擺脫台南捷運鬼打牆 (2)原理
本篇講解如何找捷運路網, 主題分別是
審題 暴力破解 黏菌撇步 初代肉搜 迭代進化 終極世代
向日葵拓撲 一分錢一分貨 搶答贈Ⓟ
因哲學思考摧毀固有信仰執念, 重演當年北捷最佳路網初登場
承認錯誤才能開始進步, 業界不喜勿入放過彼此
甘露不潤無根草, 妙法只渡有緣人
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審題
還記得中學那段慘無人道的日子, 學校只是在訓練解題機器
拿到 數學/物理 考卷, 並非從第一題開始往下做, 而是先審題
先搞清楚哪些題目簡單哪些困難, 才能分配時間拿高分
不過對小弟來說倒沒必要, 反正都提早交卷, 聯考才需要當回事
找捷運路網, 本質同樣是數學題, 難度卻來到研究所等級
業界都已經荷蘭病了, 解捷運拓撲竟敢青瞑毌驚槍從不審題
路線向來都是一條一條獨立拉起來, 規劃從沒思考過全盤整合
於是前幾條路線, 跳過審題畫得很愉快
但覆蓋率爬升到四成之後, 卻發現到處拐馬腳, 怎樣都畫不好
簡直就像這張哏圖, 南瓜派一開始切很爽, 到後面怎麼辦?
https://i.urusai.cc/yUg3O.jpg

台南計畫路網, 市區覆蓋率約四成, 其餘下腳料報廢眼不見為淨
用的方法是下面提到的初代肉搜, 路網運轉效能極差
反觀高捷計畫路網, 雖然系統錯誤還很多, 尚且不能商用
但看得出黏菌搜尋的影子, 是全台相對用心的捷運局之一
北捷一開始找來 BMTC 幫忙出點子, 先孵出半套
可現在市區覆蓋到七成了, 照樣開始到處衝突
民生線橫柴夯入灶, 硬督 SB02~SB04, 路線代碼取名還真貼切!
但最奇葩的當屬東京地鐵, 百年前沒經驗, 不知審題情有可原
可後來為了把覆蓋率塞到滿, 路線到處重疊硬督
浪費里程扭來扭去, 乘客就連路網簡化圖都看不懂
如果沒利用 APP 做行程輔助規劃, 初心者誰敢搭啦?
https://www.tokyometro.jp/tcn/subwaymap/index.html
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暴力破解
捷運路網規劃, 多數時候是找出來的, 並非設計出來
且常常是順著馬路幹道走線, 依附城市道路脈絡鋪設軌道
才不會房屋拆整排, 才能順利將車站設在繁華路口
然而道路脈絡, 早在都市計劃一開始就已經確定
真想要設計軌道, 得在市區改正的時代就事先預留才行
否則只剩潛盾故意深挖避障, 在市區地下深處卯起來切西瓜
因為捷運路線多是找出來的, 所以路網規劃問題相當於簡化成
在 google maps 路況中, 從有著色的主要幹道裡面
挑出其中一部分, 用來搭建軌道路網
而這套路網必須同時滿足 "精簡全覆蓋"、"運轉效率最佳"
請問下圖該選出哪些幹道組裝捷運, 運轉起來才能最快最省錢?
https://l.urusai.cc/ofJku.png

這個問題在資訊科學領域是有解的, 複雜度與圍棋相當近似
反正將所有可能性全部試一遍 (窮舉法), 自然可以找出最佳解
圍棋黑白兩色, 格線 19×19 = 361, 共有 361 處可供落子
2 的 361 次方運算量太大, alpha go 用神奇的 AI 做簡化
城市一套捷運系統少說 100 站, 路線通常有個 5 條以上 (5色)
就把蓋捷運站, 想像成 5 色圍棋落子, google 路況圖當成棋盤
5 的 100 次方雖然繁雜, 卻同樣有神奇的演算法降階簡化
其中一種恰巧跟自然界黏菌的行為, 竟然沒兩樣
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黏菌撇步
2010 年搞笑諾貝爾運輸規劃獎, 頒給研究黏菌的日本教授
https://pansci.asia/archives/76831
https://youtu.be/GwKuFREOgmo
仔細看影片可以發現, 黏菌找路徑的過程, 本質也是窮舉法
一開始從起點往四面八方擴散, 直至全面覆蓋
但全覆蓋之後, 多數面積隨即開始發生消退, 只保留最佳路徑
簡直就是達爾文進化論, 適者生存不適者淘汰
個人猜測
原理或許是依據電位高低, 或者離子濃度之類造成差異
利用 物理/化學 特性自動篩選
信號最強的自然可以保留, 數值低於門檻的全部退化收掉
方法雖簡單, 但是快又有效
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初代肉搜
人類會怎樣人肉搜索找捷運路線?
起點當然是該城市的中央火車站, 沿著周邊道路往外竄
於是第一條路線, 通常選站前幹道, 先一個方向延伸到底
要是主幹反方向也能通, 反向接著延伸到底
然後再看一下主幹的垂直方向, 是不是也有重要幹道能用
如果有就重複同樣動作, 先往一個方向通到底, 再畫另一邊
於是高雄紅線橘線就這麼先後畫出來了, 十字路網
但台中藍線就相對笨拙, 出了車站往前有路, 後站卻沒路
反而不如垂直走向的文心路有把握, 所以反倒是綠線先通車
但不論過程有多波折, 總算也能湊出十字路網
然而來到台南, 重要幹道到處都是 T 字路口
雖然中華東路跟台中文心路一樣直覺, 但火車站主幹該怎麼搞?
可惜交通局沒參透題目, 只會一招貪吃蛇, 站前綠線蛇行兼甩尾
再然後呢?
台南的玩法, 再然後就 free style, 諸法皆空自由自在
把看起來最適合情勒的地標設定成端點, 才可以冠冕堂皇編故事
所以 科學園區 高捷紅線 沙崙高鐵, 芭樂地點全拿來搞連連看
就像不會游泳卻掉進水裡, 不只亂抓稻草, 連救生員都想抓交替
反正只要抓到東西就好, 不管有沒有用, 也不顧一切後果
至於 "精簡全覆蓋"、"運轉效率最佳" 這兩個最基本的要求?
畢竟同行拿不出更好的規劃, 不花錢邀請, 國外高手也不會來
業界數學不夠用全都荷蘭病, 就算亂畫也不會敗露
通車更是天生壟斷沒有市場機制, 規劃再爛乘客都得上門
就像高鐵設站沙崙, 高速省下的時間都被接駁吃光, 全民共業
初代軌道路網規劃理念, 好比四十年以前的汽車
化油器引擎滿街跑, 汽油含鉛馬力小噪音大, 就是個銅管仔車
這個階段規劃本質是瞎拱地標連連看, 沒地標沒順路保證遭無視
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迭代進化
板友如果還有印象的話
小弟早在八年前, 就已在板上鼓吹台南捷運路網全面覆蓋了
可惜別說一般人看不懂背後思路, 業界更是一頭霧水
當局故意無視假裝沒看到, 才不會給自己添麻煩
最後孤掌難鳴, 緣分未到, 暫且阻止不了失控列車
那時候的思考邏輯, 早已揚棄 起點+延伸 的概念
而是把城市軌道視同供應自來水, 區域開發完整就該設站
與初代肉搜最大的差別在於
每天起床第一件事就是問自己, 還有沒有更好的解法?
趁一大早腦袋最清醒, 天天想著要推翻過去的自己
這種日子持續好多年, 每天都有新想法, 路網效能不斷優化
5 的 100 次方可不是隨便喊喊, 排列組合源源不絕趨近無窮
仔細想想, 這不就全等於黏菌的方法嘛
除了 CPU 單核, 動作緩慢以外, 演算法該有的步驟一件不少
視為供水, 就不能再用 "起點+延伸" 的方法規劃
可惜人腦無法 "起點+擴散", 只能以 "十字各站垂直延伸" 替代
每天比較前後差別, 每天推翻自己, 相當於黏菌的汰弱留強
路線圖天天畫, 兩兩比較熟練了, 自然造就一對火眼金睛
光用肉眼就能判斷, 眼前兩種路線方案, 效能哪個高哪個低
所以小弟才能順便察覺
北外環不該在六甲頂設匝道, 台南站往北挪 500 米能改善塞車
因為已在腦中模擬人流車流, 兩案併呈比大小, 磨出敏銳直覺
黏菌從一個點往外擴散無死角, 多核 CPU, 核心數少說 N=360
N 條同時往外擴散, 再區域性 M 條同時優勝劣汰
反觀人類極限 N=1 M=2, 先分別找到兩種不同路線, 再來比大小
運算效能相差好幾個數量級, 是要怎麼拚規劃速度?
難怪黏菌只花 26 小時, 就能找出東京通勤鐵路的最佳拓撲
日本無數頂尖工程師卯起來找路徑
就算搞上好幾個 26 年, 路網運轉效率卻還是輸黏菌一截
但次世代肉搜的演化進度再慢, 路網效能仍比初代肉搜要強很多
東京地鐵路網僅為初代規劃理念; 發展以謊圓謊, 蓋得亂七八糟
台北捷運一開始只規劃出半套路網, 頂多算 1.5 代
東京通勤鐵路規劃理念進步到第二代, 雖然實際上蓋得比地鐵早
同樣拿汽車做比喻, 二代相當於距今 10~30 年的 EFI 噴射引擎
行車電腦精準控制噴油點火, 排放低汙染, 加速相對快又小聲
思考本質不看地標改看需求, 捷運常利用平行線填滿所有面積
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終極世代
黏菌演算法, 看似無懈可擊, 但仍然有弱點
只要遇到阻擋, 原則上不大會主動翻過障礙, 除非門檻足夠低
於是笨蛋人類反超的機會, 就藏在切西瓜截彎取直
業界規劃軌道, 常常帶著戀環癖
不知哪來的執念, 只要隨便畫出環就自認設計完美
其實只是模仿表象, 卻沒搞懂內在數學意義, 畫出沒價值的環
又是一次沐猴而冠, 北中高都很愛玩這套, 沾沾自喜得很
但只要能將環的特性, 理解運用到出神入化, 還真可以反殺黏菌
因為用一段限定長度, 頭尾相接圍起一塊面積
在簡單幾何圖形中, 效率最好的是圓, 其次蜂窩正六邊形也不差
只要能找齊同心圓, 就可以用最短公里數, 全面覆蓋市區
之所以能簡單套用環狀線, 核心原因在於都市計劃
一個聚落剛開始發展, 正中心通常安排要常常報到的地點
因為各地居民往返距離加總起來最短, 大家最省時
比如水井、廟宇、菜市場這類
所以日治時代的台南消防組, 為了搶時間打火
火見樓故意放在城市正中央圓環旁
當都市計劃的核心設計原則, 是圍繞著城心一層一層往外疊加
最後變成洋蔥狀, 市區幹道拓撲呈現一圈又一圈的時候
此時簡單肉搜找出 同心圓+放射, 很自然就會收斂成路網最佳解
台灣打從 1945 起, 重劃區排佈恰好都遵循市中心等距原則
既然遍地特例, 所以直接無腦套公式, 多數規模以上城市都適用
其實交叉撒網拓撲才是效率王者, 但需要都市計劃預留 (台北)
而 "同心圓+放射" 與撒網, 是同胚拓撲雙胞胎, 好比手風琴
風箱直直拉開就是撒網; 像扇帽開滿一圈, 變成 "同心圓+放射"
https://youtu.be/-pN8Z8caX0o?t=90
環狀線有個特異功能
任何一段或一點因障礙導致中斷, 其餘路段仍能運轉不受影響
原本順逆轉內外兩個環 (黑色), 從中截斷
可以變形成 兩次超大迴轉+兩個小迴轉 (紅色)
https://i.urusai.cc/jF2qX.png

於是環內建容錯, 即使天生缺一角都可以先丟著不管
時機到了再把路線接通就好, 軌道百年建設等得起
就算通車等上一甲子, 擋路的房屋風化爛光了, 再來重劃都不急
切西瓜把環延伸完整這種操作, 黏菌肯定辦不到
市長沒擔當害怕掉票的時候, 簡單把拆遷炸彈丟給後任就好
再次以車子打比方, 第三代規劃理念就像電動車
馬達吃電不燒油, 強力推背感毫無延遲, 低鳴電流聲幾乎聽不到
擇路本質是, 順著都市計劃脈絡下手, 庖丁解牛安排捷運路網
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向日葵拓撲
前述聚落發展模型, 從一開始數十人移民, 圍著中心屯墾定居
隨時間漸漸往外擴展, 變成數十萬人城市, 洋蔥架構
範圍繼續膨脹, 都會人口突破百萬規模後, 會變成什麼造型?
從都市計劃分區的政策引導, 以及過去歷史經驗歸納總結
整個都會範圍會演化成 中心住商混合+周邊住宅區 配置
白天上班上課逛街, 晚上回家, 市民移動軌跡可以歸納成兩大類
(1) 市中心居民白天出門隨機移動, 晚上回家, 全天都在城中
(2) 衛星城鎮住戶白天到城裡隨機移動, 晚上回家
於是都會一整天的人潮移動軌跡, 簡單說就是向日葵造型
周邊一圈花瓣, 主要流動方向白天進晚上出
中心的葵花籽, 範圍內全天都在隨機漫遊
為了達成 "精簡全覆蓋"、"運轉效率最佳"
路網規劃必須緊貼市場需求, 自然會跟著呈現向日葵造型
像 東京地鐵=葵花籽, 東京通勤鐵路=花瓣, 兩邊可直通運轉
這下終於說明了, 簽名檔的第一張圖
https://i.urusai.cc/hmakh.png

這個 logo 表現裡外兩套向日葵
內層 8 道放射, 新營生活圈; 外層 16 道放射, 府城生活圈
路網規劃採取 同心圓+放射, 可得知已是緊貼市場需求的最佳解
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一分錢一分貨
想當年 4G 執照競標, 郭董殺入電信市場來勢洶洶
心裡盤算著, 以鴻海精準控制成本的管理文化
一定能對市場注入活水, 提供又好又便宜的電信服務
可後來的結果卻是, 亞太 4G 只有便宜, 沒有好
基地台數量是市場最後一名, 頻段偏僻許多主流手機都不支援
成本削減過頭, 連帶失去通信品質, 最後信號差網速更慢
甚至得靠著推出亞太 11 方案灑狗血, 才能勉強創造市場話題
郭董之所以打輸這場商戰, 原因出在電信業有個梅特卡夫定律
網路價值, 與用戶數的平方成正比
覆蓋不完整潛在用戶打七折, 頻段差導致用戶數再打七折
表面上只流失一半目標用戶, 看似基地台砍一半可以救回 RoE
實際上電信公司能創造的營收, 只剩下 50% 的平方也就是 25%
所以鴻海這場商業豪賭, 越怕花錢, 就越賺不到錢
其實在商業的本質上, 電信跟捷運, 數學原理一模一樣
想像箱子裡面一堆摸彩球, 各自代表城市每個角落 (捷運站點)
當中一半白的一半黑的, 白球有捷運站, 黑球沒有
抽出兩顆同時都是白球, 才有辦法搭捷運往返, 請問機率多少?
表面上捷運覆蓋率 50%, 但高中機率學過, 搭乘率略低於 25%
車站就像基地台, 偷掉覆蓋率, 使用率平方倍掉更多
此外交叉轉乘就如同主流頻段, 偷掉轉乘站同樣勸退不少乘客
下圖 (B) 方案耍小聰明, 幾乎只花一半成本就完成大部分覆蓋
但只有外地觀光客才有空逛迷宮, 上班趕時間誰跟你 XY 繞遠路
同心圓+放射 一整套, 兩種組成元素缺一不可, 普通人都看得懂
網狀雙胞胎同理可證, (E) 才不會流失乘客, 北捷卻自廢武功
https://i.urusai.cc/KVBKm.png

最終北捷就如同 Good timing 電信, 越怕花錢, 就越賺不到錢
東京地鐵 87% 使用率, 寧可讓佈線一坨屎, 也要拼交叉全覆蓋
北捷現在該思考的是, 到底該學東京一坨屎, 或者部份砍掉重練
兩種思路都得考慮, 因為以謊圓謊, 常常又貴又慢更不划算
Skoda 品牌當年拍了條廣告, slogan 超貼切!
https://youtu.be/QzJgeVNmDoA

(動畫圖, 沒跳請另開視窗)
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搶答贈Ⓟ
Q1:
捷運站距通常為一公里, 因為縮短會跑輸公車, 拉長會流失乘客
府城市區大約 80 平方公里, 市府在此範圍只規劃約 32 站
用前一段黑白球摸彩思路解題, 請問搭乘率理論極限為多少?
百分比精確到小數一位, 答對前三名各得 2000Ⓟ/1000Ⓟ/500Ⓟ
Ⓟ幣湊齊三位得主就頒發, 參考解答且待下回分解
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https://i.urusai.cc/hmakh.png

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