Добавил:
t.me Инфо для ГУАП студентов от меня: https://kafaka.notion.site/99e6d9b70ca74f7baef3daea17839e5a Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Z9411_Чурилов_ПМО_ЛР

.pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
10.11.2024
Размер:
735.92 Кб
Скачать

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ»

ИНСТИТУТ НЕПРЕРЫВНОГО И ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Кафедра прикладной информатики

ОЦЕНКА

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ

ассистент

_________________

Б.К. Акопян

подпись, дата

ОТЧЕТ О ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №1

Исследование методов решения транспортных задач с

ограничениями

по дисциплине «Прикладные методы оптимизации» Вариант №17

РАБОТУ ВЫПОЛНИЛ

 

 

СТУДЕНТ ГР.

Z9411

________________

А.С. Чурилов

 

 

подпись, дата

 

Санкт-Петербург 2023г.

Цель работы.

Изучение методов составления опорных планов и оптимизации

решения транспортной задачи с ограничениями на пропускную способность.

Порядок выполнения работы.

1.Построить опорный план исходной задачи БЕЗ учета ограничений любым известным способом и определить его стоимость.

2.Оптимизировать опорный план ТЗ без ограничений; возможно применение инструментария MS Excel.

3.Составить математическую модель задачи с учетом ограничений.

4.Составить опорный план задачи с ограничениями, показывая процесс удаления фиктивных клеток таблицы.

5.Оценить оптимальность полученного опорного плана, используя метод потенциалов.

Исходные данные.

Рисунок 1 – Матрица транспортной задачи

Выполнение лабораторной работы.

1. Построить опорный план исходной задачи БЕЗ учета ограничений любым известным способом и определить его стоимость.

Составим исходную таблицу для построения опорного плана без учета ограничений на пропускную способность.

Таблица 1 – Тарифы транспортной задачи без ограничений

 

В1

 

В2

 

В3

В4

ai

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А1

 

 

6

 

4

 

 

5

 

6

17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А2

 

5

 

3

 

 

6

 

 

8

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А3

 

4

 

6

 

 

3

 

 

6

33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bj

15

23

12

 

20

 

70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Начнём поиск опорного плана методом северо-западного угла (клетка

А1-В1).

1)Сравниваем a1 и b1: a1 = 17, b1 = 15. Значение b1 меньше a1,

записываем в ячейку А1-В1 15; из клетки b1 всё распределили. Для клеток А2-В1 и А3-В1 ничего не осталось, поэтому А2-В1 = 0 и А3-

В1 = 0.

2)Вычитаем a1 – b1 = 17 – 15 = 2. Распределяем остаток в А1-В2. Для клеток А1-В3 и А1-В4 ничего не осталось, так как из а1 всё разместили. Поэтому А1-В3 = 0 и А1-В4 = 0.

3)Так как из а1 и b1 всё распределили, то первую строку и первый

столбец больше не трогаем. Зануляем их.

Таблица 2 – Заполнение первой клетки опорного плана

 

В1

В2

В3

В4

ai

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А1

 

6

 

4

 

5

 

6

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

2

 

0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А2

 

5

 

3

 

6

 

8

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А3

 

4

 

6

 

3

 

6

33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bj

0

23

12

20

70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом заполняем все клетки в оставшихся строках и столбцах,

пока не распределим все значения ai и bj.

Получили опорный план без учета ограничений. Базисные клетки

3

выделены серым цветом.

Таблица 3 – Опорный план транспортной задачи без ограничений

 

В1

В2

В3

В4

ai

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А1

 

6

 

4

 

5

 

6

17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А2

 

5

 

3

 

6

 

8

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А3

 

4

 

6

 

3

 

6

33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

12

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bj

15

23

12

20

70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методом северо-западного угла получен план стоимостью: F = 6*15 + 4*2 + 3*20 + 6*1 + 3*12 + 6*20 = 320.

2. Оптимизировать опорный план ТЗ без ограничений; возможно применение инструментария MS Excel.

Используем программу Excel для оптимизации опорного плана.

Для этого создадим две таблицы: в одной укажем значения тарифов, в

другой – параметры нашего опорного плана. Запишем формулу для вычисления целевой функции.

Рисунок 2 – Исходные данные для оптимизации транспортной задачи без ограничений

Применим функцию «Поиск решения». В открывшемся окне

«Параметры поиска решения» отметим ячейку с целевой функцией, выберем оптимизацию до минимума, укажем клетки для изменения и пропишем

ограничения.

4

Рисунок 3 – Параметры оптимизации опорного плана без ограничений

В результате оптимизации алгоритм опции «Поиск решения» смог снизить стоимость транспортировки до 288.

Рисунок 4 – Оптимальный план транспортной задачи без ограничений

3. Составить математическую модель задачи с учетом ограничений.

1) Сформулируем математическую модель задачи с ограничениями на

пропускную способность коммуникации.

 

 

 

 

 

В общем виде:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

 

= ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

 

= ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в)

=

;

 

 

 

 

 

 

 

 

=1

 

 

 

=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г) =

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

=1

 

=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д) 0 ≤ ≤

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В нашем случае:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) 4

 

= 17;

4

 

= 20;

4

 

 

= 33.

 

=1

1

 

 

 

 

=1 2

 

=1 3

 

 

 

б) 3

 

= 15;

3

 

= 23;

3

 

= 12;

3

= 20.

=1

1

 

 

 

 

=1 2

 

=1

3

 

 

=1

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

в) 3=1 = ∑4=1 = 70.

г) = ∑3=1 4=1 .

д) d11 = 7, d12 = 12, d13 = 10, d14 = 8 и т.д.

2) Представим исходную транспортную задачу в сетевой форме.

Рисунок 5 – Сетевая форма транспортной задачи с ограничениями

3) Составим опорный план исходной задачи с учетом ограничений.

Построим исходную таблицу для формирования опорного плана с учетом ограничений на пропускную способность.

Таблица 4 – Тарифы транспортной задачи с ограничениями

 

В1

 

 

В2

 

 

В3

 

В4

ai

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А1

7

 

6

12

 

4

 

10

 

5

8

 

6

17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А2

11

 

5

15

 

3

 

6

 

6

10

 

8

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А3

12

 

4

10

 

6

 

inf

 

3

5

 

6

33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bj

15

23

12

20

70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Начнём поиск опорного плана методом северо-западного угла (клетка

А1-В1).

1)Сравниваем a1, b1 и d11: a1 = 17, b1 = 15, d11 = 7. Значение d11

наименьшее, записываем в ячейку А1-В1 7.

2)Корректируем клетки a1 и b1. Вычитаем a1 – d11 = 17 – 7 = 10.

Вычитаем b1 – d11 = 15 – 7 = 8.

3)Распределяем остаток в А1-В2. Сравниваем a1, b2 и d12: a1 = 10, b1 = 23, d12 = 12. Значение a1 наименьшее, записываем в ячейку А1-В2

10. Для клеток А1-В3 и А1-В4 ничего не осталось, так как из а1 всё разместили. Поэтому А1-В3 = 0 и А1-В4 = 0. Вычисляем b2 = 23 –

10 = 13.

4)Распределяем остаток в А2-В1. Сравниваем a2, b1 и d21: a2 = 20, b1 = 8, d21 = 11. Значение b1 наименьшее, записываем в ячейку А2-В1

8. Для клетки А3-B1 ничего не осталось, так как из b1 всё

разместили. Поэтому А3-В1 = 0. Вычисляем a2 = 20 – 8 = 12.

Таблица 5 – Заполнение первой клетки опорного плана с учетом ограничения

 

 

В1

 

В2

 

В3

 

В4

ai

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А1

7

 

6

12

 

4

10

 

5

8

 

6

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А2

11

 

5

15

 

3

6

 

6

10

 

8

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А3

12

 

4

10

 

6

inf

 

3

5

 

6

33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bj

 

0

 

13

 

12

 

20

70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом заполняем все клетки в оставшихся строках и столбцах,

пока не распределим все значения ai и bj.

Получили опорный план с учетом ограничений на пропускную

7

способность транспортировки.

Таблица 6 – Опорный план с учетом ограничений

 

 

В1

 

В2

 

В3

 

В4

В5

 

ai

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А1

7

 

6

12

 

4

10

 

5

8

 

6

 

 

 

17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А2

11

 

5

15

 

3

6

 

6

10

 

8

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А3

12

 

4

10

 

6

inf

 

3

5

 

6

inf

 

M

33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

12

 

 

5

 

 

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

inf

 

M

inf

 

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bj

 

15

 

23

 

12

 

20

 

 

 

70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Составленный опорный план содержит две фиктивные клетки: А3-В5 и

А4-В4.

4. Составить опорный план задачи с ограничениями, показывая процесс удаления фиктивных клеток таблицы.

1) Обратимся к фиктивной клетке А4-В4. Перебросим из неё 9 единиц товара с помощью следующего цикла: А4-В4 (-9) → А2-В4 (+9) → А2-В2 (-9)

→ А3-В2 (+9) → А3-В5 (-9) → А4-В5 (+9).

Таблица 7 – Преобразование фиктивной клетки А4-В4

 

 

В1

 

В2

 

В3

 

В4

В5

 

ai

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А1

7

 

6

12

 

4

10

 

5

8

 

6

 

 

 

17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А2

11

 

5

15

 

3

6

 

6

10

 

8

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

3

 

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А3

12

 

4

10

 

6

inf

 

3

5

 

6

inf

 

M

33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

12

 

 

5

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

inf

 

M

inf

 

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

bj

15

23

12

20

 

70

 

 

 

 

 

 

 

2) Обратимся к фиктивной клетке А3-В5. Перебросим из неё 6 единиц товара с помощью следующего цикла: А3-В5 (-6) → А3-В1 (+6) → А1-В1 (-6)

→ А1-В4 (+6) → А4-В4 (-6) → А4-В5 (+6).

Таблица 8 – Преобразование фиктивной клетки А3-В5

 

 

В1

 

В2

 

В3

 

В4

В5

 

 

ai

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А1

7

 

6

12

 

4

10

 

5

8

 

6

 

 

 

17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

10

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А2

11

 

5

15

 

3

6

 

6

10

 

8

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

3

 

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А3

12

 

4

10

 

6

inf

 

3

5

 

6

inf

 

M

33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

10

 

 

12

 

 

5

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

inf

 

M

inf

 

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bj

 

15

 

23

 

12

 

20

 

 

 

70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В результате получаем опорный план транспортной задачи без

фиктивных клеток.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 9 – Опорный план без фиктивных клеток

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В1

 

В2

 

В3

 

В4

ai

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А1

7

 

6

12

 

4

10

 

5

8

 

6

17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

10

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А2

11

 

5

15

 

3

6

 

6

10

 

8

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

3

 

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А3

12

 

4

10

 

6

inf

 

3

5

 

6

33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

10

 

 

12

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bj

 

15

 

23

 

12

 

20

70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методом северо-западного угла с учетом ограничений получен план стоимостью: F = 6*1 + 4*10 + 6*6 + 5*8 + 3*3 + 8*9 + 4*6 + 6*10 + 3*12 + 6*5 = 353.

9

5. Оценить оптимальность полученного опорного плана, используя

метод потенциалов.

1)Проверить оптимальность текущего опорного плана методом потенциалов не представляется возможным, так как в опорном плане недостаточное количество свободных клеток для корректного вычисления потенциалов.

2)Определим, является ли план оптимальным с помощью распределительного метода.

а) Определим оценку для свободной клетки А1-В3. Поставим в неё знак

«+», а в остальных вершинах многоугольника, составленного из базовых ячеек, чередующиеся знаки «-», «+», «-».

Таблица 10 – Оценка свободной клетки А1-В3

 

 

В1

 

В2

 

В3

 

В4

ai

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А1

7

 

6

12

 

4

10

 

5

8

 

6

17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

10

 

 

(+)

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

(-)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А2

11

 

5

15

 

3

6

 

6

10

 

8

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

3

 

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А3

12

 

4

10

 

6

inf

 

3

5

 

6

33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

10

 

 

12

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

(+)

 

 

(-)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bj

 

15

 

23

 

12

 

20

70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оценка свободной клетки равна Δa13 = 5 - 3 + 6 - 4 = 4.

б) Определим оценку для свободной клетки А2-В3. Поставим в неё знак «+», а в остальных вершинах многоугольника, составленного из базовых ячеек, чередующиеся знаки «-», «+», «-».

Таблица 11 – Оценка свободной клетки А2-В3

 

В1

 

 

В2

В3

 

 

В4

ai

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А1

7

 

6

12

 

4

10

 

5

8

 

6

17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

Соседние файлы в предмете Прикладные методы оптимизации