由于在变量个数相等的情况下,表上作业法的计算比单纯形法简单得多,因此,在求解实际问题时,在条件许可的情况下,人们常常尽可能把某些线性规划问题转化为运输问题的数学模型(简称运输模型).
所谓建立运输模型,就是要给出运输收发平衡单位运价表如表3-1.在该表中,要求,发点Ai至收点Bj都有单位运价cij(i=1,…,m;j=1,…,n).下面我们来看几个具体的例子.
例3-8 (1)运输问题由表3-21给出,试建立运输模型.
(2)如果将表3-21中的b3改为14,又设B1、B2和B33个收点的需求量一旦不能满足时,就要承担缺货损失费.单位物资的缺货损失费分别为4,3和7.试建立运输模型.
解 (1)在表3-21中,=21,供大于需4个单位物资,供需不平衡.因此,我们要考虑将多余的4个单位物资在发点就地存储.现虚设一个收点B4,其需求量b4=4,发点Ai至B4的单位运价ci4=0,这样我们就得到了一个收发平衡的运输模型如表3-22所给.对表3-22求最优解.如果Ai至Bj的运量xi4>0,则说明发点Ai就地存储物资xi4个单位.
表3-21
表3-22
(2)现在b1+b2+b3=8+7+14=29,a1+a2=10+15=25,需大于供4个单位物资.虚设一个发点A3:a3=4,A3至B1、B2和B3的单位运价就定为各收点Bj的单位物资缺货损失费4,3和7,得运输收发平衡单位运价表如表3-23.若表3-23的最优运输方案中运量x3j>0,则说明Bj缺货x3j.
例3-9 (不平衡运输问题) 若发点Ai的发量ai必须运走,具体信息如表3-24所示,试建立运输模型.
表3-23
表3-24
解 现在=45,而3个收点B1,B2,B3的最低需求量的和为30.由于发量45必须全部运走,为此虚设一个收点B4,b4=15,Ai至B4的单位运价ci4确定如下:
得运输收发平衡单位运价表如表3-25所示.
在求得运输模型表3-25的最优解(i=1,2,3,4;j=1,2,3)后,本问题的最优解由表3-26给出.
表3-25
表3-26
例3-10 (有界发量运输问题) 对表3-27给出的运输问题建立运输模型.
表3-27
这样,我们得到运输模型,如表3-28所示.经计算,最优方案如表3-29所示.
表3-28
表3-29
可见,A1实际发出60,由A1运至B1;A2的发量40由A2运至B3;A3实际发出90,A3至B2的运量为80,A3至B3的运量为10;A4实际发出10,由A4运至B1.
例3-11 (运量有界的运输问题) 表3-30给出一个运输问题.现在规定发点Ai至收点Bj的运量不能超过dij,由表3-31给定.试建立运输模型.
表3-30
表3-31
解 我们虚设Dij(i=1,2;j=1,2,3)6个点,Dij既作发点,又作收点,其发量及收量都为dij.
发点Ai的物资只可运送给Dij(j=1,2,3),而Dij的物资只可运送给Bj,或者运送给自身.如果Ai至Dij的单位运价取为零,则Dij和Bj的单位运价就等于Ai至Bj的单位运价,于是,即得本问题的运输模型,如表3-32所示(表中未注明的单位运价都取充分大的正数M),其最优解由表3-33给出.
于是,本问题的最优运输方案为:A1发往B1,B2,B3的运量分别为3,3,2;A2发往B1,B2,B3的运量分别为4,2,4.
表3-32
表3-33
例3-12 (转运问题) 由表3-34给定一个运输问题.又物资可在A2,B2和B3处转运,A1与A2,B2与B1,B3与B1,B2与B3相互间单位运价分别为1,2,1和3.试建立运输模型.
表3-34
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解 由于A2,B2和B3可以作为转运点,既可视为发点,又可视为收点,因此,整个问题可当作4个发点(A1,A2,B2和B3)和4个收点(A2,B1,B2和B3)的运输问题来处理.
由于原问题中A2无收量、B2和B3无发量,所以若建立运输模型,如表3-35所示,则转运运输不会发生.
我们对表3-35作如下修改:对表3-35中A2,B2和B3的发量和收量都加上一个较大的正数(比原问题表3-34所给的大的一个数),例如取100,则得本问题的运输模型如表3-36所示,此时,转运运输就会发生,最优解如表3-37所给.
表3-35
表3-36
在表3-37所给的运输方案中,排除本地运输给本地的虚构物资运量,于是,本问题的具体运输方案为:
A1的发量10运至A2(于是A2有发量30);A2的发量30分别运至B2和B3,运量分别为10和20;B3收到的运量为20,其中运量10转运至B1.
表3-37
例3-13 (多品种物资运输问题) 若发点E1有某种原材料的一等品200,二等品300,发点E2有该种原材料一等品100,三等品150.收点F1将该种原材料供应给3类不同的消费部门:第一类部门可将这3种等级的原材料相互代用,共需150;第二类部门只能用一等品,需求量是50;第三类部门只用二等品或三等品,需求量是50.收点F2供应两类消费部门的需要:第一类部门使用一等品或二等品,需求量是200;第二类部门只用一等品,需求量是300.发点E1至收点F1,F2的单位运价分别为5,7;发点E2至收点F1、F2的单位运价分别为8,6.又设有一个该原材料的存储点Q,它的输出量与输入量及该原材料的等级均不受限制,Q点存储的原材料可以输往F1和F2,单位运价分别为6和9;E1和E2的原材料也可以输往Q点,单位运价分别为2和3.若F1和F2的需求量必须得到满足,E1和E2的原材料必须运走.试建立运输模型.
解 将E1拆为两个发点A1及A2,A1输出一等品200,A2输出二等品300;E2拆为两个发点A3及A4,A3输出一等品100,A4输出三等品150.同样地,将F1拆为3个收点B1,B2和B3,B1为收点F1的第一类消费部门,它对原材料的需求量为150,可以从A1,A2,A3和A4处运来;B2为F1的第二类消费部门,它的需求量为50,只能够从A1及A3处运来.为此,将A2及A4至B2的单位运价设为一个充分大的正数M;B3为F1的第三类消费部门,需求量为50,只能从A2及A4处运来,所以A1和A3至B3的单位运价视为M.F2拆为两个收点B4和B5,B4为F2的第一类消费部门,需求量为200,只能从A1,A2及A3处运来,于是A4至B3的单位运价设为M;B5为F2的第二类消费部门,需求量300,只可从A1及A3处运来,所以A2及A4至B5的单位运价取为M.
注意到本问题中,E1和E2具有的一等品总量为300,而对一等品的消费量至少需要350,所以一等品供应量不能满足需求量.由于本问题要求F1,F2的需求量必须得到满足,E1,E2的原材料必须运走,所以,让收发量及品种都无限制的存储点Q参加运输是必要的.我们将Q点拆为发点A5和收点B6.由于E1和E23种等级的原材料总供应量为750,故B6的需求量也设为750;F1和F2的总需求量为750,故A5的发量也设为750.考虑到A5的原材料仍可在原地(也即B6)存储,故设A5至B6的单位运价为零.结合题中所给的各收发点间的单位运价,可建立运输模型如表3-38所示,其最优解如表3-39所示.
表3-39中A5至B6的运量为700,事实上,这是虚设的.故本问题的最优运输方案为:E1输送二等品100给F1,输送一等品200和二等品200给F2;E2输送三等品100给F1,输送一等品100给F2,输送三等品50给Q点存储;Q点输送一等品50给F1.
表3-38
表3-39
例3-14 (空车调度问题) 有一辆汽车在A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7和A88个地点之间运送4种物品,具体任务如表3-40所示:
已知Ai与Aj之间的距离为cij(单位:千米),试确定一个最优的汽车调度方案.
解 如果该辆汽车执行任务从Ai运送货物至Aj,此时会发生两种情况:
(1)若Aj还有数项任务未完成,那么汽车就任选一项任务从Aj驶往其到达点;
(2)若Aj已无货物需要运走,那么这辆空车从Aj开往哪一个地点去执行任务就成为我们应加以关注的问题.
因此,该辆汽车的最优调度,其目标就是使空车行驶的吨千米总数最少.
表3-40
我们先列出Ai汽车出车数和来车数的平衡表如表3-41,表中“+”号表示该点产生空车,“-”号表示该点需要调进空车.
由表3-41可见,A1、A4和A6在运输过程中,可多出空车18车次,A2,A3和A7缺空车18车次.我们建立空车调度运输模型如表3-42.对表3-42用表上作业法求最优解,一旦发生情况(2)时,空车就按该最优解来进行调度.
表3-41
表3-42
若是我们对表3-42中的各cij给出具体的数据,如表3-43所示,则得最优解如表3-44所示.
由表3-44可知:A1产生的空车开往A2有6车次;A4产生的空车开往A7有2车次;A6产生的空车开往A2有4车次、开往A3有1车次、开往A7有5车次.
表3-43
表3-44
例3-15 对例1-20所给的生产计划问题建立运输模型.
解 工厂每季生产产品可视为一个发点,可得4个发点A1,A2,A3和A4;Ai的发量即为工厂每季的生产能力ai.销售公司每季末需要一定数量产品,可视为4个收点B1,B2,B3和B4;Bj的收量即为表1-45中的需求量bj.
第i季度生产用于第j季度交货的每吨产品的实际成本被取为单位运价cij(j≥i),显然有cij=di+0.2(j-i).又当j<i时,是不可能发生Ai供货给Bj的,所以对应的cij取充分大的正数M.考虑到现在收发不平衡,有
故虚设一个收点B5,其收量b5=20,而ci5=0(i=1,2,3,4).
这样,生产计划问题就化成了一个收发平衡的运输问题,其运输模型如表3-45所示.
表3-45
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