Практикум по ИО
.pdfпредприятиям, а функцию состояния Fk (ξ) определим как максимальную прибыль на первых k предприятиях, если они вместе получают ξ руб. Па% раметр ξ может изменяться от 0 до b.
Если из ξ руб. k%е предприятие получит xk руб., то каково бы ни было это значение, остальные ( ξ−xk ) руб. естественно распределить между пред% приятиями от первого до (k −1)%го так, чтобы была получена максималь% ная прибыль Fk−1(ξ−xk ) .
Тогда прибыль k предприятий будет равна fk (xk ) +Fk−1(ξ−xk ) . Надо вы% брать такое значение xk между 0 и ξ, чтобы эта сумма была максимальной, и мы приходим к рекуррентному соотношению
Fk (ξ) = maxξ{fk (xk ) +Fk−1(ξ−xk )}
0 xk
для k = 2, 3, …, n. Если же k = 1, то
F1(ξ) = f1(ξ) .
ПРИМЕР 6.1.1. Производственное объединение состоит из четырех пред% приятий (n = 4). Общая сумма капитальных вложений равна 700 млн. руб. (b = 700), выделяемые предприятиям суммы кратны 100 млн. руб. Если j%е предприятие получает инвестиции в объеме ξ млн. руб., то прирост годо% вой прибыли на этом предприятии составит f j (ξ) млн. руб. в год. Значе% ния функций f j (ξ) приведены в табл. 6.1.1. Требуется найти такое рас% пределение
x |
|
|
|
1 |
|
x x2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
xn
инвестиций между предприятиями, которое максимизирует суммарный прирост прибыли на всех предприятиях вместе.
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 6.1.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ξ |
0 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
|
f1(ξ) |
0 |
20 |
34 |
46 |
53 |
55 |
60 |
60 |
|
f2(ξ) |
0 |
18 |
29 |
45 |
62 |
78 |
90 |
98 |
|
f3(ξ) |
0 |
25 |
41 |
52 |
74 |
82 |
88 |
90 |
|
f4(ξ) |
0 |
30 |
52 |
76 |
90 |
104 |
116 |
125 |
|
Решение. Прежде всего заполняем табл. 6.1.2. Значения f2(ξ) складыва% ем со значениями F1(ξ−x2) = f1(ξ−x2) и на каждой северо%восточной диа% гонали находим наибольшее число (которое выделяем жирным и обводим рамкой) и указываем соответствующее значение x2 (ξ) .
Затем заполняем табл. 6.1.3.
71
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
6.1.2 |
|
|
|
ξ – x2 |
0 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
|
x2 |
|
F1(ξ−x2 ) |
0 |
20 |
34 |
46 |
53 |
55 |
60 |
60 |
|
f2 |
(x2 ) |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0 |
|
0 |
0 |
20 |
34 |
46 |
53 |
55 |
60 |
60 |
|
100 |
|
18 |
18 |
38 |
52 |
64 |
71 |
73 |
78 |
|
|
200 |
|
29 |
29 |
49 |
63 |
75 |
82 |
84 |
|
|
|
300 |
|
45 |
45 |
65 |
79 |
91 |
98 |
|
|
|
|
400 |
|
62 |
62 |
82 |
96 |
108 |
|
|
|
|
|
500 |
|
78 |
78 |
98 |
112 |
|
|
|
|
|
|
600 |
|
90 |
90 |
110 |
|
|
|
|
|
|
|
700 |
|
98 |
98 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
6.1.3 |
|
|
ξ |
0 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
|
|
|||||||
|
F2(ξ) |
0 |
20 |
|
38 |
|
52 |
|
65 |
|
82 |
|
98 |
112 |
|
|
||
|
x (ξ) |
0 |
|
0 |
100 |
100 |
300 |
400 |
500 |
500 |
|
|
||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Продолжая процесс, табулируем функции |
F (ξ), x (ξ) |
и т. д. (табл. 6.1.4— |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
3 |
|
|
|
|
6.1.5). В табл. 6.1.6 заполняем только одну диагональ для значения ξ = 700. |
||||||||||||||||||
Наибольшее число на этой диагонали |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
zmax =155 млн. руб., |
|
|
|
|
|
|
||||||||
причем четвертому предприятию должно быть выделено |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
x |
= x |
(700) =300 млн. руб. |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
4 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
6.1.4 |
|
|
ξ – x3 |
|
0 |
|
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
|
||||||
x3 |
|
F2 (ξ−x3 ) |
|
20 |
|
38 |
|
52 |
|
65 |
|
82 |
|
98 |
112 |
|
||
f3 (x3 ) |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
20 |
|
38 |
|
52 |
|
65 |
|
82 |
|
98 |
112 |
|
100 |
|
25 |
|
25 |
45 |
|
63 |
|
77 |
|
90 |
|
107 |
123 |
|
|
||
200 |
|
41 |
|
41 |
61 |
|
79 |
|
93 |
|
106 |
123 |
|
|
|
|||
300 |
|
52 |
|
52 |
72 |
|
94 |
|
112 |
126 |
|
|
|
|
|
|||
400 |
|
74 |
|
74 |
94 |
|
112 |
126 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
500 |
|
82 |
|
82 |
102 |
120 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
600 |
|
88 |
|
88 |
106 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
700 |
|
90 |
|
90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 6.1.5
ξ |
0 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
F3(ξ) |
0 |
25 |
45 |
63 |
79 |
94 |
112 |
126 |
x (ξ) |
0 |
100 |
100 |
100 |
200 |
400 |
400 |
400 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
72
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
6.1.6 |
|
|
|
ξ – x4 |
0 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
|
x4 |
|
F3 (ξ−x4 ) |
0 |
25 |
45 |
63 |
79 |
94 |
112 |
126 |
|
f4 |
(x4 ) |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
126 |
|
100 |
|
30 |
|
|
|
|
|
|
142 |
|
|
200 |
|
52 |
|
|
|
|
|
146 |
|
|
|
300 |
|
76 |
|
|
|
|
155 |
|
|
|
|
400 |
|
90 |
|
|
|
153 |
|
|
|
|
|
500 |
|
104 |
|
|
149 |
|
|
|
|
|
|
600 |
|
116 |
|
141 |
|
|
|
|
|
|
|
700 |
|
125 |
125 |
|
|
|
|
|
|
|
|
На долю остальных трех предприятий остается 400 млн. руб. Из табл. 6.1.5 видно, что третьему предприятию должно быть выделено
x3 = x3 (700 −x4 ) = x3 (400) =200 млн. руб.
Продолжая обратный процесс, находим
x2 = x2 (700 −x4 −x3 ) = x2 (200) =100 млн. руб.
На долю первого предприятия остается
x1 =700 −x4 −x3 −x2 =100 млн. руб.
Таким образом, наилучшим является следующее распределение капи% тальных вложений по предприятиям:
x1 =100, x2 =100, x3 =200, x4 =300.
Оно обеспечивает производственному объединению наибольший воз% можный прирост прибыли 155 млн. руб.
Студенту рекомендуется проверить выполнение равенства
f1(x1) + f2(x2) + f3 (x3 ) + f4 (x4 ) = zmax .
6.2. З а д а н и е п р а к т и к у м а
Производственное объединение состоит из четырех предприятий (n = 4). Общая сумма капитальных вложений равна 700 млн. руб. (b = 700), выде% ляемые предприятиям суммы кратны 100 млн. руб. Если j%е предприятие получает инвестиции в объеме ξ млн. руб., то прирост годовой прибыли на этом предприятии составит f j (ξ) млн. руб. в год (j = 1, 2, 3, 4). Значения функций f j (ξ) известны и для каждого варианта компактно записаны в табл. 6.2.1 в следующем виде:
f1(0) |
f1(100) |
f1(200) |
f1(300) |
f1(400) |
f1(500) |
f1(600) |
f1(700) |
f2(0) |
f2(100) |
f2(200) |
f2(300) |
f2(400) |
f2(500) |
f2(600) |
f2(700) |
f3(0) |
f3(100) |
f3(200) |
f3(300) |
f3(400) |
f3(500) |
f3(600) |
f3(700) |
f4(0) |
f4(100) |
f4(200) |
f4(300) |
f4(400) |
f4(500) |
f4(600) |
f4(700) |
73
Требуется найти такое распределение инвестиций между предпри% ятиями, которое максимизирует суммарный прирост прибыли на всех предприятиях вместе. Для этого необходимо составить математическую модель динамической задачи распределения инвестиций и решить ее ме% тодом динамического программирования, обосновывая каждый шаг вы% числительного процесса.
Т а б л и ц а 6.2.1
№ вар. |
|
|
Исходные данные |
|
|||||
|
0 |
20 |
44 |
55 |
63 |
67 |
70 |
70 |
|
1 |
0 |
18 |
29 |
49 |
72 |
87 |
100 |
108 |
|
0 |
25 |
41 |
52 |
74 |
82 |
88 |
90 |
||
|
|||||||||
|
0 |
30 |
52 |
76 |
90 |
104 |
116 |
125 |
|
|
0 |
15 |
24 |
30 |
36 |
40 |
43 |
45 |
|
2 |
0 |
18 |
26 |
34 |
39 |
42 |
44 |
46 |
|
0 |
16 |
27 |
37 |
44 |
48 |
50 |
56 |
||
|
|||||||||
|
0 |
10 |
17 |
23 |
29 |
34 |
38 |
41 |
|
|
0 |
42 |
58 |
71 |
80 |
89 |
95 |
100 |
|
3 |
0 |
30 |
49 |
63 |
68 |
69 |
65 |
60 |
|
0 |
22 |
37 |
49 |
59 |
68 |
76 |
82 |
||
|
|||||||||
|
0 |
50 |
68 |
82 |
92 |
100 |
107 |
112 |
|
|
0 |
37 |
64 |
87 |
105 |
120 |
134 |
145 |
|
4 |
0 |
48 |
75 |
98 |
120 |
132 |
144 |
156 |
|
0 |
85 |
100 |
111 |
118 |
124 |
129 |
132 |
||
|
|||||||||
|
0 |
47 |
70 |
80 |
86 |
91 |
94 |
98 |
|
|
0 |
10 |
20 |
30 |
38 |
43 |
49 |
52 |
|
5 |
0 |
13 |
25 |
37 |
47 |
55 |
61 |
66 |
|
0 |
6 |
13 |
20 |
27 |
33 |
38 |
41 |
||
|
|||||||||
|
0 |
24 |
36 |
42 |
46 |
48 |
48 |
49 |
|
|
0 |
5 |
10 |
14 |
17 |
19 |
21 |
22 |
|
6 |
0 |
8 |
13 |
18 |
21 |
23 |
21 |
17 |
|
0 |
10 |
16 |
21 |
24 |
27 |
29 |
30 |
||
|
|||||||||
|
0 |
11 |
19 |
26 |
30 |
33 |
35 |
36 |
|
|
0 |
28 |
45 |
65 |
78 |
90 |
102 |
113 |
|
7 |
0 |
25 |
41 |
55 |
65 |
75 |
80 |
85 |
|
0 |
15 |
25 |
40 |
50 |
62 |
73 |
82 |
||
|
|||||||||
|
0 |
20 |
33 |
42 |
48 |
53 |
56 |
58 |
|
|
0 |
28 |
42 |
51 |
57 |
61 |
64 |
66 |
|
8 |
0 |
20 |
27 |
30 |
31 |
32 |
32 |
33 |
|
0 |
8 |
26 |
37 |
47 |
53 |
58 |
61 |
||
|
|||||||||
|
0 |
5 |
20 |
29 |
36 |
41 |
45 |
47 |
|
|
0 |
5 |
10 |
14 |
17 |
19 |
21 |
22 |
|
9 |
0 |
20 |
34 |
45 |
50 |
48 |
40 |
40 |
|
0 |
15 |
24 |
30 |
38 |
46 |
52 |
53 |
||
|
|||||||||
|
0 |
26 |
30 |
35 |
40 |
45 |
48 |
50 |
|
|
0 |
3 |
5 |
7 |
8 |
9 |
10 |
10 |
|
10 |
0 |
5 |
8 |
10 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
0 |
8 |
13 |
17 |
20 |
23 |
25 |
27 |
||
|
|||||||||
|
0 |
6 |
10 |
13 |
15 |
16 |
16 |
16 |
№ вар. |
|
|
Исходные данные |
|
|||||
|
0 |
15 |
26 |
38 |
45 |
52 |
58 |
63 |
|
11 |
0 |
10 |
17 |
23 |
29 |
34 |
38 |
41 |
|
0 |
11 |
19 |
26 |
30 |
33 |
35 |
36 |
||
|
|||||||||
|
0 |
25 |
34 |
41 |
46 |
50 |
53 |
56 |
|
|
0 |
25 |
41 |
55 |
65 |
75 |
80 |
85 |
|
12 |
0 |
30 |
52 |
76 |
90 |
104 |
116 |
125 |
|
0 |
50 |
68 |
82 |
92 |
100 |
107 |
112 |
||
|
|||||||||
|
0 |
61 |
80 |
93 |
100 |
106 |
112 |
116 |
|
|
0 |
20 |
33 |
42 |
48 |
53 |
56 |
58 |
|
13 |
0 |
22 |
37 |
49 |
59 |
68 |
76 |
82 |
|
0 |
10 |
29 |
42 |
52 |
60 |
65 |
69 |
||
|
|||||||||
|
0 |
16 |
27 |
37 |
44 |
48 |
50 |
56 |
|
|
0 |
8 |
13 |
17 |
20 |
23 |
25 |
27 |
|
14 |
0 |
10 |
17 |
23 |
29 |
34 |
38 |
41 |
|
0 |
11 |
19 |
26 |
30 |
33 |
35 |
36 |
||
|
|||||||||
|
0 |
10 |
20 |
30 |
38 |
43 |
49 |
52 |
|
|
0 |
75 |
90 |
100 |
108 |
113 |
115 |
117 |
|
15 |
0 |
85 |
100 |
111 |
118 |
124 |
129 |
132 |
|
0 |
42 |
58 |
71 |
80 |
89 |
95 |
100 |
||
|
|||||||||
|
0 |
28 |
45 |
6 |
78 |
90 |
102 |
113 |
|
|
0 |
28 |
42 |
51 |
57 |
61 |
64 |
66 |
|
16 |
0 |
5 |
20 |
29 |
36 |
41 |
45 |
47 |
|
0 |
8 |
26 |
37 |
47 |
53 |
58 |
61 |
||
|
|||||||||
|
0 |
22 |
37 |
49 |
59 |
68 |
76 |
82 |
|
|
0 |
70 |
93 |
104 |
110 |
114 |
117 |
119 |
|
17 |
0 |
61 |
80 |
93 |
100 |
106 |
112 |
116 |
|
0 |
83 |
105 |
114 |
119 |
121 |
126 |
130 |
||
|
|||||||||
|
0 |
75 |
90 |
100 |
102 |
101 |
100 |
97 |
|
|
0 |
12 |
20 |
26 |
37 |
41 |
44 |
45 |
|
18 |
0 |
16 |
27 |
37 |
44 |
48 |
50 |
56 |
|
0 |
10 |
16 |
21 |
24 |
27 |
29 |
30 |
||
|
|||||||||
|
0 |
11 |
19 |
25 |
29 |
30 |
28 |
21 |
|
|
0 |
14 |
22 |
3 |
39 |
45 |
51 |
56 |
|
19 |
0 |
9 |
15 |
22 |
31 |
39 |
45 |
49 |
|
0 |
15 |
25 |
35 |
40 |
45 |
50 |
50 |
||
|
|||||||||
|
0 |
35 |
46 |
52 |
55 |
57 |
59 |
60 |
|
|
0 |
15 |
25 |
40 |
50 |
62 |
73 |
82 |
|
20 |
0 |
30 |
49 |
63 |
69 |
68 |
62 |
55 |
|
0 |
50 |
68 |
82 |
92 |
100 |
107 |
112 |
||
|
083 105 114 116 115 110 105
74
О к о н ч а н и е т а б л. 6.2.1
№ вар. |
|
|
Исходные данные |
|
|||||
|
0 |
15 |
26 |
37 |
46 |
53 |
59 |
63 |
|
21 |
0 |
15 |
24 |
30 |
36 |
40 |
43 |
45 |
|
0 |
9 |
30 |
33 |
31 |
39 |
45 |
49 |
||
|
|||||||||
|
0 |
24 |
36 |
42 |
46 |
48 |
49 |
49 |
|
|
0 |
37 |
64 |
87 |
105 |
120 |
134 |
145 |
|
22 |
0 |
70 |
93 |
104 |
110 |
114 |
117 |
119 |
|
0 |
61 |
80 |
93 |
100 |
106 |
112 |
116 |
||
|
|||||||||
|
0 |
28 |
45 |
65 |
78 |
90 |
102 |
113 |
|
|
0 |
10 |
20 |
30 |
38 |
43 |
49 |
52 |
|
23 |
0 |
13 |
25 |
37 |
47 |
55 |
61 |
66 |
|
0 |
16 |
27 |
37 |
44 |
48 |
50 |
49 |
||
|
|||||||||
|
0 |
10 |
17 |
23 |
29 |
34 |
38 |
41 |
|
|
0 |
6 |
13 |
20 |
27 |
33 |
38 |
41 |
|
24 |
0 |
24 |
36 |
42 |
46 |
48 |
49 |
49 |
|
0 |
25 |
41 |
52 |
57 |
59 |
57 |
53 |
||
|
|||||||||
|
0 |
18 |
28 |
37 |
45 |
51 |
56 |
59 |
|
|
0 |
30 |
49 |
63 |
75 |
84 |
91 |
97 |
|
25 |
0 |
22 |
37 |
49 |
59 |
68 |
76 |
82 |
|
0 |
18 |
26 |
34 |
39 |
42 |
44 |
46 |
||
|
|||||||||
|
0 |
16 |
27 |
37 |
44 |
48 |
50 |
56 |
|
|
0 |
6 |
13 |
20 |
27 |
35 |
38 |
41 |
|
26 |
0 |
24 |
36 |
44 |
46 |
47 |
49 |
49 |
|
0 |
25 |
41 |
52 |
57 |
58 |
57 |
53 |
||
|
|||||||||
|
0 |
18 |
28 |
37 |
45 |
51 |
56 |
59 |
|
|
0 |
30 |
49 |
63 |
75 |
84 |
91 |
97 |
|
27 |
0 |
22 |
37 |
46 |
59 |
68 |
76 |
82 |
|
0 |
18 |
26 |
34 |
39 |
42 |
44 |
46 |
||
|
|||||||||
|
0 |
16 |
27 |
37 |
44 |
48 |
50 |
56 |
|
|
0 |
28 |
42 |
52 |
57 |
61 |
64 |
66 |
|
28 |
0 |
5 |
20 |
29 |
37 |
41 |
45 |
47 |
|
0 |
8 |
26 |
37 |
47 |
53 |
58 |
61 |
||
|
|||||||||
|
0 |
22 |
37 |
49 |
59 |
68 |
76 |
82 |
№ вар. |
|
Исходные данные |
|
||||||
|
0 |
10 |
16 |
21 |
24 |
27 |
29 |
30 |
|
29 |
0 |
11 |
19 |
26 |
30 |
33 |
35 |
36 |
|
0 |
8 |
15 |
23 |
29 |
34 |
38 |
41 |
||
|
|||||||||
|
0 |
14 |
26 |
37 |
46 |
49 |
48 |
44 |
|
|
0 |
20 |
27 |
27 |
31 |
32 |
32 |
33 |
|
30 |
0 |
8 |
26 |
37 |
47 |
53 |
58 |
61 |
|
0 |
5 |
20 |
29 |
36 |
41 |
45 |
47 |
||
|
|||||||||
|
0 |
20 |
33 |
42 |
48 |
53 |
56 |
58 |
|
|
0 |
16 |
26 |
39 |
42 |
46 |
50 |
54 |
|
31 |
0 |
9 |
15 |
23 |
31 |
39 |
45 |
49 |
|
0 |
18 |
26 |
34 |
39 |
42 |
44 |
46 |
||
|
|||||||||
|
0 |
15 |
25 |
32 |
38 |
42 |
46 |
48 |
|
|
0 |
20 |
27 |
28 |
31 |
32 |
32 |
33 |
|
32 |
0 |
8 |
26 |
37 |
47 |
53 |
58 |
61 |
|
0 |
5 |
20 |
29 |
36 |
41 |
45 |
47 |
||
|
|||||||||
|
0 |
20 |
33 |
42 |
48 |
53 |
56 |
58 |
|
|
0 |
5 |
8 |
10 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
33 |
0 |
5 |
10 |
14 |
17 |
19 |
21 |
22 |
|
0 |
8 |
13 |
18 |
21 |
23 |
25 |
27 |
||
|
|||||||||
|
0 |
6 |
13 |
20 |
27 |
33 |
38 |
41 |
|
|
0 |
10 |
20 |
34 |
38 |
43 |
49 |
52 |
|
34 |
0 |
13 |
25 |
37 |
47 |
55 |
61 |
66 |
|
0 |
16 |
27 |
37 |
44 |
48 |
50 |
49 |
||
|
|||||||||
|
0 |
10 |
17 |
23 |
29 |
34 |
38 |
41 |
|
|
0 |
10 |
16 |
21 |
23 |
27 |
29 |
30 |
|
35 |
0 |
11 |
19 |
26 |
30 |
35 |
35 |
36 |
|
0 |
8 |
15 |
23 |
29 |
36 |
38 |
41 |
||
|
|||||||||
|
0 |
14 |
26 |
37 |
46 |
49 |
48 |
44 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
75
7. ДИНАМИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ И ЗАПАСАМИ
7.1. К р а т к и е т е о р е т и ч е с к и е с в е д е н и я и у к а з а н и я к в ы п о л н е н и ю з а д а н и й
Предприятие производит партиями некоторые изделия. Предположим, что оно получило заказы на n месяцев. Размеры заказов значительно ме% няются от месяца к месяцу. Поэтому иногда лучше выполнять одной пар% тией заказы нескольких месяцев, а затем хранить изделия, пока они не потребуются, чем выполнять заказ в тот именно месяц, когда этот заказ должен быть отправлен. Необходимо составить план производства на указанные n месяцев с учетом затрат на производство и хранение изде% лий. Обозначим:
xj |
— число изделий, производимых в j%й месяц; |
yj |
— величина запаса к началу j%го месяца (это число не со% |
|
держит изделий, произведенных в j%м месяце); |
dj |
— число изделий, которые должны быть отгружены в j%й |
|
месяц; |
fj (xj ,yj+1) |
— затраты на хранение и производство изделий в j%м месяце. |
Будем считать, что величины запасов к началу первого месяца y1 и к концу последнего yn+1 заданы.
Задача состоит в том, чтобы найти план производства
x1 |
|
|
|
x |
|
, |
(7.1.1) |
x = 2 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
xn |
|
|
компоненты которого удовлетворяют условиям материального баланса
xj + yj |
−dj = yj+1, |
j =1, 2,…,n |
(7.1.2) |
и минимизируют суммарные затраты за весь планируемый период |
|
||
|
n |
|
|
|
z = ∑fj (xj ,yj+1) , |
(7.1.3) |
|
|
j=1 |
|
|
причем по смыслу задачи |
|
|
|
xj 0, |
yj 0, |
j =1, 2,…, n . |
(7.1.4) |
Прежде чем приступить к решению поставленной задачи, заметим, что для любого месяца j величина yj+1 запаса к концу месяца должна удовле%
творять ограничениям |
|
0 yj+1 dj+1 +dj+2 + +dn , |
(7.1.5) |
76 |
|
т. е. объем производимой продукции xj на этапе j может быть настолько велик, что запас yj+1 удовлетворяет спрос на всех последующих этапах, но не имеет смысла иметь yj+1 больше суммарного спроса на всех после%
дующих этапах. Кроме того, из соотношений (7.1.2) и (7.1.4) непосредст% венно следует, что переменная xj должна удовлетворять ограничениям
0 xj dj + yj+1 . |
(7.1.6) |
Следует также заметить, что переменные xj , yj могут принимать толь%
ко целые неотрицательные значения, т. е. мы получили задачу целочис% ленного нелинейного программирования.
Будем решать задачу (7.1.1)—(7.1.6) методом динамического програм% мирования.
Введем параметр состояния и составим функцию состояния.
За параметр состояния ξ примем наличный запас в конце k%го месяца
ξ= yk+1 ,
афункцию состояния Fk (x) определим как минимальные затраты за пер% вые k месяцев при выполнении условия (7.1.5):
|
|
k |
Fk (ξ) = x min, x , ..., x |
∑fj (xj ,yj+1) , |
|
1 2 |
k |
j=1 |
где минимум берется по неотрицательным целым значениям x1, x2,…, xk , удовлетворяющим условиям
|
xj + yj −dj = yj+1, j =1, 2,…, k −1, |
|
|
||
|
xk + yk −dk = ξ. |
|
|
|
(7.1.7) |
Учитывая, что |
|
|
|
|
|
k |
|
|
k−1 |
|
|
min ∑(xj |
,yj+1) = min fk (xk ,yk+1) + |
min |
∑fj |
(xj |
,yj+1) , |
x1, x2 , ..., xk j=1 |
xk |
x1, x2 , ..., xk−1 |
j=1 |
|
|
и величина запаса yk к концу (k – 1)%го периода, как видно из уравнения (7.1.7), равна
yk = ξ+dk −xk ,
приходим к рекуррентному соотношению
Fk (ξ) = min {fk (xk ,ξ) +Fk−1(ξ+ dk −xk )} ,
xk
где минимум берется по единственной переменной xk , которая, согласно (7.1.6), может изменяться в пределах
0 xk dk +ξ,
принимая целые значения, причем верхняя граница зависит от значений параметра состояния, изменяющегося в пределах
77
0 |
ξ dk+1 +dk+12 + +dn , |
(7.1.8) |
а индекс k может принимать значения |
|
|
|
k = 2, 3, 4, …, n. |
|
Если k = 1, то |
|
|
F1 |
(ξ = y2) = min f1(x1,ξ) , |
|
|
x1 |
|
где |
|
|
|
x1 = ξ+d1 −y1 , |
|
0 ξ d2 +d3 + +dn , |
|
|
т. е. на начальном этапе при фиксированном уровне y1 |
исходного запаса |
каждому значению параметра ξ отвечает только одно значение перемен% ной x1 , что несколько уменьшает объем вычислений.
Применив известную вычислительную процедуру динамического про% граммирования, на последнем шаге (при k = n) находим значение послед% ней компоненты xn оптимального решения, а остальные компоненты оп% ределяем как
|
|
|
n |
(dj −x*j ) |
xk |
= xk |
yn+1 + ∑ |
||
|
|
|
j=k+1 |
|
, k =1, 2,…, n −1.
Рассмотрим более подробно функции затрат fj (xj ,yj+1) и рекуррентные соотношения. Пусть
ϕj (xj ) = ax2j +bxj +c ,
ϕj (xj ) — затраты на производство (закупку) xj единиц продукции на
этапе j; |
|
hj |
— затраты на хранение единицы запаса, переходящей из этапа j |
в этап j + 1.
Тогда затраты на производство и хранение на этапе j равны
f (x |
,y |
j+1 |
) = ϕ |
(x |
) +h |
y |
j+1 |
= ax2 |
+bx |
j |
+c +h |
y |
j+1 |
. |
j j |
|
j |
j |
j |
|
j |
|
j |
|
|
Выведенные ранее рекуррентные соотношения динамического про% граммирования для решения задачи управления производством и запа% сами в нашем случае принимают вид
F (ξ = y |
) = min |
{ |
ax2 |
+bx + c +h y |
+ F |
(y ) , |
(7.1.9) |
||
k |
k+1 |
xk |
k |
k |
k k+1 |
k−1 |
k } |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где
k = 2, 3, 4, …, n,
78
0 yk+1 |
dk+1 +dk+2 + +dn , |
|
|
0 |
xk |
dk + yk+1 , |
(7.1.10) |
yk = yk+1 +dk −xk . |
|
||
Если же k = 1, то |
|
|
|
F1 (ξ = y2 )= min{ax12 +bx1 +h1y2}, |
(7.1.11) |
||
|
x1 |
|
|
0 y2 |
d2 +d3 + +dn , |
(7.1.12) |
|
0 |
x1 |
d1 + y2 |
(7.1.13) |
x1 + y1 −d1 = y2
Остается заметить, что полезно обозначить выражение в фигурных скобках в (7.1.9) через
Ω |
(x ,y |
) = ax2 |
+bx +c +h y |
+F |
(y ) |
|
k |
k k+1 |
k |
k |
k k+1 |
k−1 |
k |
и записать рекуррентное соотношение (7.1.9) в виде |
|
|
Fk |
(ξ = yk+1) = min Ωk (xk ,yk+1), |
(7.1.14) |
|
xk |
|
где минимум берется по целочисленной переменной xk , удовлетворяю% щей условию (7.1.10).
ПРИМЕР 7.1.1. Рассмотрим трехэтапную систему управления запасами с дискретной продукцией и динамическим детерминированным спросом.
Пусть спрос (заявки) потребителей на нашу продукцию составляют: на первый этап d1 =3 единицы, на второй — d2 =2 , на третий — d3 =4 еди% ницы. К началу первого этапа на складе имеется только 2 единицы про% дукции, т. е. начальный уровень запаса равен y1 =2. Затраты на хранение единицы продукции на разных этапах различны и составляют соответст% венно h1 =1, h2 =3, h3 =2 . Затраты на производство xj единиц продукции на j%м этапе определяются функцией
ϕj (xj ) = x2j +5xj +2, j =1, 2, 3 ,
т. е. a = 1, b = 5, c = 2. Требуется указать, сколько единиц продукции на отдельных этапах следует производить, чтобы заявки потребителей были удовлетворены, а наши общие затраты на производство и хранение за все три этапа были наименьшими.
Исходные данные задачи можно кратко записать следующим образом:
d1 |
d2 |
d3 |
a |
b |
c |
h1 |
h2 |
h3 |
y1 |
1 |
2 |
4 |
1 |
5 |
3 |
1 |
3 |
2 |
2 |
Решение. Воспользовавшись рекуррентными соотношениями, последо% вательно вычисляем F1(ξ = y2), F2 (ξ = y3 ), F3 (ξ = y4 ) и соответственно нахо% дим x1 (ξ = y2 ) , x2 (ξ = y3 ), x3 (ξ = y2 ) .
Положим k = 1. Согласно (7.1.11) имеем
79
F1(ξ = y2) = min{x12 +5x1 +2 + y2}. |
||
|
x1 |
|
Учтем, что согласно (7.1.12) |
параметр состояния ξ = y2 может прини% |
|
мать целые значения на отрезке |
d2 +d3, |
|
0 |
y2 |
|
0 |
y2 |
2 + 4, |
т. е.
y2 =0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 .
При этом, вообще говоря, каждому значению параметра состояния долж% на отвечать определенная область изменения переменной x1 , характери% зуемая условием (7.1.13)
0 x |
3 + y . |
1 |
2 |
Однако на первом этапе объем производства x1 не может быть меньше единицы, так как спрос d1 =3 , а исходный запас y1 =2. Более того, из ба% лансового уравнения
x1 + y1 −d1 = y2
непосредственно следует, что объем производства связан со значением параметра состояния ξ = y2 соотношением
x1 = y2 +d1 −y1 = y2 +3 −2 = y2 +1. |
(7.1.15) |
Вэтом и состоит особенность первого этапа. Если задан уровень запаса
кначалу первого этапа, то каждому значению y2 отвечает единственное
значение x1 , и потому
F1(ξ = y2) = Ω1(x1,y2).
Придавая y2 различные целые значения от 0 до 6 и учитывая (7.1.15), находим:
y =0, |
x =0 |
+1 =1, |
Ω (1, 0) =12 |
+5 1+2 +1 0 =8, |
2 |
1 |
|
1 |
|
y =1, |
x =1 |
+1 =2, |
Ω (2,1) =22 |
+5 2 +2 +1 1 =17 |
2 |
1 |
|
1 |
|
и т.д. Значения функции состояния F1(ξ) представлены в табл. 7.1.1.
Т а б л и ц а 7.1.1
ξ = y2 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
F1(ξ = y2 ) |
8 |
17 |
28 |
41 |
56 |
73 |
92 |
|
x |
(ξ = y ) |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
Переходим ко второму этапу. Полагаем k = 2 и табулируем функцию F2(ξ = y3 ) с помощью соотношения (7.1.14):
F (ξ = y ) = min Ω |
(x ,y ) = min |
{ |
ax2 |
+bx +c +h y + F (y ) = |
|||||||||
2 |
3 |
2 |
|
2 |
3 |
x2 |
2 |
|
2 |
|
2 3 1 2 |
} |
|
|
|
x2 |
|
{ |
|
|
|
|
|
|
|
(7.1.16) |
|
|
|
= min |
x2 |
+5x + |
2 +3y + F (y ) . |
||||||||
|
|
|
|||||||||||
|
|
x2 |
2 |
2 |
|
|
3 |
1 |
2 |
} |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
80