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

Модели оптимизации. Математическое программирование, исследование операций. Учебно-методическое пособие

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
12.08.2026
Размер:
997 Кб
Скачать

В результате получен первый опорный план, который является допустимым, так как все грузы из баз вывезены, потребность магазинов удовлетворена, а план соответствует системе ограничений транспортной задачи.

2. Подсчитаем число занятых клеток таблицы, их 9, а должно быть m + n −1 = 9 . Следовательно, опорный план является невырож-

денным.

Значение целевой функции для этого опорного плана равно:

F (x) = 12 31 + 9 9 + 15 22 + 2 8 + 21 3 + 26 14 + 16 8 + 8 15 +

+0 3 = 1474.

2.Используя метод северо-западного угла, построим первый опорный план транспортной задачи.

План начинается заполняться с верхнего левого угла. Искомый элемент равен 12.

Для этого элемента запасы равны 40, потребности 34. Поскольку минимальным является 34, то вычитаем его.

x11 = min(40,34) = 34.

12

15

9

19

22

40 - 34 = 6

 

 

 

 

 

 

x

15

11

2

19

30

 

 

 

 

 

 

x

26

23

7

16

25

 

 

 

 

 

 

x

24

8

3

29

15

 

 

 

 

 

 

x

0

0

0

0

3

 

 

 

 

 

 

34 - 34 = 0

39

24

8

8

0

 

 

 

 

 

 

Искомый элемент равен 15.

Для этого элемента запасы равны 6, потребности 39. Поскольку минимальным является 6, то вычитаем его:

x12 = min(6,39) = 6.

12

15

x

x

x

6 - 6 = 0

x

15

11

2

19

30

 

 

 

 

 

 

x

26

23

7

16

25

 

 

 

 

 

 

x

24

8

3

29

15

 

 

 

 

 

 

x

0

0

0

0

3

 

 

 

 

 

 

0

39 - 6 = 33

24

8

8

0

 

 

 

 

 

 

141

Искомый элемент равен 15.

Для этого элемента запасы равны 30, потребности 33. Поскольку минимальным является 30, то вычитаем его:

x22 = min(30,33) = 30.

12

15

x

x

x

0

x

15

x

x

x

30 - 30 = 0

 

 

 

 

 

 

x

26

23

7

16

25

 

 

 

 

 

 

x

24

8

3

29

15

 

 

 

 

 

 

x

0

0

0

0

3

 

 

 

 

 

 

0

33 - 30 = 3

24

8

8

0

 

 

 

 

 

 

Искомый элемент равен 26.

Для этого элемента запасы равны 25, потребности 3. Поскольку минимальным является 3, то вычитаем его:

x32 = min(25,3) = 3.

12

15

x

x

x

0

 

 

 

 

 

 

x

15

x

x

x

0

 

 

 

 

 

 

x

26

23

7

16

25 - 3 = 22

 

 

 

 

 

 

x

x

8

3

29

15

 

 

 

 

 

 

x

x

0

0

0

3

 

 

 

 

 

 

0

3 - 3 = 0

24

8

8

0

 

 

 

 

 

 

Искомый элемент равен 23.

Для этого элемента запасы равны 22, потребности 24. Поскольку минимальным является 22, то вычитаем его:

x33 = min(22,24) = 22.

12

15

x

x

x

0

x

15

x

x

x

0

 

 

 

 

 

 

x

26

23

x

x

22 - 22 = 0

 

 

 

 

 

 

x

x

8

3

29

15

 

 

 

 

 

 

x

x

0

0

0

3

 

 

 

 

 

 

0

0

24 - 22 = 2

8

8

0

 

 

 

 

 

 

Искомый элемент равен 8.

142

Для этого элемента запасы равны 15, потребности 2. Поскольку минимальным является 2, то вычитаем его:

x43 = min(15,2) = 2.

12

15

x

x

x

0

x

15

x

x

x

0

 

 

 

 

 

 

x

26

23

x

x

0

 

 

 

 

 

 

x

x

8

3

29

15 - 2 = 13

 

 

 

 

 

 

x

x

x

0

0

3

 

 

 

 

 

 

0

0

2 - 2 = 0

8

8

0

 

 

 

 

 

 

Искомый элемент равен 3.

Для этого элемента запасы равны 13, потребности 8. Поскольку минимальным является 8, то вычитаем его:

x44 = min(13,8) = 8.

12

15

x

x

x

0

x

15

x

x

x

0

 

 

 

 

 

 

x

26

23

x

x

0

 

 

 

 

 

 

x

x

8

3

29

13 - 8 = 5

 

 

 

 

 

 

x

x

x

x

0

3

 

 

 

 

 

 

0

0

0

8 - 8 = 0

8

0

 

 

 

 

 

 

Искомый элемент равен 29.

Для этого элемента запасы равны 5, потребности 8. Поскольку минимальным является 5, то вычитаем его:

x45 = min(5,8) = 5.

12

15

x

x

x

0

x

15

x

x

x

0

 

 

 

 

 

 

x

26

23

x

x

0

 

 

 

 

 

 

x

x

8

3

29

5 - 5 = 0

 

 

 

 

 

 

x

x

x

x

0

3

 

 

 

 

 

 

0

0

0

0

8 - 5 = 3

0

 

 

 

 

 

 

Искомый элемент равен 0.

143

Для этого элемента запасы равны 3, потребности 3. Поскольку минимальным является 3, то вычитаем его:

x55 = min(3,3) = 3.

 

12

 

15

 

x

 

 

x

 

 

x

 

 

0

 

 

 

x

 

15

 

x

 

 

x

 

 

x

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

26

 

23

 

 

x

 

 

x

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

x

 

8

 

 

3

 

 

29

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

x

 

x

 

 

x

 

 

0

 

 

3 - 3 = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

0

 

0

 

 

0

 

3 - 3 = 0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

3

 

4

 

 

5

 

Запасы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

12[34]

15[6]

9

 

19

 

 

22

 

40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

20

15[30]

11

 

2

 

 

19

 

30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

21

26[3]

23[22]

 

7

 

 

16

 

25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

11

24

8[2]

 

3[8]

 

 

29[5]

 

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

0

0

0

 

0

 

 

0[3]

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Потребности

34

39

24

 

8

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В результате получен первый опорный план, который является допустимым, так как все грузы из баз вывезены, потребность магазинов удовлетворена, а план соответствует системе ограничений транспортной задачи.

2. Подсчитаем число занятых клеток таблицы, их 9, а должно быть m + n −1 = 9 . Следовательно, опорный план является невырож-

денным.

Значение целевой функции для этого опорного плана равно:

F (x) = 12 34 + 15 6 + 15 30 + 26 3 + 23 22 + 8 2 + + 3 8 + 29 5 + 0 3 = 1717.

Этап II. Улучшение опорного плана.

Проверим оптимальность опорного плана (метод наименьшей стоимости). Найдем предварительные потенциалы ui, vi. по занятым клеткам таблицы, в которых ui + vi = cij, полагая, что u1 = 0.

u1 + v1 = 12; 0 + v1 = 12; v1 = 12;

144

u3 + v1 = 21; 12 + u3 = 21; u3 = 9; u3 + v2 = 26; 9 + v2 = 26; v2 = 17; u2 + v2 = 15; 17 + u2 = 15; u2 = -2; u2 + v4 = 2; - 2 + v4 = 2; v4 = 4;

u5 + v2 = 0; 17 + u5 = 0; u5 = -17; u3 + v5 = 16; 9 + v5 = 16; v5 = 7; u1 + v3 = 9; 0 + v3 = 9; v3 = 9;

u4 + v3 = 8; 9 + u4 = 8; u4 = -1.

 

v1=12

v2=17

v3=9

v4=4

v5=7

u1=0

12[31]

15

9[9]

19

22

u2=-2

20

15[22]

11

2[8]

19

u3=9

21[3]

26[14]

23

7

16[8]

u4=-1

11

24

8[15]

3

29

u5=-17

0

0[3]

0

0

0

Опорный план не является оптимальным, так как существуют оценки свободных клеток, для которых ui + vi > cij:

(1;2): 0 + 17 > 15; ∆12 = 0 + 17 - 15 = 2; (3;4): 9 + 4 > 7; ∆34 = 9 + 4 - 7 = 6; max(2,6) = 6.

Выбираем максимальную оценку свободной клетки (3;4): 7.

Для этого в перспективную клетку (3;4) поставим знак «+», а в остальных вершинах многоугольника чередующиеся знаки «-», «+», «-».

 

1

2

3

4

5

Запасы

 

 

 

 

 

 

 

1

12[31]

15

9[9]

19

22

40

 

 

 

 

 

 

 

2

20

15[22][+]

11

2[8][-]

19

30

 

 

 

 

 

 

 

3

21[3]

26[14][-]

23

7[+]

16[8]

25

 

 

 

 

 

 

 

4

11

24

8[15]

3

29

15

 

 

 

 

 

 

 

5

0

0[3]

0

0

0

3

 

 

 

 

 

 

 

Потребности

34

39

24

8

8

 

 

 

 

 

 

 

 

Цикл приведен в таблице (3,4; 3,2; 2,2; 2,4).

145

Из грузов xij стоящих в минусовых клетках, выбираем наименьшее, т.е. y = min(2, 4) = 8. Прибавляем 8 к объемам грузов, стоящих в плюсовых клетках и вычитаем 8 из X ij , стоящих в минусовых клетках. В результате получим новый опорный план.

 

1

2

3

4

5

Запасы

 

 

 

 

 

 

 

1

12[31]

15

9[9]

19

22

40

 

 

 

 

 

 

 

2

20

15[30]

11

2

19

30

 

 

 

 

 

 

 

3

21[3]

26[6]

23

7[8]

16[8]

25

 

 

 

 

 

 

 

4

11

24

8[15]

3

29

15

 

 

 

 

 

 

 

5

0

0[3]

0

0

0

3

 

 

 

 

 

 

 

Потребности

34

39

24

8

8

 

 

 

 

 

 

 

 

Проверим оптимальность опорного плана. Найдем предварительные потенциалы ui , vi по занятым клеткам таблицы, в которых ui + vi = cij , полагая, что u1 = 0 .

u1 + v1 = 12; 0 + v1 = 12; v1 = 12; u3 + v1 = 21; 12 + u3 = 21; u3 = 9; u3 + v2 = 26; 9 + v2 = 26; v2 = 17; u2 + v2 = 15; 17 + u2 = 15; u2 = -2; u5 + v2 = 0; 17 + u5 = 0; u5 = -17; u3 + v4 = 7; 9 + v4 = 7; v4 = -2;

u3 + v5 = 16; 9 + v5 = 16; v5 = 7; u1 + v3 = 9; 0 + v3 = 9; v3 = 9; u4 + v3 = 8; 9 + u4 = 8; u4 = -1.

 

v1=12

v2=17

v3=9

v4=-2

v5=7

u1=0

12[31]

15

9[9]

19

22

u2=-2

20

15[30]

11

2

19

u3=9

21[3]

26[6]

23

7[8]

16[8]

u4=-1

11

24

8[15]

3

29

u5=-17

0

0[3]

0

0

0

146

Опорный план не является оптимальным, так как существуют оценки свободных клеток, для которых ui + vi cij :

(1;2): 0 + 17 > 15; ∆12 = 0 + 17 - 15 = 2.

Выбираем максимальную оценку свободной клетки (1;2): 15. Для этого в перспективную клетку (1;2) поставим знак «+», а в остальных вершинах многоугольника чередующиеся знаки «-», «+», «-».

 

1

2

3

4

5

Запасы

 

 

 

 

 

 

 

1

12[31][-]

15[+]

9[9]

19

22

40

 

 

 

 

 

 

 

2

20

15[30]

11

2

19

30

 

 

 

 

 

 

 

3

21[3][+]

26[6][-]

23

7[8]

16[8]

25

 

 

 

 

 

 

 

4

11

24

8[15]

3

29

15

 

 

 

 

 

 

 

5

0

0[3]

0

0

0

3

 

 

 

 

 

 

 

Потребности

34

39

24

8

8

 

 

 

 

 

 

 

 

Цикл приведен в таблице (1,2; 1,1; 3,1; 3,2).

Из грузов xij стоящих в минусовых клетках, выбираем наименьшее, т.е. y = min(3, 2) = 6 . Прибавляем 6 к объемам грузов, стоящих в плюсовых клетках и вычитаем 6 из X ij , стоящих в минусовых клетках. В результате получим новый опорный план.

 

1

2

3

4

5

Запасы

 

 

 

 

 

 

 

1

12[25]

15[6]

9[9]

19

22

40

 

 

 

 

 

 

 

2

20

15[30]

11

2

19

30

 

 

 

 

 

 

 

3

21[9]

26

23

7[8]

16[8]

25

 

 

 

 

 

 

 

4

11

24

8[15]

3

29

15

 

 

 

 

 

 

 

5

0

0[3]

0

0

0

3

 

 

 

 

 

 

 

Потребности

34

39

24

8

8

 

 

 

 

 

 

 

 

Проверим оптимальность опорного плана. Найдем предварительные потенциалы ui , vi по занятым клеткам таблицы, в которых ui + vi cij , полагая, что u1 = 0 .

u1 + v1 = 12; 0 + v1 = 12; v1 = 12, u3 + v1 = 21; 12 + u3 = 21; u3 = 9,

147

u3 + v4 = 7; 9 + v4 = 7; v4 = -2,

 

 

 

u3 + v5 = 16; 9

+ v5 = 16; v5 = 7,

 

 

 

u1 + v2 = 15; 0

+ v2 = 15; v2 = 15,

 

 

 

u2 + v2 = 15; 15 + u2 = 15; u2 = 0,

 

 

 

u5 + v2 = 0; 15

+ u5 = 0; u5 = -15,

 

 

 

u1 + v3 = 9; 0 + v3 = 9; v3 = 9,

 

 

 

u4 + v3 = 8; 9 + u4 = 8; u4 = -1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v1=12

v2=15

v3=9

v4=-2

v5=7

u1=0

12[25]

15[6]

9[9]

19

22

u2=0

20

15[30]

11

2

19

u3=9

21[9]

26

23

7[8]

16[8]

u4=-1

11

24

8[15]

3

29

u5=-15

0

 

0[3]

0

0

0

Опорный план является оптимальным, так все оценки свободных клеток удовлетворяют условию ui + vi cij .

Минимальные затраты составят

F (x) = 12 × 25 + 15 × 6 + 9 × 9 + 15 × 30 + 21× 9 + 7 × 8 + + 16 × 8 + 8 ×15 + 0 × 3 = 1414.

Задача 5. Используя метод множителей Лагранжа, найдите экстремальное значение целевой функции.

 

 

 

 

 

F (x) = 4x

2

x1

− 3x2

+ 2x x

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3x1 + 4x2 = 12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ x2

 

= 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Составим функцию Лагранжа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L = 4x

2

x1

− 3x2

+ 2x x

2

+ λ (3x + 4x

2

−12) + λ (x + x

2

− 4).

 

2

2

1

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

2

1

 

Вычислим частные производные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

= −2x + 2x + 3λ + λ ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

 

1

 

 

 

 

2

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

= 4 − 6x + 2x + 4λ + λ ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

2

 

 

1

 

 

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

148

 

L

 

= 3x + 4x −12;

 

 

 

∂λ1

 

2

1

 

 

L

= x + x

 

− 4.

 

 

 

 

∂λ2

2

 

1

 

Составим и решим систему уравнений

 

− 2x1 + 2x2 + 3λ1 + λ2 = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 − 6x2 + 2x1 + 4λ1 + λ2 = 0

 

 

 

+ 4x2 −12 = 0

 

 

 

 

 

3x1

 

 

 

 

 

x + x

2

− 4 = 0.

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

− 4x1 + 8x2 − λ1 = 0

 

 

 

 

 

+ 4x2 −12 = 0

 

 

 

 

 

3x1

 

 

 

 

 

x + x

2

− 4 = 0.

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

− 4x1 + 8x2 − λ1 = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1 + 4 = 0.

 

 

 

 

 

x1 = 4; x2 = 0, λ1 = −16; λ2

= 56.

 

Найдем точки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A (4;0);

f ( A ) = 4 0 − 42

− 3 02 + 2 4 0 = −16.

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A (5;1);

f ( A ) = 4 1 − 52

− 3 12 + 2 5 1 = −14.

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f ( A1 ) < f ( A2 )

 

 

в т. A1 функция имеет минимум.

 

 

 

 

Задача 6. Решить игру, заданную платежной матрицей, графиче-

ским методом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Игроки

 

 

 

 

B1

 

B2

 

a = min(Ai)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A1

 

 

 

 

5

 

6

 

5

 

 

A2

 

 

 

 

7

 

4

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B = max(Bi)

 

 

 

7

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

149

Решение

Находим гарантированный выигрыш, определяемый нижней ценой игры a = max(ai ) = 5, которая указывает на максимальную чистую стратегию A1 .

Верхняя цена игры b = min(bj ) = 6.

Что свидетельствует об отсутствии седловой точки, так как a ¹ b , тогда цена игры находится в пределах 5 y ≤ 6 . Находим решение игры в смешанных стратегиях. Объясняется это тем, что игроки не могут объявить противнику свои чистые стратегии: им следует скрывать свои действия. Игру можно решить, если позволить игрокам выбирать свои стратегии случайным образом (смешивать чистые стратегии).

Решим задачу геометрическим методом, который включает в себя следующие этапы (рис. 3.4).

1. В декартовой системе координат по оси абсцисс откладывается отрезок, длина которого равна 1. Левый конец отрезка (точка x = 0) соответствует стратегии A1 , правый – стратегии A2 ( x = 1).

Промежуточные точки х соответствуют вероятностям некоторых смешанных стратегий S1 = ( p1 , p2 ).

2. На левой оси ординат откладываются выигрыши стратегии A1 . На линии, параллельной оси ординат, из точки 1 откладываются выигрыши стратегии A2 .

Решение игры (2 ´ n) проводим с позиции игрока A, придерживающегося максиминной стратегии. Доминирующихся и дублирующих стратегий ни у одного из игроков нет.

Максиминной оптимальной стратегии игрока A соответствует точка N, лежащая на пересечении прямых B1B1 и B2 B2 , для которых можно записать следующую систему уравнений:

y = 5 + (7 − 5) p2 ; y = 6 + (4 − 6) p2 .

Откуда

p1 = 3 ; p2 = 1 . 4 4

150

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]