Транспортная задача, это специальный вид задачи линейного программирования. Для решения транспортной задачи можно использовать методы решения задач линейного программирования, однако ввиду специфического вида задачи, были построены алгоритмы специально для решения этой задачи. Для решения транспортной задачи в онлайн режиме с подробными пояснениями пользуйтесь калькулятором транспортная задача онлайн.
Общая постановка транспортной задачи заключается в определении оптимального плана перевозок некоторого однородного груза из пунктов отправления A1, A2,..., Am в пункты назначения B1, B2,..., Bn. Критерий оптимальности берется минимальная стоимость перевозки или минимальное время доставки груза.
Рассмотрим транспортную задачу, где в качестве критерия оптимальности взята минимальная стоимость перевозок всего груза. Обозначим через Сij тарифы перевозки единицы груза из пункта отправления i в пункт назначения j. Обозначим через Ai запасы груза i-м пункте отправления, а через Bj потребности груза j-м пункте назначения, а через Xj количество единиц груза переводимого из пункта отправления i в пункт назначения j.
Тогда математическая модель транспортной задачи состоит в определении минимального значения функции
| (1.1) |
при условиях
| (1.2) |
| (1.3) |
| (1.4) |
Поскольку удовлетворяется условия (1.2)−(1.4), то обеспечивается доставка необходимого количества груза в каждый из пунктов назначения, вывоз груза из всех пунктов отправления, а также исключаются обратные перевозки.
Определение 1. Любое неотрицательное решение Xij=∥xij∥ (i=1,..,m; j=1,...,n) систем (1.2) и (1.3) называется допустимым планом транспортной задачи.
Определение 2. План при котором функция (1.1) принимает минимальное значение, называется оптимальным планом транспортной задачи.
Если сумма груза у поставщиков равно общей сумме потребностей в пунктах назначения:
| (1.5) |
то модель транспортной задачи называется закрытой (или сбалансированной). Если (1.5) не удовлетворяется, то модель транспортной задачи называется открытой (или несбалансированной).
Теорема 1. Для разрешимости транспортной задачи необходимо и достаточно, чтобы выполнялось условие (1.5).
В случае превышения запаса над потребностью, т.е. при
| , |
вводится фиктивный (n+1)-ый пункт назначения с потребностью
| . |
Соответствующие тарифы считаются равными нулю: ci n+1=0 (i=1,...,m). После этих преобразований получим закрытую модель транспортной задачи.
Аналогично, при вводится фиктивный (m+1) пункт отправления с грузом а тарифы полагаются равными нулю: cm+1j=0 (j=1,...,n). После этих преобразований получим закрытую модель транспортной задачи.
Мы будем рассматривать закрытую модель транспортной задачи. Если же модель транспортной задачи является открытой, то с помощью вышеизложенных преобразований строим закрытую модель транспортной задачи.
Обычно данные транспортной задачи записывают в виде таблицы:
Число переменных Xij равно mn, где m число пунктов отправнения , а n число пунктов назначения. Число уравнений в (1.2) и (1.3) равно m+n. Так как мы рассматриваем закрытую модель транспортной задачи (выполняется равенство (1.5)), то число линейно независимых уравнений равно m+n−1. Следовательно опорный план транспортной задачи может иметь не более m+n−1 отличных от нуля неизвестных.
Если в опорном плане количество отличных от нуля компонентов равно в точности m+n−1, то опорный план называется невырожденным, а если меньше − то вырожденным.
Для решения транспортной задачи сначала определяется начальный опорный план, а затем определяется оптимальный план путем улучшения текущего опорного плана.
Для определения начального опорного плана существует несколько методов. Мы рассмоьтрим три метода. Метод северно-западного угла, метод минимального элемента и метод аппроксимации Фогеля.
Опорный план транспортной задачи находим следующим образом. На каждом шаге в таблице условий задачи заполняем одну клетку, которая называется занятой. Обозначим через Kij клетку, где i -номер пункта отправления (строка), j-номер пункта назначения (столбец). Клетку Kij заполняем так, чтобы удовлетворялись полностью потребности пункта назначения j, либо обеспечивался полный вывоз груза из пункта отправления i.
В первом случае временно исключаем из рассмотрения столбец j и изменяем запас груза пункта отправления i. Во втором случае временно исключаем из рассматрения строку i и изменяем потребность груза пункта назначения j. Далее повторяем процедуру с таблицей условий с исключенной строкой или столбцом.
В m+n−1-ом шаге получаем задачу с одним пунктом отправления и одним пунктом назначения. Остается свободной одна клетка. Запасы оставшегося пункта отправления будут равны потребностям пункта назначения. Заполнив эту клетку заканчиваем m+n−1-ый шаг и получаем опорный план.
Если на некотором шаге (но не на последнем) потребности очередного пункта назначения равны запасам пункта отправления, то временно исключаем из рассмотрения либо столбец, либо строку (только одно из двух). Тогда либо запасы данного пункта отправления, либо потребности данного пункта назначения считаем равным нулю. Этот нуль при очередном шаге записываем в очередную заполняемую клетку. Данный подход обеспечивает ровно m+n−1 занятых клеток, что обеспечивает возможность проверки полученного опорного плана на оптимальность и нахождение оптимального плана.
Для нахождения опорного плана транспортной задачи в онлайн режиме тремия методами с подробными пояснениями пользуйтесь калькулятором транспортная задача онлайн.
При нахождении опорного плана транспортной задачи методом северно-западного угла, заполнене клеток таблицы условий начинают с верхней левой клетки K11 поэтому метод и называется "метод северно западного угла").
Рассмотрим метод на конкретном примере.
Пример 1. На три базы A1, A2, A3 поступил очередной груз в количествах равных 140, 160, 120 ед. Этот груз требуется перевезти в четыре пунктов назначения B1, B2, B3, B4 в количествах 150, 90, 100, 80. Тарифы перевозок представлена матрицей
| . |
Найти план перевозок даной транспортной задачи методом северно-западного угла.
Решение. Запишем все данные в таблицу условий:
| . |
Число пунктов отправления m=3, а число пунктов назначения n=4. Следовательно опорный план задачи определяется числами, стоящими в m+n−1=3+4−1=6 заполненых клетках таблицы.
Наличие груза у поставщиков равно: ∑Ai=140+160+120=420.
Общая потребность в грузе в пунктах назначения равна: ∑Bj=150+90+100+80=420.
∑Ai=∑Bj. Модель транспортной задачи является закрытой. Следовательно она разрешима.
Найдем опорный план задачи методом северно-западного угла.
A1≤B1. Следовательно в клетку (A1, B1 ) помещаем число min(A1, B1)=140. Запасы пункта A1 полностью исчерпаны. Поэтому исключаем из рассмотрения строку A1 и будем считать потребности пункта B1 равными 150−140=10.
| . |
A2>B1. Следовательно в клетку (A2, B1) помещаем число min(A2, B1)=10. Потребности пункта B1 полностью удовлетворены. Поэтому исключаем из рассмотрения столбец B1 и будем считать запасы пункта A2 равными 160−10=150.
Таким образом, продолжая процедуру в m+n−1-ом шаге получим:
Запишем полученный опорный план:
| . |
При этом плане стоимость перевозок вычисляется так:
F=2·140+8·10+4·90+ 1·60+3·40+6·80=1380.
В отличие от метода северно-западного угла, в методе минимального элемента выбор пунктов отправления и пунктов назначения производится ориентируясь на тарифы перевозок, т.е. в каждом шаге нужно выбрать клетку с минимальным тарифом перевозок. Если таких клеток несеолько, то выбираем один из них. Надо отметить, что при данном методе определения заполняемой клетки, стоимость перевозок как правило бывает меньше, чем при методе северно западного угла. Поэтому целесообразно начальный опорный план найти методом минимального элемента.
Рассмотрим метод минимального элемента на примере.
Пример 2. Найти опорный план транспортной задачи представленной в таблице условий ниже методом минимального элемента:
| . |
Число пунктов отправления m=3, а число пунктов назначения n=4. Следовательно опорный план задачи определяется числами, стоящими в m+n−1=3+4−1=6 заполненых клетках таблицы. Тарифы перевозок единицы груза из кажного пункта отправления во все пункты назначения задаются матрицей
| . |
Наличие груза у поставщиков равно: .
Общая потребность в грузе в пунктах назначения равна: .
Модель транспортной задачи является закрытой. Следовательно она разрешима.
Минимальный тариф равный 1 находится в клетке (A1, B3). Поэтому заполняем эту клетку.
A1>B3. Следовательно в клетку (A1, B3) помещаем число 70. Потребности пункта B3 полностью удовлетворены. Поэтому исключаем из рассмотрения столбец B3 и будем считать запасы пункта A1 равными 150−70=80.
| . |
Минимальный тариф равный 1 находится в клетке (A2, B4). Поэтому заполняем эту клетку.
A2>B4. Следовательно в клетку (A2, B4) помещаем число 40. Потребности пункта B4 полностью удовлетворены. Поэтому исключаем из рассмотрения столбец B4 и будем считать запасы пункта A2 равными 100−40=60.
| . |
Таким образом, продолжая процедуру в m+n−1-ом шаге получим:
| . |
Запишем полученный опорный план:
| . |
При этом плане стоимость перевозок вычисляется так:
| F=. |
Суть метода аппроксимации Фогеля заключается в следующем. Для каждой строки и для каждого столбца находим разности между двумя записанными в них минимальными тарифами. Полученные разности записываем в специально отведенные для этого столбце и в строке в таблице условий задачи.
Среди указанных разностей выбираем максимальную. В строке (или в столбце), которой данная разность соответствует, определяем минимальный тариф. Клетку, в которой он записан заполняем на данной итерации.
Если минимальный тариф одинаков для нескольких клеток данной строки (столбца), то для заполнения выбираем ту клетку, которая соответствует наибольшей разности между двумя минимальными тарифами в данном столбце (строке).
Применение метода аппроксимации фогеля позволяет получить либо опорный план, близкий к оптимальнму, либо сам оптимальный план.
Рассмотрим метод аппроксимации Фогеля на примере 2, рассмотренной выше.
Пример 3. Найти опорный план транспортной задачи представленной в таблице условий ниже методом аппроксимации Фогеля:
| . |
Число пунктов отправления m=3, а число пунктов назначения n=4. Следовательно опорный план задачи определяется числами, стоящими в m+n−1=3+4−1=6 заполненых клетках таблицы. Тарифы перевозок единицы груза из кажного пункта отправления во все пункты назначения задаются матрицей
| . |
Наличие груза у поставщиков равно: .
Общая потребность в грузе в пунктах назначения равна: .
Модель транспортной задачи является закрытой. Следовательно она разрешима.
Для каждой строки Ai найдем разности между двумя минимальными тарифами, записанными в данной строке и поместим их в соответствующем дополнительном столбце.
В строке 1 минимальный тариф равен 1, а следующий за ним равен 2, разность между ними 2−1=1. В строке 2 минимальный тариф равен 1, а следующий за ним равен 3, разность между ними 3−1=2. В строке 3 минимальный тариф равен 3, а следующий за ним равен 3, разность между ними 3−3=0.
Для каждого столбца Bj найдем разности между двумя минимальными тарифами, записанными в данном столбце и поместим их в соответствующей дополнительной строке.
В столбце 1 минимальный тариф равен 2, а следующий за ним равен 3, разность между ними 3−2=1. В столбце 2 минимальный тариф равен 3, а следующий за ним равен 4, разность между ними 4−3=1. В столбце 3 минимальный тариф равен 1, а следующий за ним равен 3, разность между ними 3−1=2. В столбце 4 минимальный тариф равен 1, а следующий за ним равен 2, разность между ними 2−1=1.
Вычислив все разности выберем наибольшую из них. В данном случае наибольшая разница равна 2. В этом столбце минимальный тариф равен 1 и находится в пересечении строки A 1 и столбца B3. Следовательно заполняем эту клетку.
A1>B3. Следовательно в клетку помещаем число 70. Потребности пункта B3 полностью удовлетворены. Поэтому исключаем из рассмотрения столбец B3 и будем считать запасы пункта A1 равными 150−70=80.
| . |
Для каждой строки Ai найдем разности между двумя минимальными тарифами, записанными в данной строке и поместим их в соответствующем дополнительном столбце.
В столбце 1 минимальный тариф равен 2, а следующий за ним равен 3, разность между ними 3−2=1. В столбце 2 минимальный тариф равен 3, а следующий за ним равен 4, разность между ними 4−3=1. В столбце 3 минимальный тариф равен 1, а следующий за ним равен 3, разность между ними 3−1=2. В столбце 4 минимальный тариф равен 1, а следующий за ним равен 2, разность между ними 2−1=1. В строке 1 минимальный тариф равен 2, а следующий за ним равен 2, разность между ними 2−2=0. В строке 2 минимальный тариф равен 1, а следующий за ним равен 3, разность между ними 3−1=2. В строке 3 минимальный тариф равен 3, а следующий за ним равен 4, разность между ними 4−3=1.
Для каждого столбца Bj найдем разности между двумя минимальными тарифами, записанными в данном столбце и поместим их в соответствующей дополнительной строке.
В столбце 1 минимальный тариф равен 2, а следующий за ним равен 3, разность между ними 3−2=1. В столбце 2 минимальный тариф равен 3, а следующий за ним равен 4, разность между ними 4−3=1. В столбце 4 минимальный тариф равен 1, а следующий за ним равен 2, разность между ними 2−1=1.
Вычислив все разности выберем наибольшую из них. В данном случае наибольшая разница равна 2. В этой строке минимальный тариф равен 1 и находится в пересечении строки A2 и столбца B4. Следовательно заполняем эту клетку.
A2>B4. Следовательно в клетку помещаем число 40. Потребности пункта B4 полностью удовлетворены. Поэтому исключаем из рассмотрения столбец B4 и будем считать запасы пункта A2 равными 100−40=60.
| . |
Таким образом, продолжая процедуру в m+n−1-ом шаге получим:
| . |
Запишем полученный опорный план:
| . |
При этом плане стоимость перевозок вычисляется так:
F=2·40+3·40+1·70+ 4·60+1·40+3·100=850.
Для определения оптимального плана транспортной задачи разработано нескольно методов. Мы расмотрим метод потенциалов и метод дифференциальных рент.
Процедура нахождения оптимального плана транспортной задачи имеет два этапа. На первом этапе находят опорной план транспортной задачи. Далее последовательно улучшают найденный опорный план до получения оптимального плана.
Для определения опорного плана будем пользоваться методом северно-западного угла, методом минимального элемента или методом аппроксимации Фогеля рассмотренных выше.
Для онлайн решения задачи методом потенциалов пользуйтель калькулятором транспортная задача онлайн.
При применении этих методов получаем m+n−1 занятых клеток в исходном плане. Отметим, что в некоторых клетках могут стоять нули. Полученный план следует проверить на оптимальность.
Теорема. Если для некоторого опорного плана (i=1,..,m; j=1,...,n) транспортной задачи существуют такие числа α1, α1, ..., αm, β1, β2, ..., βn, что
| . |
для всех i=1,..,m; j=1,...,n, то − оптимальный план транспортной задачи.
Определение 6.1. Числа αi и βj (i=1,..,m; j=1,...,n) называются потенциалами пунктов отправления и пунктов назначения, соответственно.
Вышеизложенная теорема позволяет построить алгоритм нахождения оптимального плана транспортной задачи.
Алгоритм состоит в следующем. Предположим, что одним из рассмотренных выше методов найден опорный план транспортной задачи. Для каждого из пунктов отправления и назначения определяют потенциалы αi и βj (i=1,..,m; j=1,...,n) из системы уравнений
| , | (6.1) |
где сij − тарифы транспортной задачи в заполненных клетках.
Так как число заполненных клеток равно m+n−1, то система (6.1) с m+n неизвестными содержит m+n−1 уравнений. Для решения данной задачи одно из неизвестных можно сделать равным нулю и найти остальные неизвестные. После этого, для свободных клеток определяем числа
| . |
Если среди чисел αij нет положительных, то найденный опорный план является оптимальным. Если же для некоторой свободной клетки αij>0, то данный опорный план не является оптимальным и необходимо перейти к новому опорному плану. Для этого рассматривают все свободные клетки, для которых αij>0 и среди данных чисел выбирают максимальное. Клетку с данным числом следует заполнить.
Надо учитывать, что при заполнении данной клетки необходимо изменить объем поставок в нескольких других клетках.
Определение 6.2. Циклом в таблице условий транспортной задачи называется ломанная линия, вершины которой расположены в занятых клетках таблицы, а звеня расположены вдоль строк и столбцов. В каждой вершине цикла встречается два звена, одно из которых находится в строке, а другой в столбце.
Если ломаннная линия, образующая цикл, самопересекается, то место пересечения не является вершиной. Некоторые циклы представлены на рисунке Рис.6.1.
При правильном строении опорного плана для любой свободной клетки можно построить только один цикл. После построения цикла следует перейти к новому опорному плану. Для этого в каждой из клеток, находящихся на вершине цикла записывают определенный знак "+" или "−" . В свободной клетке записывают знак "+" и поочередно проходя по циклу записывают знаки "−" и "+". Назовем клетки с записанными в них знаками плюсовыми и минусовыми.
Далее в свободную клетку переносят меньшее из чисел xij, находящихся в минусовых клетках. Это число прибавляют к числам, стоящим в плюсовых клетках а вычисляют из чисел, стоящих в минусовых клетках. Клетка, которая была свободной, становится занятой, а минусовая клетка с минимальным из чисел xij, находящихся в минусовых клетках считается свободным.
В результате вышеуказанных перемещений груза по циклу, получим новый опорный план транспортной задачи. Описанный переход от одного опорного плана транспортной задачи к другому опорному плану называется сдвигом по циклу пересчета.
При сдвиге по циклу пересчета число занятых клеток не изменяется и равно m+n−1. Если в минусовых клетках имеется два и более одинаковых минимальных числа xij, то освобождают только одину, о остальные оставляют занятыми с нулевыми значениями.
Далее полученный опорный план проверяют на оптимальность. Для этого определяют потенциалы пунктов отправления и назначения и находят числа αij=βj−αi−cij для всех свободных клеток. Если среди них не окажется положительный, то получен оптимальный план. Если же среди них есть положительный, то нужно перейти к новому опорному плану. После конечнего числа шагов получяют оптимальный план.
Таким образом алгоритм нахождения оптимального плана содержит следующие этапы:
1. Нахождение опорного плана. При этом число заполненных клеток должно быть равным m+n−1.
2. Нахождение потенциалов αi и βj (i=1,..,m; j=1,...,n) пунктов отправления и назначения соответственно.
3. Определение числа αij для каждой свободной клетки. Если среди αij нет положительных, то получен оптимальный план транспортной задачи. Если же они имеются, то делается переход к новому опорному плану.
4. Выбор максимального среди положительных чисел αij . Определение свободной клетки, которую нужно заполнить. Построение цикла пересчета для выбранной свободной клетки. Сдвиг по циклу пересчета.
5. Проверка полученного опорного плана на оптимальность, т.е. переход к пункту 2.
Отметим, что в некотором шаге опорный план может стать вырожденным. Чтобы избежать зацикливания следует преобразовать вырожденный план в невыроженный путем замены соответствующий нулевых элементов опорного плана на сколь угодно малыми положительными числами δ и решить задачу. После решения, в оптимальном плане нужно заменить δ нулем.
Рассмотрим метод потенциалов на примере.
Пример 6.1. Решить транспортную задачу, заданную в таблице условий методом потенциалов:
Решение. Найдем сначала опорный план с помощью одного из методов описанного выше. Пусть это будет метод минимального элемента. Тогда после m+n−1 шагов получим следующую таблицу с опорным планом:
Опорный план имеет следующий вид:
При этом плане стоимость перевозок вычисляется так:
| F |
Проверяем полученный опорный план на оптимальность. Для этого находим потенциалы пунктов отправления и назначения. Для заполненных клеток составляем систему из 6 уравнений с 7 неизвестными:
Полагая α1=0, находим β2=2, β3=1, α2=-1, α3=-3, β4=0, β2=5
Для каждой свободной клетки вычисляем число αij=βj−αi−cij. α12=2, α14=-2, α22=2, α23=-3, α33=-1, α34=-3.
Полученные числа заключаем в рамки и записываем их в соотвестствующие клетки таблицы:
Среди чисел αij есть положительные. Следовательно данный опорный план не является оптимальным. Наибольшее положительное число 2 находится в пересечении строки A1 и столбца B2. Для данной свободной клетки строим цикл пересчета. Для этого вставим в эту клетку знак "+" а остальные клетки цикла поочередно знаки "−" и "+".
Наименьшее из чисел в минусовых клетках равно 80. Клетка, в которой находится это число становится свободной. В новой таблице другие числа получаются так. Числам, находящимся в плюсовых клетках добавляется 80, а из чисел, находящихся в минусовых клентках вычитается это число.
Опорный план имеет следующий вид:
При этом плане стоимость перевозок вычисляется так:
| F |
Проверяем полученный опорный план на оптимальность. Для этого находим потенциалы пунктов отправления и назначения. Для заполненных клеток составляем систему из 6 уравнений с 7 неизвестными:
Полагая α1=0, находим β2=3, β3=1, α3=-3, β1=0, α2=-3, β4=-2
Для каждой свободной клетки вычисляем число αij=βj−αi−cij. α11=-2, α14=-4, α22=2, α23=-1, α33=1, α34=-3.
Полученные числа заключаем в рамки и записываем их в соотвестствующие клетки таблицы:
Полученные числа заключаем в рамки и записываем их в соотвестствующие клетки таблицы:
Среди чисел αij есть положительные. Следовательно данный опорный план не является оптимальным. Наибольшее положительное число 2 находится в пересечении строки A2 и столбца B2. Для данной свободной клетки строим цикл пересчета. Для этого вставим в эту клетку знак "+" а остальные клетки цикла поочередно знаки "−" и "+".
Наименьшее из чисел в минусовых клетках равно 20. Клетка, в которой находится это число становится свободной. В новой таблице другие числа получаются так. Числам, находящимся в плюсовых клетках добавляется 20, а из чисел, находящихся в минусовых клентках вычитается это число.
Опорный план имеет следующий вид:
При этом плане стоимость перевозок вычисляется так:
| F |
Проверяем полученный опорный план на оптимальность. Для этого находим потенциалы пунктов отправления и назначения. Для заполненных клеток составляем систему из 6 уравнений с 7 неизвестными:
Полагая α1=0, находим β2=3, β3=1, α2=-1, β1=2, β4=0, α3=-1
Для каждой свободной клетки вычисляем число αij=βj−αi−cij. α11=0, α14=-2, α23=-3, α32=-2, α33=-1, α34=-3.
Среди чисел αij нет положительных. Следовательно данный опорный план является оптимальным.
Ответ. Оптимальный план имеет следующий вид:
При этом плане стоимость перевозок вычисляется так:
| F |
При нахождении решения транспортной задачи методом дифференциальных рент сначала распределяем часть груза наилучшим образом между пунктами назначения и получаем так называемое условно оптимальное распеделение. На последующих итерациях уменьшаем общий объем нераспределенных поставок. Для решения транспортной задачи методом дифференциальных рент в онлайн режиме с подробными пояснениями пользуйтесь калькулятором метод дифференциальных рент онлайн.
Начальное распределение груза определяется следующим образом. Для каждого столбца определяем минимальный тариф и заключаем в квадрат. Клетки с тарифами в квадратах заполняем максимально возможными числами. В результате получим некоторое распределение поставок груза в пункты назначения. Это распределение в общем случае не удовлетворяет ограничениям транспортной задачи. Далее шаг за шагом нужно постепенно сокращать нераспределенные поставки груза так, чтобы общая стоимисть перевозки оставалась минимальным. Для этого определяем избыточные и недостаточные строки.
Определение 7.1. Строки, соответствующие пунктом отправления, запасы которых полностью распределены а среди пунктов назначения, связанные с этим распределением есть неудовлетворенные потребности называются недостаточными или отрицательными.
Определение 7.2. Строки, запасы которых не распределены полностью называются избыточными или положительными.
После определения недостаточных и избыточных строк, в дополнительном столбце записываем величину избытка или недостатка. Избыток записывается со знаком "+", а недостаток со знаком "-".
В случае избытка для данной строки в дополнительном столбце записываем разность между запасом груза данного пункта отправления и суммой всех поставок данной строки. Если же данная строка недостаточная, то определяем общий объем поставок, которая недостает для удовлетворения всех потребностей пунктов назначения, связанных с данным распределением груза.
После определения избыточных и недостаточных строк, для каждого столбца находим разности между числом в квадрате и ближащим к нему тарифом, записанным в избыточной строке. Если число в квадрате стоит в избыточной строке, то разность не определяем. Все разности записываем в дополнительной строке. Среди этих разностей находим наимельшее. Это число называется промежуточной рентой. Далее переходим к новой таблице. Эта таблица получается из предыдущей таблицы прибавлением промежуточной ренты к соответствующим тарифам, стоящим в недостаточных строках. Остальные элементы оставляем прежними. Все клетки новой таблицы считем свободными и начинаем их заполнять. В новой таблице число заполненных клеток на одну больше, чем в предыдущей таблице. Эта клетка находится в столбце с промежуточной рентой.
Так как число заполненных клеток больше, чем столбцов, то при заполнении следует соблюдать специальное правило, которое состоит в следующем.
Выбираем некоторый столбец (строку), в котором имеется одна клетка с помещенным в ней квадратом. Эту клетку заполняем и исключаем из рассмотрения данный столбец (строку). После этого берем некоторую строку (столбец), в котором имеется одна клетка с помещенным в ней квадратом. Эту клетку заполняем и исключаем из рассмотрения данную строку (столбец). Продолжая так, после конечного числа шагов заполняем все клетки, в которых помещены квадраты с записанными в них числами.
Если удается распределить весь груз в пунктах отправления между пунктами назначения, то получаем оптимальный план. В противном случае переходим к новой таблице. Для этого находим извыточные и недостаточные строки, прмежуточную ренту и на основе этого строим новую таблицу.
При определении избыточности или недостаточности строк могут возникнуть трудности когда ее нераспределенный остаток равен нулю. Этот вопрос мы рассмотрим ниже на конкретном примере.
После конечного числа итераций распределенный остаток станет равным нулю. В результате получим оптимальный план данной транспортной задачи.
Пример. Найти решение транспортной задачи представленной в таблице условий методом дифференциальных рент:
| . |
Решение. Число пунктов отправления m=3, а число пунктов назначения n=4. Следовательно опорный план задачи определяется числами, стоящими в m+n−1=3+4−1=6 заполненых клетках таблицы. Тарифы перевозок единицы груза из каждого пункта отправления во все пункты назначения задаются матрицей
| . |
Наличие груза у поставщиков равно:
Общая потребность в грузе в пунктах назначения равна:
. Модель транспортной задачи является закрытой. Следовательно она разрешима.
Найдем оптимальный план транспортной задачи методом дифференциальных рент.
Итерация 1:
В каждом из столбцов таблицы находим минимальные тарифы и заключаем в рамки. Если в каком-либо столбце окажется несколько одинаковых минимальных тарифов, то выбираем какой-нибудь из них, причем неважно какой. Заполняем клетки, в которых стоят указанные числа. Сначала находим те столбцы (строки) в которых есть только одна клетка для заполнения. Заполнив ее, исключаем из рассмотрения данный столбец (строку) и переходим к заполнению следующей клетки.
Последовательность заполнения клеток следующее: A1B1, A3B2, A2B3, A2B4.
| . |
В результате заполнения отмеченных клеток получен условно оптимальный план.
После получения условно оптимального плана определяем избыточные и недостаточные строки. Строка A1 является недостаточной, поскольку запасы пункта отправления A1 распределены полностью, а потребности пункта назначения B1 удовлетворены частично. При этом величина недостатка равна 20. Строка A3 является недостаточной, поскольку запасы пункта отправления A3 распределены полностью, а потребности пункта назначения B2 удовлетворены частично. При этом величина недостатка равна 20. Строка A2 является избыточным, поскольку запасы пункта отправления A2 распределены не полностью. При этом величина избытка этой строки равна 40.
Нераспределенный остаток равен 40. Суммарный объем поставок равен 150.
После определения избыточных и недостаточных строк, по каждому из столбцов находим разности между минимальными тарифами, записанными в избыточных строках, и тарифами, стоящими в заполненных клетках.
В столбце 1 минимальный тариф в избыточных строках равно 4 а число стоящее в рамке равно 2. Cледовательно, разность для данного столбца равна 4−2=2. В столбце 2 минимальный тариф в избыточных строках равно 3 а число стоящее в рамке равно 2. Cледовательно, разность для данного столбца равна 3−2=1. Для столбца 3 разность не определена, так как число, записанное в рамке в данном столбце находится в положительной строке. Для столбца 4 разность не определена, так как число, записанное в рамке в данном столбце находится в положительной строке.
Избыточные и недостаточные оценки помещаем в дополнительный столбец, а разности в дополнительную строку:
| . |
Выбираем наименьшую из найденных разностей, которая является промежуточной рентой. В данном случае промежуточная рента равна 1 и находится в столбце B2. Далее переходим к следующей таблице. В этой таблице в строках (являющихся избыточными) переписываем соответствующие тарифы из предыдущей таблицы, а тарифы недостаточных строках получаются в результате прибавления к ним величину промежуточной ренты, т.е. 1.
Итерация 2:
В каждом из столбцов таблицы находим минимальные тарифы и заключаем в рамки. Заполняем клетки, в которых стоят указанные числа. Сначала находим те столбцы (строки) в которых есть только одна клетка для заполнения. Заполнив ее, исключаем из рассмотрения данный столбец (строку) и переходим к заполнению следующей клетки.
Последовательность заполнения клеток следующее: A1B1, A2B3, A2B4, A2B2, A3B2.
| . |
В результате заполнения отмеченных клеток получен условно оптимальный план.
После получения условно оптимального плана определяем избыточные и недостаточные строки. Строка A1 является недостаточной, поскольку запасы пункта отправления A1 распределены полностью, а потребности пункта назначения B1 удовлетворены частично. При этом величина недостатка равна 20. Строка A3 является избыточным, поскольку запасы пункта отправления A3 распределены не полностью. При этом величина избытка этой строки равна 20.
Нераспределенный остаток равен 20. Суммарный объем поставок равен 170.
Избыточные и недостаточные оценки помещаем в дополнительный столбец.
| . |
Определяем положительность или отрицательность нулевой строки A2. Для этого запасы этой строки увеличиваем на 1 и снова заполняем таблицу. Если суммарный объем поставок не изменится, то строка положительная, в противном случае − отрицательная.
Последовательность заполнения клеток следующее: A1B1, A2B3, A2B4,A2B2, A3B2:
| . |
Суммарный объем поставок не изменился (170). Следовательно строка A2 избыточна (положительна).
После определения избыточных и недостаточных строк, по каждому из столбцов находим разности между минимальными тарифами, записанными в избыточных строках, и тарифами, стоящими в заполненных клетках.
В столбце 1 минимальный тариф в избыточных строках равно 4 а число стоящее в рамке равно 3. Cледовательно, разность для данного столбца равна 4−3=1. Для столбца 2 разность не определена, так как число, записанное в рамке в данном столбце находится в положительной строке. Для столбца 3 разность не определена, так как число, записанное в рамке в данном столбце находится в положительной строке. Для столбца 4 разность не определена, так как число, записанное в рамке в данном столбце находится в положительной строке.
Выбираем наименьшую из найденных разностей, которая является промежуточной рентой. В данном случае промежуточная рента равна 1 и находится в столбце B1. Далее переходим к следующей таблице. В этой таблице в строках (являющихся избыточными) переписываем соответствующие тарифы из предыдущей таблицы, а тарифы недостаточных строках получаются в результате прибавления к ним величину промежуточной ренты, т.е. 1.
Итерация 3:
В каждом из столбцов таблицы находим минимальные тарифы и заключаем в рамки. Заполняем клетки, в которых стоят указанные числа. Сначала находим те столбцы (строки) в которых есть только одна клетка для заполнения. Заполнив ее, исключаем из рассмотрения данный столбец (строку) и переходим к заполнению следующей клетки.
Последовательность заполнения клеток следующее: A2B3, A2B4, A1B1, A2B1, A3B1,A2B2, A3B2.
| . |
В результате заполнения отмеченных клеток получен условно оптимальный план. После получения условно оптимального плана определяем избыточные и недостаточные строки.
| . |
Посмотрев на таблицу выше мы видим, что избыточных и недостаточных строк нет. Нераспределенный остаток равен 0. Суммарный объем поставок равен 190. Все имеющие запасы распределены в соответствии фактическими потребностями пунктов назначения. Следовательно получен оптимальный план.
Ответ.
Оптимальный план имеет следующий вид:
| . |
При этом плане стоимость перевозок вычисляется так:
| . |