Постановка задачи

Четыре предприятия экономического района для производства продукции используют однородное сырье, спрос на которое составляет b j (у.е.).

Объем предложения сырья от трех поставщиков составляет, соответственно, a i (у.е.). Известны отпускные цены поставщиков р i (д.е./у.е.) и тарифы перевозок с ij (д.е./у.е.) от каждого поставщика А i к каждому предприятию В j . Требуется найти планы перевозок сырья предприятиям, при которых будут минимальными денежные затраты:

1)только на закупку сырья;

2)только на транспортировку сырья;

3)на закупку и транспортировку сырья.

Найти оценки логистического подхода для решения задачи закупки сырья предприятием.

Исходные данные

4 вариант.

Метод «северо-западного угла»

Имеются три поставщика А i и четыре потребителя B j . Предложения поставщиков (а i), спросы потребителей (b j), а также затраты на перевозку единицы груза (с ij) от пункта А i к пункту B j заданы матрицей С (д.е./ед).

Найти первое опорное решение транспортной задачи методом северо-западного угла. Решение: Проверяем условие сбалансированности (закрытости) задачи

Т.к. то вводим дополнительный столбец (потребитель) с потребностью b 5 =70 - 48 = 22 (ед.).

Составляем транспортную таблицу:

Таблица 2

Поставщики	Потребители
B 1		B 3		B 5
A 1
A 2
A 3

Начинаем заполнение таблицы с левой верхней клетки: записываем максимально возможное значение x 11 =min(30;12)=12. Спрос потребителя В 1 удовлетворен и первый столбец исключаем из рассмотрения. Запасы первого поставщика равны 30-12 = 18.

В таблице находим новый северо-западный угол - клетку А 1 В 2 и записываем х 12 =min(18;10)=10.

В запасе поставщика А 1 осталось 8.

Находим следующий северо-западный угол х 13 =min(8;15)=8. Таким образом запас первого поставщика исчерпан - исключаем из рассмотрения первую строку.

В оставшейся таблице находим «северо-западный угол » и т.д. В результате получаем распределение поставок (см. табл.2). На каждом шаге (кроме последнего) из рассмотрения выпадали либо строка, либо столбец, а на последнем - и строка и столбец.

Поэтому число заполненных клеток (шагов) на единицу меньше суммы чисел строк и столбцов, т.е. план является невырожденным.

Найдем оптимальное решение транспортной задачи, выбрав первый опорный план методом минимального элемента.

Решение: Минимальный тариф c 33 =2; x 33 =min(22;15) =15.

Третий столбец вычеркиваем (обнуляем). Минимальный тариф для оставшихся клеток с 22 =4, х 22 =min(18;10) =10. Второй столбец вычеркиваем.

Для оставшихся клеток минимальный тариф с 34 =4, х 34 =min(22 - 15; 11) =7. Третью строку вычеркиваем.

Для оставшихся клеток минимальный тариф с 24 =5, х 24 =min(18-10;11-7) = 4.

Четвертый столбец вычеркиваем. Из оставшихся клеток основной таблицы минимальный тариф с 11 =6, х 11 =min(30;12) = 12. Первый столбец вычеркиваем.

Аналогично заполняем фиктивный столбец х 15 = 18, х 25 =4. Получаем первый опорный план. Количество загруженных клеток равно 3+5-1=7, т.е. выполняется необходимое условие невырожденности плана.

Таблица 3

Поставщики	Потребители
B 1		B 3		B 5
A 1
A 2
A 3
V j

Стоимость перевозки по этому плану составит:

L 1 =6*12 + 0*18 + 4*10 + 5*4 + 0*4 + 2*15 + 4*7 = 190 (д.е.). Число загруженных клеток равно m+n-1=3 + 5- 1 = 7, т.е. необходимое условие невырожденности плана выполняется. Последовательно, из уравнений, составленных для загруженных клеток, определяем потенциалы поставщиков и потребителей:

U 3 =0; V 1 =C 31 - U 3 = 5- 0 = 5; U 2 = C 21 - V 1 = 11 - 5 = 6;

V 2 = C 22 - U 2 = 4-6 = -2; V 3 = C 23 - U 2 = 8 - 6 = 2;

U 3 = C 33 - V 3 = 2 - 2 = 0; V 4 = C 34 - U 3 = 4 - 0 = 4;

V 5 = C 25 - U 2 = 0 - 6 = -6

Составим разности для свободных клеток:

12 = U 1 + V 2 - C 12 = 0 - 2 - 8 = -10

13 = U 1 + V 3 - C 13 = 0 + 2 - 13 = -11

14 = U 1 + V 4 - C 14 = 0 + 4 - 15 = -11

21 = U 2 + V 1 - C 21 = 6 + 5 - 11 = 0

23 = U 2 + V 3 - C 23 = 6 + 2 - 8 = 0

31 = U 3 + V 1 - C 31 = 0 + 5 - 5 = 0

32 = U 3 + V 2 - C 32 = 0 - 2 - 9 = -11

35 = U 3 + V 5 - C 35 = 0 - 6 - 0 = -6

Так как все разности то полученный план оптимален.

Минимальные затраты составят 190 (д.е.)

Для того, чтобы транспортная задача линейного программирования имела решение, необходимо и достаточно, чтобы суммарные запасы поставщиков равнялись суммарным запросам потребителей, т.е. задача должна быть с правильным балансом.

Теорема 38.2 Свойство системы ограничений транспортной задачи

Ранг системы векторов-условий транспортной задачи равен N=m+n-1 (m — поставщики, n-потребители)

Опорное решение транспортной задачи

Опорным решением транспортной задачи называется любое допустимое решение, для которого векторы условий, соответствующие положительным координатам, линейно независимы.

Ввиду того, что ранг системы векторов-условий транспортной задачи равен m+n — 1, опорное решение не может иметь отличных от нуля координат более m+n-1. Число отличных от нуля координат невырожденного опорного решения равняется m+n-1, а для вырожденного опорного решения меньше m+n-1

Цикл

Циклом называется такая последовательность клеток таблицы транспортной задачи (i 1 , j 1),(i 1 , j 2),(i 2 , j 2),...,(i k , j 1), в которой две и только две соседние клетки распложены в одной строке или столбце, причем первая и последняя клетки также находятся в одной строке или столбце.

Цикл изображают в виде таблицы транспортной задачи в виде замкнутой ломаной линии. В цикле любая клетка является угловой, в которой происходит поворот звена ломаной линии на 90 градусов. Простейшие циклы изображены на рисунке 38.1

Теорема 38.3

Допустимое решение транспортной задачи X=(x ij) является опорным тогда и только тогда, когда из занятых клеток таблицы нельзя образовать ни одного цикла.

Метод вычеркивания

Метод вычеркивания позволяет проверить, является ли данное решение транспортной задачи опорным.

Пусть допустимое решение транспортной задачи, которое имеет m+n-1 отличных от нуля координат, записано в таблицу. Чтобы данное решение было опорным, векторы-условий, соответствующие положительным координатам, а также базисным нулям, должны быть линейно независимыми. Для этого занятые решением клетки таблицы должны быть расположены так, чтобы нельзя было из них образовать цикл.

Строка или столбец таблицы с одной занятой клеткой не может входить в какой-либо цикл, так как цикл имеет две и только две клетки в каждой строке или столбце. Следовательно, чтобы вычеркнуть сначало либо все строки таблицы, содержащие по одной занятой клетке, либо все столбцы, содержащие по одной занятой клетке, далее вернуться к столбцам (строкам) и продолжать вычеркивание.

Если в результате вычеркивания все строки истолбцы будут вычеркнуты, значит, из занятых клеток таблицы нельзя выделить часть, образующую цикл, и система соответствующих векторов-условий является линейно независимой, а решение является опорным.

Если же после вычеркивания останется часть клеток, то эти клетки образуют цикл, система соответствующих векторов-условий является линейно зависимой, а решение не является опорным.

Примеры "вычеркнутого" (опорного) и "не вычеркнутого" (не опорного решений):

Логика вычеркивания :

1. Вычеркнуть все столбцы, в которых всего одна занятая клетка (5 0 0), (0 9 0)
2. Вычеркнуть все строки, в которых всего одна занятая клетка (0 15), (2 0)
3. Повторить цикл (7) (1)

Методы построения начального опорного решения

Метод северо-западного угла

Существует ряд методов построения начального опорного решения, наиболее простым из которых является метод северо-западного угла.
В данном методе запасы очередного по номеру поставщика используются для обеспечения запросов очередных по номеру потребителей до тех пор, пока не будут исчерпаны полностью, после чего используются запасы следующего по номеру поставщика.

Заполнение таблицы транспортной задачи начинается с левого верхнего угла, поэтому и называется метод северо-западного угла.

Метод состоит из ряда однотипных шагов, на каждом из которых, исходя из запасов очередного поставщика и запросов очередного потребителя, заполняется только одна клетка и соответственно исключается из рассмотрения один поставщик или один потребитель.

Пример 38.1

Составить опорное решение, используя метод северо-западного угла.

1. Распределяем запасы 1-го поставщика.
Если запасы первого поставщика больше запросов первого потребителя, то записываем в клетку (1,1) сумму запроса первого потребителя и переходим ко второму потребителю. Если же запасы первого поставщика меньше запросов первого потребителя, то записываем в клетку (1,1) сумму запасов первого поставщика, исключаем из рассмотрения первого поставщика и переходим ко второму поставщику.

Пример : так как его запасы a 1 =100 меньше запросов первого потребителя b 1 =100, то в клетку (1,1) записываем перевозку x 11 =100 и исключаем из рассмотрения поставщика.
Определяем оставшиеся неудовлетворенными запросы 1-го потребителя b 1 = 150-100=50.

2. Распределяем запасы 2-го поставщика.
Так как его запасы a 2 = 250 больше оставшихся неудовлетворенными запросов 1-го потребителя b 1 =50, то в клетку (2,1) записываем перевозку x 21 =50 и исключаем из рассмотрения 1-го потребителя.
Определяем оставшиеся запасы 2-го поставщика a 2 = a 2 — b 1 = 250-50=200. Так как оставшиеся запасы 2-го поставщика равны запросам 2-го потребителя, то в клетку (2,2) записываем x 22 =200 и исключаем по своему усмотрению либо 2-го поставщика, либо 2-го потребителя. В нашем примере мы исключили 2-го поставщика.
Вычисляем оставшиеся неудовлетворенными запросы второго потребителя b 2 =b 2 -a 2 =200-200=0.

	150	200	100	100
100	100
250	50	200			250-50=200 200-200=0
200
	150-100-50=0

3. Распределяем запасы 3-го поставщика.
Важно! В предыдущем шаге у нас был выбор исключать поставщика или потребителя. Так как мы исключили поставщика, то запросы 2-го потребителя все же остались (хоть и равны нулю).
Мы должны записать оставшиеся запросы равные нулю в клетку (3,2)
Это связано с тем, что если в очередную клетку таблицы (i,j) требуется поставить перевозку, а поставщик с номером i или потребитель с номером j имеет нулевые запасы или запросы, то ставится в клетку перевозка, равная нулю (базисный нуль), и после этого исключается из рассмотрения либо соответствующий поставщик, либо потребитель.
Таким образом, в таблицу заносятся только базисные нули, остальные клетки с нулевыми перевозками остаются пустыми.

Во избежании ошибок после построения начального опорного решения необходимо проверить, что число занятых клеток равно m+n-1 (базисный ноль при этом тоже считается занятой клеткой), и векторы-условий, соответствующие этим клеткам, линейно независимые.

Так как в предыдущем шаге мы исключили из рассмотрения второго поставщика, то в клетку (3,2) записываем x 32 =0 и исключаем второго потребителя.

Запасы 3-го поставщика не изменились. В клекту (3,3) записываем x 33 =100 и исключаем третьего потребителя. В клетку (3,4) записываем x 34 =100. Ввиду того, что наша задача с правильным балансом, запасы всех поставащиков исчерпаны и запросы всех потребителей удовлетворены полностью и одновременно.

Опорное решение
	150	200	100	100
100	100
250	50	200
200		0	100	100

4. Проверяем правильность построения опорного решения.
Число занятых клеток должно быть равно N=m(поставщики)+m(потребители) — 1=3+4 — 1=6.
Применяя метод вычеркивания, убеждаемся, что найденное решение является "вычеркиваемым" (звездочкой отмечен базисный нуль).

Следовательно, векторы-условий, соответствующие занятым клеткам, линейно независимы и построенное решение действительно является опорным.

Метод минимальной стоимости

Метод минимальной стоимости прост и позволяет построить опорное решение, достаточно близкое к оптимальному, так как использует матрицу стоимостей транспортной задачи C=(c ij).

Как и метод северо-западного угла, он состоит из ряда однотипных шагов, на каждом из которых заполняется только одна клетка таблицы, соответствующая минимальной стоимости:

и исключается из рассмотрения только одна строка (поставщик) или один столбец (потребитель). Очередную клетку, соответствующую , заполняют по тем же правилам, что и в методе северо-западного угла. Поставщик исключается из рассмотрения, если его запасы груза использованы полностью. Потребитель исключается из рассмотрения, если его запросы удовлетворены полностью. На каждом шаге исключается либо один поставщик, либо один потребитель. При этом если поставщик еще не исключен, но его запасы равны нулю, то на том шаге, когда от данного поставщика требуется поставить груз, в соответствующую клетку таблицы заносится базисный нуль и лишь затем поставщик исключается из рассмотрения. Аналогично с потребителем.

Пример 38.2

Используя метод минимальной стоимости построить начальное опорное решение транспортной задачи.

1. Запишем отдельно матрицу стоимостей для того, чтобы было удобнее выбирать минимальные стоимости.

2. Среди элементов матрицы стоимостей выбираем наименьшую стоимость C 11 =1, отмечаем ее кружочком. Данная стоимость имеет место при перевозке груза от 1-го поставщика 1-му потребителю. В соответствующую клетку записываем максимально возможный объем перевозки:
x 11 = min {a 1 ; b 1 } = min {60; 40} =40 т.е. минимум между запасами 1-го поставщика и запросами 1-го потребителя.

2.1. Запасы 1-го поставщика уменьшаем на 40.
2.2. Исключаем из рассмотрения 1-го потребителя, так как его запросы полностью удовлетворены. В матрице C вычеркиваем 1-ый столбец.

3. В оставшейся части матрицы C минимальной стоимостью является стоимость C 14 =2. Максимально возможная перевозка, которую можно осуществить от 1-го поставщика 4-му потребителю равна x 14 = min {a 1 "; b 4 } = min {20; 60} = 20 , где a 1 со штрихом это оставшиеся запасы первого поставщика.
3.1. Запасы 1-го поставщика исчерпаны, поэтому исключаем его из рассмотрения.
3.2. Запросы 4-го потребителя уменьшаем на 20.

4. В оставшейся части матрицы С минимальная стоимость C 24 =C 32 =3. Заполняем одну из двух клеток таблицы (2,4) или (3,2). Пусть в клетку запишем x 24 = min {a 2 ; b 4 } = min {80; 40} =40 .
4.1. Запросы 4-го потребителя удовлетворены. Исключаем его из рассмотрения вычеркивая 4-й столбец в матрице C.
4.2. Уменьшаем запасы 2-го поставщика 80-40=40.

5. В оставшейся части матрицы C минимальная стоимость C 32 =3. Запишем в клетку (3,2) таблицы перевозку x 32 = min {a 3 ; b 2 } = min {100; 60} =60 .
5.1. Исключим из рассмотрения 2-го потребителя. Из матрицы C исключаем 2-ой столбец.
5.2. Уменьшим запасы 3-го поставщика 100-60=40

6. В оставшейся части матрицы C минимальная стоимость C 33 =6. Запишем в клетку (3,3) таблицы перевозку x 33 = min {a 3 "; b 3 } = min {40; 80} =40
6.1. Исключим из рассмотрения 3-го поставщика, а из матрицы C 3-ю строку.
6.2. Определяем оставшиеся запросы 3-го потребителя 80-40=40.

7. В матрице C остался единственный элемент C 23 =8. Записываем в клетку таблицы (2,3) перевозку X 23 =40.

8. Проверяем правильность построения опорного решения.
Число занятых клеток таблицы равно N=m+n — 1=3+4 -1.
Методом вычеркивания проверяем линейную независимость векторов-условий, соответствующих положительным координатам решения. Порядок вычеркивания показан на матрице X:

Вывод: Решение методом минимальной стоимости (таблица 38.3) является "вычеркиваемым" и, следовательно опорным.

Построение начального опорного плана.

Лекция №3.

Вопросы для самостоятельной подготовки (по учебнику).

1. Медиатор. Виды медиаторов. Свойства медиаторов.

2. Электрические и тормозные синапсы. Особенности передачи сигнала.

3. Пути фармакологической регуляции синаптической передачи возбуждения.

Решение КТЗ методом потенциалов .

Метод потенциалов является модификацией метода последовательного улучшения плана в ЗЛП. Решение задачи включает в себя следующие этапы:

1. Построение начального опорного плана.

2. Проверка опорного плана на оптимальность.

3. Переход в случае необходимости к лучшему опорному плану.

Сначала исходные данные записываются в распределительную таблицу, которая имеет следующий вид:

		v 1	…	v j	…	v n
	А i B j	B 1	…	B j	…	B n	a i
u 1	A 1	C 11		C 1j		C 1n	a 1
…	…					…	…
u i	A i	C i1		C ij		C in	a i
…	…					…	…
u m	A m	C m1		C mj		C mn	a m
	b j	b 1	…	b j	…	b n

Затем необходимо построить начальный опорный план.

Всего существует три метода отыскания начального ОП:

1) Метод северо-западного угла,

2) Метод минимального элемента,

3) Метод Фогеля.

Рассмотрим 2 первых метода.

Построение нач. ОП начинается с левой верхней клетки, которая заполняется элементом . Для этого между пунктами А 1 и В 1 назначается максимально возможный объем перевозки, определяемый как . При этом возможны три случая:

а) . При этом , а все остальные перевозки из пункта производства А 1 . Это означает, что из пункта А 1 вывозится вся произведенная продукция в пункт потребления В 1 , поэтому объем перевозок из А 1 другие пункты потребления равен 0 (нули в таблицу не записываются). Т.К. Из А 1 больше вывозить нечего, то первая строка таблицы вычеркивается, а потребность пункта В 1 уменьшается на величину , т.е. .

б) . При этом , а . Ресурс в А 1 уменьшается на величину , т.е. , а столбец В 1 вычеркивается, т.к. потребность пункта В 1 полностью удовлетворена.

в) . Тогда . В этом случае вычеркивается либо строка, либо столбец (но не оба сразу!). В этом случае опорный план будет являться вырожденным, и чтобы найти нулевые базисные переменные либо строка, либо столбец в таблице остаются. Если вычеркивается строка, то считаем, что в пункте потребления В 1 остается потребность, равная 0, которая в дальнейшем д.б. удовлетворена. Если же вычеркиваем столбец, то считаем, что в пункте производства А 1 остался запас, равный 0, который в дальнейшем д.б. вывезен.

В таблицу заносятся нулевые базисные переменные, но небазисные нули не заносятся, чтобы не спутать их с нулевыми базисными переменными.

Пусть теперь назначен, и один ряд таблицы (строка или столбец) вычеркнуты (закрыты). В оставшейся части таблицы вновь берем левую верхнюю клетку и в ней назначаем максимально возможный объем перевозки с учетом ранее назначенных. В результате закрывается еще один ряд. После назначения в (n+m-1) клетках объемов перевозок получится некоторый опорный план перевозок. В заполненных клетках будут записаны базисные переменные, а переменные в незаполненных клетках будут соответствовать небазисным, которые равны 0 и не записываются, чтобы не спутать с базисными нулями вырожденного опорного плана.

Заполнение распределительной таблицы начинают с клетки (1;1), при этом . Далее смещаются или по строке вправо или по столбцу вниз до клетки . Заполненные клетки должны распространяться так, чтобы их можно было соединить ломаной линией, звенья которой взаимно перпендикулярны.

Пример. Построить методом северо-западного угла начальный опорный план для транспортной задачи: поставщики а

Найти стоимость перевозок.

Решение. Строим распределительную таблицу и находим груз х 11 = min (20; 15) = 15. По первому столбцу не перемещаемся, так как спрос І потребителя удовлетворен. Перемещаемся по І строке в клетку (1; 2):

х 12 = min (а 1 – х 11 ; b 2) = min (5; 35) = 5.

Теперь переходим по ІІ столбцу в клетку (2; 2):

х 22 = min (30;b 2 – х 12) = min (30; 30) = 30.

Так как спрос ІІ потребителя удовлетворен и у ІІ поставщика продукция уже выбрана, то переходим к клетке (3; 3):

х 33 = min (40; 20) = 20.

х 34 = min (а 3 – х 33 ; b 4) = min (20; 20) = 20.

Таким образом, получен план перевозок:

Для подсчета стоимости перевозок нужно количество груза в каждой заполненной клетке умножить на соответствующий тариф в этой клетке и результаты сложить.

Б) Метод минимального элемента (наименьшей стоимости).

Строим распределительную таблицу и начинаем ее заполнять с той клетки, в которой наименьший тариф.

Пример. Построить начальный опорный план методом минимальной стоимости и найти транспортные расходы для транспортной задачи: поставщики а = (20; 30; 40); потребители = (15; 35; 20; 20); тарифы перевозок

Решение. Строим распределительную таблицу и начинаем ее заполнять с клетки (2; 1), т.к. в ней наименьший тариф х 21 = min (30; 15) = 15.

Потом заполняем клетку (3; 2) с тарифом с 32 = 3;

х 32 = min (40; 35) = 35.

х 14 = min (20; 20) = 20;

х 23 = min (а 2 – х 21 ; b 3 – х 33) = min (15; 15) = 15.

Сравнивая значение Z в а) и б), видим, что учитывая стоимости перевозок, затраты при втором методе значительно меньше.

Рангом матрицы системы (2) называют число , т.е. количество строк плюс количество столбцов и минус единица. Если число заполненных клеток в распределительной таблице равно рангу матрицы, то полученный план называется не вырожденным . В противоположном случае – вырожденным .

В пунктах а) и б) , а число заполненных клеток 5. Следовательно, полученные планы – вырожденные.

Метод потенциалов. Признак оптимальности опорного плана.

Допустимое решение транспортной задачи является оптимальным тогда и только тогда, когда можно найти такие числа – потенциалы , и , , которые удовлетворяют следующим условиям:

I. для всех заполненных клеток; (5)

II. для всех пустых клеток. (6)

На основании первого условия оптимальности потенциалы находят из условий и один, произвольно выбранный, потенциал приравнивают к нулю, например .

Если при проверке
второго условия оптимальности окажется, что для всех незаполненных клеток, то опорный план оптимален и соответствующее значение целевой функции Z определяет минимальные расходы.

Метод северо-западного угла.

Если же найдется хотя бы одна клетка, для которой , то план не оптимальный и можно перейти к нехудшему опорному плану.

Переход к нехудшему опорному плану.

Переход к не худшему опорному плану осуществляют при помощи цикла перераспределения груза. Цикл представляет собой замкнутую ломаную, звенья которой взаимно перпендикулярны и вершины цикла, кроме одной, находятся в заполненных клетках.

Приведем примеры разновидностей форм циклов:

В каждом случае только одна вершина цикла находится в незаполненной клетке. Ее называют началом цикла и определяют по наибольшему нарушению условия оптимальности (6), т.е. по максимальной оценке . Клетке начала цикла присваивают знак «+», во всех остальных вершинах цикла знаки чередуют «–»,«+» и т.д. Из клеток цикла со знаками «–» выбирают ту, в которой находится минимальный груз. Это и будет то количество груза, которое нужно перераспределить по циклу, т.е. в клетке со знаком «+» это количество груза прибавляется, а со знаком «–» – вычитается. Клетки, которые не задействованы в цикле, остаются неизменными.

Таким образом, получаем новый опорный план. Подсчитываем транспортные расходы, которые должны быть не более предыдущих. В противном случае где-то допущена ошибка. Новый план опять проверяем на оптимальность, используя условия (5) и (6). Если план оптимальный, то задача решена. Если же план опять не оптимальный, то работаем, согласно пункту 3) до получения оптимального плана и нахождения Z min .

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Похожая информация:

Поиск на сайте:

Методов формирования опорного плана в транспортной задаче придумано немало, но, пожалуй, самый простой из них – это метод Северо-Западного угла . Алгоритм заполнения клеток транспортной таблицы в его случае сводится к следующему: сначала заполняется клетка в верхнем левом угле («северо-западном» углу), затем следующая клетка справа и т.д., пока не заполнится вся строка.

Транспортная задача: метод Северо-Западного угла

Затем мы переходим ко второй строке и снова заполняем ее слева направо. И так далее.

Метод Северо-Западного угла, в самом деле, прост и понятен, но его недостаток – низкая эффективность. Сформированный с его помощью план в большинстве случаев не является оптимальным.

Формирование опорного плана методом Северо-Западного угла

Итак, у нас имеется транспортная таблица с исходными данными.

Формирование опорного плана начинаем с внесения в верхнюю левую клетку максимально возможного объема перевозки.

Запасы на складе A 1 закончились, поэтому в оставшиеся ячейки данной строки ставим прочерки. Затем переходим к следующей строке и заполняем ее ячейки слева направо.

Переходим к третьей строке и тоже заполняем ее слева направо.

Все, нами получен опорный план. Еще раз отмечу, что при методе «Северо-Западного угла» транспортная таблица просто заполняется в направлении сверху вниз и слева-направо.

Галяутдинов Р.Р.

© Копирование материала допустимо только при указании прямой гиперссылки на источник: Галяутдинов Р.Р.

ЗАКРЫТАЯ ТРАНСПОРТНАЯ ЗАДАЧА

Рассмотрим закрытую транспортную задачу. Обозначим через x ij – количество груза, перевозимого из пункта A i в пункт B j . Условия закрытой транспортной задачи запишем в распределительную таблицу, которую будем использовать для нахождения решения.

Математическая модель закрытой транспортной задачи имеет вид

Систему ограничений получаем из следующих условий задачи:

а) все грузы должны быть перевезены, т.е.

б) все потребности должны быть удовлетворены, т.е.

Оптимальным решением задачи является матрица

удовлетворяющая системе ограничений и доставляющая минимум целевой функции. Транспортная задача, как задача линейного программирования, может быть решена симплексным методом, однако наличие большого числа переменных и ограничений делает вычисления громоздкими.

Рассмотрим каждый из приведенных выше этапов.

Условия задачи и ее исходное опорное решение будем записывать в распределительную таблицу. Клетки, в которых поместим грузы, называются занятыми, им соответствуют базисные переменные опорного плана. Остальные клетки – незанятые , или пустые, им соответствуют свободные переменные. В верхнем правом углу каждой клетки будем записывать тарифы . Существует несколько способов нахождения опорного плана:

· метод северо-западного угла;

· метод минимальной стоимости;

· метод двойного предпочтения и т.д.

План составляется последовательным заполнением по одной клетке в таблице перевозок так, что каждый раз либо полностью удовлетворяется потребность одного из потребителей, либо полностью вывозится груз от некоторого поставщика. В теории доказывается, что базисное решение системы ограничений (из m + n уравнений с m´ n переменными) в условиях транспортной задачи имеет m + n – 1 базисных переменных, т.е. заполненных клеток (ее ранг равен m + n – 1 ), поэтому, совершив m + n – 1 указанных шагов, получим первый опорный план. Различие метода северо-западного угла и различных модификации метода наименьшей стоимости отыскания первого опорного плана состоит в различии способов выбора последовательности заполнения клеток.

Метод северо-западного угла . В соответствии с этим методом загрузка клеток (распределение объемов пунктов отправления по пунктам назначения) начинается с верхней левой клетки х 11 («северо-западная» часть таблицы), продолжается вниз и вправо (по диагонали) и заканчивается в клетке неизвестного x mn .

Метод минимальной (наименьшей) стоимости (минимального тарифа, минимального элемента).

Исходный опорный план, построенный методом северо-западного угла, как правило, оказывается весьма далеким от оптимального, так как при его определении совершенно игнорируется величины затрат c ij . Поэтому требуются в дальнейших расчетах много итераций для достижения оптимального плана. Число итераций можно сократить, если исходный план строить по более рациональному правилу «минимального элемента». Сущность его состоит в том, что на каждом шаге заполняется клетка с наименьшей величиной c ij .

Решение транспортной задачи методом северо-западного угла

Если такая клетка не единственная, то лучше заполнять ту, по вертикали или по горизонтали которой встречаются большие c ij , а в принципе заполняется любая из них.

Пусть это будет клетка (i, j). Запишем в эту клетку x ij = min(a i , b j ). Если a i < b j , то запасы поставщика A i исчерпаны, а потребность B j стала Поэтому, не принимая более во внимание i-ю сроку, снова ищем клетку с наименьшей стоимостью перевозок и заполняем ее с учетом изменившихся потребностей. Для случая a i > b j из рассмотрения исключается j-й столбец, а запасы A i полагаются равными Продолжаем этот процесс до тех пор, пока все запасы не будут исчерпаны, а все потребности – удовлетворены. Необходимо отметить, что при наличии в таблице клеток с одинаковыми тарифами, планы, полученные с помощью этого метода, могут быть разными, однако они, несомненно, ближе к оптимальному, чем план, составленный по методу северо-западного угла.

Метод двойного предпочтения. В модификации метода минимальной стоимости «двойного предпочтения» отмечают клетки с наименьшими стоимостями перевозок сначала по каждой строке, а затем по каждому столбцу. Клетки, имеющие две отметки, заполняют в первую очередь, затем заполняют клетки с одной отметкой, а данные о нераспределенном грузе записывают в неотмеченные клетки с наименьшими стоимостями. При этом из двух клеток с одинаковой стоимостью перевозок предпочтение отдается клетке, через которую осуществляется больший объем перевозок.

Пример составления начального распределения методом северо-западного угла показан в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Порядок заполнения клеток: (А 1 ;В 1), (А 1 ;В 2), (А 2 ;В 2), (А 2 ;В 3), (А 3 ;В 3), (А 3 ;В 4). Число занятых клеток равно m + n – 1 = 3 + 4 – 1 = 6. Суммарные затраты на реализацию данного плана перевозок составят

Z опт = 4·30 + 5·30 + 3·70 + 6·30 + 7·10 + 4·110 = 1170.

Пример начального распределения методом наименьших стоимостей для тех же исходных данных, что и ранее, представлен в табл.

Таблица 3.2

Порядок заполнения клеток: (А 2 ;В 1), (А 3 ;В 2), (А 2 ;В 4), (А 1 ;В 3), (А 1 ;В 4), (А 3 ;В 4). Суммарные затраты на реализацию данного плана перевозок составляют

Z опт = 1·30 + 2·100 + 2·70 + 2·40 + 3·20 + 4·20 = 590.

Пример начального распределения методом двойного предпочтения для тех же исходных данных, что и ранее, представлен в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Порядок заполнения клеток: (А 2 ;В 1), (А 3 ;В 2), (А 1 ;В 3), (А 2 ;В 4), (А 1 ;В 4), (А 3 ;В 4). Суммарные затраты на перевозки, представленные в табл. 3.3, составляют

Z опт = 1·30 + 2·100 + 2·40 + 2·70 + 3·20 + 4·20 = 590.

Следовательно, опорные планы, построенные методами наименьших стоимостей, значительно ближе к оптимальному плану, чем план, составленный по методу северо-западного угла.

При распределении грузов может оказаться, что количество занятых клеток меньше, чем m + n – 1 . Такой план называется вырожденным. В этом случае недостающее их число заполняется клетками с нулевыми поставками такие клетки называют условно занятыми .

Нулевые поставки помещают в незанятые клетки с учетом наименьшего тарифа таким образом, чтобы в каждых строке и столбце было не менее чем по одной занятой клетке.

МЕТОД СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО УГЛА

Согласно данному методу запасы очередного поставщика используются для обеспечения запросов очередных потребителей до тех пор, пока не будут исчерпаны полностью, после чего используется запасы следующего по номеру поставщика.

Заполнение таблицы транспортной задачи начинается с левого верхнего угла и состоит из ряда однотипных шагов. На каждом шаге, исходя из запасов очередного поставщика и запросов очередного потребителя, заполняется только одна клетка и соответственно исключается из рассмотрения один поставщик или потребитель. При этом нулевые перевозки принято заносить в таблицу только в том случае, когда они попадают в клетку (i,j), подлежащую заполнению, т.е. в таблицу заносятся только базисные нули, остальные клетки с нулевыми перевозками остаются пустыми.

Во избежание ошибок после построения начального опорного решения необходимо проверить, что число занятых клеток равно m+n-1 и векторы условий, соответствующие этим клеткам, линейно независимы.

Необходимо иметь в виду, что метод северо-западного угла не учитывает стоимость перевозок, поэтому, опорное решение, построенное по данному методу, может быть далеким от оптимального.

Составить опорное решение методом северо-западного угла транспортной задачи, в которой 5 поставщиков и 5 потребителей. данные записаны в таблице 6

Таблица 6

Распределяем запасы первого поставщика. Так как его запасы меньше запросов первого потребителя, то в клетку (1,1) записываем перевозку и исключаем из рассмотрения первого поставщика. Определяем оставшиеся неудовлетворенными запросы первого потребителя.

Распределяем запасы второго поставщика. Так как его запасы, меньше запросов первого потребителя, то записываем в клетку (2,1) перевозку и исключаем из рассмотрения второго поставщика. Определяем оставшиеся неудовлетворенными запросы первого потребителя.

Распределяем запасы третьего поставщика. Так как его запасы больше запросов первого потребителя, то записываем в клетку (3,1) перевозку и исключаем из рассмотрения первого потребителя. Определяем оставшиеся неудовлетворенными запросы третьего поставщика.

Распределяем запасы третьего поставщика. Так как его запасы меньше запросов второго потребителя, то в клетку (3,2) записываем перевозку и исключаем из рассмотрения третьего поставщика. Определяем оставшиеся неудовлетворенными запросы второго потребителя.

Распределяем запасы четвертого поставщика. Так как его запасы больше запросов второго потребителя, то записываем в клетку (4,2) перевозку и исключаем из рассмотрения второго потребителя. Определяем оставшиеся неудовлетворенными запросы четвертого поставщика.

Распределяем запасы четвертого поставщика. Так как его запасы меньше запросов третьего потребителя, то в клетку (4,3) записываем перевозку и исключаем из рассмотрения четвертого поставщика. Определяем оставшиеся неудовлетворенными запросы третьего потребителя.

Распределяем запасы пятого поставщика. Так как его запасы больше запросов третьего потребителя, то в клетку (5,3) записываем перевозку и исключаем из рассмотрения третьего потребителя. Определяем оставшиеся неудовлетворенными запасы пятого поставщика.

Распределяем запасы пятого поставщика. Так как его запасы больше запросов четвертого потребителя, то в клетку (5,4) записываем перевозку и исключаем из рассмотрения четвертого потребителя. Определяем оставшиеся неудовлетворенными запасы пятого поставщика.

Распределяем запасы пятого поставщика. Так как его запасы равны запросам пятого потребителя, то в клетку (5,5) записываем перевозку и исключаем из рассмотрения пятого поставщика и пятого потребителя.

Ввиду того, что задача с правильным балансом, запасы всех поставщиков исчерпаны и запросы всех потребителей удовлетворены.

Результаты построения опорного решения приведены в таблице 7.

БЛОК-СХЕМА (АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ)

Западного