Automatisches Zeichnen von Metro-Plänen

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Automatisches Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Ordnung im Untergrund –
Automatisches Zeichnen von Metro-Plänen
Martin Nöllenburg
Alexander Wolff
Fakultät für Informatik
Universität Karlsruhe (TH)
Institut für Informatik
Universität Würzburg
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
1
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Lehrstuhl für Informatik I
1
Effiziente Algorithmen
2
Wissensbasierte Systeme
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
2
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Lehrstuhl für Informatik I
1
Effiziente Algorithmen
Alexander Wolff
2
Jan Haunert
Joachim Spoerhase
N.N.
Wissensbasierte Systeme
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
2
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Lehrstuhl für Informatik I
1
Effiziente Algorithmen
Alexander Wolff
2
Jan Haunert
Joachim Spoerhase
N.N.
Wissensbasierte Systeme
Dietmar Seipel
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
Christian Schneiker
2
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Lehrstuhl für Informatik I
1
Effiziente Algorithmen
Alexander Wolff
2
Jan Haunert
Joachim Spoerhase
N.N.
Wissensbasierte Systeme
Dietmar Seipel
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
Christian Schneiker
2
21
Ausgabe 3/09
S. 48 ff.
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Übersicht
Einleitung
U-Bahn-Linienpläne
Was ist das?
Unser Model
Ästhetische Kriterien
Mathematische Programmierung
Ergebnisse
Wien
Sydney
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
3
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
U-Bahn-Linienpläne
Was ist das?
U-Bahn-Linienpläne
schematische Diagramme für den
öffentlichen Verkehr
zeigen Linien und Stationen
Ziel: Navigation erleichtern
„Wie komme ich von A nach B?“
„Wo muss ich aus-/umsteigen?“
C B
D
Chesham
Chalfont &
Latimer
Amersham
A
5
Watford
Rickmansworth
Moor Park
Northwood
Northwood
Hills
Ruislip
Ruislip Manor
Ickenham
Burnt
Oak
Harrowon-the-Hill
West Harrow
South Harrow
Golders Green
Hampstead
Dollis Hill
Kensal Rise Brondesbury
Kensal Green
Queen's Park
Kilburn Park
Warwick Avenue
Royal Oak
Westbourne Park
Park Royal
3
White
City
West
Acton
Ealing Common
South
Acton
East
Acton
Holland
Park
2
Hammersmith
1
Oxford
Circus
Gloucester
Road
Earl's
Court
St. James's
Park
Aldgate
East
Gunnersbury
Bermondsey
Pimlico
Southwark
Putney Bridge
Bus
Hammersmith & City
Metropolitan
Docklands Light Railway
Gallions
Reach
Beckton
North Woolwich
King George V
Greenwich
Deptford Bridge
100m
Elverson Road
Lewisham
Oval
Clapham High Street 100m
Clapham South
Airport interchange
Connection with Tramlink
Cyprus
Cutty Sark
Elephant & Castle
Stockwell
Clapham North
Connections with National Rail
Connections with riverboat services
Tooting Bec
Under construction
National Rail
Beckton Park
for Maritime Greenwich
New Cross
New Cross Gate
Vauxhall
Kennington
restricted service - see opposite key
Royal Albert
Silvertown
Island Gardens
Borough
Lambeth
North
Southfields
Interchange stations
Single and return tickets issued for Underground/DLR
journeys are not valid between Gunnersbury-Stratford
or Custom House-North Woolwich
Prince Regent
London
City
Airport
Crossharbour &
London Arena
Mudchute
n
ctio
stru
con
District
Custom House
Pontoon
Dock
South Quay
River Thames
East London
Royal Victoria
West
Silvertown
North
Greenwich
2
Heron Quays
Wimbledon
Jubilee
4
Bus to London City Airport
Canning Town
East
India
Blackwall
West India
Quay
Canary Wharf
Canada
Water
Surrey Quays
East Putney
Circle
3
Devons
Road
Poplar
for ExCeL
Wapping
Rotherhithe
London Bridge
Waterloo
Fulham Broadway
Wimbledon Park
Northern
Piccadilly
Victoria
Waterloo & City
Central
Westferry
Limehouse
Tower
Gateway
River Thames
Waterloo East
Kew Gardens
Richmond
Bakerloo
BromleyBow
Church by-Bow
East Ham
Upton Park
Plaistow
West Ham
er
Und
Hatton Cross
for Heathrow Terminal 4
Heathrow Terminal 4
Underground station closed
until September 2006.
Replacement bus services
run from Hatton Cross.
Key to lines and symbols
Bow
Road
All Saints
Shadwell
Tower
Hill
Fenchurch Street 150m
2
Stepney Green
Whitechapel
Aldgate
Monument
Charing Cross 100m
Parsons Green
ser
vice
1
Bank
Embankment
West Brompton
Hounslow
Central
Heathrow
Terminals
1, 2, 3
Heathrow
Terminal 4
Shoreditch
Moorgate
St. Paul's
Cannon Street
Blackfriars
Temple
Westminster
Victoria
South
Kensington
Dagenham
Heathway
Becontree
Barking
Pudding
Mill Lane
200m
Leicester
Square Mansion
House
Charing
Cross
Piccadilly
Circus
Sloane
Square
Chancery
Lane
Covent Garden
Green Park
Knightsbridge
West
Kensington
Hornchurch
Elm Park
Dagenham
East
Upney
Stratford
Mile End
n
ctio
stru
con
Hounslow
West
Turnham Stamford Ravenscourt
Green
Brook
Park
Gants
Hill
Leyton
Homerton
2
Bethnal
Green
Liverpool
Street
Holborn
Tottenham
Court Road
Marble
Arch
High Street Hyde Park
Kensington
Corner
Kensington
(Olympia)
Barons
Court
Russell
Square
Goodge
Street
Lancaster Bond
Queensway Gate Street
Notting
Hill Gate
Shepherd's
Bush
Acton
Central
Shepherd's
Bush
Goldhawk Road
Acton
Town
3
Hackney
Wick
Upminster
Upminster
Bridge
er
Und
South Ealing
Bayswater
Latimer Road
North
Acton
North Ealing
Ealing
Broadway
Dalston
Kingsland
Old Street
Euston 200m
Northfields
Boston Manor
Chiswick
Park
Hounslow
East
Osterley
Barkingside
Wanstead
Hackney
Central
Canonbury
Highbury &
Islington
Angel
Farringdon
Barbican
Fairlop
Leytonstone
Caledonian
Road &
Barnsbury
King's Cross
St. Pancras
Euston
Square
Hainault
Newbury
Park
Redbridge
Finsbury
Park
Holloway Road
Caledonian Road
Mornington
Crescent
Warren Street
Regent's Park
Arsenal
Kentish
Town
Camden
Road
Camden Town
Great
Portland Euston
Street
Baker
Street
Edgware Marylebone
Road
Chigwell
Grange
Hill
4
South
Woodford
Walthamstow
Central
6
5
Roding
Valley
Woodford
Blackhorse
Road
Tottenham
Hale
Snaresbrook
Chalk Farm
2
Swiss Cottage
St. John's Wood
Edgware
Road
Paddington
Paddington
Theydon Bois
Debden
Loughton
Buckhurst Hill
Manor House
Tufnell Park
Kentish
Town West
Belsize Park
200m
Finchley Road
Maida Vale
Ladbroke Grove
654
Kilburn
West
Hampstead
Brondesbury
Park
Stonebridge Park
Harlesden
Willesden Junction
Alperton
Hanger
Lane
Finchley Road
& Frognal
Willesden Green
Wembley Central
Sudbury
Hill
Sudbury Town
Perivale
Gospel
Oak
Seven
Sisters
Turnpike Lane
Archway
Hampstead
Heath
verzerren Geometrie und Maßstab
Epping
Oakwood
Wood Green
Highgate
3
Brent Cross
Neasden
Wembley
Park
Arnos Grove
Bounds Green
East Finchley
Hendon Central
Kingsbury
Preston
Road
Northwick
Park
South Kenton
North Wembley
Southgate
Woodside Park
West Finchley
Finchley Central
Colindale
Queensbury
Rayners Lane
Greenford
Cockfosters
Totteridge & Whetstone
Mill Hill East
4
Edgware
Canons Park
Kenton
North Harrow
South
Ruislip
Northolt
Stanmore
Harrow &
Wealdstone
Pinner
Eastcote
Ruislip
Gardens
High Barnet
Croxley
Chorleywood
West Ruislip
Hillingdon
Uxbridge
Closed Sundays
Colliers Wood
Served by Piccadilly line trains
early morning and late evening
Morden
Clapham
Common
Brixton
2
100m
Balham
Tooting Broadway
South Wimbledon
3
D
C
B
A
6
5
4
3
2
1
Station in Zone D
Bakerloo
Station in Zone C
Special fares apply for single and return tickets
to and from Harrow & Wealdstone.
Station in Zone B
Central
No service Woodford - Hainault after 2000 daily.
Station in Zone A
Station in Zone 6 and Zone A
Station in Zone 6
Circle
District
Cannon Street open until 2100 Mondays to Fridays.
Closed Saturdays and Sundays.
Station in Zone 5
Station in Zone 4
Station in both zones
Station in Zone 3
Station in Zone 2
Station in both zones
Station in Zone 1
3
Points to remember
Explanation of zones
District
East London
Hammersmith
& City
Metropolitan
Northern
Piccadilly
Earl’s Court - Kensington (Olympia) 0700 to 2345
Mondays to Saturdays, 0800 to 2345 Sundays.
Shoreditch station opens 0700 to 1030 and
1530 to 2030 Mondays to Fridays.
Closed Saturdays. Open from 0700 to 1500 Sundays.
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
No service Whitechapel - Barking early morning or
late evening Mondays to Saturdays or all day Sundays.
For Chesham change at Chalfont & Latimer
on most trains.
4
On Sundays between 1300 and 1730,
Camden Town is open for interchange and exit only.
Kompromiss zwischen
schematischen Strassenkarten ↔
abstrakten Graphen
No service Uxbridge - Rayners Lane in the early mornings.
Replacement bus service between Hatton Cross and
Heathrow Terminal 4. Heathrow Terminal 4 Underground
station closed until September 2006.
Waterloo & City
verbessern die Lesbarkeit
0615 to 2130 Mondays to Fridays.
0800 to 1830 Saturdays. Closed Sundays.
Certain stations are closed on public holidays.
von Graphikdesignern angefertigt
4
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
U-Bahn-Linienpläne
Was ist das?
Was ist das?
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
5
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
U-Bahn-Linienpläne
Was ist das?
Was ist das?
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
5
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
U-Bahn-Linienpläne
Was ist das?
Was ist das?
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
5
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
U-Bahn-Linienpläne
Was ist das?
Was ist das?
Definition
Ein Graph ist ein Paar (V , E), das aus zwei Mengen besteht:
– Die Elemente der Menge V heißen Knoten (engl. vertices).
–
E
Kanten (engl. edges).
Eine Kante ist ein Paar von Knoten.
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
5
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
U-Bahn-Linienpläne
Was ist das?
Was ist das?
Definition
Ein Graph ist ein Paar (V , E), das aus zwei Mengen besteht:
– Die Elemente der Menge V heißen Knoten (engl. vertices).
–
E
Kanten (engl. edges).
Eine Kante ist ein Paar von Knoten.
Beispiel: AT&T-Graph
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
5
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Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
U-Bahn-Linienpläne
Was ist das?
Was ist das?
Definition
Ein Graph ist ein Paar (V , E), das aus zwei Mengen besteht:
– Die Elemente der Menge V heißen Knoten (engl. vertices).
–
E
Kanten (engl. edges).
Eine Kante ist ein Paar von Knoten.
Beispiel: AT&T-Graph, DB-Graph
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
5
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
U-Bahn-Linienpläne
Was ist das?
Was ist das?
Definition
Ein Graph ist ein Paar (V , E), das aus zwei Mengen besteht:
– Die Elemente der Menge V heißen Knoten (engl. vertices).
–
E
Kanten (engl. edges).
Eine Kante ist ein Paar von Knoten.
Beispiel: AT&T-Graph, DB-Graph, der vollständige Graph...
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
5
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Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
U-Bahn-Linienpläne
Was ist das?
(Etwas) formaler
Das U-Bahn-Plan-Problem
Gegeben:
Ziel:
– ebener eingebetteter Graph G = (V , E), V ⊂ R2 ,
– Linienüberdeckung L (Pfade oder Kreise in G),
zeichne G und L übersichtlich.
Was macht einen Plan übersichtlich?
Wir haben echte U-Bahn-Linienpläne analysiert und ihre
Designprinzipien modelliert als
harte Beschränkungen – müssen erfüllt werden,
weiche Beschränkungen – so gut wie möglich erfüllen.
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
6
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
U-Bahn-Linienpläne
Was ist das?
(Etwas) formaler
Das U-Bahn-Plan-Problem
Gegeben:
Ziel:
– ebener eingebetteter Graph G = (V , E), V ⊂ R2 ,
– Linienüberdeckung L (Pfade oder Kreise in G),
zeichne G und L übersichtlich.
Was macht einen Plan übersichtlich?
Wir haben echte U-Bahn-Linienpläne analysiert und ihre
Designprinzipien modelliert als
harte Beschränkungen – müssen erfüllt werden,
weiche Beschränkungen – so gut wie möglich erfüllen.
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
6
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
U-Bahn-Linienpläne
Was ist das?
(Etwas) formaler
Das U-Bahn-Plan-Problem
Gegeben:
Ziel:
– ebener eingebetteter Graph G = (V , E), V ⊂ R2 ,
– Linienüberdeckung L (Pfade oder Kreise in G),
zeichne G und L übersichtlich.
Was macht einen Plan übersichtlich?
Wir haben echte U-Bahn-Linienpläne analysiert und ihre
Designprinzipien modelliert als
harte Beschränkungen – müssen erfüllt werden,
weiche Beschränkungen – so gut wie möglich erfüllen.
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
6
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
U-Bahn-Linienpläne
Was ist das?
(Etwas) formaler
Das U-Bahn-Plan-Problem
Gegeben:
Ziel:
– ebener eingebetteter Graph G = (V , E), V ⊂ R2 ,
– Linienüberdeckung L (Pfade oder Kreise in G),
zeichne G und L übersichtlich.
Was macht einen Plan übersichtlich?
Wir haben echte U-Bahn-Linienpläne analysiert und ihre
Designprinzipien modelliert als
harte Beschränkungen – müssen erfüllt werden,
weiche Beschränkungen – so gut wie möglich erfüllen.
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
6
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
U-Bahn-Linienpläne
Was ist das?
(Etwas) formaler
Das U-Bahn-Plan-Problem
Gegeben:
Ziel:
– ebener eingebetteter Graph G = (V , E), V ⊂ R2 ,
– Linienüberdeckung L (Pfade oder Kreise in G),
zeichne G und L übersichtlich.
Was macht einen Plan übersichtlich?
Wir haben echte U-Bahn-Linienpläne analysiert und ihre
Designprinzipien modelliert als
harte Beschränkungen – müssen erfüllt werden,
weiche Beschränkungen – so gut wie möglich erfüllen.
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
6
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Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Ästhetische Kriterien
Mathematische Programmierung
Harte Beschränkungen
(H1) erhalte die Topologie des Netzwerks
(H2) zeichne alle Kanten als oktilineare Strecken,
also horizontal, diagonal oder vertikal (0◦ , 45◦ , 90◦ )
(H3) Mindestabstand zwischen benachbarten Stationen
(H4)
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
zw. Stationen u. anderen Kanten
7
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Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Ästhetische Kriterien
Mathematische Programmierung
Weiche Beschränkungen
(S1) wenige Knicke auf U-Bahn-Linien
(S2) geringe Gesamtkantenlänge
(S3) relative Lage benachbarter Stationen beibehalten:
erhalte mentale Karte
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
8
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Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Ästhetische Kriterien
Mathematische Programmierung
Mathematische Programmierung
Lineares Programm (LP):
lineare Beschränkungen
lineare Zielfunktion
reellwertige Variablen (∈ R)
kann effizient gelöst werden
Ganzzahliges Programm (IP):
ganzzahlige Variable (∈ Z),
kann i.A. nicht effizient gelöst
werden.
Trotzdem existieren IP-Löser, die viele schwere
Optimierungsprobleme hinreichend schnell lösen.
Wir formulieren ein IP, so dass
lineare Beschränkungen → harte Beschränkungen,
Zielfunktion → weiche Beschränkungen.
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
9
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Ästhetische Kriterien
Mathematische Programmierung
Mathematische Programmierung
Lineares Programm (LP):
lineare Beschränkungen
lineare Zielfunktion
reellwertige Variablen (∈ R)
kann effizient gelöst werden
Ganzzahliges Programm (IP):
ganzzahlige Variable (∈ Z),
kann i.A. nicht effizient gelöst
werden.
Trotzdem existieren IP-Löser, die viele schwere
Optimierungsprobleme hinreichend schnell lösen.
Wir formulieren ein IP, so dass
lineare Beschränkungen → harte Beschränkungen,
Zielfunktion → weiche Beschränkungen.
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
9
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Ästhetische Kriterien
Mathematische Programmierung
Mathematische Programmierung
Lineares Programm (LP):
lineare Beschränkungen
lineare Zielfunktion
reellwertige Variablen (∈ R)
kann effizient gelöst werden
Ganzzahliges Programm (IP):
ganzzahlige Variable (∈ Z),
kann i.A. nicht effizient gelöst
werden.
Trotzdem existieren IP-Löser, die viele schwere
Optimierungsprobleme hinreichend schnell lösen.
Wir formulieren ein IP, so dass
lineare Beschränkungen → harte Beschränkungen,
Zielfunktion → weiche Beschränkungen.
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
9
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Ästhetische Kriterien
Mathematische Programmierung
Mathematische Programmierung
Lineares Programm (LP):
lineare Beschränkungen
lineare Zielfunktion
reellwertige Variablen (∈ R)
kann effizient gelöst werden
Ganzzahliges Programm (IP):
ganzzahlige Variable (∈ Z),
kann i.A. nicht effizient gelöst
werden.
Trotzdem existieren IP-Löser, die viele schwere
Optimierungsprobleme hinreichend schnell lösen.
Wir formulieren ein IP, so dass
lineare Beschränkungen → harte Beschränkungen,
Zielfunktion → weiche Beschränkungen.
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
9
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Ästhetische Kriterien
Mathematische Programmierung
Mathematische Programmierung
Lineares Programm (LP):
lineare Beschränkungen
lineare Zielfunktion
reellwertige Variablen (∈ R)
kann effizient gelöst werden
Ganzzahliges Programm (IP):
ganzzahlige Variable (∈ Z),
kann i.A. nicht effizient gelöst
werden.
Trotzdem existieren IP-Löser, die viele schwere
Optimierungsprobleme hinreichend schnell lösen.
Wir formulieren ein IP, so dass
lineare Beschränkungen → harte Beschränkungen,
Zielfunktion → weiche Beschränkungen.
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
9
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Ästhetische Kriterien
Mathematische Programmierung
Mathematische Programmierung
Lineares Programm (LP):
lineare Beschränkungen
lineare Zielfunktion
reellwertige Variablen (∈ R)
kann effizient gelöst werden
Ganzzahliges Programm (IP):
ganzzahlige Variable (∈ Z),
kann i.A. nicht effizient gelöst
werden.
Trotzdem existieren IP-Löser, die viele schwere
Optimierungsprobleme hinreichend schnell lösen.
Wir formulieren ein IP, so dass
lineare Beschränkungen → harte Beschränkungen,
Zielfunktion → weiche Beschränkungen.
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
9
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Ästhetische Kriterien
Mathematische Programmierung
Mathematische Programmierung
Lineares Programm (LP):
lineare Beschränkungen
lineare Zielfunktion
reellwertige Variablen (∈ R)
kann effizient gelöst werden
Ganzzahliges Programm (IP):
ganzzahlige Variable (∈ Z),
kann i.A. nicht effizient gelöst
werden.
Trotzdem existieren IP-Löser, die viele schwere
Optimierungsprobleme hinreichend schnell lösen.
Wir formulieren ein IP, so dass
lineare Beschränkungen → harte Beschränkungen,
Zielfunktion → weiche Beschränkungen.
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
9
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Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Ästhetische Kriterien
Mathematische Programmierung
Mathematische Programmierung
Lineares Programm (LP):
lineare Beschränkungen
lineare Zielfunktion
reellwertige Variablen (∈ R)
kann effizient gelöst werden
Ganzzahliges Programm (IP):
ganzzahlige Variable (∈ Z),
kann i.A. nicht effizient gelöst
werden.
Trotzdem existieren IP-Löser, die viele schwere
Optimierungsprobleme hinreichend schnell lösen.
Wir formulieren ein IP, so dass
lineare Beschränkungen → harte Beschränkungen,
Zielfunktion → weiche Beschränkungen.
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
9
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Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Ästhetische Kriterien
Mathematische Programmierung
Beispiel: Oktilinearität und relative Lage
2
1
3
u
4
v
y
0
Sektoren
– für jeden Knoten u teile Ebene in Sektoren 0–7
– nummeriere oktilin. Kantenrichtungen entspr.
secu (v ) = 5 (Eingabe)
7
5
6
dir(u, v ) = 5 (Ausgabe)
z1
x
Koordinaten
führe zusätzliche z1 - und z2 -Koordinaten für
jeden Knoten v ein:
z2
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
z1 (v ) = x(v ) + y (v )
z2 (v ) = x(v ) − y (v )
10
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Ästhetische Kriterien
Mathematische Programmierung
Beispiel: Oktilinearität und relative Lage
Ziel
2
prev
u
4
v
orig
Zeichne Kante uv
1
3
5
mit Länge mindestens `uv
0
in einer von drei Richtungen
7
6
next
Kann man das mit linearen Beschränkungen ausdrücken?
Binäre Variable
αprev (u, v ) + αorig (u, v ) + αnext (u, v ) = 1
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
11
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Ästhetische Kriterien
Mathematische Programmierung
Beispiel: Oktilinearität und relative Lage
Ziel
2
prev
u
4
v
orig
Zeichne Kante uv
1
3
5
mit Länge mindestens `uv
0
in einer von drei Richtungen
7
6
next
Kann man das mit linearen Beschränkungen ausdrücken?
Binäre Variable
αprev (u, v ) + αorig (u, v ) + αnext (u, v ) = 1
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
11
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Ästhetische Kriterien
Mathematische Programmierung
Beispiel: Oktilinearität und relative Lage
Ziel
2
prev
u
4
v
orig
Zeichne Kante uv
1
3
5
mit Länge mindestens `uv
0
in einer von drei Richtungen
7
6
next
Kann man das mit linearen Beschränkungen ausdrücken?
Binäre Variable
αprev (u, v ) + αorig (u, v ) + αnext (u, v ) = 1
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
11
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Ästhetische Kriterien
Mathematische Programmierung
Beispiel: Oktilinearität und relative Lage
2
prev
u
4
v
orig
Sektor prev
1
3
5
0
7
6
next
y (u) − y (v ) ≤
M(1 − αprev (u, v ))
−y (u) + y (v ) ≤
M(1 − αprev (u, v ))
x(u) − x(v ) ≥ −M(1 − αprev (u, v )) + `uv
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
12
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Ästhetische Kriterien
Mathematische Programmierung
Beispiel: Oktilinearität und relative Lage
2
prev
u
4
v
orig
Sektor prev
1
3
5
0
7
6
next
y (u) − y (v ) ≤
M(1 − αprev (u, v ))
−y (u) + y (v ) ≤
M(1 − αprev (u, v ))
x(u) − x(v ) ≥ −M(1 − αprev (u, v )) + `uv
Wie funktioniert das?
Fall 1: αprev (u, v ) = 0
y (u) − y (v ) ≤
M
−y (u) + y (v ) ≤
M
x(u) − x(v ) ≥ `uv − M
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
12
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Ästhetische Kriterien
Mathematische Programmierung
Beispiel: Oktilinearität und relative Lage
2
prev
u
4
v
orig
Sektor prev
1
3
5
0
7
6
next
y (u) − y (v ) ≤
M(1 − αprev (u, v ))
−y (u) + y (v ) ≤
M(1 − αprev (u, v ))
x(u) − x(v ) ≥ −M(1 − αprev (u, v )) + `uv
Wie funktioniert das?
Fall 2: αprev (u, v ) = 1
y (u) − y (v ) ≤ 0
−y (u) + y (v ) ≤ 0
x(u) − x(v ) ≥ `uv
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
12
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Ästhetische Kriterien
Mathematische Programmierung
Beispiel: Oktilinearität und relative Lage
2
prev
u
4
v
orig
Sektor orig
1
3
5
0
7
6
next
z2 (u) − z2 (v ) ≤
M(1 − αorig (u, v ))
−z2 (u) + z2 (v ) ≤
M(1 − αorig (u, v ))
z1 (u) − z1 (v ) ≥ −M(1 − αorig (u, v )) + 2`uv
Sektor next
x(u) − x(v ) ≤
M(1 − αnext (u, v ))
−x(u) + x(v ) ≤
M(1 − αnext (u, v ))
y (u) − y (v ) ≥ −M(1 − αnext (u, v )) + `uv
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
13
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Ästhetische Kriterien
Mathematische Programmierung
Beispiel: Oktilinearität und relative Lage
2
prev
u
4
v
orig
5
6
next
2
v
5
z2 (u) − z2 (v ) ≤
M(1 − αorig (u, v ))
−z2 (u) + z2 (v ) ≤
M(1 − αorig (u, v ))
z1 (u) − z1 (v ) ≥ −M(1 − αorig (u, v )) + 2`uv
Sektor next
1
u
4
orig
0
7
3
prev
Sektor orig
1
3
0
7
6
next
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
x(u) − x(v ) ≤
M(1 − αnext (u, v ))
−x(u) + x(v ) ≤
M(1 − αnext (u, v ))
y (u) − y (v ) ≥ −M(1 − αnext (u, v )) + `uv
13
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Ästhetische Kriterien
Mathematische Programmierung
Zusammenfassung des Models
Obige Beschränkungen erzwingen
Oktilinearität,
minimale Kantenlänge,
(zum Teil) relative Lage.
Ähnlich erzwingt man
Erhaltung der Einbettung,
Planarität.
Weiche Beschränkungen:
als gewichtete Summe in der Zielfunktion modelliert, d.h.
min λbends costbends + λlength costlength + λdir costdir
insgesamt O(|V |2 ) Beschränkungen und Variable
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
14
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Ästhetische Kriterien
Mathematische Programmierung
Zusammenfassung des Models
Obige Beschränkungen erzwingen
Oktilinearität,
minimale Kantenlänge,
(zum Teil) relative Lage.
Ähnlich erzwingt man
Erhaltung der Einbettung,
Planarität.
Weiche Beschränkungen:
als gewichtete Summe in der Zielfunktion modelliert, d.h.
min λbends costbends + λlength costlength + λdir costdir
insgesamt O(|V |2 ) Beschränkungen und Variable
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
14
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Ästhetische Kriterien
Mathematische Programmierung
Zusammenfassung des Models
Obige Beschränkungen erzwingen
Oktilinearität,
minimale Kantenlänge,
(zum Teil) relative Lage.
Ähnlich erzwingt man
Erhaltung der Einbettung,
Planarität.
Weiche Beschränkungen:
als gewichtete Summe in der Zielfunktion modelliert, d.h.
min λbends costbends + λlength costlength + λdir costdir
insgesamt O(|V |2 ) Beschränkungen und Variable
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
14
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Ästhetische Kriterien
Mathematische Programmierung
Zusammenfassung des Models
Obige Beschränkungen erzwingen
Oktilinearität,
minimale Kantenlänge,
(zum Teil) relative Lage.
Ähnlich erzwingt man
Erhaltung der Einbettung,
Planarität.
Weiche Beschränkungen:
als gewichtete Summe in der Zielfunktion modelliert, d.h.
min λbends costbends + λlength costlength + λdir costdir
insgesamt O(|V |2 ) Beschränkungen und Variable
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
14
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Ästhetische Kriterien
Mathematische Programmierung
Zusammenfassung des Models
Obige Beschränkungen erzwingen
Oktilinearität,
minimale Kantenlänge,
(zum Teil) relative Lage.
Ähnlich erzwingt man
Erhaltung der Einbettung,
Planarität.
Weiche Beschränkungen:
als gewichtete Summe in der Zielfunktion modelliert, d.h.
min λbends costbends + λlength costlength + λdir costdir
insgesamt O(|V |2 ) Beschränkungen und Variable
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
14
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Wien
Sydney
To Do
Wien
Eingabe
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
15
21
Eingabe
|V |
|E|
Linien
normal
reduziert
90
44
96
50
5
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Wien
Sydney
To Do
Wien
Eingabe
Eingabe
|V |
|E|
Linien
normal
reduziert
90
44
96
50
5
↓
IP
normal
verbessert
Heuristic 1
Heuristic 2
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
15
21
Beschr.
Var.
39363
23226
5703
1875
9960
6048
1800
872
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Wien
Sydney
To Do
Wien
Eingabe
Eingabe
|V |
|E|
Linien
normal
reduziert
90
44
96
50
5
↓
IP
normal
verbessert
Heuristic 1
Heuristic 2
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
15
21
Beschr.
Var.
39363
23226
5703
1875
9960
6048
1800
872
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Wien
Sydney
To Do
Wien
Eingabe
Eingabe
|V |
|E|
Linien
normal
reduziert
90
44
96
50
5
↓
IP
normal
verbessert
Heuristic 1
Heuristic 2
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
15
21
Beschr.
Var.
39363
23226
5703
1875
9960
6048
1800
872
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Wien
Sydney
To Do
Wien
Eingabe
Eingabe
|V |
|E|
Linien
normal
reduziert
90
44
96
50
5
↓
IP
normal
verbessert
Heuristic 1
Heuristic 2
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
15
21
Beschr.
Var.
39363
23226
5703
1875
9960
6048
1800
872
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Wien
Sydney
To Do
Wien
Eingabe
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
Ausgabe
15
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Wien
Sydney
To Do
Wien
Ausgabe
Offizielle Karte
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
15
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Wien
Sydney
To Do
Sydney
Eingabe
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
16
21
Eingabe
|V |
|E|
Linien
normal
reduziert
174
62
183
71
10
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Wien
Sydney
To Do
Sydney
Eingabe
Eingabe
|V |
|E|
Linien
normal
reduziert
174
62
183
71
10
Beschr.
Var.
81416
45182
6242
3041
20329
11545
2105
1329
↓
IP
normal
verbessert
Heuristic 1
Heuristic 2
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
16
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Wien
Sydney
To Do
Sydney
Eingabe
Eingabe
|V |
|E|
Linien
normal
reduziert
174
62
183
71
10
Beschr.
Var.
81416
45182
6242
3041
20329
11545
2105
1329
↓
IP
normal
verbessert
Heuristic 1
Heuristic 2
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
16
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Wien
Sydney
To Do
Sydney
Eingabe
Eingabe
|V |
|E|
Linien
normal
reduziert
174
62
183
71
10
Beschr.
Var.
81416
45182
6242
3041
20329
11545
2105
1329
↓
IP
normal
verbessert
Heuristic 1
Heuristic 2
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
16
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Wien
Sydney
To Do
Sydney
Eingabe
Eingabe
|V |
|E|
Linien
normal
reduziert
174
62
183
71
10
Beschr.
Var.
81416
45182
6242
3041
20329
11545
2105
1329
↓
IP
normal
verbessert
Heuristic 1
Heuristic 2
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
16
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Wien
Sydney
To Do
Sydney
Eingabe
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
Ausgabe
16
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Wien
Sydney
To Do
Sydney
Ausgabe
Offizielle Karte
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
16
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Wien
Sydney
To Do
Sydney: Andere Arbeiten
Ausgabe
[HMdN-GD04]
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
17
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Wien
Sydney
To Do
Sydney: Andere Arbeiten
Ausgabe
[SR-IV04] reduced
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
17
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Wien
Sydney
To Do
Sydney: Andere Arbeiten
Ausgabe
[SR-IV04] normal
appendix
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
17
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Wien
Sydney
To Do
To do
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
18
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Wien
Sydney
To Do
To do
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
18
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Wien
Sydney
To Do
To do
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
18
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Wien
Sydney
To Do
Beschriftung
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
19
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Wien
Sydney
To Do
Beschriftung
Henri-Bourassa
Honore-Beaugrand
Sauve
Saint-Michel
Cremazie
Radisson
D’Iberville
Jarry
Langelier
Fabre
Cadillac
Jean-Talon
Assomption
Viau
De Castelnau
Pie-IX
Beaubien
Parc
Joliette
Rosemont
Acadie
Prefontaine
Laurier
Outremont
Cote-Vertu
Frontenac
Mont-Royal
Edouard-Montpetit
Du College
Papineau
Sherbrooke
Universite-de-Montreal
De La Savanne
Beaudry
Cote-des-Neiges
Berri-UQAM
Namur
Plamondon
Jean-Drapeau
Saint-Laurent
Cote-Sainte-Catherine
Snowdon
Place-des-Arts
Longueil
Champ-de-Mars
McGill
Place d’Armes
Villa-Maria
Peel
Square-Victoria
Guy-Concordia
Vendome
Bonaventure
Atwater
Lucien L’Allier
Place-Saint-Henri
Georges-Vanier
Lionel Groulx
Charlevoix
LaSalle
De L’Eglise
Verdun
Jolicoeur
Montréal (17 min.)
Monk
Angrignon
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
19
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Wien
Sydney
To Do
Andere Konventionen
Watford Junction
Watford
Chesham
Epping
Cockfosters
High Barnet
Chalfont &
Latimer
Watford High Street
Croxley
Rickmansworth
Mill Hill East
Stanmore
West Ruislip
Hillingdon
Ruislip
Harrow
on-the-Hill
West
Harrow
Eastcote
Canons Park
Kenton
Northwick Park
Colindale
Kingsbury
Preston
Road
Rayners
Lane
South
Harrow
South Kenton
Upper Holloway
Hampstead
Dollis Hill
Brondesbury
Park
Stonebridge Park
Harlesden
Willesden Junction
South
Queen's Kilburn
Park High Road Hampstead
Camden
Town
Swiss Cottage
Kilburn Park
Warwick Avenue
Hanger Lane
Royal Oak
North
Acton
Ladbroke Grove
Holland
Park
Latimer Road
East
Acton
White City
Wood Lane
Acton
Central
Earl's
Court
Hyde
Park Corner
Knightsbridge
Gloucester
Road
South
Kensington
South Ealing
Chiswick
Park
Stamford
Brook
Turnham Ravenscourt
Green
Park
West
Kensington
West Brompton
Northfields
Piccadilly
Circus
Barbican
Homerton
Shoreditch
Bank
Aldgate
Tower
Hill
Cannon
Street
Mansion
House
Aldgate
East
Hornchurch
Dagenham Heathway
Upton
Park
West
Ham
Bow Road
Devons Road
All Saints
East
Ham
Star Lane
Royal Prince Beckton Gallions
Reach
Victoria Regent Park
East
India
Poplar
Custom Royal Cyprus Beckton
House Albert
West Silvertown
Blackwall Canning
Town
Westferry
Pontoon Dock
North
Greenwich
West India Quay
Wapping
Becontree
Upney
Barking
Plaistow
Langdon Park
Limehouse
Shadwell
Monument
Upminster Bridge
Woodgrange
Elm Park
Park
Dagenham East
Abbey
Road
Bromley
Bow
Church -by-Bow
Stepney Green
Whitechapel
Tower
Gateway
Upminster
Wanstead Park
Stratford
High Street
Pudding
Mill Lane
Mile
End
Bethnal
Green
London City Airport
Temple
Embankment
Blackfriars
Rotherhithe
King George V
Canary Wharf
Heron Quays
South Quay
Borough
Woolwich
Arsenal
Crossharbour
Canada Water
London
Bridge
Lambeth
North
Pimlico
Fulham Broadway
Canary
Wharf
Bermondsey
Southwark
Waterloo
Gunnersbury
Osterley
Hackney
Central
Canonbury
Dalston
Dalston
Kingsland
Junction
Haggerston
Moorgate
St Paul's
Charing
Cross
Westminster
St. James's
Park
Leyton
Stratford
International
Hackney
Wick
Stratford
Old Street
Liverpool
Street
Farringdon
Chancery
Lane
Victoria
Highbury
& Islington
Holborn
Covent Garden
Leicester Square
Green Park
Sloane
Square
Leytonstone High Road
Hoxton
Euston
Square
Russell
Goodge Square
Street
Tottenham
Court
Road
Gants Hill
Wanstead
Leyton Midland Road
Angel
Warren
Street
Oxford
Circus
Newbury Park
Leytonstone
Caledonian
Road &
Barnsbury
King's
Cross
St. Pancras
Euston
Bond
Street
Marble
Arch
High Street
Kensington
Kensington
(Olympia)
Barons
Hammersmith Court
Lancaster
Gate
Queensway
Goldhawk Road
South
Acton
Regent's
Park
Bayswater
Notting
Hill Gate
Shepherd's
Bush
Shepherd's
Bush Market
°
Ealing
Common
Acton
Town
Great
Portland
Street
Baker
Street
Edgware Marylebone
Road
Westbourne Park
West
Acton
Edgware
Road
Paddington
Park Royal
North Ealing
Caledonian Road
Mornington
Crescent
St. John's Wood
Maida Vale
Fairlop
Barkingside
Redbridge
Arsenal
Holloway Road
Camden
Road
Grange Hill
Hainault
South
Woodford
Snaresbrook
Walthamstow
Queens Road
Finsbury Park
Kentish Town
Kentish
Town
West
Finchley Road
Kensal Green
Alperton
Perivale
Blackhorse Walthamstow
Road
Central
Tottenham
Hale
South
Tottenham
Manor House
Tufnell Park
Gospel
Oak
Finchley Belsize
Road &
Park
Frognal
West Hampstead
Chalk Farm
Kilburn
Brondesbury
Kensal Rise
Greenford
Ealing
Broadway
Hampstead
Heath
Willesden Green
Wembley Central
Sudbury
Town
Northolt
Seven
Sisters
Harringay
Green Lanes
Golders Green
Neasden
North Wembley
Sudbury
Hill
South Ruislip
Chigwell
Roding Valley
Woodford
Turnpike Lane
Crouch
Hill
Archway
Brent Cross
Wembley Park
Ruislip
Manor
Ickenham
Ruislip Gardens
Highgate
Hendon Central
Buckhurst Hill
Wood Green
East Finchley
Burnt Oak
Queensbury
Harrow & Wealdstone
North Harrow
Bounds Green
Finchley Central
Edgware
Headstone Lane
Northwood Hills
Loughton
Arnos Grove
West Finchley
Hatch End
Northwood
Debden
Southgate
Woodside Park
Carpenders Park
Pinner
Uxbridge
Theydon Bois
Oakwood
Totteridge & Whetstone
Bushey
Moor Park
Chorleywood
Amersham
Mudchute
Island Gardens
Surrey Quays
Boston Manor
Kew Gardens
Parsons Green
Hounslow East
Hounslow Central
Elephant & Castle
Clapham
Junction
Putney Bridge
Richmond
New Cross Gate
Vauxhall
Kennington
Brockley
East Putney
Stockwell
Heathrow
Terminal
4
Clapham South
Wimbledon
District Line
Metropolitan Line
Central Line
Hammersmith
& City Line
Northern Line
Circle Line
Jubilee Line
Piccadilly Line
Victoria Line
Waterloo &
City Line
Docklands
Light Railway
London
Overground
Balham
Station
Elverson Road
Lewisham
Forest Hill
Clapham Common
THE LONDON UNDERGROUND
Bakerloo Line
Greenwich
Clapham North
Wimbledon Park
Heathrow
Terminal
5
Cutty Sark
Brixton
Honor Oak Park
Southfields
Heathrow
Terminals
1, 2, 3
New Cross
Deptford Bridge
Oval
Hounslow West
Hatton Cross
Tooting Bec
Tooting Broadway
Interchange
Stations
Sydenham
Crystal
Palace
Penge West
Anerley
T.F.L.
UndergrounD
Colliers Wood
South Wimbledon
A hexalinear diagrammatic map of the London Underground drawn with
horizontal lines and 60° diagonals only. © Maxwell J. Roberts, 13/5/2009
Morden
Norwood Junction
West Croydon
Thanks to Max Roberts, Dept. of Psychology, University of Essex
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
20
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Wien
Sydney
To Do
Andere Konventionen
Thanks to Max Roberts, Dept. of Psychology, University of Essex
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
20
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Einleitung
Model
Ergebnisse
Wien
Sydney
To Do
Zusammenfassung
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
21
21
Zeichnen von Metro-Plänen
NP-Hardness
Problem Statements
Proof Idea
A Similar Problem
R ECTILINEAR G RAPH D RAWING Decision Problem
Given a planar embedded graph G with max degree 4.
Is there a drawing of G that
preserves the embedding,
uses straight-line edges,
is rectilinear?
Theorem (Tamassia’87)
R ECTILINEAR G RAPH D RAWING can be solved efficiently.
Beweis.
By reduction to a flow problem.
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
22
21
Zeichnen von Metro-Plänen
NP-Hardness
Problem Statements
Proof Idea
A Similar Problem
R ECTILINEAR G RAPH D RAWING Decision Problem
Given a planar embedded graph G with max degree 4.
Is there a drawing of G that
preserves the embedding,
uses straight-line edges,
is rectilinear?
Theorem (Tamassia’87)
R ECTILINEAR G RAPH D RAWING can be solved efficiently.
Beweis.
By reduction to a flow problem.
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
22
21
Zeichnen von Metro-Plänen
NP-Hardness
Problem Statements
Proof Idea
A Similar Problem
R ECTILINEAR G RAPH D RAWING Decision Problem
Given a planar embedded graph G with max degree 4.
Is there a drawing of G that
preserves the embedding,
uses straight-line edges,
is rectilinear?
Theorem (Tamassia’87)
R ECTILINEAR G RAPH D RAWING can be solved efficiently.
Beweis.
By reduction to a flow problem.
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
22
21
Zeichnen von Metro-Plänen
NP-Hardness
Problem Statements
Proof Idea
A Similar Problem
R ECTILINEAR G RAPH D RAWING Decision Problem
Given a planar embedded graph G with max degree 4.
Is there a drawing of G that
preserves the embedding,
uses straight-line edges,
is rectilinear?
Theorem (Tamassia’87)
R ECTILINEAR G RAPH D RAWING can be solved efficiently.
Beweis.
By reduction to a flow problem.
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
22
21
Zeichnen von Metro-Plänen
NP-Hardness
Problem Statements
Proof Idea
Our Problem
M ETRO M AP Decision Problem
Given a planar embedded graph G with max degree 8.
Is there a drawing of G that
preserves the embedding,
uses straight-line edges,
is octilinear?
Theorem (Nöllenburg’05)
M ETRO M AP is NP-hard.
Beweis.
By reduction from P LANAR 3-S AT to M ETRO M AP.
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
23
21
Zeichnen von Metro-Plänen
NP-Hardness
Problem Statements
Proof Idea
Outline of the Reduction
x1 ∨ x3 ∨ x4
x1 ∨ x2 ∨ x3
x1
x3
x2
x4
x2 ∨ x3 ∨ x4
x1 ∨ x2 ∨ x4
Input: planar 3-SAT formula ϕ =
(x1 ∨ x3 ∨ x4 ) ∧ (x1 ∨ x2 ∨ x3 ) ∧ . . .
Goal: planar embedded graph Gϕ with:
Gϕ has a metro map drawing ⇔ ϕ satisfiable.
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
24
21
Zeichnen von Metro-Plänen
NP-Hardness
Problem Statements
Proof Idea
Outline of the Reduction
x1 ∨ x3 ∨ x4
x1 ∨ x2 ∨ x3
x1
x3
x2
x4
x2 ∨ x3 ∨ x4
x1 ∨ x2 ∨ x4
Input: planar 3-SAT formula ϕ =
(x1 ∨ x3 ∨ x4 ) ∧ (x1 ∨ x2 ∨ x3 ) ∧ . . .
Goal: planar embedded graph Gϕ with:
Gϕ has a metro map drawing ⇔ ϕ satisfiable.
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
24
21
Zeichnen von Metro-Plänen
NP-Hardness
Problem Statements
Proof Idea
Outline of the Reduction
x1 ∨ x3 ∨ x4
x1 ∨ x2 ∨ x3
x1
x3
x2
x4
x2 ∨ x3 ∨ x4
x1 ∨ x2 ∨ x4
Input: planar 3-SAT formula ϕ =
(x1 ∨ x3 ∨ x4 ) ∧ (x1 ∨ x2 ∨ x3 ) ∧ . . .
Goal: planar embedded graph Gϕ with:
Gϕ has a metro map drawing ⇔ ϕ satisfiable.
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
24
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Problem Statements
Proof Idea
NP-Hardness
Variable Gadget
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
...
...
...
..
.
..
.
..
.
x = true
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
25
21
Zeichnen von Metro-Plänen
Problem Statements
Proof Idea
NP-Hardness
Variable Gadget
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
..
.
...
...
...
..
.
..
.
..
.
x = false
Martin Nöllenburg und Alexander Wolff
25
21
Zeichnen von Metro-Plänen
NP-Hardness
Problem Statements
Proof Idea
Outline of the Reduction
x1 ∨ x3 ∨ x4
x1 ∨ x2 ∨ x3
x1
x3
x2
x4
x2 ∨ x3 ∨ x4
x1 ∨ x2 ∨ x4
Input: planar 3-SAT formula ϕ =
(x1 ∨ x3 ∨ x4 ) ∧ (x1 ∨ x2 ∨ x3 ) ∧ . . .
Goal: planar embedded graph Gϕ with:
Gϕ has a metro map drawing ⇔ ϕ satisfiable.
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21
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