ftd
.pdfПример 3.3
Решить задачу линейного программирования графическим методом
F x1 x2 |
x3 3x4 |
7x5 min, |
||||||
x x x 2x 3x 4, |
||||||||
|
1 |
|
2 |
3 |
4 |
5 |
||
x1 |
x2 4x3 x4 8x5 3, |
|||||||
x |
x |
|
4x |
4, |
||||
2 |
3 |
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
xj |
0, |
j |
|
. |
||
|
|
1;5 |
Решение
Методом Жордана–Гаусса приведем систему уравнений-ограничений задачи к равносильной
|
|
1 |
1 1 |
2 |
3 |
|
|
|
4 |
1 |
1 1 |
2 |
3 |
|
4 |
||||
|
|
|
|
||||||||||||||||
A |
|
B 1 |
1 4 |
1 |
|
8 |
|
|
|
3 ~ 0 2 |
5 |
3 |
11 |
|
7 ~ |
||||
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
1 1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
0 |
|
4 |
|
4 |
0 |
4 |
|
4 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
1 0 |
0 |
2 |
1 |
|
8 |
1 0 0 |
|
2 |
1 |
|
8 |
||||||
|
|
~ 0 0 |
3 |
3 |
3 |
|
15 ~ 0 0 1 |
1 |
1 |
|
5 . |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
0 1 |
1 |
0 |
4 |
|
4 |
0 1 0 |
|
3 |
|
9 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
Поскольку система совместна (r=rang A rang A B 3) и выполняется ус-
ловие n r 2, где n – число неизвестных системы ограничений, то данная задача линейного программирования может быть решена графическим методом.
На основе последней матрицы запишем систему в следующем виде
x |
|
2x |
x |
8, |
|
|
|
1 |
|
4 |
5 |
5, |
|
|
|
|
x3 x4 |
x5 |
(*) |
|
|
|
x2 |
x4 3x5 9. |
|
||
|
|
|
||||
Выразим в системе (*) базисные неизвестные x1, x2, |
x3 через свободные |
|||||
x4, x5 |
|
|
|
|
|
|
|
x 8 2x x , |
|
||||
|
|
1 |
4 |
5 |
|
|
|
x3 5 x4 x5, |
|
(**) |
|||
|
x 9 x 3x . |
|
||||
|
|
2 |
4 |
5 |
|
|
Исключим базисные переменные из целевой функции
F 8 2x4 x5 9 x4 3x5 5 x4 x5 3x4 7x5 22 x4 4x5.
По условию xj 0, j 1;5, поэтому в преобразованных уравнениях-
ограничениях (*) отбросим базисные неизвестные и заменим знаки равенства знаками неравенства « », получим вспомогательную задачу линейного программирования с двумя переменными
60
F 22 x4 4x5 min,
2x4 x5 8,x4 x5 5,
x4 3x5 9, x4 0, x5 0.
Решим задачу графическим методом. Свободный член в целевой функции 22 на отыскание оптимального решения не влияет и учитывается только при вычислении значения целевой функции.
Определим многоугольник решений
l : 2x x 8, |
|
x4 |
|
|
|
x5 |
|
1; |
||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
1 |
4 |
5 |
4 |
|
8 |
|
|
|
||||||
l |
2 |
: x x 5; |
x4 |
|
|
x5 |
|
1; |
||||||
|
|
|
|
|||||||||||
|
4 |
5 |
5 |
|
|
|
5 |
|||||||
l : x 3x 9; |
|
x4 |
|
|
x5 |
1; |
||||||||
|
|
|
|
|||||||||||
3 |
4 |
5 |
9 |
3 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
l4 : x4 0; l5 : x5 0.
Найдем полуплоскость, определяемую каждым неравенством. Возьмем точку с
координатами 5;3 для всех неравенств |
|
2 5 3 8 – верно; |
5 0 – верно; |
5 3 5 – верно; |
5 0 – верно; |
5 3 3 9 – верно; |
|
Значит, относительно каждой прямой искомыми являются полуплоскости, в
которых лежит точка 5;3 . Пересечение этих полуплоскостей является много-
угольником решений задачи (рис. 11). |
|
|
|
||
Построим |
вектор цели |
c 1;4 |
и |
прямую |
нулевого уровня |
l0 : x4 4x5 |
0. Переместим |
прямую l0 |
в |
направлении |
противоположном |
вектору c до последней общей точки ее с многоугольником решений – точки A. Координаты этой точки определяют оптимальное решение вспомогательной задачи.
A l2 l3:
x |
x 5, |
x x 5, |
x* 6, |
||
4 5 |
|
4 |
5 |
4 |
|
x |
3x 9; |
4x 4; |
x* 1. |
||
4 |
5 |
|
5 |
5 |
Вычислим минимальное значение целевой функции
Fmin 22 6 4 1 20.
61
х5 l1 l4
8
c |
|
|
|
|
l3 3 |
|
|
|
l0 |
l5 |
|
|
A |
x4 |
4 |
5 |
|
||
0 |
|
9 |
l2 -5
Рис. 11
Подставим найденные значения x* и x* |
в систему (**) и вычислим значения |
|
4 |
5 |
|
остальных переменных |
|
|
x 8 2 6 1, |
x 5, |
|
1 |
|
1 |
x3 5 6 1, |
|
x3 0, |
x 9 6 3 1; |
x 0. |
|
2 |
|
2 |
Таким образом, оптимальное решение исходной задачи:
X* 5;0;0;6;1 . Ответ: Fmin 20 при X* 5;0;0;6;1 .
Задача 3.4. На три базы A1, A2, A3 поступил однородный товар соответст-
венно в количестве: a1, a2, a3. Товар требуется перевезти в количестве b1
единиц в магазин B1, в количестве b2 единиц в магазин B2, b3 ед. в магазин
B3, b4 ед. в магазин B4, b5 ед. в магазин B5. Матрица тарифов перевозок
62
cij между базами и магазинами, запасы товаров на базах и потребности в |
|||||||
товарах для магазинов заданы таблицей: |
|
|
|
|
|||
Базы |
Магазины |
B |
B |
B |
B |
B |
Запасы a |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
i |
|
A1 |
c11 |
c12 |
c13 |
c14 |
c15 |
a1 |
|
A2 |
c21 |
c22 |
c23 |
c24 |
c25 |
a2 |
|
A3 |
c31 |
c32 |
c33 |
c34 |
c35 |
a3 |
Потребности bj |
b1 |
b2 |
b3 |
b4 |
b5 |
|
|
Спланировать план перевозок таким образом, чтобы общая их стои- |
|||||||
мость была минимальной. |
|
|
|
|
|
|
|
Данные к условию задачи, соответствующие вариантам: |
1) |
Магазины |
B |
B |
B |
B |
B |
Запасы a |
Базы |
|||||||
|
A1 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
i |
|
14 |
8 |
17 |
5 |
3 |
120 |
|
|
A2 |
21 |
10 |
7 |
11 |
6 |
180 |
|
A3 |
3 |
5 |
8 |
4 |
9 |
200 |
Потребности bj |
70 |
120 |
105 |
125 |
110 |
|
|
2) |
Магазины |
B |
B |
B |
B |
B |
Запасы a |
Базы |
|||||||
|
A1 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
i |
|
21 |
18 |
14 |
3 |
6 |
400 |
|
A2 |
7 |
11 |
10 |
5 |
12 |
370 |
|
A3 |
4 |
8 |
16 |
9 |
13 |
380 |
Потребности bj |
250 |
200 |
290 |
260 |
100 |
|
|
3) |
Магазины |
B |
B |
B |
B |
B |
Запасы a |
Базы |
|||||||
|
A1 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
i |
|
14 |
8 |
17 |
5 |
3 |
530 |
|
|
A2 |
21 |
10 |
7 |
11 |
6 |
570 |
|
A3 |
3 |
5 |
8 |
4 |
9 |
600 |
Потребности bj |
300 |
380 |
450 |
370 |
250 |
|
|
4) |
Магазины |
B |
B |
B |
B |
B |
Запасы a |
Базы |
|||||||
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
i |
A1 |
2 |
10 |
15 |
14 |
4 |
350 |
A2 |
3 |
7 |
12 |
5 |
8 |
350 |
A3 |
21 |
18 |
6 |
13 |
16 |
300 |
Потребности bj |
180 |
220 |
230 |
270 |
100 |
|
63
5) |
Магазины |
B1 |
B2 |
B3 |
B4 |
B5 |
Запасы ai |
|
Базы |
||||||||
|
A1 |
12 |
9 |
7 |
11 |
6 |
350 |
|
|
A2 |
4 |
3 |
12 |
2 |
8 |
300 |
|
|
A3 |
5 |
17 |
9 |
4 |
11 |
300 |
|
Потребности bj |
180 |
220 |
230 |
270 |
100 |
|
||
6) |
Магазины |
B1 |
B2 |
B3 |
B4 |
B5 |
Запасы ai |
|
Базы |
||||||||
|
A1 |
2 |
4 |
11 |
5 |
3 |
400 |
|
|
A2 |
8 |
17 |
13 |
7 |
6 |
370 |
|
|
A3 |
14 |
10 |
5 |
8 |
9 |
380 |
|
Потребности bj |
250 |
200 |
290 |
210 |
150 |
|
||
7) |
Магазины |
B |
B |
B |
B |
B |
Запасы a |
|
Базы |
||||||||
A1 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
i |
||
|
2 |
4 |
5 |
11 |
3 |
120 |
||
|
A2 |
12 |
8 |
6 |
14 |
11 |
150 |
|
|
A3 |
10 |
15 |
7 |
9 |
18 |
100 |
|
Потребности bj |
85 |
65 |
90 |
60 |
70 |
|
||
8) |
Магазины |
B1 |
B2 |
B3 |
B4 |
B5 |
Запасы ai |
|
Базы |
||||||||
|
A1 |
3 |
8 |
7 |
11 |
15 |
120 |
|
|
A2 |
14 |
3 |
1 |
8 |
6 |
180 |
|
|
A3 |
9 |
5 |
16 |
7 |
12 |
200 |
|
Потребности bj |
70 |
120 |
105 |
125 |
110 |
|
||
9) |
Магазины |
B1 |
B2 |
B3 |
B4 |
B5 |
Запасы ai |
|
Базы |
A1 |
11 |
4 |
15 |
7 |
2 |
260 |
A2 |
20 |
9 |
7 |
14 |
5 |
400 |
A3 |
18 |
10 |
3 |
8 |
6 |
240 |
Потребности bj |
180 |
200 |
190 |
230 |
100 |
|
64
10) |
Магазины |
B1 |
B2 |
B3 |
B4 |
B5 |
Запасы ai |
|
Базы |
||||||||
|
A1 |
12 |
9 |
7 |
11 |
6 |
150 |
|
|
A2 |
4 |
3 |
12 |
2 |
8 |
170 |
|
|
A3 |
5 |
17 |
9 |
4 |
11 |
260 |
|
Потребности bj |
100 |
70 |
150 |
150 |
80 |
|
||
11) |
Магазины |
B1 |
B2 |
B3 |
B4 |
B5 |
Запасы ai |
|
Базы |
||||||||
|
A1 |
7 |
4 |
15 |
9 |
14 |
170 |
|
|
A2 |
11 |
2 |
7 |
3 |
10 |
150 |
|
|
A3 |
4 |
5 |
12 |
8 |
17 |
180 |
|
Потребности bj |
90 |
120 |
110 |
130 |
70 |
|
||
12) |
Магазины |
B |
B |
B |
B |
B |
Запасы a |
|
Базы |
||||||||
A1 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
i |
||
|
2 |
4 |
11 |
5 |
3 |
350 |
||
|
A2 |
8 |
17 |
13 |
7 |
6 |
200 |
|
|
A3 |
14 |
10 |
5 |
8 |
9 |
270 |
|
Потребности bj |
190 |
280 |
110 |
100 |
120 |
|
||
13) |
Магазины |
B1 |
B2 |
B3 |
B4 |
B5 |
Запасы ai |
|
Базы |
||||||||
|
A1 |
3 |
10 |
14 |
15 |
6 |
370 |
|
|
A2 |
2 |
22 |
4 |
12 |
9 |
450 |
|
|
A3 |
8 |
5 |
11 |
15 |
7 |
480 |
|
Потребности bj |
300 |
280 |
330 |
290 |
100 |
|
||
14) |
Магазины |
B1 |
B2 |
B3 |
B4 |
B5 |
Запасы ai |
|
Базы |
A1 |
7 |
4 |
15 |
9 |
14 |
100 |
A2 |
11 |
2 |
7 |
3 |
10 |
100 |
A3 |
4 |
5 |
12 |
8 |
17 |
100 |
Потребности bj |
85 |
65 |
90 |
60 |
70 |
|
65
15) |
Магазины |
B1 |
B2 |
B3 |
B4 |
B5 |
Запасы ai |
|
Базы |
||||||||
|
A1 |
14 |
8 |
17 |
5 |
3 |
370 |
|
|
A2 |
21 |
10 |
7 |
11 |
6 |
450 |
|
|
A3 |
3 |
5 |
8 |
4 |
9 |
480 |
|
Потребности bj |
300 |
280 |
320 |
200 |
100 |
|
||
16) |
Магазины |
B1 |
B2 |
B3 |
B4 |
B5 |
Запасы ai |
|
Базы |
||||||||
|
A1 |
11 |
4 |
15 |
7 |
2 |
200 |
|
|
A2 |
20 |
9 |
7 |
14 |
5 |
300 |
|
|
A3 |
18 |
10 |
3 |
8 |
6 |
200 |
|
Потребности bj |
120 |
230 |
190 |
160 |
120 |
|
||
17) |
Магазины |
B |
B |
B |
B |
B |
Запасы a |
|
Базы |
||||||||
A1 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
i |
||
|
3 |
8 |
7 |
11 |
15 |
560 |
||
|
A2 |
14 |
3 |
1 |
8 |
6 |
570 |
|
|
A3 |
9 |
5 |
16 |
7 |
12 |
620 |
|
Потребности bj |
300 |
330 |
350 |
370 |
250 |
|
||
18) |
Магазины |
B1 |
B2 |
B3 |
B4 |
B5 |
Запасы ai |
|
Базы |
||||||||
|
A1 |
2 |
10 |
15 |
14 |
4 |
150 |
|
|
A2 |
3 |
7 |
12 |
5 |
8 |
170 |
|
|
A3 |
21 |
18 |
6 |
13 |
16 |
260 |
|
Потребности bj |
100 |
90 |
160 |
150 |
80 |
|
||
19) |
Магазины |
B1 |
B2 |
B3 |
B4 |
B5 |
Запасы ai |
|
Базы |
A1 |
14 |
8 |
17 |
5 |
3 |
120 |
A2 |
21 |
10 |
7 |
11 |
6 |
100 |
A3 |
3 |
5 |
8 |
4 |
9 |
230 |
Потребности bj |
70 |
120 |
105 |
125 |
110 |
|
66
20) |
Магазины |
B1 |
B2 |
B3 |
B4 |
B5 |
Запасы ai |
|
Базы |
||||||||
|
A1 |
12 |
9 |
7 |
11 |
6 |
175 |
|
|
A2 |
24 |
3 |
12 |
2 |
8 |
165 |
|
|
A3 |
5 |
17 |
9 |
4 |
11 |
180 |
|
Потребности bj |
50 |
110 |
110 |
100 |
70 |
|
||
21) |
Магазины |
B1 |
B2 |
B3 |
B4 |
B5 |
Запасы ai |
|
Базы |
||||||||
|
A1 |
3 |
8 |
7 |
11 |
15 |
200 |
|
|
A2 |
14 |
3 |
1 |
8 |
6 |
400 |
|
|
A3 |
9 |
5 |
16 |
7 |
12 |
200 |
|
Потребности bj |
180 |
200 |
190 |
230 |
100 |
|
||
22) |
Магазины |
B |
B |
B |
B |
B |
Запасы a |
|
Базы |
||||||||
A1 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
i |
||
|
2 |
4 |
11 |
5 |
3 |
250 |
||
|
A2 |
8 |
17 |
13 |
7 |
6 |
300 |
|
|
A3 |
14 |
10 |
5 |
8 |
9 |
270 |
|
Потребности bj |
120 |
230 |
190 |
160 |
120 |
|
||
23) |
Магазины |
B1 |
B2 |
B3 |
B4 |
B5 |
Запасы ai |
|
Базы |
||||||||
|
A1 |
3 |
10 |
14 |
15 |
6 |
100 |
|
|
A2 |
2 |
22 |
4 |
12 |
9 |
150 |
|
|
A3 |
8 |
5 |
11 |
15 |
7 |
180 |
|
Потребности bj |
90 |
120 |
110 |
130 |
70 |
|
||
24) |
Магазины |
B1 |
B2 |
B3 |
B4 |
B5 |
Запасы ai |
|
Базы |
A1 |
21 |
18 |
14 |
3 |
6 |
370 |
A2 |
7 |
11 |
10 |
5 |
12 |
450 |
A3 |
4 |
8 |
16 |
9 |
13 |
480 |
Потребности bj |
300 |
280 |
330 |
290 |
100 |
|
67
25) |
Магазины |
B1 |
B2 |
B3 |
B4 |
B5 |
Запасы ai |
|
Базы |
||||||||
|
A1 |
2 |
4 |
5 |
11 |
3 |
260 |
|
|
A2 |
12 |
8 |
6 |
14 |
11 |
400 |
|
|
A3 |
10 |
15 |
7 |
9 |
18 |
240 |
|
Потребности bj |
180 |
200 |
100 |
200 |
100 |
|
||
26) |
Магазины |
B1 |
B2 |
B3 |
B4 |
B5 |
Запасы ai |
|
Базы |
||||||||
|
A1 |
7 |
4 |
15 |
9 |
14 |
150 |
|
|
A2 |
11 |
2 |
7 |
3 |
10 |
170 |
|
|
A3 |
4 |
5 |
12 |
8 |
17 |
260 |
|
Потребности bj |
100 |
90 |
160 |
150 |
80 |
|
||
27) |
Магазины |
B |
B |
B |
B |
B |
Запасы a |
|
Базы |
||||||||
A1 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
i |
||
|
3 |
10 |
14 |
15 |
6 |
560 |
||
|
A2 |
2 |
22 |
4 |
12 |
9 |
570 |
|
|
A3 |
8 |
5 |
11 |
15 |
7 |
620 |
|
Потребности bj |
300 |
380 |
450 |
220 |
250 |
|
||
28) |
Магазины |
B1 |
B2 |
B3 |
B4 |
B5 |
Запасы ai |
|
Базы |
||||||||
|
A1 |
2 |
4 |
5 |
11 |
3 |
400 |
|
|
A2 |
12 |
8 |
6 |
14 |
11 |
370 |
|
|
A3 |
10 |
15 |
7 |
9 |
18 |
380 |
|
Потребности bj |
250 |
200 |
290 |
260 |
150 |
|
||
29) |
Магазины |
B1 |
B2 |
B3 |
B4 |
B5 |
Запасы ai |
|
Базы |
A1 |
11 |
4 |
15 |
7 |
2 |
350 |
A2 |
20 |
9 |
7 |
14 |
5 |
350 |
A3 |
18 |
10 |
3 |
8 |
6 |
300 |
Потребности bj |
180 |
220 |
230 |
270 |
100 |
|
68
30) |
Магазины |
B1 |
B2 |
B3 |
B4 |
B5 |
Запасы ai |
|
Базы |
||||||||
A1 |
|
21 |
18 |
14 |
3 |
6 |
120 |
|
A2 |
|
7 |
11 |
10 |
5 |
12 |
150 |
|
A3 |
|
4 |
8 |
16 |
9 |
13 |
100 |
|
Потребности bj |
80 |
60 |
80 |
60 |
50 |
|
||
Пример 3.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
На три базы |
Ai, |
i 1;3 |
поступил однородный товар, который требуется |
|||||
перевезти в магазины Bj , |
j 1;5. Матрица тарифов перевозок (cij ) между |
|||||||
базами и магазинами, запасы товаров (ai ) на базах и потребности в товарах |
||||||||
(bj ) для магазинов заданы таблицей: |
|
|
|
|
||||
Базы |
Магазины |
B1 |
B2 |
B3 |
B4 |
B5 |
Запасы ai |
|
A1 |
|
2 |
3 |
4 |
5 |
1 |
430 |
|
A2 |
|
2 |
4 |
3 |
6 |
7 |
320 |
|
A3 |
|
6 |
5 |
8 |
5 |
4 |
380 |
|
Потребности bj |
190 |
200 |
220 |
210 |
150 |
|
||
Спланировать план перевозок таким образом, чтобы общая их стои- |
||||||||
мость была минимальной. |
|
|
|
|
|
|
||
Решение |
|
|
|
|
|
|
|
|
Найдем суммарные запасы поставщиков (баз) и суммарные запросы потреби- |
||||||||
телей (магазинов) |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ai 430 320 380 1130, |
|
|
||||
|
5 |
i 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
bj 190 200 220 210 150 970. |
|
||||||
|
j 1 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
5 |
|
|
|
|
|
|
Поскольку ai bj |
, то данная задача с неправильным балансом. Необ- |
|||||||
i 1 |
j 1 |
|
|
|
|
|
|
ходимо ввести шестого, фиктивного потребителя с потребностями
b6 1130 970 160
и нулевыми стоимостями перевозок единиц товара:
69