7. přednáška Systémová analýza a modelování. Přiřazovací problém



Podobné dokumenty
Přiřazovací problém. Přednáška č. 7

Jiří Neubauer. Katedra ekonometrie FEM UO Brno

Operační výzkum. Přiřazovací problém.

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

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

4EK213 Lineární modely. 12. Dopravní problém výchozí řešení

Vektorové podprostory, lineární nezávislost, báze, dimenze a souřadnice

3. ANTAGONISTICKÉ HRY

VYSOKÁ ŠKOLA EKONOMICKÁ V PRAZE. Optimalizace trasy při revizích elektrospotřebičů

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.

Matice. Předpokládejme, že A = (a ij ) je matice typu m n: diagonálou jsou rovny nule.

4EK213 LINEÁRNÍ MODELY

ANTAGONISTICKE HRY 172

1 Linearní prostory nad komplexními čísly

1. července 2010

4EK201 Matematické modelování. 2. Lineární programování

a počtem sloupců druhé matice. Spočítejme součin A.B. Označme matici A.B = M, pro její prvky platí:

Ekonomická formulace. Matematický model

Obecná úloha lineárního programování

2 Spojité modely rozhodování

4EK213 LINEÁRNÍ MODELY

12. Lineární programování

0.1 Úvod do lineární algebry

Vektory a matice. Obsah. Aplikovaná matematika I. Carl Friedrich Gauss. Základní pojmy a operace

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

4EK213 Lineární modely. 4. Simplexová metoda - závěr

0.1 Úvod do lineární algebry

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

Soustavy lineárních rovnic

Parametrické programování

1/10. Kapitola 12: Soustavy lineárních algebraických rovnic

1 Vektorové prostory.

Příklady modelů lineárního programování

Soustavy linea rnı ch rovnic

1 Determinanty a inverzní matice

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ. Modernizace studijního programu Matematika na PřF Univerzity Palackého v Olomouci CZ.1.07/2.2.00/28.

Metody lineární optimalizace Simplexová metoda. Distribuční úlohy

Výběr báze. u n. a 1 u 1

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ. Modernizace studijního programu Matematika na PřF Univerzity Palackého v Olomouci CZ.1.07/2.2.00/28.

vyjádřete ve tvaru lineární kombinace čtverců (lineární kombinace druhých mocnin). Rozhodněte o definitnosti kvadratické formy κ(x).

Lineární algebra. Soustavy lineárních rovnic

4 Kriteriální matice a hodnocení variant

Soustava m lineárních rovnic o n neznámých je systém

2. Určete jádro KerL zobrazení L, tj. nalezněte alespoň jednu jeho bázi a určete jeho dimenzi.

Lineární algebra Operace s vektory a maticemi

Uspořádanou n-tici reálných čísel nazveme aritmetický vektor (vektor), ā = (a 1, a 2,..., a n ). Čísla a 1, a 2,..., a n se nazývají složky vektoru

(Cramerovo pravidlo, determinanty, inverzní matice)

příkladů do cvičení. V textu se objeví i pár detailů, které jsem nestihl (na které jsem zapomněl) a(b u) = (ab) u, u + ( u) = 0 = ( u) + u.

4EK213 Lineární modely. 10. Celočíselné programování

Necht tedy máme přirozená čísla n, k pod pojmem systém lineárních rovnic rozumíme rovnice ve tvaru

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Základy lineárního programování. študenti MFF 15. augusta 2008

Teorie her a ekonomické rozhodování. 2. Maticové hry

Matice přechodu. Pozorování 2. Základní úkol: Určete matici přechodu od báze M k bázi N. Každou bázi napíšeme do sloupců matice, např.

Zdrojem většiny příkladů je sbírka úloh 1. cvičení ( ) 2. cvičení ( )

13. Lineární programování

7 Kardinální informace o kritériích (část 1)

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

Základy matematiky pro FEK

Jedná se o soustavy ve tvaru A X = B, kde A je daná matice typu m n,

IB112 Základy matematiky

Numerické metody a programování

HODNOST A DETERMINANT MATICE, INVERZNÍ MATICE

Kapitola 11: Vektory a matice:

VĚTY Z LINEÁRNÍ ALGEBRY

Lineární programování

Matice. Modifikace matic eliminační metodou. α A = α a 2,1, α a 2,2,..., α a 2,n α a m,1, α a m,2,..., α a m,n

1 Úvod do celočíselné lineární optimalizace

VYBRANÉ PARTIE Z NUMERICKÉ MATEMATIKY

Vektorový prostor. Př.1. R 2 ; R 3 ; R n Dvě operace v R n : u + v = (u 1 + v 1,...u n + v n ), V (E 3 )...množina vektorů v E 3,

[1] Determinant. det A = 0 pro singulární matici, det A 0 pro regulární matici

Determinant. Definice determinantu. Permutace. Permutace, vlastnosti. Definice: Necht A = (a i,j ) R n,n je čtvercová matice.

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

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

Operační výzkum. Teorie her. Řešení maticových her převodem na úlohu LP.

Cvičení z Numerických metod I - 12.týden

Úlohy nejmenších čtverců

Matematika B101MA1, B101MA2

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

Matematika pro informatiky

Maticí typu (m, n), kde m, n jsou přirozená čísla, se rozumí soubor mn veličin a jk zapsaných do m řádků a n sloupců tvaru:

SVD rozklad a pseudoinverse

1 Extrémy funkcí - slovní úlohy

1 Soustavy lineárních rovnic

ALGEBRA. Téma 5: Vektorové prostory

Číselné vektory, matice, determinanty

1 Řešení soustav lineárních rovnic

Soustavy lineárních rovnic

6 Simplexová metoda: Principy

Lineární zobrazení. 1. A(x y) = A(x) A(y) (vlastnost aditivity) 2. A(α x) = α A(x) (vlastnost homogenity)

SOUSTAVY LINEÁRNÍCH ALGEBRAICKÝCH ROVNIC

Obr. P1.1 Zadání úlohy v MS Excel

5. Lokální, vázané a globální extrémy

Součin matice A a čísla α definujeme jako matici αa = (d ij ) typu m n, kde d ij = αa ij pro libovolné indexy i, j.

Vícekriteriální hodnocení variant metody

Základy maticového počtu Matice, determinant, definitnost

SOUSTAVY LINEÁRNÍCH ROVNIC

maticeteorie 1. Matice A je typu 2 4, matice B je typu 4 3. Jakých rozměrů musí být matice X, aby se dala provést

10. Soustavy lineárních rovnic, determinanty, Cramerovo pravidlo

VEKTOROVÝ PROSTOR. Vektorový prostor V n je množina všech n-složkových vektorů spolu s operacemi sčítání, odčítání vektorů a reálný násobek vektoru.

EXTRÉMY FUNKCÍ VÍCE PROMĚNNÝCH

Transkript:

Přiřazovací problém Přiřazovací problémy jsou podtřídou logistických úloh, kde lze obecně říci, že m dodavatelů zásobuje m spotřebitelů. Dalším specifikem je, že kapacity dodavatelů (ai) i požadavky spotřebitelů (bj) jsou jedničky úloha je celočíselná. Příklad: Jako vhodný příklad tohoto problému převedeného do reálného prostředí lze uvést opravárenskou firmu, kde je pět opravářů. V určitém okamžiku se může objevit současně pět požadavků na opravu. V tomto případě stojíme před problémem, ke kterému klientovi poslat kterého opraváře, aby naše náklady na dopravu byly co nejnižší. Předpoklady použití tohoto modelu: Trasa je kvantifikovatelná Jednotky kapacity dodavatelů jsou vzájemně homogenní Jednotky požadavků spotřebitelů jsou také vzájemně homogenní (to znamená, že v rámci dodavatelsko-spotřebitelské vazby je nekonečná mezní míra substituce lze libovolného j-tého spotřebitele uspokojit dodávkou i-tého dodavatele) V případě nepřístupnosti nějakého spoje - osazujeme jej prohibitivní sazbou M Sazby C ij jsou libovolné a jejich hodnoty mohou vyjadřovat vzdálenost, čas, ztrátu nebo efekt. U vzdálenosti, času a ztráty se snažíme výsledek minimalizovat naopak efekt maximalizovat. Celý algoritmus výpočtu přiřazovací úlohy je minimalizační, proto je nutné tabulku upravit, pokud se jedná o hodnoty efektu. Potom převedeme hodnoty tabulky na rozdíly od maximální hodnoty a snažíme se je minimalizovat. Algoritmus přiřazovací úlohy - je minimalizační - je univerzální (platí pro jakoukoliv matici) - používá se Maďarská metoda (König, Egerwarry) - hledáme právě pět obsazených polí (silně degenerovaná úloha lineárního programování strana 1

Maďarská metoda je založena na této myšlence: místo původní úlohy řešit úlohu s maticí sazeb redukovanou tak, aby všechny sazby zůstaly nezáporné a aby v každém řádku a v každém sloupci byla alespoň jedna sazba nulová. Existuje-li řešení, ve kterém kladným složkám odpovídají nulové sazby, je toto řešení optimální. Neexistuje-li takové řešení, provede se další redukce matice sazeb, atd. Po konečném počtu kroků se dospěje k optimálnímu řešení. Postup - na matici se díváme jako na celistvý systém - vytvoříme redukovanou matici, která má identické vlastnosti jako generovaná matice - primární redukce od každé řady matice sazeb (jak řádek, tak sloupec) odečteme minimální prvek této řady. Je přitom lhostejné, zda začínáme sloupcovými či řádkovými vektory Generovaná matice Po řádkové redukci Po sloupcové redukci 1 3 7 15 8 0 2 6 14 7 0 1 6 14 7 6 7 19 16 14 0 1 13 10 8 0 0 13 10 8 10 18 2 5 10 8 16 0 3 8 8 15 0 3 8 13 18 20 16 13 0 5 7 3 0 0 4 7 3 0 10 7 4 1 5 9 6 3 0 4 9 5 3 0 4 Získali jsme matice, kde v každém řádku nebo sloupci je alespoň jedna nula. - nezávislý prvek prvek, který vybereme jako samotný (nezávislý pro i-tou řádku a j-tý sloupec - nezávislá nula (independent zero) vybraná nula, která je sama v řadě - krycí čára (shadow line) - vede kolmo na čáru, ve kterém jsme vybrali nulu - grafický test optima-vylučuje vstup do báze 0 1 6 14 7 0 0 13 10 8 8 16 0 3 8 0 4 7 3 0 9 5 3 0 4 krycí čára v našem případě v prvním kroku ihned vyšlo optimální řešení (lze dokázat, že nelze nalézt žádné jiné lepší řešení) nezávislá nula Řešení této přiřazovací úlohy nalezneme v původní matici na místech, kde jsou po úpravě nezávislé nuly. V našem případě to je: 24 strana 2

Zadání matice, které bylo náhodně nadiktováno kolegou Lexou, se ukázalo jako řešitelné v jediném kroku. V praxi se však můžeme setkat s případem, že i po splnění veškerých kritérií, se nám nepodaří najít M nezávislých nul. V tomto případě provedeme sekundární redukci. Sekundární redukce vybereme minimální Cij>0, které není pokryto a s ním provedeme celou sekundární redukci. V té se postupuje podle stavu v jakém jsou jednotlivé koeficienty Cij nepokrytý prvek matice snížíme o minimální prvek prvek pokrytý jednou čárou neměníme jeho hodnotu prvek, kde se křižují dvě čáry zvyšujeme o minimální prvek Po provedení sekundární redukce se opět pokračuje výběrem nezávislých nul. Na přiloženém obrázku lze vidět zjednodušené schéma průběhu maďarské metody. Vývojové schéma maďarské metody: König-Egelwaryho teorém minimální počet krycích čar, kterými jsou identifikovány nezávislé nuly tabulky a současně jsou pokryty všechny volné nuly tabulky je roven maximálnímu počtu nezávislých nul, které lze z tabulky vybrat. strana 3

Příklad: (příklad převzat z diplomové práce Petry Klingerové, TU Liberec, 1997) Šest inženýrů ( I1 až I6 ), kteří právě ukončili studium dostalo nabídku šesti pracovišť v různých místech ( A až F ). Protože každý preferoval pracoviště z různých příčin jinak, sestavili si přehled, v němž každý vyznačil své preference bodováním od jednoho do dvaceti bodů. Výsledky jsou zapsané v tabulce. A B C D E F I 1 4 8 16 20 12 1 I 2 16 20 8 1 4 12 I 3 1 12 4 16 20 8 I 4 4 1 16 12 20 8 I 5 12 16 1 8 20 4 I 6 20 16 12 1 4 8 Chceme rozmístění uskutečnit tak, aby součet uspokojených nároků byl maximální. Abychom mohli použít maďarskou metodu, transformujeme danou tabulku na následující matici sazeb: Místo hledání maxima součtu uspokojených nároků budeme hledat minimum součtu diferencí. ) Provedeme redukci matice C ( tak, aby po redukci každý řádek a každý sloupec obsahoval alespoň jeden nulový prvek; v našem případě stačí odečíst sloupcová minima ve 3. a 6. sloupci ). Dostaneme: strana 4

Vybrali jsme 5 nezávislých nul a označili 5. řádek, 5. sloupec a 3. řádek. Sestavili jsme soustavu nejmenšího počtu krycích čar - škrtli jsme řádek 1., 2., 4., 6. a sloupec 5. Protože ještě nemůžeme vybrat šest nezávislých nul, vyhledáme nejmenší nepokrytý prvek ( v našem případě = 4 ), provedeme další redukci a postup opakujeme. Dostaneme: V matici C2 již lze vybrat 6 nezávislých nul ( dvěma způsoby ). Vybereme je v pořadí: 1. varianta řádek sloupec 6 1 4 3 1 4 2 2 5 5 3 6 2. varianta řádek sloupec 6 1 4 3 1 4 2 6 5 2 3 5 strana 5

První možnost je v tabulce vyznačena orámováním nezávislých nul. Úloha má tedy 2 optimální řešení. 1. varianta A B C D E F 2. varianta A B C D E F I 1 0 0 0 1 0 0 I 2 0 1 0 0 0 0 I 3 0 0 0 0 0 1 I 4 0 0 1 0 0 0 I 5 0 0 0 0 1 0 I 6 1 0 0 0 0 0 I 1 0 0 0 1 0 0 I 2 0 0 0 0 0 1 I 3 0 0 0 0 1 0 I 4 0 0 1 0 0 0 I 5 0 1 0 0 0 0 I 6 1 0 0 0 0 0 Řešení odpovídá těmto rozmístěním: inženýr 1. varianta 2. varianta pracoviště preference pracoviště preference I 1 D 20 D 20 I 2 B 20 F 12 I 3 F 8 E 20 I 4 C 16 C 16 I 5 E 20 B 16 I 6 A 20 A 20 součet uspokojených nároků 104 104 strana 6