4EK201 Matematické modelování 5. Speciální úlohy lineárního programování

Podobné dokumenty
4EK311 Operační výzkum. 4. Distribuční úlohy LP část 1

4EK213 Lineární modely. 12. Dopravní problém výchozí řešení

4EK201 Matematické modelování. 4. Typické úlohy lineárního programování

4EK212 Kvantitativní management. 3. Typické úlohy LP

4EK311 Operační výzkum. 2. Lineární programování

Lineární programování

4EK213 Lineární modely. 10. Celočíselné programování

4EK213 Lineární modely. 5. Dualita v úlohách LP

Jiří Neubauer. Katedra ekonometrie FEM UO Brno

4EK212 Kvantitativní management 4. Speciální úlohy lineárního programování

4EK213 LINEÁRNÍ MODELY

Přílohy. Příloha 1. Obr. P1.1 Zadání úlohy v MS Excel

Metody lineární optimalizace Simplexová metoda. Distribuční úlohy

4EK201 Matematické modelování. 2. Lineární programování

4EK213 Lineární modely. 4. Simplexová metoda - závěr

4EK212 Kvantitativní management. 2. Lineární programování

Obr. P1.1 Zadání úlohy v MS Excel

Operační výzkum. Přiřazovací problém.

4EK213 LINEÁRNÍ MODELY

Optimalizace. Obsah přednášky. DÚ LP - Okružní problém. Lineární optimalizace. DÚ LP - Okružní problém. DÚ LP - Okružní problém

4EK311 Operační výzkum. 4. Distribuční úlohy LP část 2

4EK212 Kvantitativní management. 1. Úvod do kvantitativního managementu a LP

Příklady modelů lineárního programování

Obecná úloha lineárního programování. Úloha LP a konvexní množiny Grafická metoda. Jiří Neubauer. Katedra ekonometrie FEM UO Brno

Příklady ke cvičením. Modelování produkčních a logistických systémů

4EK311 Operační výzkum. 3. Optimalizační software a stabilita řešení úloh LP

1. července 2010

Matematické modelování 4EK201

1.1 Typy úloh LP. Klíčová slova: úlohy LP, formulace modelu. 1. Formulace ekonomického modelu.

4EK311 Operační výzkum. 1. Úvod do operačního výzkumu

Ekonomická formulace. Matematický model

Teorie her a ekonomické rozhodování. 2. Maticové hry

Parametrické programování

Simplexové tabulky z minule. (KMI ZF JU) Lineární programování EMM a OA O6 1 / 25

Metody síťové analýzy

Otázky ke státní závěrečné zkoušce

Přiřazovací problém. Přednáška č. 7

3. ANTAGONISTICKÉ HRY

OSTRAVSKÁ UNIVERZITA PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA [ MOPV ] METODY OPERAČNÍHO VÝZKUMU

4EK201 Matematické modelování. 10. Teorie rozhodování

Pokročilé matematické modely a metody

1 Úvod do celočíselné lineární optimalizace

4EK314 Diskrétní modely Příklady

P ílohy. P íloha 1. ešení úlohy lineárního programování v MS Excel

7. přednáška Systémová analýza a modelování. Přiřazovací problém

ANTAGONISTICKE HRY 172

4EK314 Diskrétní modely

2. část: Základy matematického programování, dopravní úloha. Ing. Michal Dorda, Ph.D.

Úvod do úloh plánování rozvozu (Vehicle Routing Problems)

4EK213 LINEÁRNÍ MODELY

Základy matematiky pro FEK

Teorie her a ekonomické rozhodování. 3. Dvoumaticové hry (Bimaticové hry)

Optimalizace obecný úvod. [proč optimalizovat?] Formalizace problému. [existují podobné problémy?]

Západočeská univerzita v Plzni. Fakulta aplikovaných věd. Ivana Kozlová. Modely analýzy obalu dat

4EK311 Operační výzkum. 5. Teorie grafů

{Q={1,2};S,T;u(s,t)} (3.3) Prorovnovážnéstrategie s,t vehřesnulovýmsoučtemmusíplatit:

4EK201 Matematické modelování. 11. Ekonometrie

Vícekriteriální programování příklad

Numerické metody a programování. Lekce 8

4. Aplikace matematiky v ekonomii

4EK201 Matematické modelování. 7. Modely zásob

12. Lineární programování

Definice 13.1 Kvadratická forma v n proměnných s koeficienty z tělesa T je výraz tvaru. Kvadratická forma v n proměnných je tak polynom n proměnných s

Obecná úloha lineárního programování

skladbu obou směsí ( v tunách komponenty na 1 tunu směsi):

RNDr. Sousedíková Radmila, Ph.D.

fakulty MENDELU v Brně (LDF) s ohledem na disciplíny společného základu (reg. č. CZ.1.07/2.2.00/28.

Osnova p ednášky Logistické systémy a jejich LOGISTICKÉ SYSTÉMY charakteristika / 2 1 / 3 Typy distribu ních systém Typy distribu

5 Vícerozměrná data - kontingenční tabulky, testy nezávislosti, regresní analýza

(Cramerovo pravidlo, determinanty, inverzní matice)

Systematická tvorba jízdního řádu 2. cvičení

Kvantitativní metody v rozhodování. Marta Doubková

Základy matematiky pro FEK

LDF MENDELU. Simona Fišnarová (MENDELU) Základy lineárního programování VMAT, IMT 1 / 25

IB112 Základy matematiky

þÿx ea e n í t e c h n i c k é i n f r a s t r u k t u r y dopravního problému

Matematika (CŽV Kadaň) aneb Úvod do lineární algebry Matice a soustavy rovnic

6 Simplexová metoda: Principy

Kvantitativní metody v rozhodování

Operační výzkum. Vícekriteriální programování. Lexikografická metoda. Metoda agregace účelových funkcí. Cílové programování.

Úvod do celočíselné optimalizace

CLARKEOVA-WRIGHTOVA METODA ŘEŠENÍ ÚLOHY VRP

13. Lineární programování

4EK201 Matematické modelování. 8. Modely hromadné obsluhy

7. Důležité pojmy ve vektorových prostorech

xrays optimalizační nástroj

Když vyjde desetinné číslo, není to reálný výsledek, nemůžu říct šéfovi, vyrábět 700,988 židlí.

Hisab al-džebr val-muqabala ( Věda o redukci a vzájemném rušení ) Muhammada ibn Músá al-chvárizmího (790? - 850?, Chiva, Bagdád),

Tomáš Karel LS 2012/2013

Systémové modelování. Ekonomicko matematické metody I. Lineární programování

ALGEBRA. Téma 5: Vektorové prostory

Vektorové podprostory, lineární nezávislost, báze, dimenze a souřadnice

Slovo ALGEBRA pochází z arabského al-jabr, což znamená nahrazení. Toto slovo se objevilo v názvu knihy

Operace s maticemi

Problém lineární komplementarity a kvadratické programování

SEŠITOVÝ JÍZDNÍ ŘÁD. 532 nákladní pro tratě

Využití simplexového algoritmu v projektování výroby

Řešení. Hledaná dimenze je (podle definice) rovna hodnosti matice. a a 2 2 1

Soustavy. Terminologie. Dva pohledy na soustavu lin. rovnic. Definice: Necht A = (a i,j ) R m,n je matice, b R m,1 je jednosloupcová.

Operace s maticemi. 19. února 2018

Transkript:

4EK201 Matematické modelování 5. Speciální úlohy lineárního programování

4. Typické úlohy LP Úlohy výrobního plánování (alokace zdrojů) Úlohy finančního plánování (optimalizace portfolia) Směšovací problémy Nutriční problém (spec. případ směšovacího problému) Úlohy o dělení materiálu (řezné problémy) Distribuční úlohy (dopravní a přiřazovací problém) Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 2

4.2 Úlohy finančního plánování - příklad Investiční společnost disponuje částkou 1,5 mil. Kč (může ale nemusí ji investovat celou) Zvažuje nákup akcií společnosti Mamut, a.s., Dinosaurus, a.s. a Ještěr, a.s. Dále uvažuje o investici do obligací a investici do vládních dluhopisů Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 3

4.2 Úlohy finančního plánování - příklad Management společnosti rozhodl, že: z důvodu rizikovosti nesmí celková investice do akcií přesáhnout 30 % celkové investované částky celková investice do obligací a dluhopisů nesmí přesáhnout 1 mil. Kč, musí však dosáhnout alespoň celková investice do akcií Do obligací musí být investováno alespoň 300 tisíc Kč Investice do společnosti Dinosaurus, a.s. nesmí být nižší než do společnosti Ještěr, a.s, ani vyšší než do společnosti Mamut, a.s. Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 4

4.2 Úlohy finančního plánování - příklad Management společnosti dále rozhodl, že: celkový výnos z investice musí být alespoň 10 % a cílem investice je minimalizace rizika Výnos Riziko Mamut, a.s. 18 % 12 % Dinosaurus, a.s. 16 % 8 % Ještěr, a.s. 14 % 7 % Obligace 7 % 2 % Vládní dluhopisy 5 % 1 % Formulujte matematický model úlohy LP Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 5

Optimální řešení: x 1 = x 2 = x 3 = x 4 = x 5 = z = Najděte řešení v softwaru LINGO Interpretujte výsledky Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 6

Optimální řešení: x 1 = 64.285,71 x 2 = 64.285,71 x 3 = 0 x 4 = 300.000 x 5 = 0 Řešení v softwaru LINGO (v Kč) Interpretujte výsledky z = 0,01885714 = 1,885714 % Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 7

5. Distribuční úlohy LP Úkolem celé velké skupiny distribučních úloh je zajistit distribuci (tj. rozdělení) určité homogenní komodity (např. zboží) z jedné oblasti (např. dodavatelé) do druhé oblasti (např. odběratelé). Proměnné: přiřazení jednotky z první skupiny k jednotce z druhé skupiny (např. doprava od daného dodavatele k danému odběrateli), hodnoty určují, zda k přiřazení dojde či ne (0/1) nebo jak intenzivní přiřazení je (množství převáženého zboží) Omezení: kapacity a požadavky Cíl: obvykle minimalizace nákladů Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 8

dopravní problém 5. Distribuční úlohy LP kontejnerový dopravní problém obecný distribuční problém přiřazovací problém úloha o pokrytí okružní dopravní problém výrobně-přepravní problém atd. Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 9

5. Distribuční úlohy LP Liší se od běžných úloh LP svým specifickým matematickým modelem Řada z nich je charakteristická požadavkem celočíselnosti proměnných Řeší se proto specifickými metodami Nejjednodušším reprezentantem je dopravní problém (DP) Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 10

5.1 Dopravní problém (DP) DP řeší distribuci homogenní látky od dodavatelů k odběratelům Je dán: počet dodavatelů m (index i = 1, 2,, m) počet odběratelů n (index j = 1, 2,, n) kapacity dodavatelů a i požadavky odběratelů b j cena (náklady, vzdálenost atd.) za dodání jedné jednotky od i-tého dodavatele k j-tému odběrateli c ij Kapacity dodavatelů jsou zadány ve stejných jednotkách jako požadavky odběratelů Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 11

5.1 Dopravní problém (DP) Úkol: určit, kolik jednotek dodá každý dodavatel každému odběrateli Cíl: uspokojit požadavky odběratelů tak, aby hodnota stanoveného cíle byla minimální Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 12

5.1 Příklad - zadání V okolí Mladé Boleslavi působí mimo jiné tři zemědělská družstva: Sever Loukovec, Čistá u Mladé Boleslavi a Luštěnice. Družstva disponují 15, 20 a 25 kombajny. Je potřeba posekat tři pole s obilím, přičemž na první je potřeba poslat 22 kombajnů, na druhé 20 a na třetí 18. Vzdálenosti mezi jednotlivými družstvy a poli jsou uvedeny v tabulce. Určete přepravované počty kombajnů z jednotlivých družstev na pole tak, aby počet ujetých kilometrů byl minimální. Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 13

5.1 Příklad - zadání [km] Pole 1 Pole 2 Pole 3 Kapacity Sever Loukovec 9 3 2 15 Čistá u Mladé Boleslavi 7 8 4 20 Luštěnice 5 6 11 25 Požadavky 22 20 18 60 Pole 2 20 25 6 km Luštěnice Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 14

5.1 Příklad - proměnné Proměnné označíme x ij Hodnota proměnné x ij určuje množství kombajnů v kusech dodaných i tým dodavatelem (družstvem) j tému odběrateli (poli) Proměnných je m n = 3 3 = 9 Vektor proměnných má složky x = x 11, x 12, x 13, x 21, x 22, x 23, x 31, x 32, x 33 T Na obrázku byla znázorněna volba náhodně zvolené proměnné x 32 Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 15

5.1 Dopravní problém formulace MM Proměnné v DP označíme x ij (dvojitý index) Hodnota proměnné x ij určuje množství homogenní látky dodané i tým dodavatelem j tému odběrateli Počet proměnných: m n Vektor proměnných má složky x = x 11, x 12,, x 1n, x 21, x 22,, x 2n,, x m1, x m2,, x mn T Předpokládá se rovnost součtu kapacit a součtu požadavků (vyrovnaný DP)* Omezení jsou proto formulována v rovnicích Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 16

5.1 Příklad matematický model minimalizovat za podmínek: c ij O1 O2 O3 a i D1 9 3 2 15 D2 7 8 4 20 D3 5 6 11 25 b j 22 20 18 60 z = 9x 11 + 3x 12 + + 11x 33 x 11 + x 12 + x 13 = 15 x 21 + x 22 + x 23 = 20 x 31 + x 32 + x 33 = 25 x 11 + x 21 + x 31 = 22 x 12 + x 22 + x 32 = 20 x 13 + x 23 + x 33 = 18 x ij O1 O2 O3 a i D1 x 11 x 12 x 13 15 D2 x 21 x 22 x 23 20 D3 x 31 x 32 x 33 25 b j 22 20 18 60 x ij 0, i = 1, 2, 3, j = 1, 2, 3 Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 17

5.1 Příklad matematický model minimalizovat z = 9x 11 + 3x 12 + + 11x 33 za podmínek: x 11 +x 12 +x 13 = 15 x 21 +x 22 +x 23 = 20 x 31 +x 32 +x 33 = 25 x 11 +x 21 +x 31 = 22 x 12 +x 22 +x 32 = 20 x 13 +x 23 +x 33 = 18 Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 18

5.1 Dopravní problém formulace MM Počet omezení DP je m + n m pro dodavatele (řádková omezení, zajišťují kapacitu) x i1 + x i2 + + x in = a i, i = 1, 2,, m n j=1 x ij = a i, i = 1, 2,, m n pro odběratele (sloupcová omezení, zajišťují požadavky) x 1j + x 2j + + x mj = b j, j = 1, 2,, n m i=1 x ij = b j, j = 1, 2,, n Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 19

5.1 Dopravní problém formulace MM Podmínky nezápornosti: x ij 0, i = 1, 2,, m, j = 1, 2,, n Účelová funkce: minimalizovat z = c 11 x 11 + c 12 x 12 + + c mn x mn z = m n i=1 j=1 c ij x ij Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 20

5.1 Dopravní problém obecný model minimalizovat za podmínek: m n z = c ij x ij i=1 j=1 n j=1 m i=1 x ij = a i, i = 1, 2,, m x ij = b j, j = 1, 2,, n x ij 0, i = 1, 2,, m, j = 1, 2,, n Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 21

5.1 Dopravní problém formulace MM Každý vyrovnaný dopravní problém m a i = n i=1 j=1 má vždy přípustné řešení i optimální řešení Každý nevyrovnaný dopravní problém m a i i=1 j=1 lze převést na vyrovnaný dopravní problém Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 22 n b j b j

5.1 Dopravní problém dopravní tabulka Zejména z důvodu přehlednosti Řádek tabulky odpovídá řádkovému omezení Sloupec tabulky odpovídá sloupcovému omezení Řádky a sloupce vymezují políčka Políčko tabulky odpovídá jedné dopravní cestě mezi dodavatelem a odběratelem, tj. jedné proměnné x ij O j D i c ij x ij Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 23

5.1 Příklad dopravní tabulka Je to PŘ? z = 411 c ij O1 O2 O3 a i D1 9 3 2 15 D2 7 8 4 20 D3 5 6 11 25 b j 22 20 18 60 O 1 O 2 O 3 a i D 1 9 3 2 15 x 11 7 8 4 D 2 x7 21 x 23 D 3 5 6 11 20 x 32 13 x5 33 15 20 25 b j 22 20 18 60 Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 24

5.1 Příklad optimální řešení z = 261 c ij O1 O2 O3 a i D1 9 3 2 15 D2 7 8 4 20 D3 5 6 11 25 b j 22 20 18 60 O 1 O 2 O 3 a i 9 3 2 D 1 15 7 8 4 D 2 2 18 5 6 11 D 3 20 5 15 20 25 b j 22 20 18 60 Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 25

5.1 Dopravní problém nevyrovnaný DP Každý nevyrovnaný dopravní problém m a i n i=1 j=1 lze převést na vyrovnaný dopravní problém Buď přidáním fiktivního dodavatele Nebo přidáním fiktivního odběratele b j Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 26

5.1 Příklad - zadání Předpokládejme nyní, že Pole 3 je již posekané. Všechny ostatní informace zůstávají beze změny. Určete přepravované počty kombajnů z jednotlivých družstev na pole tak, aby počet ujetých kilometrů byl minimální. [km] Pole 1 Pole 2 Kapacity Sever Loukovec 9 3 15 Čistá u Mladé Boleslavi 7 8 20 Luštěnice 5 6 25 Požadavky 22 20 42 / 60 Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 27

5.1 Příklad fiktivní odběratel c ij O1 O2 a i D1 9 3 15 D2 7 8 20 D3 5 6 25 b j 22 20 Cenové koeficienty fiktivního odběratele jsou nulové O 1 O 2 F 3 a i D 1 9 3 0 15 D 2 7 8 0 D 3 5 6 0 20 25 b j 22 20 18 60 Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 28

5.1 Dopravní problém nevyrovnaný DP Přebytek kapacit nad požadavky m a i > n i=1 j=1 Přidání fiktivního odběratele (sloupec) s požadavkem m b n+1 = a i b j n i=1 j=1 Představuje neodeslané zboží (nevyčerpaná kapacita) b j Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 29

5.1 Příklad - zadání Předpokládejme nyní, že oproti původnímu zadání má zemědělské družstvo Sever Loukovec celodružstevní dovolenou a jejich kombajny nemohou sekat. Všechny ostatní informace zůstávají beze změny. Určete přepravované počty kombajnů z jednotlivých družstev na pole tak, aby počet ujetých kilometrů byl minimální. [km] Pole 1 Pole 2 Pole 3 Kapacity Čistá u Mladé Boleslavi 7 8 4 20 Luštěnice 5 6 11 25 Požadavky 22 20 18 60 / 45 Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 30

5.1 Příklad fiktivní dodavatel c ij O1 O2 O3 a i D1 7 8 4 20 D2 5 6 11 25 b j 22 20 18 Cenové koeficienty fiktivního dodavatele jsou nulové O 1 O 2 O 3 a i D 1 7 8 4 20 D 2 5 6 11 F 3 0 0 0 25 15 b j 22 20 18 60 Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 31

5.1 Dopravní problém nevyrovnaný DP Přebytek požadavků nad kapacitami m a i < n i=1 j=1 Přidání fiktivního dodavatele (řádek) s kapacitou n a m+1 = b j b j m j=1 i=1 Představuje nedodané zboží (nesplněný požadavek) a i Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 32

5.2 Kontejnerový dopravní problém (KDP) KDP je modifikací dopravního problému s tím rozdílem, že přeprava zboží se provádí pouze v kontejnerech Každý kontejner má kapacitu K jednotek Náklady na přepravu jsou uvedeny na jeden kontejner Náklady jsou stejné bez ohledu na to, je-li kontejner plný nebo poloprázdný Celkové náklady na přepravu se minimalizují Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 33

5.2 Příklad - zadání Firma Kámen těží ve třech lomech štěrko-písek. Štěrkopísek dodává na tři velké stavby. Kapacita lomů je 30, 20 a 25 tun (denně). Požadavky staveb jsou 25, 35 a 15 tun (denně). Vzdálenosti jednotlivých lomů od staveb v km jsou uvedeny v tabulce. Doprava je realizována pomocí nákladních vozů Liaz 150 s maximální nosností 10 tun. Určete objem dodávek z jednotlivých lomů na stavby tak, aby počet ujetých kilometrů byl minimální. Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 34

5.2 Příklad - zadání [km] Stavba 1 Stavba 2 Stavba 3 Kapacity Lom 1 14 10 11 30 Lom 2 13 14 12 20 Lom 3 11 13 16 25 Požadavky 25 35 15 75 15 Stavba 3 30 11 km 10 Lom 1 Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 35

5.2 KDP obecný model minimalizovat za podmínek: n j=1 m i=1 z = m n i=1 j=1 c ij y ij x ij a i, i = 1, 2,, m x ij = b j, j = 1, 2,, n x ij Ky ij, i = 1, 2,, m, j = 1, 2,, n x ij 0, i = 1, 2,, m, j = 1, 2,, n y ij 0, celé, i = 1, 2,, m, j = 1, 2,, n Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 43

5.3 Obecný distribuční problém (ObDP) Je velmi podobný DP především svým MM Ekonomické modely se liší: v DP jde o rozdělení (distribuci) zdrojů, které se nijak nemění, pouze se převážejí v ObDP jde o rozdělení (distribuci) činností, jejichž realizací vznikají nové výrobky Cílem je takové rozdělení činností, které minimalizuje náklady Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 45

5.3 Příklad - zadání Firma Kniha se zabývá tiskem knih. Ke své činnosti používá dva tiskařské stroje. Každý stroj může pracovat 100 hodin. Tiskne dva typy knih (knihy pro děti a romány pro dospělé). Dle smlouvy musí tiskárna vytisknout 1500 kusů knih pro děti a 1500 kusů románů pro dospělé. Cílem je zajistit tisk požadovaného množství knih s minimálními náklady. Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 46

5.3 ObDP obecný model minimalizovat za podmínek: m n z = c ij x ij i=1 j=1 n j=1 m i=1 x ij a i, i = 1, 2,, m k ij x ij = b j, j = 1, 2,, n x ij 0, i = 1, 2,, m, j = 1, 2,, n Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 55

5.4 Přiřazovací problém (PP) Jedná se o vzájemně jednoznačné přiřazení dvojice jednotek ze dvou skupin (párování) Např. může jít o auta a garáže, stavby a rypadla, pracovníci a pracovní místa apod. Toto přiřazení má přinést co nejvyšší efekt Můžeme minimalizovat ujetou vzdálenost, náklady, maximalizovat pracovní výkon apod. Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 65

5.4 Příklad - zadání Nově otevřený obchodní dům testoval ve zkušebním provozu výkonnost pracovních skupin prodavačů na jednotlivých odděleních (v procentech průměrné tržby viz tabulku) Určete, jak rozmístit skupiny pracovníků na jednotlivá oddělení tak, aby celková výkonnost (měřená v % tržby) byla maximální Tržba [%] Potraviny Porcelán Textil Pracovní skupina č. 1 101 97 91 Pracovní skupina č. 2 87 96 99 Pracovní skupina č. 3 98 110 102 Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 66

5.4 Přiřazovací problém (PP) Předpokládáme, že obě skupiny mají stejný počet prvků Pokud nemají, lze jednu ze skupin doplnit fiktivními jednotkami Řeší se speciálními metodami pro bivalentní úlohy nebo heuristickými metodami, které dávají přibližné výsledky (maďarská metoda, metoda větví a mezí) Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 67

5.4 Přiřazovací problém (PP) Jsou dány: Jednotky první skupiny (n) A i, i = 1, 2,, n Jednotky druhé skupiny (n) B j, j = 1, 2,, n Cenové koeficienty c ij určující cenu přiřazení každé dvojice jednotek A i a B j Proměnné x ij určující, zda i tá jednotka z první skupiny bude přiřazena j té jednotce ze skupiny druhé (A i k B j ) Proměnné x ij jsou bivalentní, mohou nabývat pouze dvou hodnot nula (0) nebo jedna (1) Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 68

5.4 Příklad matematický model maximalizovat za podmínek: c ij O1 O2 O3 P1 101 97 91 P2 87 96 99 P3 98 110 102 z = 101x 11 + 97x 12 + + 102x 33 x 11 + x 12 + x 13 = 1 x 21 + x 22 + x 23 = 1 x 31 + x 32 + x 33 = 1 x 11 + x 21 + x 31 = 1 x 12 + x 22 + x 32 = 1 x 13 + x 23 + x 33 = 1 x ij O1 O2 O3 P1 x 11 x 12 x 13 P2 x 21 x 22 x 23 P3 x 31 x 32 x 33 x ij 0,1, i = 1, 2, 3, j = 1, 2, 3 Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 69

5.4 PP formulace MM Hodnoty proměnných x ij jsou omezeny jednoznačným přiřazením jednotek první skupiny jednotkám druhé skupiny a naopak Počet těchto omezení je tedy n + n = 2n n pro jednotky první skupiny A i (řádková omezení) n j=1 x ij = 1, i = 1, 2,, n n pro jednotky druhé skupiny B j (sloupcová omezení) n i=1 x ij = 1, j = 1, 2,, n Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 70

5.4 PP formulace MM Podmínky nezápornosti a bivalence: Podmínky nezápornosti jsou díky bivalenci splněny automaticky x ij = 1, pokud je A i přiřazeno k B j, i = 1, 2,, n, j = 1, 2,, n 0, pokud není A i přiřazeno k B j Účelová funkce: maximalizovat (min) z = z = c 11 x 11 + c 12 x 12 + + c mn x mn n i=1 n j=1 c ij x ij Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 71

5.4 PP obecný model Maximalizovat (minimalizovat) z = za podmínek: n j=1 m i=1 n n i=1 j=1 c ij x ij x ij = 1, i = 1, 2,, n x ij = 1, j = 1, 2,, n x ij 0,1, i = 1, 2,, n, j = 1, 2,, n Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 72

5.4 Příklad přípustné řešení c ij O1 O2 O3 P1 101 97 91 P2 87 96 99 P3 98 110 102 B j A i c ij x ij O 1 O 2 O 3 a i P 1 101 97 91 1 87 96 99 P 3 98 110 102 1 b j 1 1 1 1 1 1 1 Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 73

5.4 Příklad optimální řešení Řešení v předchozí tabulce je nejen přípustné, ale i optimální. První pracovní skupina (P1) bude umístěna v oddělení potravin (O1) Druhá pracovní skupina (P2) bude umístěna v oddělení textilu (O3) Třetí (P3) v oddělení porcelánu (O2) Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 74

5.5 Okružní dopravní problém (OkDP) Historický název tohoto typu úlohy LP je problém obchodního cestujícího (anglicky Travelling Salesman Problem TSP): obchodní cestující má vyjít z místa M1 obejít stanovený počet míst tak, aby do každého jednou vešel a jednou z něj vyšel cestu musí absolvovat najednou celková délka cesty musí být minimální Na rozdíl od DP nejde o určení přepravovaných množství, ale o stanovení dopravní cesty Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 75

Kralupy 5.5 Příklad - zadání 24 Mělník 26 Problém bankovního lupiče 34 38 84 86 81 37 Brandýs Praha 28 55 77 44 65 59 Kolín Benešov 61 Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 78

5.5 OkDP obecný model Minimalizovat z = za podmínek: n j=1 n i=1 n n i=1 j=1 c ij x ij x ij = 1, i = 1, 2,, n x ij = 1, j = 1, 2,, n α i α j + n x ij n 1, i = 1, 2,, n, j = 2, 3,, n x ij 0,1, i = 1, 2,, n, j = 1, 2,, n Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 84

Kralupy 5.5 Příklad - řešení 24 Mělník 26 Problém bankovního lupiče 77 34 Praha 44 38 Benešov 84 28 59 Kolín Brandýs Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 86 86 61 65 81 37 55 z = 244 Kr Mě Pr Br Be Ko δ i Kralupy 0 0 1 0 0 0 0 Mělník 1 0 0 0 0 0 5 Praha 0 0 0 0 1 0 1 Brandýs 0 1 0 0 0 0 4 Benešov 0 0 0 0 0 1 2 Kolín 0 0 0 1 0 0 3

5.6 Úloha o pokrytí (ÚoP) Jde o jednu z variant přiřazovacího problému Je třeba rozhodnout o umístění K obslužných stanic (hasičská stanice, první pomoc atd.) Území působnosti těchto stanic je rozděleno do n obvodů (n > K) Každý obvod je obsluhován jednou stanicí Je třeba určit, do kterých obvodů bude umístěna určitá obslužná stanice Současně je třeba určit území působnosti této stanice Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 87

5.6 Příklad - zadání Ve dvou z šesti městských obvodů O1, O2,..., O6 se má postavit stanice rychlé pomoci a určit, které obvody budou mít zřízené stanice na starosti V tabulce je: průměrný čas, který potřebuje stanice zřízená v obvodě O i pro příjezd k pacientovi v obvodě O j (v minutách) průměrná frekvence zásahů rychlé pomoci v jednotlivých obvodech Cílem je navrhnout, kde zřídit stanice a které obvody jim přiřadit tak, aby celková průměrná doba obsluhy byla minimální Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 88

5.6 ÚoP obecný model Minimalizovat za podmínek: n j=1 n i=1 z = n n i=1 j=1 c ij x ij f j x ij = 1, j = 1, 2,, n x ij (n K + 1)y i, i = 1, 2,, n n i=1 y i = K, x ij 0,1, i = 1, 2,, n, j = 1, 2,, n y i 0,1, i = 1, 2,, n Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 96

5.6 Příklad - řešení Obvody O 1 O 2 O 3 O 4 O 5 O 6 O 1 4 12 14 17 11 9 O 2 20 7 10 19 24 16 O 3 21 13 5 8 11 15 O 4 9 12 14 3 8 18 O 5 17 25 13 10 6 16 O 6 13 8 9 15 10 5 Četnosti 30 50 42 36 24 28 Obvody Stanice O 1 y 1 O 2 y 2 O 3 y 3 O 4 y 4 O 5 y 5 O 6 y 6 Celkem 2 Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 97

5.6 Příklad optimální řešení Řešení v předchozí tabulce je nejen přípustné, ale i optimální. Jedna stanice rychlé pomoci bude umístěna v obvodu O 4 Bude obsluhovat obvody O 1, O 4, O 5 Druhá stanice rychlé pomoci bude umístěna v obvodu O 6 bude obsluhovat obvody O 2, O 3, O 6 Plánované zásahy budou trvat přibližně 1488 minut Průměrná doba zásahu je odtud 7,09 minut Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 98

Detaily k přednášce: skripta, kapitola 2.5.5 a 2.5.6 KONEC Mgr. Sekničková Jana, Ph.D. 99