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第四章 运输问题(Transportation Problem)
2013-8-4 14
B1
B2 11 3
B3
B4 10
产量
A1
A2 A3
3
7
4
1 9 2 8
3
4 9
3
7 4 10
1
5
6
销量 3 6 5 6
3
总的运输费用=(3×1)+(6×4) +(4×3)+(1×2)+(3×10)+(3×5)=86元
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2.西北角法(或左上角法): 此法是纯粹的人为规定,没有理论依据和实际背景, 但它易操作,特别适合在计算机上编程计算,因而受 欢迎。方法如下: 3 4 2 6 6 2 0 0 0 2 3 5 5 5 5 3 0 7 4 0 0 0 0 4 4 4 2 0 0 6 9 9 9 9 9 0 6 6 3 4 0 0 6 0 2 2 0 6 0 0 3 6 6 总的运费=(3×3)+(4×11)+(2×9) 0 +(2×2)+(3×10)+(6×5)=135元
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表4-1
销 地 产地 A1 A2 A3 列差额 3 1 7 2 11 9 4 5 3 2 10 1 10 8 5 3 0 1 1 B1 B2 B3 B4 行差额
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。在表4-1中B2列是最大 差额所在列。B2列中最小元素为4,可确定A3 的产品先供应B2的需要。得表4-2:
⑵.位势法
运输问题的约束条件共有m+n个,其中:m 是产地产量的限制;n是销地销量的限制。 其对偶问题也应有m+n个变量,据此: σij=cij -(ui+vj) ,其中前m个计为ui(i=1.2…m),前n个 计为vj (j=1.2…n) 由单纯形法可知,基变量的σij= 0 ∴ cij-(ui+vj) =0 因此ui ,vj可以求出。
6
4 9
产销平 衡
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一 初始基可行解的确定
确定初始基可行解的方法很多,有西北角法, 最小元素法和沃格尔(Vogel)法等,一般希望的 方法是既简便,又尽可能接近最优解。下面分别 予以介绍: 1. 最小元素法 此方法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供销关系,然后次 小,…,一直到给出初始基可行解为止。以上例 进行讨论得下表:
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运输问题数学模型的特点
该系数矩阵中对应于某一变量的系数向量, 其分量中除第i个和第m+j个为1以外,其余的都为零, 在约束条件中,前m个约束条件的含义是:由某一产地 运往各销地的产品数量之和等于该产地的产量;后n 个约束条件的含义是:由各产地运往某一销地的产品 数量之和等于该销地的销量。
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例题
例:某食品公司下属的A1、A2、A3 ,3个厂生产方便食品,要运输到B1、 B2、B3、B4 ,4个销售点,数据如下: 求最优运输方案。
单位 产地 销地 运价
B1 B2 B3 B4
3 11 3 10
产量
A1 A2 A3
销量
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7
1 7
3
9 4
6
2 10
5
8 5
6 6
产 量 7 4 9
5
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说明
由以上可见:沃格尔法同最小元素法除在确定 供求关系的原则上不同外,其余步骤相同。沃 格尔法给出的初始解比用最小元素法给出的初 始解更接近最优解。
本例用沃格尔法给出的初始解就是最优解。
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二 最优解的判别
最优性检验就是检查所得到的方案是不是
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第三步:对表4-3中未划去的元素再分别计算出各行、 各列的最小运费和次小运费的差额,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。用此法给出上例的初始解列于表4-4(下表)。
销 地 B1 加工厂 A1 A2 3 A3 销量 3
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B2
B3 5
B4 2 1 3 6
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6
运输问题数学模型的一般形式
若用xij表示从Ai到Bj的运量,那么在产销平衡的条件下,要求得总 运费最小的调运方案,其数学模型为 m n
m inZ cij xij
i 1 j 1
xij ai xij b j x 0 ij
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3 0 0 0 0 0
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3. 沃格尔法
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。沃格尔法 考虑到,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。 沃格尔法的步骤是: 第一步:在原表中分别计算出各行和各列的最 小运费和次小运费的差额,并填入该表的最右列 和最下行,见表4-1
( ai b j )
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运输问题数学模型的特点
1.运输问题有有限个最优解 2.运输问题约束条件的特点:运输问题的数学模型包含 m×n个变量,(m+n)个约束方程,其系数矩阵的结构比 较松散且特殊。
x11 x12 x1n x21 x22 x2 n xm1 xm 2 xmn u1 1 1 1 u2 1 1 1 um v1 1 1 v2 1 1 vn 1 1 1 1 1 1 1 1 m行 n行
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4
表4-1 产销平衡表
销地 产地
A1 A2 B1 B2
┉ Bn
产量
┆
Am
a1 a2 ┆ am b1 b2 ┈ bn
销量
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5
表4-2 单位运价表
销地 产地 A1 A2 ┆ Am c11 c12 ┈ c1n c21 c22 ┈ c2n ┇ cm1 cm2 ┈ cmn B1 B2 ┉ Bn
仍以上面的例子说明。 第一步:按最小元素法给出表的初始解,然后做 下表:即在对应表的数字格处填入单位运价:
销 地 加工厂 A1 A2 A3
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B1
B2
B3 3 2
B4 10 5
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1 4
第二步:在上表中增加一行一列,在列中填 入ui,在行中填入vj,得下表:
销 地 加工厂 A1 A2 A3 vj B1 B2 B3 3 2 4 9 3 B4 10 5 10 ui 0 -1 -5
加工厂 A1 A2 A3 销量 5 3 3 6 6 5 2 1 3 6 量 7 4 9
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闭回路法计算检验数的经济解释为:在已给出初始解的表中, 可从任一空格出 发,如(A1,B1),若让A1的产品调运1吨给B1。为了保持产销平衡,就要依次 作调整: 在(A1,B3)处减少1吨,(A2,B3)处增加1吨,(A2,B1)处减少1吨,即 构成了以(A1,B1)空格为起点,其他为数字格的闭回路,如下表虚线所示。在 这表中闭回路各顶点所在格的右上角数字是单位运价
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表4-2
销 地 B1 产地 A1 A2 A3 销量
销 地 加工厂 A1 A2 A3 列差额
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B2
B3
B4
3
B1 3 1 7 2
6 6
B2 11 9 4
产 量 7 4 9
5
B3 3 2 10 1
6
B4 10 8 5 3 行差额 0 1 2
同时将运价表中的B2列数字划去。如表4-3所示(表4-3):
最优方案。检查的方法与单纯形方法中的 原理相同,即计算检验数。由于目标要求 极小,因此,当所有的检验数都大于或等 于零时该调运方案就是最优方案;否则就 不是最优,需要进行调整。下面介绍两种 求检验数的方法:
1.闭回路法; 2.位势法
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1 闭回路法
在给出调运方案的计算表上,如上例表,从每一空格出发找一条闭回路。 它是以某空格为起点,用水平或垂直线向前划,当碰到一数字格时可以 转90°后,继续前进,直到回到起始空格为止。闭回路如图(a),(b),(c) 等所示。 销 地 B1 B2 B3 B4 产
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第2节 表上作业法
表上作业法是单纯形法在求解运输问题时的一种简化方法, 其实质是单纯形法,但具体计算和术语有所不同,其步骤 可归纳为: (1) 找出初始基可行解:即在(m×n)产销平衡表上用西北角 法或最小元素法、Vogel法给出m+n-1个数字,称为数 字格,它们就是初始基变量的取值。 (2) 求各非基变量的检验数,即在表上计算空格的检验数, 判别是否达到最优解。如已是最优解,则停止计算,否则 转到下一步。 (3) 确定换入变量和换出变量,找出新的基可行解。在表上 用闭回路法调整。 (4) 重复(2),(3)直到得到最优解为止。
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运输问题的对偶问题
运输问题的对偶问题可按照前面写线性规划问题 的对偶问题的方法给出(略)
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运输问题的解
运输问题也是一个线性规划问题,其求解时仍然可 以先找一个基可行解,进行解的最优性检验,若 不是最优,就进行迭代,继续检验和调整直到最 优,因此要求每步得到的解都是基可行解,需满 足(1)满足所有约束条件;(2)基变量对应的系数 列向量线性无关;(3)解中非零变量的个数不能大 于m+n-1个,原因是运输问题中虽有m+n个约 束条件,但由于总产量等于总销量,故只有 m+n-1个约束条件是线性独立的;(4)保持基变 量的个数在迭代过程中为m+n-1个。