Математическое моделирование систем и процессов

  • Вид работы:
    Контрольная работа
  • Предмет:
    Менеджмент
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    14,28 Кб
  • Опубликовано:
    2014-02-01
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Математическое моделирование систем и процессов

ФГБОУ ВПО

ДВГУПС

Кафедра «Управление эксплуатационной работой».





КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Математическое моделирование систем и процессов





Гр.232

Выполнил: Илларионова Е.В

Проверил: Широков А.П.






 

ХАБАРОВСК

2013

Транспортная задача закрытого типа, представленная в матричной форме, с ограничениями пропускной способности.

Условие: Для заданного варианта транспортной задачи в матричной форме с ограничениями пропускной способности необходимо найти оптимальный план, при котором будет выполняться условие наименьшего суммарного пробега порожних вагонов. Для этого необходимо:

1)   Составить математическую модель задачи;

2)      Составить начальный план, проверить по условию вырождения, рассчитать суммарные вагоно-километры порожнего пробега;

)        Решить задачу методом потенциалов, рассчитать суммарные вагоно-километры порожнего пробега оптимального плана;

)        Сравнить начальный и оптимальный варианты.

Исходные данные транспортной задачи с ограничениями

Станция отправления

Ресурсы, тыс.т

Станция назначения(потребности)



В1

В2

В3

В4

В5

В6

В7

В8

В9



Объем потребления, тыс.т



18

20

12

15

10

15

20

25

15

А1

40

25 10

30 7

45

60

35

55

60

90

75

А2

25

45

58

46

75

48

54

65

58

95

А3

25

35 8

35

40

65

40

80

35

65

55

А4

15

48

50

30 6

55

45

45

55

50

40

А5

45

40

52

38

40

70

37 8

30 10

75

45

математическое моделирование транспортная задача

Транспортная задача является закрытой, так как суммарные запасы ресурсов равны суммарным потребностям:

+25+25+15+45=18+20+12+15+10+15+20+25+15

=150

Математическая модель задачи:

.        Целевая функция:


2.      Система ограничения

3.      Условие не отрицательности


Для решения задачи необходимо составить опорный план. Исходный опорный план составляется с помощью метода наименьшего критерия в столбце.

Начальный опорный план, построенный методом наименьшего критерия в столбце.

Станция отправления

Ресурсы, тыс.т

  Станция назначения(потребности)



В1

В2

В3

В4

В5

В6

В7

В8

В9



Объем потребления, тыс.т



18

20

12

15

10

15

20

25

15

А1

40

25 10       10

30 7        7

45

60

35 10

55

60 4

90

75 9

А2

25

45

58

46

75

48

54

65

58 25

95

А3

25

35 8          8

35 13

40

65

40

80

35 4

65

55

А4

15

48

50

30 6        6

55

45

45 7

55 2

50

40

А5

45

40

52

38 6

40 15

70

37 8      8

30 10   10

75

45 6

Значение целевой функции составит:

 

F=25*10+30*7+35*10+60*4+75*9+58*25+35*8+35*13+35*4+30*6+45*7+55*2+38*6+40*15+37*8+30*10+45*6=6349 (ваг-км)

Скорректированный начальный план, построенный методом наименьшего критерия в столбце

Станция отправления

Ресурсы тыс.т

Станция назначения (потребности)

Ui



В1

В2

В3

В4

В5

В6

В7

В8

В9




Недостаток порожних вагонов






18

20

12

15

10

15

20

25

15


А1

40

25 10   10

30 7     7

45Н23

60Н10

35 10

55

60 4

90

75 9

50

А2

25

45 Н3

58

46 0

75

48

54

65

58 25

95

 72

А3

25

35 8      8

35 13

40 Н3

65

40

80

35 4

65

55

75

А4

15

48Н17

50 Н5

30 6      6

55Н10

45

45 7

55 2

50Н25

40Н30

55

А5

45

40  0

52

38 6

40 15

70

37Н17 8       8

30 10  10

75

45 6

80

Vj

120

110

118

120

85

100

110

130

125


1.F=25*10+30*7+35*10+60*4+75*9+46*0+58*25+35*8+35*13+35*4+30*6+45*7+55*2+40*0+38*6+40*15+37*8+30*10+45*6=6349 (ваг-км)

.Проверка исходного опорного плана на условие «вырождения».

Кзб≤m+n-1

Где Кзб - число занятых базисных клеток; m- число строк матрицы (пунктов отправления); n-число столбцов (пунктов назначения).

≤ 5+9-1

≤13

Условие вырождения выполняется, но план является «вырожденным». Для устранения «вырождения» назначаются фиктивные перевозки х51=0,х23=0.

. Потенциалы столбцов определяются следующим образом:

Vi=Ui+cij

Где cij- критерий расстояния в заданной клетке.

Потенциалы строк определяются через занятые клетки, связанных со столбцами, получившими потенциал по формуле:

i=Vj - cij

Проверка на оптимальность. План считается оптимальным, если соблюдается следующие условия:

i - Ui ≤ cij, при xij=0 (клетка свободна)

Vi - Ui = cij, при  (клетка базисная).i - Ui ≥cij, при xij=  (насыщенная клетка)

Формальное правило улучшения плана:

а) начиная с клетки с нарушением, двигаясь по горизонталям и вертикалям ходом «шахматной ладьи», строят замкнутый контур с вершинами в базисных клетках;

б) начиная с клетки с нарушением, нумеруют вершины контура (направление обхода контура значения не имеет);

в) в четный вершинах находится минимальная перевозка.

г) для балансировки матрицы в нечетных вершинах контура найденное значение прибавляется к значениям перевозок в этих клетках (с учетом возможных ограничений в этих клетках), в четных вершинах - вычитается из значений перевозок.

Формальное правило улучшения плана при нарушении условия оптимальности для насыщенных клеток:

а) начиная с насыщенной клетки с нарушением, двигаясь по горизонталям и вертикалям (ходом шахматной ладьи) строят замкнутый контур с вершинами в базисных клетках.

б) начиная с клетки с нарушением, нумеруют вершины контура (направление обхода контура значения не имеет);

в) в нечетных вершинах находится минимальная перевозка;

г) для балансировки матрицы в четных вершинах контура найденное значение прибавляется к значениям перевозок в этих клетках (с учетом возможных ограничений в этих клетках), в нечетных вершинах-вычитается из значений перевозок.

Станция отправления

Ресурсы тыс.т

Станция назначения (потребности)

  Ui



В1

В2

В3

В4

В5

В6

В7

В8

В9




Недостаток порожних вагонов






18

20

12

15

10

15

20

25

15


А1

40

25 10  10

30 7     7

45Н23

60Н10

35 10

55Н25

60 6

90

75 7

20

А2

25

45 Н3

58

46 0

75

48

54Н4

65

58 25

95

А3

25

35 8      8

35 13

40

65

40

80

35 4

65

55

45

А4

15

48

50

30 6    6

55

45

45 7

55

50

40 2

55

А5

45

40  0

52

38 6

40 15

70

37 8     8

30 10  10

75

45 6

50

Vj

90

80

88

90

55

100

80

100

95


Скорректированный план перевозок (первая итерация)

F=25*10+30*7+35*10+60*6+75*7+46*0+58*25+35*8+35*13+35*4+30*6+45*7+40*2+40*0+38*6+40*15+37*8+30*10+45*6=6289 (ваг-км)

Проверка на условие «вырождения»:

13≤5+9-1

=13

Скорректированный план перевозок (вторая итерация)

Станция отправления

Ресурсы тыс.т

Станция назначения (потребности)

  Ui



В1

В2

В3

В4

В5

В6

В7

В8

В9




Недостаток порожних вагонов






18

20

12

15

10

15

20

25

15


А1

40

25 10  10

30 7     7

45Н20

60Н7

35 10

55 7

60 6

90

75

50

А2

25

45 Н3

58

46 0

75

48

54

65

58 25

95

 69

А3

25

35 8      8

35 13

40  0

65

40

80

35 4

65

55

75

А4

15

48

50

30 6     6

55

45

45

55

50

40 9

82

А5

45

40  0

52

38 6

40 15

70

37 8     8

30 10  10

75

45 6

77

Vj

117

110

115

117

85

105

110

127

122



F=25*10+30*7+35*10+55*7+60*6+46*0+58*25+35*8+35*13+40*0+35*4+30*6+40*9+40*0+38*6+40*15+37*8+30*10+45*6=6114 (ваг-км)

Проверка на условие «вырождения»:

≤5+9-1

≤13

Условие вырождения выполняется, но план является «вырожденным». Для устранения «вырождения» назначаются фиктивные перевозки х33=0.

Скорректированный план перевозок (третья итерация)

Станция отправления

Ресурсы тыс.т

Станция назначения (потребности)

  Ui



В1

В2

В3

В4

В5

В6

В7

В8

В9




Недостаток порожних вагонов






18

20

12

15

10

15

20

25

15


А1

40

25 10   10

30 7      7

45 0

60

35 10

55 7

60 6

90

75

50

А2

25

45 Н3

58 Н3

46 0

75

48

54

65

58 25

95

 49

А3

25

35Н13 8      8

35 13

40 

65

40

80

35 4

65

55

75

А4

15

48

50

30 6     6

55

45

45

55

50

40 9

62

А5

45

40  0

52 Н1

38 6

40 15

70

37 8     8

30 10  10

75

45 6

57

Vj

97

110

95

97

85

105

110

107

102



F=25*10+30*7+35*10+55*7+60*6+46*0+58*25+35*8+35*13+40*0+35*4+30*6+40*9+40*0+38*6+40*15+37*8+30*10+45*6=6114 (ваг-км)

Проверка на условие «вырождения»:

≤5+9-1

=13

Скорректированный план перевозок (четвертая итерация)

Станция отправления

Ресурсы тыс.т

Станция назначения (потребности)

  Ui



В1

В2

В3

В4

В5

В6

В7

В8

В9




Недостаток порожних вагонов






18

20

12

15

10

15

20

25

15


А1

40

25 10    10

30 7      7

45 6

60

35 10

55 7

60

90

75

51

А2

25

45

58

46 0

75

48

54 Н2

65

58 25

95

 50

А3

25

35 8      2

35 13

40  0

65

40

80

35 10

65

55

56

А4

15

48

50

30 6     6

55

45

45 Н5

55

50 Н2

40 9

56

А5

45

40  6

52

38 Н7

40 15

70

37 8      8

30 10  10

75

45 6

51

Vj

91

91

96

91

86

106

91

108

96


F=25*10+30*7+45*6+35*10+55*7+46*0+58*25+35*2+35*13+40*0+35*10+30*6+40*9+40*6+40*15+37*8+30*10+45*6=6036 (ваг-км)

Проверка на условие «вырождения»:

≤5+9-1

=13

Скорректированный план перевозок (пятая итерация)

Станция отправления

Ресурсы тыс.т

Станция назначения (потребности)



В1

В2

В3

В4

В5

В6

В7

В8

В9




Недостаток порожних вагонов






18

20

12

15

10

15

20

25

15


А1

40

25 10    10

30 7     7

45 6

60

35 10

55 7

60

90

75

51

А2

25

45 Н3

58

46 0

75

48

54 Н2

65

58 25

95

 50

А3

25

35 8      2

35 13

40  0

65

40

80

35 10

65

55

63

А4

15

48

50

30 6     6

55

45

45 

55

50

40 9

63

А5

45

40  6

52

38  0

40 15

70

37 8      8

30 10  10

75

45 6

58

Vj

98

98

96

98

86

106

98

108

103



F=25*10+30*7+45*6+35*10+55*7+46*0+58*25+35*2+35*13+40*0+35*10+30*6+40*9+40*6+38*0+40*15+37*8+30*10+45*6=6036 (ваг-км)

Проверка на условие «вырождения»:

≤5+9-1

=13

Скорректированный план перевозок (шестая итерация)

Станция отправления

Ресурсы тыс.т

Станция назначения (потребности)

  Ui



В1

В2

В3

В4

В5

В6

В7

В8

В9




Недостаток порожних вагонов






18

20

12

15

10

15

20

25

15


А1

40

25 10    10

30 7     7

45 6

60

35 10

55 7

60

90

75

48

А2

25

45  0

58

46

75

48

54

65

58 25

95

 50

А3

25

35 8        2

35 13

40 

65

40

80

35 10

65

55

60

А4

15

48

50

30 6     6

55

45

45 

55

50

40 9

60

А5

45

40  6

52

38  0

40 15

70

37 8     8

30 10  10

75

45 6

55

Vj

95

95

93

95

83

103

95

108

100



F=25*10+30*7+45*6+35*10+55*7+45*0+58*25+35*2+35*13+35*10+30*6+40*9+40*6+38*0+40*15+37*8+30*10+45*6=6036 (ваг-км)

Скорректированный опорный план проверяется на условие «вырождения»:

Кзб≤m+n-1

≤5+9-1

=13

После присвоения потенциалов всем столбцам и строкам матрицы проверяются условия оптимальности.

В полученном плане нет нарушений условий оптимальности. План оптимальный.

Значение целевой функции уменьшилось по сравнению с начальным планом на 313 ваг.-км(6349-6036=313) или на 313/6349*100%=4,9%

Условие.

На 4 станциях А1, А2, А3 и А4 имеется избыток порожних вагонов в размере соответственно а1, а2, а3 и а4 (табл.1) вагонов. Необходимо распределить данные вагоны по 7 станциям В1, В2, В3, В4, В5, В6 и В7 с недостатком порожняка соответственно в количестве b1, b2, b3, b4, b5, b6 и b7 вагонов (табл. 2). Расстояние между каждой станцией отправления (избытка вагонов) и каждой станцией назначения (недостатка порожняка) представлено в виде матрицы (табл.3).

Необходимо составить план распределения вагонов между указанными станциями с минимальным суммарным пробегом порожних вагонов.

Ресурсы станций отправления

Таблица 1.

Станция отправления

А1

А2

А3

А4

Избыток порожних вагонов

100

100

60

40


Потребности станции назначения

Таблица 2.

Станция назначения

В1

В2

В3

В4

В5

В6

В7

Избыток порожних вагонов

55

50

45

35

45

25

45


Матрица расстояний между станциями, км

Таблица 3.

Станция отправления

Станция назначения


В1

В2

В3

В4

В5

В6

В7

А1

25

33

18

43

32

54

41

А2

24

37

29

42

34

25

29

А3

38

28

40

34

37

57

36

А4

22

48

38

26

21

30

42


Исходный план транспортной задачи.

Станция отправлен ия

Избыток порожних вагонов

Станция назначения



1

2

3

4

5

6

7



Недостаток порожних вагонов



55

50

45

35

45

25

45

1

100

25

33

18

43

32

54

41

2

100

24

37

29

42

34

25

29

3

60

38

28

40

34

37

57

36

4

40

22

48

38

26

21

30

42


Данная задача является, задачей транспортного вида ( так как суммарный объем производства а аi равен суммарному объему потребления а bi):

а1234=b1+b2+b3+b4

=300

Целевая функция (суммарный пробег порожних вагонов) определяется по формуле:


где сij- расстояние перевозки от i-ой станции отправления до j-ой станции назначения; xij - величина перевозки из пункта отправления i-ой станции отправления до j-ой станции назначения.

Система ограничений


где ai - ресурсы i-ой станции отправления; bj - потребность j-ой станции назначения.

Условие формирования закрытой транспортной задачи:


Для решения задачи необходимо построить исходный опорный план перевозок, который в дальнейшем будет подвергаться корректировке.

Исходный опорный план перевозок может быть построен различными методами.

1.Метод северо-западного угла.

Станция отправлен ия

Избыток порожних вагонов

Станция назначения



1

2

3

4

5

6



Недостаток порожних вагонов



55

50

45

35

45

25

45

1

100

25 55

33 45

18

43

32

54

41

2

100

24

37 5

29 45

42 35

34 15

25

29

3

60

38

28

40

34

37 30

57 25

36 5

4

40

22

48

38

26

21

30

42 40


Значение целевой функции составит:

F = 25*55+33*45+37*5+29*45+42*35+34*15+37*30+57*25+36*5+42*40= 10725(ваг-км)

2. Метод наименьшего критерия в строке.

Станция отправлен ия

Избыток порожних вагонов

Станция назначения



1

2

3

4

5

6

7



Недостаток порожних вагонов



55

50

45

35

45

25

45

1

100

25 55

33

18 45

43

32

54

41

2

100

24

37 0

29

42

34 30

25 25

29 45

3

60

38

28 50

40

34 10

37

57

36

4

40

22

48

38

26 25

21 15

30

42


Значение целевой функции составит:

 

F=25*55+28*50+18*45+34*10+26*25+34*30+21*15+25*25+29*45=7840 (ваг-км)

.Метод наименьшего критерия в столбце.

Станция отправлен ия

Избыток порожних вагонов

Станция назначения



1

2

3

4

5

6

7



Недостаток порожних вагонов



55

50

45

35

45

25

45

1

100

25

33

18 45

43

32 45

54

41 10

2

100

24 15

37

29

42 25

34

25 25

29 45

3

60

38

28 50

40

34 10

37

57

36

4

40

22 40

48

38

26

21

30

42


Значение целевой функции составит:

 

F=24*15+22*40+28*50+18*45+42*25+34*10+32*45+25*25+41*10+29*35=8330 (ваг-км)

4.Метод двойного предпочтения

Станция отправлен ия

Избыток порожних вагонов

Станция назначения



1

2

3

4

5

6

7



Недостаток порожних вагонов



55

50

45

35

45

25

45

1

100

25

33 15

18 45

43

32 40

54

41

2

100

24 30

37

29

42

34

25 25

29 45

3

60

38 25

28 35

40

34

37

57

36

4

40

22

48

38

26 35

21 5

30

42


Значение целевой функции составит:

 

F=24*30+38*25+33*15+28*35+18*45+26*35+32*40+21*5+25*25+29*45=8180 (ваг-км)

. Метод минимального элемента.

Станция отправлен ия

Избыток порожних вагонов

Станция назначения



1

2

3

4

5

6

7



Недостаток порожних вагонов



55

50

45

35

45

25

45

1

100

25

33

18 45

43 25

32 5

54

41 25

2

100

24 55

37

29

42

34

25 25

29 20

3

60

38

28 50

40

34 10

37

57

36

4

40

22

48

38

26

21 40

30

42


Значение целевой функции составит:

 

F=18*45+43*25+32*5+41*25+24*55+25*25+29*20+28*50+34*10+21*40=8175 (ваг-км)

Как видно из приведенных расчетов наименьшее значение целевой функции (суммарный пробег порожних вагонов) получено при построении начального опорного плана методом наименьшего критерия в строке (F=7840 ваг-км).

Так как целью данной задачи является получение минимального суммарного пробега порожних вагонов, то для дальнейшего рассмотрения выбирается исходный опорный план, построенный именно этим методом.

Станция отправления

Ресурсы, тыс.т

Станция назначения(потребности)



В1

В2

В3

В4

В5

В6

В7

В8

В9



Объем потребления, тыс.т



18

20

12

15

10

15

20

25

15

А1

40

25 10

30 7

45

60

35

55

60

90

75

А2

25

45

58

46

75

48

54

65

58

95

А3

25

35 8

35

40

65

40

80

35

65

55

А4

15

48

50

30 6

55

45

45

55

50

40

А5

45

40

52

40

70

37 8

30 10

75

45

Станция отправления

Ресурсы, тыс.т

Станция назначения(потребности)



В1

В2

В3

В4

В5

В6

В7

В8

В9



Объем потребления, тыс.т



18

20

12

15

10

15

20

25

15

А1

40

25 10

30 7

45

60

35

55

60

90

75

А2

25

45

58

46

75

48

54

65

58

95

А3

25

35 8

35

40

65

40

80

35

65

55

А4

15

48

50

30 6

55

45

45

55

50

40

А5

45

40

52

38

40

70

37 8

30 10

75

45

Станция отправления

Ресурсы, тыс.т

Станция назначения(потребности)



В1

В2

В3

В4

В5

В6

В7

В8

В9



Объем потребления, тыс.т



18

20

12

15

10

15

20

25

15

А1

40

25 10

30 7

45

60

35

55

60

90

75

А2

25

45

58

46

75

48

54

65

58

95

А3

25

35 8

35

40

65

40

80

35

65

55

А4

15

48

50

30 6

55

45

45

55

50

40

А5

45

40

52

38

40

70

37 8

30 10

75

45

Станция отправления

Ресурсы, тыс.т

Станция назначения(потребности)



В1

В2

В3

В4

В5

В6

В7

В8

В9



Объем потребления, тыс.т



18

20

12

15

10

15

20

25

15

А1

40

25 10

30 7

45

60

35

55

60

90

75

А2

25

45

58

46

75

48

54

65

58

95

А3

25

35 8

35

40

65

40

80

35

65

55

А4

15

48

50

30 6

55

45

45

55

50

40

А5

45

40

52

38

40

70

37 8

30 10

75

45

Станция отправления

Ресурсы, тыс.т

Станция назначения(потребности)



В1

В2

В3

В4

В5

В6

В7

В8

В9



Объем потребления, тыс.т



18

20

12

15

10

15

20

25

15

А1

40

25 10

30 7

45

60

35

55

60

90

75

А2

25

45

58

46

75

48

54

65

58

95

А3

25

35 8

35

40

65

40

80

35

65

55

А4

15

48

50

30 6

55

45

45

55

50

40

А5

45

40

52

38

40

70

37 8

30 10

75

45

Станция отправления

Ресурсы, тыс.т

Станция назначения(потребности)



В1

В2

В3

В4

В5

В6

В7

В8

В9



Объем потребления, тыс.т



18

20

12

15

10

15

20

25

15

А1

40

25 10

30 7

45

60

35

55

60

90

75

А2

25

45

46

75

48

54

65

58

95

А3

25

35 8

35

40

65

40

80

35

65

55

А4

15

48

50

30 6

55

45

45

55

50

40

А5

45

40

52

38

40

70

37 8

30 10

75

45


Похожие работы на - Математическое моделирование систем и процессов

 

Не нашли материал для своей работы?
Поможем написать уникальную работу
Без плагиата!