第四章-运筹学运输问题ppt课件.ppt
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1、第四章 运输问题第四章 运输问题第1节 运输问题的数学模型第2节 表上作业法第3节 产销不平衡的运输问题及其求解方法第4节 应用问题举例第1节 运输问题的数学模型一、运输问题运输问题属于线性规划问题,因为其约束方程组的系数矩阵A具有特殊的结构,所以专门介绍一种比单纯形法更简便的求解方法,以节约计算时间和费用。第1节 运输问题的数学模型例1:某公司经销甲产品。它下设三个加工厂。每日的产量分别是:A1为7吨,A2为4吨,A3为9吨。该公司把这些产品分别运往四个销售点。各销售点每日销量为:B1为3吨,B2为6吨,B3为5吨,B4为6吨。已知从各工厂到各销售点的单位产品的运价如下表所示。问该公司应如何
2、调运产品,在满足各销点的需要量的前提下,使总运费为最少。销售点加工厂B1 B2 B3 B4产量A1A2A3749销量3 6 5 6 销售点加工厂B1 B2 B3 B4A1A2A33 11 3 101 9 2 87 4 10 5二表合一第1节 运输问题的数学模型二、运输问题的数学模型已知有m个生产地点(简称产地) 可供应某种物资,其供应量(产量)分别为 ;有n个销售地点(简称销地) ,其需要量(销量)分别为 ,从 到 运输单位物资的运价(单位运价)为 ,将这些数据表示在如下页的两个表中。问应如何调运,在满足各销地销量的情况下,使总的运费支出最少?(1,2,)jBjn(1,2,)iA im(1,2
3、,)ia im(1,2,)jbjnjBijciA第1节 运输问题的数学模型 产销平衡表 两个表合二为一 销地产地B1 B2 Bn产量A1A2Ama1a2am销量b1 b2 bn 销地产地B1 B2 BnA1A2Amc11 c12 c1n c21 c22 c2n cm1 cm2 cmn销地产地B1 B2 Bn产量A1A2Amc11 c12 c1n c21 c22 c2n cm1 cm2 cmna1a2am销量b1 b2 bn 单位运价表第1节 运输问题的数学模型 产销平衡表 单位运价表销售点加工厂B1 B2 B3 B4产量A1A2A3749销量3 6 5 6 销售点加工厂B1 B2 B3 B4A
4、1A2A33 11 3 101 9 2 87 4 10 5销售点加工厂B1 B2 B3 B4产量A1A2A3 3 11 3 10 1 9 2 8 7 4 10 5749销量 3 6 5 6 二表合一第1节 运输问题的数学模型例1:解:设xij为第i加工厂向第j销售点的甲产品的供应量,cij表示第i加工厂向第j销售点供应甲产品的单位运费34111213143411111213142122232431323334112131122232132333142434min311310574936560 ( 12 312 3 4)ijijijijzxxxxxc xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
5、xxxxij,= , , ; = , , ,第1节 运输问题的数学模型产销平衡 运输问题的数学模型:设xij表示从产地Ai运往销地Bj的产品数量mniji=1j=1(a =b)1111min12120mnijijijnijijmijjiijzc xxaimxbjnx, = , , , = , , ,对偶问题第1节 运输问题的数学模型特征(1)决策变量:mn(2)约束方程:mn;都是等式约束(3)目标函数:最小化第1节 运输问题的数学模型34111213143411111213142122232431323334112131122232132333142434min311310574936560
6、 ( 12 312 3 4)ijijijijzxxxxxc xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxij,= , , ; = , , ,系数矩阵A基变量数目解的类型第1节 运输问题的数学模型123456789101112111213142122232431323334111100000000000011110000000000001111100010001000010001000100001000100010000100010001PPPPPPPPPPPPxxxxxxxxxxxxA(4)约束方程组系数矩阵AA中只有数字0或1A的每一列只有两个非零元素1第1节 运输问题的数学模型(6
7、)基变量:mn1(7)对于产销平衡的运输问题必有可行解和最优解mniji=1j=1(a =b)第2节 表上作业法一、表上作业法的解题思路表上作业法的实质是单纯形法在求解运输问题时的一种简化方法,属于单纯形法,又称为运输单纯形法。基可行解最优否结束换基是否第2节 表上作业法二、表上作业法的特点表上作业法是一种迭代法用表上作业法求解运输问题,直接在表上进行,不必写出数学模型第2节 表上作业法三、表上作业法的解题步骤(一)找出初始基可行解:在产销平衡表上找出 (m+n-1)个数字格,形成初始产销平衡表方法(二)求非基变量检验数:计算初始产销平衡表中空格的检验数,判别是否达到最优解,如果已达到,停止计
8、算;否则转入3方法(三)确定换入变量和换出变量,找出新的基可行解方法:闭回路调整法(四)重复(二)(三),直到求出最优解说明:以例1为例解释表上作业法的解题步骤最小元素法伏格尔法(Vogel法)闭回路法位势法(对偶变量法)第2节 表上作业法 产销平衡表 单位运价表销售点加工厂B1 B2 B3 B4产量A1A2A3749销量3 6 5 6 销售点加工厂B1 B2 B3 B4A1A2A33 11 3 101 9 2 87 4 10 5销售点加工厂B1 B2 B3 B4产量A1A2A3 3 11 3 10 1 9 2 8 7 4 10 5749销量 3 6 5 6 二表合一最小元素法确定初始解伏格尔
9、法确定初始解第2节 表上作业法表上作业法解题步骤(一):确定初始基可行解方法一:最小元素法1、基本思路从运费上考虑,优先安排单位运价最小的产地和销地之间的运输业务,最大限度地满足其产销量,从而实现“就近供应”。第2节 表上作业法例2:用最小元素法找出例1的初始基可行解。第2节 表上作业法例2:解: 初始产销平衡表销售点加工厂B1 B2 B3 B4产量A1A2A3 4 33 1 6 3749销量3 6 5 6闭回路法求检验数位势法求检验数第2节 表上作业法2、求解步骤第一,从单位运价表中找出最小运价,(有两个或两个以上的最小单位运价,则任选其一),比较产量和销量:产量销量,则划去该运价所在列;产
10、量销量,则划去该运价所在行。并在初始产销平衡表上填上相应的数字。第二,从单位运价表中未被划去的运价中再找最小运价,重复第一第二,直到单位运价表中所有运价都被划去,并找出(m+n-1)个数字格。第2节 表上作业法3、小结(1)在初始产销平衡表上每填入一个数字,在单位运价表上就划去一行或一列(当表中只剩一个元素时,在初始产销平衡表上填数字时,在单位运价表上同时划去一行和一列)(2)在单位运价表上共划去(mn)条直线,(相当于单位运价表上所有cij都被划去两次)(3)在初始产销平衡表上填了(mn1)个数字格,每行数字之和该行产量,每列数字之和该列销量第2节 表上作业法例3:用最小元素法求出下述运输问
11、题的初始基可行解。销售点加工厂B1 B2 B3 B4产量A1A2A3 3 11 4 5 7 7 3 8 1 2 10 6749销量 3 6 5 6表上作业法求解例3第2节 表上作业法例3:解: 初始基可行解销售点加工厂B1 B2 B3 B4产量A1A2A3 0 1 6 0 4 3 6 0 0749销量 3 6 5 6出现退化解第2节 表上作业法例4:判断下表给出的运输方案能否作为用最小元素法 求解出的初始基可行解?销地产地1 2 3 4产量1230 15 15 10515255销量5 15 15 10第2节 表上作业法表上作业法解题步骤(一):确定初始基可行解方法二:伏格尔法1、基本思路按某一
12、最小单位运价优先安排物品调运时,可能导致其他产销点不得不采用很高的单位运价进行运输,从而使整个运输费用增加。对每一个产地或销地,找出最小单位运价和次小单位运价,求二者之差。若差值不大,当不能按最小单位运价安排运输时造成的运费损失不大;反之,若二者之差很大,不按最小单位运价组织运输就会造成很大损失,所以应尽量按最小单位运价安排运输。第2节 表上作业法例5:用伏格尔法找出例1的初始基可行解。第2节 表上作业法例5:解: 初始产销平衡表销售点加工厂B1 B2 B3 B4产量A1A2A3 5 23 1 6 3749销量3 6 5 6 闭回路法求检验数位势法求检验数第2节 表上作业法2、求解步骤第一,在
13、单位运价表中分别计算各行和各列的最小运价与次小运价的差额,并填在该表的最右列和最下行。第二,从行或列差额中选出最大者,(有两个或两个以上的最大差额,则选择差额所在行(或列)中的最小单位运价),选择它所在行或列中的最小运价,按照最小元素法确定初始基可行解。第三,对单位运价表中未被划去的运价再计算各行和各列的最小运价与次小运价的差额,并仍填入该表的最右列和最下行,重复第二、三,直至给出初始基可行解为止,即找出(m+n-1)个数字格。第2节 表上作业法3、小结(1)伏格尔法和最小元素法仅在确定产销关系的原则上不同,其余步骤都相同(伏格尔法是在最小元素法的基础上改进的一种方法)(2)伏格尔法给出的初始
14、基可行解比用最小元素法给出的初始基可行解更接近最优解(伏格尔法给出的解的目标函数值比最小元素法给出的解的目标函数值小)(3)伏格尔法得出的初始基可行解常作为运输问题最优解的近似解作业4-1作业4-1:1、用最小元素法找出下述运输问题的初始基可行解。2、找出下述运输问题的近似最优解。(其中M为任意大正数,表示含义为从A4到B4不存在运输路线)销地产地1 2 3产量1235 1 82 4 13 6 712144销量9 10 11 销地产地 1 2 3 4 5产量123410 2 3 15 9 5 10 15 2 415 5 14 7 1520 15 13 M 825302030销量20 20 30
15、 10 25 第2节 表上作业法表上作业法解题步骤(二):求检验数,判别最优解基本思路计算空格(非基变量)的检验数,(运输问题的目标函数要求实现最小化)当所有检验数0时,所得的解是最优解,否则要进行解的改进。第2节 表上作业法表上作业法解题步骤(二):求检验数,判别最优解方法一:闭回路法例6:用闭回路法求例2所得的初始基可行解的检验数。销售点加工厂B1 B2 B3 B4产量A1A2A3 3 11 3 10 1 9 2 8 7 4 10 5749销量 3 6 5 6第2节 表上作业法例6:解: 检验数表销售点加工厂B1 B2 B3 B4A1A2A3 1 2 1 -110 12第2节 表上作业法1
16、、检验数的含义检验数表示变化的运费。即:若某空格(Ai,Bj)的检验数0,表示将该空格变为数字格使运输费用减少,则当前这个解不是最优解;反之,若所有空格的检验数都0,表示不管怎样变换,都使运输费用增加,则目标函数已无法改进,当前这个解就是最优解第2节 表上作业法2、求解步骤第一,在初始产销平衡表上,从每一空格出发找一条闭回路:以某空格为起点,用水平或垂直线向前画,碰到一数字格转90(有些情况下也可以不改变方向),然后继续前进,直到回到起始空格为止。第二,在一闭回路上,令某空格取值为+1,表示增加的运量,然后变化相应数字格的值,并计算该闭回路上运费的变化值,即为该空格的检验数,填入检验数表。第2
17、节 表上作业法例7:用闭回路法求例5所得的初始基可行解的检验数。销售点加工厂B1 B2 B3 B4产量A1A2A3 3 11 3 10 1 9 2 8 7 4 10 5749销量 3 6 5 6第2节 表上作业法例7:解: 检验数表销售点加工厂B1 B2 B3 B4A1A2A3 0 2 2 1 9 12第2节 表上作业法3、小结(1)闭回路的顶点,除出发点为空格外,其他均为数字格(2)每个空格唯一存在一条闭回路(3)对于产销点过多的运输问题,空格的数目很大,计算检验数很繁琐第2节 表上作业法表上作业法解题步骤(二):求检验数,判别最优解方法二:位势法1、基本思路第2节 表上作业法 原问题 对偶
18、问题1111min12120mnijijijnijijmijjiijzc xxaimxbjnx, = , , , = , , ,11max12.12.mniijjijijijijzaub vuvcimjnuv , , , , 取值无约束第2节 表上作业法2、求解步骤第一,仿照初始产销平衡表做一个表,在对应的数字格处填入单位运价cij。第二,在表的最右列和最下行分别增加一列ui和一行vj,使表中的单位运价等于它所在行和列的ui与vj之和,求出所有的ui和vj,并填写在表中。第三,计算各空格的检验数,填入检验数表。第2节 表上作业法例8:用位势法求例2所得的初始基可行解的检验数。销售点加工厂B1
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