Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

golunova_l_v_matematicheskie_modeli_v_transportnyh_raschetah

.pdf
Скачиваний:
166
Добавлен:
06.03.2016
Размер:
2.79 Mб
Скачать

ставлять не менее 1500 штук. Определите, сколько деталей каждого вида следует производить, чтобы обеспечить максимальный доход от продажи за неделю.

 

Нормырасходаресурсовна

Лимит

Ресурсы

производствоодной детали

ресурсов

 

ТипA

Тип B

(в неделю)

Трудозатраты, чел./час

4

3

8000

Листовой материал, кг

2

6

7500

Полимерный материал, кг

5

2

6000

Доход от продажи 1 детали

11

13

 

21.Хлебозавод производит два типа торта «БИС» и «КВИТ». Для производства 1 т «БИТ» требуется 0,3 ч работы оборудования, а для «КВИТ» – 0,5 ч. Расход специального ингредиента на них составляет 0,4 и 0,1 т на 1 т соответственно. Ежедневно в распоряжении завода 12 т специального ингредиента и 15 ч работы оборудования. Доход от продажи 1 т торта «БИС» составляет 20 тыс. руб., а «КВИТ» – 31 тыс. руб. Определите ежедневный план производства тортов каждого вида, обеспечивающий максимальный доход от их продажи.

22.Фирма производит две модели шкафов – А и В. Их производство ограничено наличием сырья (высококачественных до-

сок) и временем машинной обработки. Для каждого изделия модели A требуется 3 м2 досок, а для изделия модели B – 4 м2. Фирма может получать от своих поставщиков до 1700 м2 досок в неделю. Для каждого изделия модели A требуется 12 мин машинного времени, а для изделия модели B – 30 мин. В неделю можно использовать 160 ч машинного времени. Сколько изделий каждой модели следует выпускать фирме в неделю, если каждое изделие модели A приносит 2 руб. прибыли, а каждое изделие модели B – 4 руб. прибыли?

23.Издательский дом «Садовод» издает два журнала: «Пчеловод» и «Сад и огород», которые печатаются в трех типографиях: «Типография МК», «Полиграф» и «Труд», где общее количество часов, отведенное для печати, и производительность печати одной тысячи экземпляров ограничены и представлены в таблице. Спрос на журнал «Пчеловод» составляет 12 тыс. экз. а на журнал «Сад и огород» – не более 14 тыс. экз. в месяц. Определите, какое оптимальное количество журналов надо изда-

111

вать, чтобы обеспечить максимальную выручку от продажи.

Типография

Время печати 1000 экз.

Ресурс времени,

«Пчеловод»

«Сад

отведенный

 

и огород»

типографией, час

«Типография МК»

6

8

80

«Полиграф»

4

6

120

«Труд»

4

5

70

Оптовая цена, руб./шт.

22

25

 

24. Для изготовления двух видов продукции Р1 и Р2 используют следующие ресурсы: S1, S2, S3, S4. Запасы ресурсов и затраты каждого на единицу продукции приведены в таблице. Прибыль, получаемая от единицы продукции P1 и P2, – соответственно 2 и 5 руб. Составьте такой план производства продукции, при котором прибыль от её реализации будет максимальной.

Ресурс

Запас

Число ед. ресурсов, затрачиваемых

на изготовление ед. продукции

ресурса

 

P1

Р2

 

 

S1

21

1

3

S2

18

2

1

S3

6

1

S4

15

3

5

25. Автотранспортному предприятию (АТП) необходимо освободить из-под груза складские помещения клиента. Вывоз груза следует осуществить в два рейса колоннами автомобилей. Условия перевозки требуют, чтобы в составе каждой колонны, предназначенной для вывоза груза в первый район, было 8 автомобилей ЗИЛ-131 и 8 автомобилей ЗИЛ-130; в колоннах второго рейса 8 автомобилей ЗИЛ-130 и 16 – МАЗ-500. Каждая из колонн может сделать за сутки одинаковое количество поездок. Парк подвижного состава АТП состоит из 32 автомобилей ЗИЛ-131 грузоподъемностью 3 т, 48 автомобилей ЗИЛ-130 грузоподъемностью 4 т, 48 автомобилей МАЗ-500 грузоподъемностью 7,5 т. Определите количество колонн, которое нужно направить в каждый район, чтобы перевезти наибольшее количество груза.

112

3.5.2. Графический метод решения задач

Найдите графическим методом решение следующих задач линейного программирования.

1.

Z = 2x1 + 3х2 →max x1 + 2х2 ≥ 4

2x1 – x2 ≥ 9

5x1 + 3x2 ≤ 30

4x1 + 7x2 ≤ 28 x1 ≥ 0, х2 ≥ 0

2.

Z = 3x1 + 2х2 → min x1 – 2х2 ≤ 1

–2x1 – 3x2 ≤ –2

–2x1 + x2 ≤ 4 x1 ≥ 0, х2 ≥ 0

3.

Z = 3x1 + 4х2 →max –2x1 + х2 ≤ 1

4x1 + 6x2 ≤ 12 x1 + x2 ≥ 6 2x1 – 2x2 ≤ 2 x1 ≥ 0, х2 ≥ 0

4.

Z = x1 + 5х2 → min x1 – 2х2 ≤ 2

–2x1 – 3x2 ≤ –4

–2x1 + x2 ≤ 2 x1 ≥ 0, х2 ≥ 0 5.

Z = x1 + х2 → max –4x1 + х2 ≤ 2

2x1 – 3x2 ≤ 3

2x1 + x2 ≤ 8 x1 – 4x2 ≤ 4 x1 ≥ 0, х2 ≥ 0

6.

Z = 7x1 + 6х2 →max 2x1 + 5х2 ≥ 10

5x1 + 2x2 ≥ 10 x1 ≤ 6

x2 ≤ 5

x1 ≥ 0, х2 ≥ 0

7.

Z = 3x1 + х2 → max –x1 + х2 ≥ 1

x1 + 3x2 ≤ 15 –2x1 + x2 ≤ 4 x1 ≥ 0, х2 ≥ 0

8.

Z = 2x1 – 4х2 → max 8x1 – 5х2 ≤16

x1 + 3x2 ≥ 3 2x1 + 5x2 ≤ 10 x1 ≥ 0, х2 ≥ 0 9.

Z = 2x1 + х2 → max 2x1 – х2 ≥ 4

3x1 + 2x2 ≥ 3

3x1 – x2 ≤ 6

7x1 + x2 ≤ 7 x1 ≥ 0, х2 ≥ 0

10.

Z = 2x1 – 3х2 → min 3x1 + 2х2 ≥ 6

x1 – 0,5x2 ≤ 2 x1 + 2,5x2 ≤ 5 x1 ≥ 0, х2 ≥ 0

11.

Z = x1 + 4х2 → max –x1 + х2 ≤ 5

x1 + x2 ≤ 8 3x1 + 2x2 ≤ 18 x1 ≥ 0, х2 ≥ 0

12.

Z = 5x1 – 3х2 → min 3x1 + 2х2 ≥ 6

2x1 – 3х2 ≥ –6 x1 – x2 ≤ 4 4x1 + 7x2 ≤ 14 x1 ≥ 0, х2 ≥ 0

13.

Z = x1 + 2х2 → max x1 + х2 ≤ 4

3x1 + x2 ≥ 4 x1 + 5x2 ≥ 4 x1 ≤ 3

x2 ≤ 3

x1 ≥ 0, х2 ≥ 0

14.

Z = 3x1 – 3х2 → max x1 – 4х2 ≤ 4

3x1 + 2x2 ≤ 6 –x1 + x2 ≥ 7 x1 + 2x2 ≤ 2 x1 ≥ 0, х2 ≥ 0

113

15.

Z = x1 + 2х2 → min –3x1 + 2х2 ≤ 9

3x1 + 4х2 ≥ 28

2x1 + x2 ≤ 8 x1 ≥ 0, х2 ≥ 0

16.

Z = 2x1 – 4х2 → min 4x1 + 3х2 ≤ 12

x1 + 3х2 ≥ 6 2x1 + 5x2 ≤ 10 x1 ≥ 0, х2 ≥ 0

17.

Z = 3x1 + 4х2 →max x1 + 2х2 ≤ 4

–2x1 – 2x2 ≥ 2 2x1 + 4x2 ≥ 8 x1 + 2x2 ≤ 6 4x1 – 2х2 ≤ 4 x1 ≥ 0, х2 ≥ 0 18.

Z = –6x1 + 8х2→min 9x1 + 3х2 ≥ 9

–2x1 + 2х2 ≤ 4 2x1 – 3x2 ≤ –5 x1 ≥ 0, х2 ≥ 0

19.

Z = 2x1 + 2х2 →max x1 – х2 ≥ –4

6x1 + 7x2 ≤ 42

3x1 – 2х2 ≤ 6

х2 ≤ 4

x1 ≥ 0, х2 ≥ 0

20.

Z = x1 + х2 → max –4x1 + х2 ≤ 1

2x1 – 3x2 ≤ 6

2x1 + x2 ≤ 8 –x1 + x2 ≤ 7 x1 + 2x2 ≥ 2 x1 ≥ 0, х2 ≥ 0

21.

Z = 2x1 + 3х2 →max 2x1 – 4х2 ≥ 8

x1 + x2 ≥ 4 3x1 + 6x2 ≤ 12 x1 ≥ 0, х2 ≥ 0

22.

Z = x1 + 3х2 → max –3x1 + 4х2 ≤ 12

3x1 + 3x2 ≤ 9

3x1 – 4x2 ≤ 3

2x1 + 3x2 ≤ 6 x1 ≥ 0, х2 ≥ 0

23.

Z = 4x1 + 2х2 → min x1 + 4х2 ≥ 8

5x1 + 3х2 ≥ 15

7x1 + x2 ≥ 7

3x1 + 5х2 ≥ 15 x1 ≥ 0, х2 ≥ 0

24.

Z = 7x1 – х2 → min 3x1 + 5х2 ≤ 18

4x1 + х2 ≤ 0

3x1 – 2x2 ≥ –12

–7x1 + х2 ≤ 2 x1 ≥ 0, х2 ≥ 0

25.

Z = 4x1 + 6х2 →max 3x1 + х2 ≥ 9

x1 + 2x2 ≥ 8 x1 + 6x2 ≥ 12 x1 ≥ 0, х2 ≥ 0

114

4. РЕШЕНИЕ ТРАНСПОРТНОЙ ЗАДАЧИ

Транспортная задача – частный случай общей задачи линейного программирования. Специфические методы ее решения гораздо проще, чем общей задачи. Название свое она получила потому, что впервые была сформулирована и поставлена для решения вопроса о наиболее рациональном планировании перевозок на транспорте. Методы решения транспортной задачи широко применяют на железнодорожном транспорте для решения следующих задач:

-прикрепления потребителей ресурсов к производителям;

-привязки пунктов отправления к пунктам назначения;

-взаимной привязки грузопотоков прямого и обратного направлений;

-отдельных задач оптимальной загрузки промышленного оборудования и др.

Общим для всех транспортных задач является, как правило, распределение ресурсов, находящихся у m производителей (поставщиков), по n потребителям этих ресурсов.

4.1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Рассмотрим математическую модель прикрепления пунктов отправления к пунктам назначения. Имеются m пунктов отправления груза и объемы отправления по каждому пункту а1, а2, ..., аm. Известна потребность в грузах b1, b2, ..., bn по каждому из n пунктов назначения. Задана матрица стоимостей доставки по каждому варианту cij, i = 1, m, j = 1, n . Необходимо

115

рассчитать оптимальный план перевозок, то есть определить, сколько груза xij должно быть отправлено из каждого i-го пункта отправления (от поставщика) в каждый j-й пункт назначения (до потребителя) с минимальными транспортными издержками. В общем виде исходные данные представлены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Исходные данные

Поставщики

 

Потребители

 

Запасы

B1

B2

Bn

(объемы отправле-

 

ния)

 

 

 

 

 

А1

c11

c12

c1n

а1

x11

x12

 

x1n

 

 

 

А2

c21

c22

c2n

а2

x21

x22

 

x2n

 

 

 

Аm

cm1

cm2

cmn

аm

xm1

xm2

 

xmn

 

 

 

Потребность

b1

b2

bn

 

Транспортная задача называется закрытой, если суммар-

m

ный объем отправляемых грузов (ai) равен суммарному объ-

i=1

n

ему потребности в этих грузах по пунктам назначения (bj):

 

 

j =1

m

n

(4.1)

ai = bj.

i=1

j =1

 

Если такого равенства нет (потребности выше запасов или наоборот), задачу называют открытой, то есть:

m

n

(4.2)

ai bj.

i=1

j =1

 

При составлении математической модели должны быть выполнены следующие условия:

1) Все грузы из i-х пунктов должны быть отправлены:

n

(4.3)

xij = ai, i = 1, m.

j=1

2)Все j-е пункты (потребители) должны быть обеспечены грузами в плановом объеме:

m

(4.4)

xij = bj, j = 1, n .

i=1

116

3) Суммарные объемы отправления должны быть равны суммарным объемам назначения:

m

n

(4.5)

ai = bj.

i=1

j =1

 

4)Должно выполняться условие неотрицательности переменных:

xij ≥ 0, i =

 

, j =

 

.

 

1, m

1, n

 

5) Перевозки необходимо осуществлять с

минимальными

транспортными издержками:

 

 

 

 

 

m

n

(4.6)

Zmin =

cijxij.

i =1

j =1

 

В модели (4.3)–(4.6) вместо матрицы стоимостей перевозок cij могут быть заданы матрицы расстояний. В таком случае в качестве целевой функции рассматривается минимум суммарной транспортной работы.

Согласно выражению (4.5) уравнение баланса является обязательным условием решения транспортной задачи. Поэтому, когда в исходных условиях дана открытая задача, то её необходимо привести к закрытой форме. В случае если

-потребности по пунктам назначения превышают запасы пунктов отправления, то вводится фиктивный поставщик с недостающим объемом отправления;

-запасы поставщиков превышают потребности потребителей, то вводится фиктивный потребитель с необходимым объемом потребления.

Варианты, связывающие фиктивные пункты с реальными,

имеют нулевые оценки. После введения фиктивных пунктов задача решается как закрытая.

Транспортные задачи как задачи линейного программирования могут быть решены симплекс-методом, но наличие большого количества переменных и ограничений делает решение очень громоздким. Поэтому для решения транспортных задач разработаны специальные методы, учитывающие особенности такого класса задач, и имеющие те же этапы, что и сим- плекс-метод:

-нахождение исходного опорного решения;

-проверка этого решения на оптимальность;

-переход от одного опорного решения к другому.

117

4.2. АЛГОРИТМ МЕТОДА ПОТЕНЦИАЛОВ

Наиболее распространенным методом решения транспортных задач является метод потенциалов. Алгоритм этого метода рассмотрим на примере решения конкретной задачи: прикрепление пунктов отправления i = 1, 3 к пунктам назначения j = 1, 4 . В соответствии с принятыми выше обозначениями исходные данные задачи приведены в таблице 4.2.

 

 

Исходные данные

Таблица 4.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поставщики

 

Потребители

 

Запасы

B1

B2

B3

B4

(объемы отправления)

А1

1

2

3

4

60

А2

4

3

2

0

80

А3

0

2

2

1

100

Потребность

40

60

80

60

240

Для транспортной задачи существует несколько способов нахождения исходного опорного решения:

-метод северо-западного угла;

-метод минимальной стоимости;

-метод двойного предпочтения и т. д.

Рассмотрим один из них – метод северо-западного угла.

Согласно этому методу распределение объемов пунктов отправления по пунктам назначения начинается с верхней левой клетки («северо-западная» часть таблицы) и продолжается вниз и вправо (по диагонали). Распределение начинаем с клетки (ij) = (1–1) на основании следующего условия:

x11 = min{a1; b1} = min{60; 40} = 40.

Таким образом, первый пункт назначения загружен, а первый пункт отправления имеет остатки груза ∆a1 = 60 – 40 = 20,

которые распределяем на второй пункт назначения:

 

x12 = min{∆a1; b2} = min{20; 40} = 20;

b2 = 20.

Продолжаем преобразования аналогичным образом:

x22

= min{a2; ∆b2} = min{80; 40} = 40;

a2

= 40.

x23

= min{∆a2; b3} = min{40; 80} = 40;

b3

= 40.

x33

= min{a3; ∆b3} = min{100; 40} = 40;

a3

= 60.

x34

= min{∆a3; b4} = min{60; 60} = 60.

 

 

Процесс распределения всегда продолжают до тех пор, по-

118

ка все грузы от поставщиков не будут вывезены, а потребители не будут удовлетворены.

В процессе решения после каждого этапа (в том числе и после получения допустимого решения) по загруженным клеткам проверяется выполнение следующего условия:

N = m + n – 1. (4.7)

В нашем примере m = 3, n = 4, а число загруженных клеток равно 6, то есть соответствует условию (4.7): N = 3 + 4 – 1 = 6. Если условие (4.7) не выполняется, план называется вырожденным. В этом случае недостающее число загруженных клеток дополняется клетками с нулевыми поставками, которые называются условно занятыми, таким образом, чтобы выполнялось условие (4.7).

Результаты начального плана и расчета потенциалов представлены в таблице 4.3.

Таблица 4.3

Исходное опорное решение

Поставщики

 

 

 

Потребители

 

 

Запасы

αi

 

B1

 

B2

 

 

B3

B4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А1

 

 

1

 

2

 

3

 

4

60

0

Р

40

 

20

З

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А2

 

 

4

 

3

З

2

 

0

80

1

 

 

 

40

Р

 

40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А3

 

 

0

 

2

Р

2

 

1

100

1

З

 

 

 

 

 

40

60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Потребность

 

40

 

60

 

 

80

60

 

240

 

βj

 

1

 

2

 

 

1

0

 

 

 

Стоимость перевозки при исходном опорном решении составляет:

m

n

Zmin= ∑∑cijxij=1·40 + 2·20 + 3·40 + 2·40 + 2·40 + 1·60 = 420 д. е.

i=1

j =1

Найденное исходное опорное решение проверяется на оптимальность методом потенциалов. Для загруженных клеток должно выполняться следующее равенство:

αi + βj = cij, (4.8)

где αi – потенциал i-ой строки; βj – потенциал j-го столбца.

Для первой строки принимаем αi=0. Рассматривая загру-

119

женные клетки (ij) = (1–1), (1–2), получаем:

α1 + β1 = c11 = 0 + β1 = 1; β1 = 1.

α1 + β2 = c12 = 0 + β2 = 2; β2 = 2.

Далее по загруженным клеткам (2–2), (2–3) определяем другие потенциалы:

α2 + β2 = 3; α2 + 2 = 3; α2 = 1;

α2 + β3 = 2; 1 + β3 = 2; β3 = 1 и т. д.

Найденные значения потенциалов заносим в таблицу 4.3. По незагруженным клеткам проверяем, является ли реше-

ние оптимальным, используя неравенство:

 

αi + βj cij,

(4.9)

Если условие (4.9) для незагруженных клеток выполняется, то найденное решение является оптимальным. По таблице 4.3 осуществляем проверку начального плана на оптимальность:

(ij) = (1–3),

0 + 1 ≤ 3;

 

 

(ij) = (1–4),

0 + 0 ≤ 4;

 

 

(ij) = (2–1),

1 + 1 ≤ 4;

 

 

(ij) = (2–4),

1 + 0 > 0;

c24

= 1;

(ij) = (3–1),

1 + 1 > 0;

c31

= 2;

(ij) = (3–2),

1 + 2 > 2;

c32

= 1.

Наличие положительных

оценок

незагруженных клеток

(∆cij) говорит о том, что полученное решение не оптимально и для уменьшения значения целевой функции надо перейти к другому опорному решению. При этом надо перераспределить грузы, перемещая их из загруженных клеток в незагруженные.

Характеристики ∆сij показывают размер экономии транспортных издержек на 1 ед. перевозимого груза. В нашем примере наибольшую экономию можно получить по клетке (ij) = (3–1), где ∆с31 = 2 > {∆с24; ∆с32}. Следовательно, клетку (3–1) необходимо загрузить за счет перераспределения ресурсов из других загруженных клеток. В таблице 3 клетку (3–1) помечаем знаком «+», так как здесь в исходном опорном решении находится вершина максимальной неоптимальности, которая будет одной из вершин контура. Далее, начиная с клетки (3–1), строим контур по следующим правилам:

1)контур представляет собой замкнутый многоугольник с вершинами в загруженных клетках (за исключением клетки с

120

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]