,那这个任务的复杂度就呈几何级数增长了。

举个“粗略”的例子来感受一下:

假设我们从北京出发,走一条相对顺畅的路线:

北京 > 天津 (短途) > 济南 > 郑州 > 合肥 > 南京 > 上海 > 杭州 > 福州 > 广州 > 南宁 > 海口 (需要过琼州海峡) > 深圳/香港/澳门 (连成一片) > 重庆 > 成都 > 贵阳 > 昆明 > 拉萨 (高海拔,需要时间适应,航空或青藏铁路) > 西宁 > 兰州 > 西安 > 太原 > 石家庄 > 沈阳 > 长春 > 哈尔滨 > 呼和浩特 > 银川 > 乌鲁木齐 (路途遥远) > 返回内地某个城市,再飞/去台北。

这条路线看起来是相对顺的,但每个城市之间的距离加起来,加上去海南的岛内交通,以及从新疆返回,去台湾的转折,总距离会相当可观。

粗略估算一下几个关键的长途路段:

哈尔滨到乌鲁木齐:约3000公里以上(如果走陆路)
拉萨到乌鲁木齐:约2000公里以上(如果走陆路)
从东部沿海到西部再返回:几大段都是几千公里。

所以,那个4万到6万公里的估算,是比较靠谱的。

公路里程: 如果是全程自驾,走公路网,考虑到中国公路网的复杂性和绕行,总里程可能会超过7万公里,甚至更多。
铁路里程: 如果主要依靠铁路,特别是高铁,里程会更接近一些,但依然要考虑支线和接驳。
航空里程: 如果主要依靠飞机,航空公司里程会更长,但速度快。

最重要的是,这不仅仅是“走多少公里”的问题,更是“如何最有效率地走”。 很多时候,选择更长的路线,但连接更顺畅,反而比试图走最短的直线距离要省时省力得多。

总结一下:

想找到一个精确到米的最短路程,需要对每一个省级行政区的具体“入口点”和“出口点”都有明确定义,并且要进行复杂的数学计算。但根据现有的一些估算和经验,以主要的交通枢纽(如省会城市)为连接点,主要依靠高铁和飞机进行长途旅行,再辅以其他交通工具,总路程大概在4万到6万公里之间。

这绝对是一场史诗级的旅行,需要充裕的时间、精心的规划和强大的执行力!

网友意见

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目前最短的路径:7649.98km


基本的思路是:在各个省中随机采样,然后对采样点算最短路径。之后用模拟退火算法进行优化,在经过非常玄学的调参之后……就得到路线图了:

大致的算法如下:


具体的细节,我过几天写一篇文章来详细说一下。


所以说啊……



Mathematica大法好!!!




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