Загрузка

Транспортные задачи

Известны матрицы транспортной задачи:

$$A=\begin{bmatrix} 25 & 45 \end{bmatrix}$$; $$B=\begin{bmatrix} 20 & 35& 15 \end{bmatrix}$$$$C=\begin{bmatrix} 5 &7 &2 \\ 4 &8 & 6 \end{bmatrix}$$.

Распределительная таблица имеет вид: 

Матрицы транспортной задачи (ТЗ):
  1. Матрица запаса груза

    $$A=\begin{bmatrix} a_1 & a_2 & ... & a_m \end{bmatrix}$$ ;

  2. Матрица потребности в грузе

    $$B=\begin{bmatrix} b_1 & b_2 & ... & b_n \end{bmatrix}$$ ; 

  3. Матрица тарифов перевозок

    $$C=\begin{bmatrix} c_{11} & c_{12} & ... &c_{1n} \\ c_{21} & c_{22} &... & c_{2n}\\ ... & ...& ... &... \\ c_{m1} & c_{m2} &... & c_{mn} \end{bmatrix}$$ ;

  4. Матрица перевозок

    $$X=\begin{bmatrix} x_{11} & x_{12} & ... &x_{1n} \\ x_{21} & x_{22} &... & x_{2n}\\ ... & ...& ... &... \\ x_{m1} & x_{m2} &... & x_{mn} \end{bmatrix}$$ .

Распределительная таблица ТЗ ( $$\Delta _{ij}$$ – оценки клеток):


Распределительная таблица ТЗ:

Постановка транспортной задачи

В пунктах $$A_1$$ , $$A_2$$, $$A_m$$ находится однородный груз в количествах $$a_1$$, $$a_2$$, $$a_m$$ единиц соответственно. Этот груз необходимо доставить потребителям $$B_1$$, $$B_2$$, $$B_n$$ в количествах $$b_1$$, $$b_2$$, $$b_n$$ единиц соответственно. Известна стоимость перевозки $$c_{ij}$$ единицы груза от $$i$$-го поставщика ($$i=\overline{1, m}$$ ) к $$j$$-му ($$j=\overline{1, n}$$ ) потребителю. Требуется составить такой план перевозок, который полностью удовлетворяет спрос потребителя при минимальных суммарных транспортных издержках.

Выберите один из вариантов

Известны матрицы транспортной задачи:

$$A=\begin{bmatrix} 25 & 45 \end{bmatrix}$$$$B=\begin{bmatrix} 20 & 35& 15 \end{bmatrix}$$$$C^T=\begin{bmatrix} 5 & 7 & 2\\ 4 & 8 & 6 \end{bmatrix}$$$$X=\begin{bmatrix} 0 &20 \\ 10 &25 \\ 15 & 0 \end{bmatrix}$$.

Экономико-математическая модель задачи имеет вид:

Экономико-математическая модель задачи

Целевая функция:

$$minf(X)=c_{11}x_{11}+c_{12}x_{12}+. . . +c_{1n}x_{1n}+. . . +c_{m1}x_{m1}+. . . $$$$+c_{mn}x_{mn}$$.

Система ограничений:

$$\sum_{j=1}^{n}x_{ij}=\sum_{i=1}^{m}a_i$$,

$$\sum_{i=1}^{m}x_{ij}=\sum_{j=1}^{n}b_j$$ ,

$$x_{ij}\geq 0$$ ($$i=\overline{1, m}$$ ; $$j=\overline{1, n}$$ ).

Распределительная таблица:

Целевая функция:
 $$minf(X)=5x_{11}+4x_{12}+7x_{21}+8x_{22}+2x_{31}+6x_{32}$$.
Система ограничений:
$$\sum_{j=1}^{2}x_{ij}=70$$ , $$\sum_{i=1}^{3}x_{ij}=70$$ , $$x_{ij}\geq 0$$  ($$i=\overline{1,3}$$ ; $$j=\overline{1,2}$$ ). 

Модель ТЗ называется закрытой, если суммарный запас груза у поставщиков равен суммарному спросу потребителей.

Выберите несколько вариантов ответов

Найдите опорный план перевозок транспортной задачи по правилу «минимального элемента»:

Правило «минимального элемента»:

  1. выбираем клетку с минимальным тарифом и записываем в нее максимально возможное значение поставки;
  2. из рассмотрения исключаем поставщика (и соответствующую ему строку), запасы которого исчерпаны, или потребителя (и соответствующий ему столбец), запросы которого полностью удовлетворены;
  3. из оставшихся клеток снова выбираем клетку с наименьшим тарифом и записываем в нее максимально возможное значение поставки и т. д.

Наименьшие затраты на перевозку (2 ден. ед.) соответствуют маршруту $$A_2-B_2$$, поэтому $$x_{22}=min(200;250)=200$$ , следовательно, $$x_{21}=0$$ , $$x_{23}=0$$ , а соответствующие клетки таблицы свободны. 
Из оставшихся тарифов наименьший (4 ден. ед.) соответствует маршруту $$A_1-B_1$$, поэтому $$x_{11}=min(300;100)=100$$ .
Следующим рассматриваем маршрут $$A_1-B_2$$, следовательно, $$x_{12}=min(200;50)=50$$ . 
Тогда, $$x_{13}=150$$ .

План перевозок: $$X=\begin{pmatrix} 100 & 50 &150 \\ 0 & 200 & 0 \end{pmatrix}$$.

Для того чтобы ТЗ имела допустимые планы, необходимо и достаточно выполнение равенства: $$\sum_{i=1}^{m}a_i=\sum_{j=1}^{n}b_j$$ .

Выберите один из вариантов

Найдите потенциалы поставщиков и потребителей:

Сумма потенциалов $$u_i$$ ($$i=\overline{1, m}$$ ) и $$v_j$$ ($$j=\overline{1, n}$$ )

загруженной клетки ($$i; j$$) равна ее тарифу:

$$c_{ij}=u_i+v_j$$.

Так как $$u_2=0$$ , то $$v_2=c_{22}-u_2=2-0=2$$ . 

Тогда, $$u_1=6-2=4$$ , $$v_1=4-4=0$$ , $$v_3=7-4=3$$ .

Чтобы найти потенциалы поставщиков и потребителей, необходимо один из потенциалов считать известным. В нашем случае мы положили, что $$u_2=0$$.

Выберите несколько вариантов ответов

Найдите оценки свободных клеток ТЗ: 

Чтобы найти оценку свободной клетки ($$i; j$$), необходимо из тарифа клетки вычесть сумму ее потенциалов:

$$\Delta _{ij}=c_{ij}-(u_i+v_j)$$.

Сумма потенциалов загруженной клетки ($$i; j$$) равна ее тарифу:

$$c _{ij}=u_i+v_j$$.

  1. Найдем потенциалы поставщиков и потребителей.

    Зная, что $$v_3=0$$ , получим: 

    $$u_1=c_{13}-v_3=7-0=7$$ , 

    $$v_1=4-7=-3$$ , 

    $$v_2=6-7=-1$$ , 

    $$u_2=2-(-1)=3$$ .

  2. Найдем оценки свободных клеток: 
    $$\Delta _{21}=5-(-3+3)=5$$ , 

    $$\Delta _{23}=9-(0+3)=6$$ .

Оценки загруженных клеток всегда равны нулю.

Выберите один из вариантов

Найдите оптимальный план перевозок и оптимальное значение целевой функции ТЗ:

  1. Критерий оптимальности опорного плана: если все оценки свободных клеток неотрицательные, то план оптимальный.
  2. Правило «минимального элемента»:
    1. выбираем клетку с минимальным тарифом и записываем в нее максимально возможное значение поставки;
    2. из рассмотрения исключаем поставщика (и соответствующую ему строку), запасы которого исчерпаны, или потребителя (и соответствующий ему столбец), запросы которого полностью удовлетворены;
    3. из оставшихся клеток снова выбираем клетку с наименьшим тарифом и записываем в нее максимально возможное значение поставки и т. д.
  3. Сумма потенциалов загруженной клетки ($$i; j$$) равна ее тарифу:

    $$c_{ij}=u_i+v_j$$.

  4. Чтобы найти оценку свободной клетки ($$i; j$$), необходимо из тарифа клетки вычесть сумму ее потенциалов:

    $$\Delta _{ij}=c_{ij}-(u_i+v_j)$$ .

  1. По правилу «минимального элемента» найдем опорный план задачи (таблица 2):

    $$x_{31}=min(150; 300)=150$$ , $$x_{32}=0$$ ;

    $$x_{12}=min(100; 200)=100$$ , $$x_{11}=0$$ ;

    $$x_{22}=min(250; 100)=100$$, $$x_{21}=150$$.

  2. Найдем потенциалы поставщиков и потребителей (таблица 3). Полагая $$u_1=0$$ , получим:

    $$v_2=2-0=2$$ , $$u_2=4-2=2$$ , $$v_1=6-2=4$$ , $$u_3=1-4=-3$$.

  3. Найдем оценки свободных клеток (таблица 3):

    $$\Delta _{11}=5-(4+0)=1$$ ,

    $$\Delta _{32}=3-(2-3)=4$$ .

    Так как оценки свободных клеток неотрицательные, то план оптимальный.

План перевозок: $$X^{*}=\begin{pmatrix} 0 &100 \\ 150 &100 \\ 150 & 0 \end{pmatrix}$$.
Стоимость перевозок: 

$$f(X^{*})=100 \cdot 2+150 \cdot 6+100 \cdot 4+150 \cdot 1= 1650$$ (ден. ед.).


Модель ТЗ называется закрытой, если суммарный запас груза у поставщиков равен суммарному спросу потребителей.

Выберите несколько вариантов ответов

Найдите оптимальный план перевозок и оптимальное значение целевой функции ТЗ:

Критерий оптимальности опорного плана:

если все оценки свободных клеток неотрицательные, то план оптимальный. Если среди оценок окажутся отрицательные, то клетку, которой соответствует наименьшая отрицательная оценка, называют перспективной.

План перевозок можно улучшить, перераспределяя максимально возможное количество груза по циклу, который образует перспективная клетка с другими загруженными клетками.

Пояснения к таблице 2

  1. Опорный план задачи:

    $$x_{22}=min(180; 200)=180$$ , $$x_{21}=0$$ ;

    $$x_{12}=min(120; 20)=20$$ , $$x_{11}=100$$ .

  2. Потенциалы:

    $$u_1=0$$ , $$v_1=5-0=5$$ , $$v_2=2-0=2$$ , $$u_2=1-2=-1$$ .

  3. Оценки:

    $$\Delta _{21}=3-(5-1)=-1< 0$$ .

    План не оптимальный.

    Клетка ($$2; 1$$) перспективная. Она образует цикл с клетками ($$1; 1$$), ($$1; 2$$) и ($$2; 2$$). Перемещая по циклу $$100$$ ед. груза, получим новый план перевозок, представленный в таблице 3.

Пояснения к таблице 3

  1. Потенциалы:

    $$u_1=0$$ , $$v_2=2-0=2$$ , $$u_2=1-2=-1$$ , $$v_1=3+1=4$$ .

  2. Оценки:

    $$\Delta _{11}=5-(4+0)=1> 0$$ .

    План оптимальный.

План перевозок: $$X^{*}=\begin{pmatrix} 0 &120 \\ 100 &80 \\ \end{pmatrix}$$.
Стоимость перевозок: 

$$f(X^{*})=120 \cdot 2+100 \cdot 3+80 \cdot 1=620$$  (ден. ед.).


Перераспределение груза (рисунок 10.9):

Выберите несколько вариантов ответов

Найдите оптимальный план перевозок и оптимальное значение целевой функции ТЗ:

Опорный план задачи должен содержать $$m+n-1$$ загруженных клеток, где $$m$$ – количество поставщиков, $$n$$ – количество потребителей.

В случае, когда из распределительной таблицы одновременно исключается строка и столбец, в одну из свободных клеток записывают число $$0$$ и такую клетку условно считают загруженной (нуль-загрузка).

Пояснения к таблице 2.

  1. Опорный план задачи:

    $$x_{13}=min(60; 30)=30$$ , $$x_{23}=0$$ ;

    $$x_{21}=min(50; 50)=50$$ , $$x_{11}=0$$ ,

    $$x_{22}=0$$ , $$x_{12}=30$$ .

    Опорный план должен содержать $$m+n-1=2+3-1=4$$ загруженных клеток. В одну их свободных клеток запишем число $$0$$. Например, пусть $$x_{22}=0$$ .

  2. Потенциалы:

    $$u_1=0$$ , $$v_2=7-0=7$$ , $$v_3=2-0=2$$ , $$u_2=5+2=7$$ , $$v_1=3+2=5$$ .

  3. Оценки:

    $$\Delta _{11}=4-(5+0)=-1$$ ,

    $$\Delta _{23}=6-(2-2)=6$$ .

    План не оптимальный.

    Перемещая по циклу $$30$$ ед. груза, получим новый план перевозок, представленный в таблице 3.

Пояснения к таблице 3.
  1. Потенциалы:

    $$u_1=0$$ , $$v_1=4-0=4$$ , $$v_3=2-0=2$$ , $$u_2=3-4=-1$$ , $$v_2=5+1=6$$ .

  2. Оценки:

    $$\Delta _{12}=7-(6+0)=1$$ ,

    $$\Delta _{23}=6-(2-1)=5$$ .

    План оптимальный.

План перевозок: $$X^{*}=\begin{pmatrix} 30 &0 &30 \\ 20 &30 & 0 \end{pmatrix}$$.
Стоимость перевозок: 

$$f(X^{*}=30 \cdot 4+30 \cdot 2+20 \cdot 3+30 \cdot 5=390$$ (ден. ед.).

Перераспределение груза (рис. 10.10):

Выберите несколько вариантов ответов

Решите транспортную задачу (в таблице указаны тарифы перевозок):

Модель ТЗ называется открытой, если суммарный запас груза у поставщиков не равен суммарному спросу потребителей.

Если $$\sum_{i=1}^{m}a_i> \sum_{j=1}^{n}b_j$$ , то необходимо ввести фиктивного потребителя $$B_{n+1}$$ , потребность в грузе которого составит

$$b_{n+1}=\sum_{i=1}^{m}a_i-\sum_{j=1}^{n}b_j$$ ,

а все тарифы перевозок от поставщиков к фиктивному потребителю будут равны нулю.

Так как $$\sum_{i=1}^{3}a_i=70+130+100=300$$ , а $$\sum_{j=1}^{2}b_j=150+110=260$$ , то введем фиктивного потребителя $$B^{*}_3$$ , потребность в грузе которого составит $$40$$ ед.
Решение задач представлено в таблице 1.

План перевозок: $$X^{*}=\begin{pmatrix} 70 &0 \\ 0 &110 \\ 80 & 0 \end{pmatrix}$$.
У поставщиков $$A_2$$ и $$A_3$$ останется по $$20$$ ед. груза.
Стоимость перевозок: 

$$f(X^{*})=70 \cdot 4+110 \cdot 2+80 \cdot5 = 900$$  (ден. ед.).


В процессе решения ТЗ открытую модель всегда необходимо преобразовывать в закрытую.

Выберите несколько вариантов ответов

Решите транспортную задачу (в таблице указаны тарифы перевозок):

Если $$\sum_{i=1}^{m}a_i< \sum_{j=1}^{n}b_j$$, то необходимо ввести фиктивного поставщика $$A_{m+1}$$ , запас груза которого составит $$a_{m+1}=\sum_{j=1}^{n}b_j-\sum_{i=1}^{m}a_i$$, а все тарифы перевозок от фиктивного поставщика к потребителям будут равны нулю.

Так как $$\sum_{i=1}^{3}a_i=45+55+65=165$$ , а $$\sum_{j=1}^{3}b_j=70+50+80=200$$ , то введем фиктивного поставщика $$A^{*}_4$$ , запас груза у которого составит $$35$$ ед.
Решение задач представлено в таблице 1.

План перевозок: $$X^{*}=\begin{pmatrix} 35 &0&10 \\ 0 &50&5 \\ 0& 0& 65 \end{pmatrix}$$.
Потребитель $$B_1$$ не получит $$35$$ ед. груза, а потребитель $$B_3$$ – $$10$$ ед. 
Стоимость перевозок: 

$$f(X^{*})=35 \cdot 9+10 \cdot 8+50 \cdot 3+65 \cdot 6=1655$$ (ден. ед.).

Все тарифы перевозок от поставщиков к фиктивному потребителю равны нулю. Все тарифы перевозок от фиктивного поставщика к потребителям также равны нулю.

Выберите несколько вариантов ответов