Экономический анализ транспортных задач

Определение оптимального варианта перевозки грузов с учетом трансформации спроса и предложений

Открытая транспортная задача

Вырожденность в транспортных задачах

Альтернативный оптимум в транспортных задачах

Признаком наличия альтернативного оптимума в транспо­ртной задаче является равенство нулю хотя бы одной из оце­нок свободных переменных в оптимальном решении (X_опт1).Сделав перераспределение грузов относительно клетки, име­ющей Δ_ij = 0, получим новое оптимальное решение (Х_опт2), при этом значение целевой функции (транспортных расходов) не изменится. Если одна оценка свободных переменных равна нулю, то оптимальное решение находится в виде

где 0 ≤ t ≤ 1.

Рассмотрим конкретную задачу, имеющую альтернатив­ный оптимум.

Пример 1. На трех складах имеется мука в количестве 60, 130 и 90 т, которая должна быть в течение месяца доставлена четырем хлебозаводам в количестве: 30, 80, 60, 110 т соответ­ственно.

Составить оптимальный план перевозок, имеющий минимальные транспортные расходы, если стоимость доставки 1 т муки на хлебозаводы задана матрицей

Решение. Составим распределительную таблицу в виде табл. 23.6.

По методу минимального тарифа найдем исходное реше­ние. Определим потенциалы строк и столбцов. Найдем оценки свободных клеток:

Так как Δ₁₂ = 4 > 0, то перераспределим грузы относи­тельно клетки (1,2):

Занесем полученное перераспределение грузов в распреде­лительную таблицу и вычислим потенциалы занятых и оценки свободных клеток (табл. 23.7).

Получим

Так как Δ₃₃ = 0, то задача имеет альтернативный оптимум и одно из решений равно

Стоимость транспортных расходов составляет: L(X_опт1) = 1550 усл. ед.

Произведем перераспределение грузов относительно клетки (3,3):

Занесем в распределительную таблицу полученное пере­распределение грузов, вычислим потенциалы занятых и оценки свободных клеток (табл. 23.8):

Так как Δ₁₄ = 0, получили еще одно решение:

Стоимость транспортных расходов составит L(Х_опт2) = 1550 усл. ед.

Данная задача имеет два оптимальных решения Х_опт1 и X_опт2, общее решение находится по формуле

где 0 ≤ t ≤ 1.

Найдем элементы матрицы общего решения:

Итак,

Стоимость транспортных расходов составляет 1550 усл. ед.

При решении транспортной задачи может оказаться, что число занятых клеток меньше, чем m + п - 1. В этом слу­чае задача имеет вырожденное решение. Для возможного его исключения целесообразно поменять местами поставщиков и потребителей или ввести в свободную клетку с наименьшим тарифом нулевую поставку. Нуль помещают в такую клетку, чтобы в каждой строке и каждом столбце было не менее одной занятой клетки.

Рассмотрим вырожденность в транспортной задаче на при­мере.

Пример 2. Фирма осуществляет поставку бутылок на три за­вода, занимающиеся производством прохладительных напит­ков. Она имеет три склада, причем на складе 1 находится 6000 бутылок, на складе 2 — 3 000 бутылок и на складе 3 — 4 000 бутылок. Первому заводу требуется 4000 бутылок, второму за­воду — 5 000 бутылок, третьему заводу — 1000 бутылок. Мат­рицей

задана стоимость перевозки одной бутылки от каждого склада к каждому заводу.

Как следует организовать доставку бутылок на заводы, чтобы стоимость перевозки была минимальной?

Решение. Запишем исходные данные в распределитель­ную таблицу (табл. 23.9), найдем исходное опорное решение по методу минимального тарифа. Число заполненных клеток равно 5, т + п - 1 = 6, следовательно, задача является вырож­денной.

Для исключения вырожденности необходимо в какую-то клетку ввести нулевую поставку. Такая клетка становится условно занятой, ее целесообразно определить при вычислении потенциалов занятых клеток, она должна иметь наименьший тариф по сравнению с другими клетками, которые могут быть условно занятыми.

Так, для нахождения потенциала и₃ поместим нулевую по­ставку в клетку (3,2), после чего представляется возможным вычислить остальные потенциалы.

Оценки свободных клеток следующие:

Все оценки отрицательные, получили оптимальное реше­ние:

Таким образом, со склада 1 целесообразно поставить 3000 бутылок второму и четвертому заводам, со склада 2 — 2000 бутылок второму заводу и 1000 бутылок третьему, со склада 3 — 4000 бутылок первому заводу, при этом стои­мость транспортных расходов будет минимальной и составит 28 000 усл. ед.

При открытой транспортной задаче сумма запасов не сов­падает с суммой потребностей, т.е.

При этом:

а) если

то объем запасов превышает объем потребления, все по­требители будут удовлетворены полностью и часть за­пасов останется невывезенной. Для решения задачи вво­дят фиктивного (n + 1)-потребителя, потребности кото­рого

Модель такой задачи будет иметь вид

при ограничениях:

б) если

то объем потребления превышает объем запасов, часть потребностей останется неудовлетворенной. Для реше­ния задачи вводим фиктивного (m + 1)- поставщика

:

Модель такой задачи имеет вид

при ограничениях:

При введении фиктивного поставщика или потребителя от­крытая транспортная задача становится закрытой и решается по ранее рассмотренному алгоритму для закрытых транспорт­ных задач, причем тарифы, соответствующие фиктивному по­ставщику или потребителю, больше или равны наибольшему из всех транспортных тарифов, иногда их считают равными нулю. В целевой функции фиктивный поставщик или потреби­тель не учитывается.

Рассмотрим следующую задачу.

Составить оптимальный план перевозки грузов от трех по­ставщиков с грузами 240, 40, 110 т к четырем потребителям с запросами 90, 190, 40 и 130 т. Стоимости перевозок единицы груза от каждого поставщика к каждому потребителю даны матрицей

Решение. Запасы грузов у поставщиков: = 390 т. Запросы потребителей: = 450 т; так как

< то вводим фиктивного поставщика с грузом а_4ф = 450 - 390 = 60 т.

Тариф фиктивного поставщика 4ф примем равным 20 усл. ед.

Так как т + п – 1 = 7, а число занятых клеток равно 6, то для исключения вырожденности введем в клетку (2, 2) нулевую поставку. Оценки свободных клеток:

(табл. 23.10).

Оценка свободной клетки (1,3) больше нуля, перераспреде­лим грузы:

Запишем полученное перераспределение грузов в табл. 23.11.

Имеем

Получили оптимальное решение:

Стоимость транспортных расходов — 3120 усл. ед.

Проведем экономический анализ задачи на конкретном при­мере.

Пример 3. Три торговых склада могут поставлять некоторое изделие в количестве 9, 4 и 8 т. Величины спроса трех мага­зинов розничной торговли на это изделие равны 3, 5 и 6 т.

Какова минимальная стоимость транспортировки от по­ставщиков к потребителям? Провести анализ решения при условии, что единичные издержки транспортировки в усл. ед. даны в матрице

Решение. Запасы складов: = 21 т, потребности магазинов: = 14 т, имеем открытую задачу. Введем фиктивный магазин со спросом b_4ф = 7 т и тарифом 20 усл. ед. (табл. 23.12).

Оценки свободных клеток:

Оценки Δ₃₂ = Δ₃₄ = 0, задача имеет альтернативный оп­тимум, и одно из решений имеет вид

Минимальная стоимость транспортных расходов

Итоговое распределение перевозок, а также значения оце­нок свободных клеток, которые называют теневыми ценами, можно использовать при проведении экономического анализа. Теневая цена показывает, на сколько увеличится общая сто­имость транспортных расходов, если в пустую клетку помес­тить одно изделие. Например, если придется осуществить пе­ревозку одного изделия с торгового склада 2 в розничный ма­газин 3, то увеличение стоимости составит |Δ₂₃| = | - 13| = 13 усл. ед., что больше, чем тариф груза клетки (2,3), рав­ный 8 усл. ед. Дополнительное увеличение стоимости транспортных расходов появляется в связи с перераспределением пе­ревозок. Составим цикл распределения перевозок с помещени­ем груза в пустую клетку (2, 3):

В клетку (2, 3) помещаем груз 4 т, в (1, 3) вместо 1т — 5т, в (2, 2) вместо 4т — пустая клетка.

Изменение расходов составит 4 ∙ 20 – 4 ∙ 10 + 8 ∙ 4 – 4 ∙ 5 = 72 усл. ед. или на одно изделие 72 : 4 = 13 усл. ед.

Если теневая цена клетки равна нулю (Δ₃₂ = 0), то зада­ча имеет альтернативный оптимум. Перераспределим грузы относительно клетки (3, 2):

Еще одно оптимальное решение задачи имеет вид

Минимальная стоимость транспортных расходов

Аналогичный анализ можно провести и по остальным сво­бодным клеткам.

Теневые цены свободных клеток можно использовать в ка­честве индикаторов изменений стоимости транспортировки од­ного изделия или тарифа.

Например, теневая цена пустой клетки (3, 3) равна |Δ₃₃| = | - 2| = 2, а фактическая цена транспортировки одного изде­лия — 7 усл. ед. Следовательно, для того чтобы использование данной клетки в распределении перевозок привело к снижению общих транспортных расходов, нужно, чтобы тариф этой клет­ки был не более 7 – 2 = 5 усл. ед.

Проведем стоимостный анализ изменений в занятых клет­ках. При снижении тарифа увеличение числа изделий в данной клетке выгодно. Если же тарифы занятых клеток возрастают, то при достижении ими определенного значения использование этой клетки является нежелательным и необходимо произвести перераспределение грузов.

В качестве примера определим допустимые изменения та­рифа занятой клетки (1, 3). Тариф клетки равен 5 усл. ед. за одно изделие. Уменьшение этой величины не повлияет на объ­ем перевозок, так как указанное количество изделий в клетке удовлетворяет всю потребность магазина 3.

Если тариф клетки (3,1) становится больше 5 усл. ед., то при составлении циклов будет задействована пустая клетка (2, 3) с |Δ₂₃| = 13 или (3, 3) с |Δ₃₃| = 2. В обоих циклах клетка (1, 3) будет иметь знак "—" и любое увеличение тарифа повле­чет снижение теневой цены пустой клетки (2, 3) или (3, 3).

Изменение объема перевозок будет иметь место в случае, если тариф клетки (1,3) возрастет более чем на 2 усл. ед. и превысит 7 усл. ед. При этом теневая цена клетки (3,3) станет положительной и окажется невыгодным использование клетки (1.3).

Таким образом, для получения оптимального распределе­ния перевозок тариф клетки (1,3) должен изменяться в диапа­зоне от 0 до 7 усл. ед. Внутри указанного промежутка происхо­дит лишь изменение общей стоимости транспортных расходов, а распределение перевозок не меняется.