【管理运筹学】背诵手册(三)

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【管理运筹学】背诵手册(三)

2024-07-11 03:10| 来源: 网络整理| 查看: 265

三、运输问题

产销平衡的运输问题( m m m 个产地, n n n 个销地)的数学模型为: min ⁡ z = ∑ i = 1 m ∑ j = 1 n c i j x i j s . t . { ∑ i = 1 m x i j = b j , j = 1 , 2 ⋯   , n ∑ j = 1 n x i j = a i , i = 1 , 2 ⋯   , m x i j ≥ 0 \min z =\sum_{i=1}^m\sum_{j=1}^nc_{ij}x_{ij} \\ s.t.\begin{cases} \sum_{i=1}^mx_{ij}=b_j,j=1,2\cdots,n\\ \sum_{j=1}^nx_{ij}=a_i,i=1,2\cdots,m \\ x_{ij}\geq0 \end{cases} minz=i=1∑m​j=1∑n​cij​xij​s.t.⎩ ⎨ ⎧​∑i=1m​xij​=bj​,j=1,2⋯,n∑j=1n​xij​=ai​,i=1,2⋯,mxij​≥0​ 其中 a i , b j a_i,b_j ai​,bj​ 分别为产地 i i i 产量和销地 j j j 销量,且有总量相等约束。如果要写其对偶问题,可以具体把式子写出来而不使用 ∑ \sum ∑ 符号。

运输问题的解的情况只有两种:唯一最优解和无穷多最优解(存在非基变量即空格检验数为 0 时,就存在有无穷多解)。

由于产销平衡,因此实际上运输问题独立的约束条件只有 m + n − 1 m+n-1 m+n−1 个

表上作业法有三步,第一步是找初始基本可行解,两种方法,一种是最小元素法,优先满足运价小的;另一种是伏格尔法,避免因无法按最小运价引起的巨大损失。首先计算每一行和每一列次小单位运价和最小单位运价之间的差额。优先满足差额大的,填了一个数字后需要重新计算差额。当出现某行或列只有一个元素时,差额取 0 。

第二步是判断是否为最优解,两种方法,一种是闭回路法,找空格的闭回路,奇次顶点运价之和减去偶次顶点运价之和,若还存在有检验数为负,说明未达到最优;另一种是位势法,首先根据基变量检验数为 0 ,求出位势 u i , v j u_i,v_j ui​,vj​,接着计算非基变量的检验数 c i j − u i − v j c_{ij}-u_i-v_j cij​−ui​−vj​ ,若还有负检验数,表面未达到最优解。

事实上,有一种特殊情况,那就是当存在有退化解,调整量取 0 时,尽管此时存在负检验数,运输问题也可能已经达到了最优。

第三步是改进,方法是闭回路调整法,一般选负的检验数中最小的空格开始调整,找到闭回路中偶次顶点运量最小者,作为调整量。奇数次顶点加上该调整量,偶数次顶点减去该调整量,运量最小者处变为空格,原来空格变为数字格。之后重新检验,直至所有检验数都非负。

出现非基变量检验数为 0 时,设该空格闭回路中偶数次顶点最小运量为 a a a ,当调整量 θ ≤ a \theta\leq a θ≤a 时,可以得到多个最优解。

运输问题中退化的情况主要有两种,一是在求初始解时,某处填的数字同时满足了行列的要求,因此需要把该行该列都划去,这时为了保证有 m + n − 1 m+n-1 m+n−1 个数字格,需要在那行那列中任意选取一个空格填上 0 ;另一是进行闭回路调整时,偶数次顶点运量出现两个或两个以上最小者,这时经过调整,则会有多个数字格为 0 。这种情况下,就会出现偶数次顶点最小者为 0 ,因而调整量为 0 ,从而出现尽管存在检验数非负,却已经达到最优解的情况。

对于产销不平衡的运输问题,关键是转化为产销平衡和通过调整运价表来反映特殊需求。当产量大于销量,就需要虚拟一个销地,各产地到该销地的运价为 0 。当最后求出某产地到该虚拟销地的运量为 a a a 时,表明该产地有 a a a 单位产品未售出,即需要储存。因此若题目中出现产地有储存费用,往往产量大于销量,这时各产地到虚拟销地的运价就不再是 0 了,而是单位储存费用。

当销量大于产量时,就需要虚拟一个产地,该产地到各销地的运价为 0 。当最后出现该虚拟产地到某销地的运量为 a a a 时,说明该销地的需求未得到满足。因此,若题目中要求某销地的需求必须满足,虚拟产地到该销地的运价就应该设为 M M M ,这样虚拟产地肯定不会往该销地运东西了,从而该销地的需求会得到满足。

实际中可能还会出现有多元化需求的销地,比如销地 B 2 B_2 B2​ 的最低需求为 100 100 100 ,最高需求 120 120 120 等等,这个时候的处理办法为,将销地 B 2 B_2 B2​ 分为 B 2 ′ , B 2 ′ ′ B_2',B_2'' B2′​,B2′′​ , B 2 ′ B_2' B2′​ 的销量为 100 100 100 , B 2 ′ ′ B_2'' B2′′​ 的销量为 20 20 20 。 B 2 ′ B_2' B2′​ 的销量必须满足,因此虚拟产地到 B 2 ′ B_2' B2′​ 的运价应为 M M M , B 2 ′ ′ B_2'' B2′′​ 则为 0 。

若题目要求运往某两地的运量尽可能均衡,则一般此问题会有无穷多最优解,先求出一个最优解,再根据题目要求求出另一个最优解,然后两个最优解进行凸组合(相加除以 2 ),就可以使得两处的运量尽可能均衡。

有时,还会出现中转站的情况,也就是某些地方可以既做产地又做销地。假设原问题产销平衡,产量销量均为 210,产地 A1 可以作为中转站,原产量为 130,销地 B1 可以作为中转站,原销量为 60 。这时,销地中应增加 A1 ,销量为 210 ,表明各个产地均可以运往 A1 。且产地中的 A1 ,产量应改为 130+210=340 。相应地,产地中应增加 B1 ,产量为 210 ,且销地中的 B1,销量为 60+210=270。产地 A1 到销地 A1 的运价应为 0 ,B1 同理。那问题就变成了一个新的产销平衡问题。

若目标不是求最小,则可以用最大的元素减去每个元素,从而转化为了求最小。



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