运输问题jssk运筹学.ppt
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1、运运 筹筹 学学 教教 程程制作单位制作单位:南京航空航天大学金城学院南京航空航天大学金城学院主讲人主讲人:朱雪春朱雪春E-mail: 在经济建设中,经常会遇到大宗物资调拨中的运在经济建设中,经常会遇到大宗物资调拨中的运输问题,如煤炭、钢铁、木材、粮食等物资,在全国输问题,如煤炭、钢铁、木材、粮食等物资,在全国有若干生产基地,根据已有的交通网,应如何制定调有若干生产基地,根据已有的交通网,应如何制定调运方案,将这些物资运到各消费地点,而使总运费最运方案,将这些物资运到各消费地点,而使总运费最小。小。一般的运输问题就是要解决把某种产品从若干个一般的运输问题就是要解决把某种产品从若干个产地调运到若
2、干个销地,在每个产地的供应量与每个产地调运到若干个销地,在每个产地的供应量与每个销地的需求量已知,并知道各地之间的运输单价的前销地的需求量已知,并知道各地之间的运输单价的前提下,如何确定一个使得总的运输费用最小的方案。提下,如何确定一个使得总的运输费用最小的方案。运输问题运输问题例例例例1.1.1.1.某公司从两个产地某公司从两个产地A A1 1,A,A2 2将物品运往三个销地将物品运往三个销地B B1 1,B B2 2,B B3 3,各产地的产量、各销地的销量和各产各产地的产量、各销地的销量和各产地运往各销地的每件物品的运费如下表所示:问地运往各销地的每件物品的运费如下表所示:问应如何调运,
3、使得总运输费最小?应如何调运,使得总运输费最小?运输问题运输问题运输问题运输问题 解:解:我们知道我们知道A A1 1、A A2 2两个产地的总产量为:两个产地的总产量为:200+300=500200+300=500(件);(件);B B1 1,B B2 2,B B3 3三个销地三个销地的总销量为:的总销量为:150+150+200=500150+150+200=500(件)(件),总产量总产量等于总销量这是一个产销平衡的运输问题。把等于总销量这是一个产销平衡的运输问题。把 A A1 1,A A2 2 的产量全部分配给的产量全部分配给B B1 1,B B2 2,B B3 3,正好满,正好满足这
4、三个销地的需要。足这三个销地的需要。运输问题运输问题 设设xij表示从产地表示从产地Ai调运到调运到Bj的运输量(的运输量(i=1,2;j=1,2,3),现将安排的运输量列表如下:),现将安排的运输量列表如下:运输问题运输问题 从上表可写出此问题的数学模型。从上表可写出此问题的数学模型。满足产地产量的约束条件为:满足产地产量的约束条件为:x11+x12+x13=200,x21+x22+x23=300.满足销地销量的约束条件为:满足销地销量的约束条件为:x11+x21=150,x12+x22=150,x13+x23=200.运输问题运输问题所以此运输问题的线性规划的模型如下:所以此运输问题的线性
5、规划的模型如下:目标函数:目标函数:min Z=6x11+4x12+6x13+6x21+5x22+5x23约束条件:约束条件:x11+x12+x13=200,x21+x22+x23=300,x11+x21=150,x12+x22=150,x13+x23=200.xij0.(i=1,2;j=1,2,3)运输问题运输问题 运输问题运输问题 假设有假设有m个生产地点(以后称为产地),可以供应某种物资,个生产地点(以后称为产地),可以供应某种物资,用用Ai表示,表示,i=1,2,m;有;有n个销售地(以后称为销地),用个销售地(以后称为销地),用Bj表示,表示,j=1,2,n;产地的产量和销地的销售量
6、分别为;产地的产量和销地的销售量分别为ai,i=1,2,m和和bj,j=1,2,n,从,从Ai到到Bj运输单位物资的运价运输单位物资的运价为为cij。运输问题运输问题如何调运,运输费用最小?如何调运,运输费用最小?表表3.1 运输问题运输问题如果运输问题的总产量等于其总销量,即如果运输问题的总产量等于其总销量,即则称该运输问题为产销则称该运输问题为产销平衡运输问题平衡运输问题;反之,;反之,称为产销不平衡运输问题。称为产销不平衡运输问题。产销平衡情况下的运输问题的数学模型:产销平衡情况下的运输问题的数学模型:假设假设xij表示从表示从Ai到到Bj的运量,则所求的数学模型为的运量,则所求的数学模
7、型为 运输问题运输问题该模型中,目标函数表示运该模型中,目标函数表示运输总费用,要求其极小化;输总费用,要求其极小化;第一个约束条件的意义是由第一个约束条件的意义是由各产地运往某一销地的物品各产地运往某一销地的物品数量之和等于该销地的销量;数量之和等于该销地的销量;第二个约束条件表示由某一第二个约束条件表示由某一产地运往各销地的物品数量产地运往各销地的物品数量之和等于该产地的产量;之和等于该产地的产量;第三个约束条件表示决策变第三个约束条件表示决策变量的非负条件。量的非负条件。运输问题运输问题约束条件展开:约束条件展开:min Z=(c11x11+c12x12+c1nx1n)+(c21x21+
8、c22x22+c2nx2n)+(cm1xm1+cm2xm2+cmnxmn)x11+x1n =a1 x21+x2n =a2 xm1+xmn =amx11+x21+xm1 =b1 x12+x22+xm2 =b2 x1n+x2n+xmn =bn约束方程式约束方程式共共mn个变个变量,量,m+n个个约束条件。约束条件。技术系数技术系数矩阵矩阵 系数矩阵的秩为系数矩阵的秩为m+n-1,基变量的个数是基变量的个数是m+n-1(即基(即基变量的个数产地个数销售地个数变量的个数产地个数销售地个数-1)运输问题运输问题求解平衡运输问题的表上作业法:求解平衡运输问题的表上作业法:(1)确定一个初始的可行调运方案:
9、)确定一个初始的可行调运方案:西北角法,最小元素法,伏格尔法西北角法,最小元素法,伏格尔法;(2)判断当前可行方案是否为最优:)判断当前可行方案是否为最优:闭回路法闭回路法和和位势法位势法;(3)方案调整直至找到最优方案。)方案调整直至找到最优方案。运输问题运输问题例例3.2 某公司有某公司有3个生产同类产品的工厂,生产的产品由个生产同类产品的工厂,生产的产品由4个销售点销售,各工厂的生产量、各销售点的销售量以及各个销售点销售,各工厂的生产量、各销售点的销售量以及各工厂到各销售点的单位产品运价表如工厂到各销售点的单位产品运价表如3.5所示。问该公司应所示。问该公司应如何调运产品,在满足各销售点
10、的需要量的前提下,使总的如何调运产品,在满足各销售点的需要量的前提下,使总的运费最小。运费最小。运输问题运输问题1)确定初始调运方案)确定初始调运方案西北角法西北角法 西北角法使最简单而且能快速给出一个初始方西北角法使最简单而且能快速给出一个初始方案的方法,它从运输量的表格中的西北角即左上案的方法,它从运输量的表格中的西北角即左上角开始确定运输量,并且取得尽可能大的运输量,角开始确定运输量,并且取得尽可能大的运输量,从而获得一个初始调运方案。从而获得一个初始调运方案。运输问题运输问题例例3.2 某公司有某公司有3个生产同类产品的工厂,生产的产品由个生产同类产品的工厂,生产的产品由4个销售点销售
11、,各工厂的生产量、各销售点的销售量以及各个销售点销售,各工厂的生产量、各销售点的销售量以及各工厂到各销售点的单位产品运价表如工厂到各销售点的单位产品运价表如3.5所示。问该公司应所示。问该公司应如何调运产品,在满足各销售点的需要量的前提下,使总的如何调运产品,在满足各销售点的需要量的前提下,使总的运费最小。运费最小。运输问题运输问题 运输问题运输问题 检查全表,产销已平衡,得到初始调运方案:检查全表,产销已平衡,得到初始调运方案:x11=3,x12=4,x22=2,x23=2,x33=3,x34=6,其余其余xij=0,总运,总运费为费为135。方案中,调运量的个数正好是基变量应有的个数方案中
12、,调运量的个数正好是基变量应有的个数3+4-1=6。运输问题运输问题 对于任何一个产销平衡问题,应用西北角法总可对于任何一个产销平衡问题,应用西北角法总可以给出一个初始调运方案,因此,以给出一个初始调运方案,因此,平衡运输问题平衡运输问题必必有基本可行解,又因目标函数有下界(不能为负),有基本可行解,又因目标函数有下界(不能为负),因此,也因此,也必有最优解必有最优解。并且,对于平衡运输问题,。并且,对于平衡运输问题,当产量和销量均为整数时,其可行解和最优解也必当产量和销量均为整数时,其可行解和最优解也必为整数解。为整数解。运输问题运输问题 西北角法的优点是简便易行,缺点是在制定调西北角法的优
13、点是简便易行,缺点是在制定调运方案时,没有考虑运输费用,即没有采用运方案时,没有考虑运输费用,即没有采用“就就近供应近供应”的原则,这样所得的初始方案往往离最的原则,这样所得的初始方案往往离最优调运方案相差甚远。优调运方案相差甚远。运输问题运输问题最小元素法最小元素法:基本思想是就近供应,即从单位运价表中最小的:基本思想是就近供应,即从单位运价表中最小的运价开始确定产销关系,以此类推,直到给出初始方案为止。运价开始确定产销关系,以此类推,直到给出初始方案为止。1)确定初始调运方案)确定初始调运方案最小元素法最小元素法 运输问题运输问题 检查全表,产销已平衡,得到初始调运方案:检查全表,产销已平
14、衡,得到初始调运方案:x13=4,x14=3,x21=3,x23=1,x32=6,x34=3,其余其余xij=0,总运费,总运费为为86。对比西北角法和最小元素法,由于考虑了运价的影对比西北角法和最小元素法,由于考虑了运价的影响,所以由最小元素法获得的调运方案要优于西北角响,所以由最小元素法获得的调运方案要优于西北角法。法。运输问题运输问题 1)确定初始调运方案)确定初始调运方案伏格尔法伏格尔法 最小元素法的缺点是:为了节省一处的费用,有时最小元素法的缺点是:为了节省一处的费用,有时造成在其他处要多花几倍的运费。伏格尔造成在其他处要多花几倍的运费。伏格尔法考虑到,法考虑到,一产地的产品假如不能
15、按最小运费就近供应,就考虑一产地的产品假如不能按最小运费就近供应,就考虑次小运费,这就有一个差额。差额越大,说明不能按次小运费,这就有一个差额。差额越大,说明不能按最小运费调运时,运费增加越多。因而对差额最大处最小运费调运时,运费增加越多。因而对差额最大处就应当采用最小运费调运。就应当采用最小运费调运。基此,伏格尔法的步骤:基此,伏格尔法的步骤:运输问题运输问题第一步:在单位运价表中增加一行和一列,列的格位置相应填入第一步:在单位运价表中增加一行和一列,列的格位置相应填入该行的次小运费与最小运费之差,我们称之为行差额。行的格位该行的次小运费与最小运费之差,我们称之为行差额。行的格位置相应填入该
16、列的次小运费与最小运费之差,称为列差额。置相应填入该列的次小运费与最小运费之差,称为列差额。运输问题运输问题第二步:从行或列差额中选出最大者,选择它所在行或列中的最小第二步:从行或列差额中选出最大者,选择它所在行或列中的最小元素。如表中,元素。如表中,B2列是最大差额所在列,列是最大差额所在列,B2列中最小元素为列中最小元素为4,可,可确定确定A3的产品先供应的产品先供应B2的需要,同时将的需要,同时将B2列数字划去,如图:列数字划去,如图:运输问题运输问题第三步:对表中未划去的元素再分别计算出各行、各列的最小元素第三步:对表中未划去的元素再分别计算出各行、各列的最小元素和次最小运费的差额,并
17、填入该表的最右列和最下行。重复第一、和次最小运费的差额,并填入该表的最右列和最下行。重复第一、二步。直到给出初始解为止。如图:二步。直到给出初始解为止。如图:运输问题运输问题 由以上可见,伏格尔法同最小元素法除在供求关由以上可见,伏格尔法同最小元素法除在供求关系的原则上不同外,其余步骤相同。伏格尔法给出系的原则上不同外,其余步骤相同。伏格尔法给出的初始解比用最小元素法给出的初始解更接近最优的初始解比用最小元素法给出的初始解更接近最优解。本例用伏格尔法给出的初始解就是最优解。解。本例用伏格尔法给出的初始解就是最优解。运输问题运输问题2)最优解的判别)最优解的判别闭回路法闭回路法 在用西北角法和最
18、小元素法确定初始方案,产销平在用西北角法和最小元素法确定初始方案,产销平衡表中,我们称右上角没有填数字的格子为衡表中,我们称右上角没有填数字的格子为空格空格,而,而把右上角填有数字的个子称为把右上角填有数字的个子称为基格基格。闭回路闭回路,就是从某一,就是从某一空格出发空格出发,沿水平或垂直方,沿水平或垂直方向前进,如向前进,如遇基格可作垂直或水平方向转向(转向处遇基格可作垂直或水平方向转向(转向处称顶点)前进,也可穿越继续前进称顶点)前进,也可穿越继续前进。如。如遇空格不能转遇空格不能转向,必须穿越继续前进向,必须穿越继续前进,但,但最后仍回到原来的空格最后仍回到原来的空格,目的是围成一个矩
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