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



Podobné dokumenty
Metody lineární optimalizace Simplexová metoda. Distribuční úlohy

4EK311 Operační výzkum. 5. Teorie grafů

4EK213 Lineární modely. 12. Dopravní problém výchozí řešení

HEURISTICKÉ ALGORITMY PRO ŘEŠENÍ ÚLOH OBCHODNÍHO CESTUJÍCÍHO

Kvantitativní metody v rozhodování. Marta Doubková

1. července 2010

Algoritmizace prostorových úloh

Přiřazovací problém. Přednáška č. 7

4EK213 LINEÁRNÍ MODELY

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

Hledání optimální cesty v dopravní síti

OPTIMALIZACE. (přehled metod)

3. Optimalizace pomocí nástroje Řešitel

4EK201 Matematické modelování 5. Speciální úlohy lineárního programování

13. Lineární programování

Ekonomická formulace. Matematický model

Algoritmus pro hledání nejkratší cesty orientovaným grafem

4EK213 Lineární modely. 4. Simplexová metoda - závěr

Základy informatiky. Teorie grafů. Zpracoval: Pavel Děrgel Úprava: Daniela Szturcová

CLARKEOVA-WRIGHTOVA METODA ŘEŠENÍ ÚLOHY VRP

ČESKÁ ZEMĚDĚLSKÁ UNIVERZITA V PRAZE. Teze diplomové práce

Úvod do úloh plánování rozvozu (Vehicle Routing Problems)

Metody síťové analýzy

Využití lineárního programování při optimalizaci rozvozových tras ve firmě Aryja, s. r. o. v měnících se ekonomických podmínkách

Diskrétní matematika. DiM /01, zimní semestr 2016/2017

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

4EK213 Lineární modely. 10. Celočíselné programování

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

Numerické metody a programování. Lekce 8

Systematická tvorba jízdního řádu 2. cvičení

Parametrické programování

Operační výzkum. Přiřazovací problém.

Voronoiův diagram. RNDr. Petra Surynková, Ph.D. Univerzita Karlova v Praze Matematicko-fyzikální fakulta

Teoretická informatika Tomáš Foltýnek Barvení grafů Platónská tělesa

Jiří Neubauer. Katedra ekonometrie FEM UO Brno

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

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

7. přednáška Systémová analýza a modelování. Přiřazovací problém

Aproximativní algoritmy UIN009 Efektivní algoritmy 1

12. Lineární programování

Základy informatiky. 07 Teorie grafů. Kačmařík/Szturcová/Děrgel/Rapant

4EK311 Operační výzkum. 2. Lineární programování

Grafové algoritmy. Programovací techniky

Grafové algoritmy. Programovací techniky

Problém obchodního cestujícího(tsp) Vstup: Množina n měst a vzdálenosti mezi nimi. Výstup: Nejkratší okružní cesta procházející všemi městy.

4EK201 Matematické modelování. 2. Lineární programování

4EK213 Lineární modely. 5. Dualita v úlohách LP

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

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

Matematické modelování 4EK201

Obsah prezentace. Základní pojmy v teorii o grafech Úlohy a prohledávání grafů Hledání nejkratších cest

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

6 Simplexová metoda: Principy

4EK314 Diskrétní modely Příklady

Univerzita Pardubice Fakulta elektrotechniky a informatiky Programový nástroj pro plánování svozných a rozvozových tras v regionu

4EK213 LINEÁRNÍ MODELY

VYSOKÁ ŠKOLA EKONOMICKÁ V PRAZE. Optimalizace trasy při revizích elektrospotřebičů

PROBLÉM ČTYŘ BAREV. Lze obarvit jakoukoliv mapu v rovině čtyřmi barvami tak, aby žádné dvě sousedící oblasti neměly stejnou barvu?

OKRUŽNÍ A ROZVOZNÍ ÚLOHY: OBCHODNÍ CESTUJÍCÍ. FORMULACE PŘI RESPEKTOVÁNÍ ČASOVÝCH OKEN

VYUŽITÍ NĚKTERÝCH METOD TEORIE GRAFŮ PŘI ŘEŠENÍ DOPRAVNÍCH PROBLÉMŮ

Dynamické programování

VYUŽITÍ METOD LINEÁRNÍHO PROGRAMOVÁNÍ PŘI ŘEŠENÍ DOPRAVNÍCH ÚLOH

Obr. P1.1 Zadání úlohy v MS Excel

2 Trochu teorie. Tab. 1: Tabulka pˇrepravních nákladů

RNDr. Sousedíková Radmila, Ph.D.

Lineární programování

OSTRAVSKÁ UNIVERZITA PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA [ MOPV ] METODY OPERAČNÍHO VÝZKUMU

Otázky ke státní závěrečné zkoušce

Hranová konzistence. Arc consistency AC. Nejprve se zabýváme binárními CSP. podmínka odpovídá hraně v grafu podmínek

Drsná matematika III 10. demonstrovaná cvičení Kostry grafů

TGH09 - Barvení grafů

4EK212 Kvantitativní management. 2. Lineární programování

B a k a l ářská práce

Kurz operačního výzkumu pro posluchače kombinovaného studia na FAST VUT v systému MOODLE

Systémové modelování. Ekonomicko matematické metody I. Lineární programování

Pokročilé matematické modely a metody

OSA. maximalizace minimalizace 1/22

Kostry. 9. týden. Grafy. Marie Demlová (úpravy Matěj Dostál) 16. dubna 2019

4EK314 Diskrétní modely

OPTIMALIZACE DISTRIBUČNÍHO SYTÉMU NÁHRADNÍCH DÍLŮ AUTOMOBILŮ OPTIMIZATION OF DISTRIBUTING SYSTEM OF CAR SPARE PARTS

OPTIMALIZAČNÍ ÚLOHY. Modelový příklad problém obchodního cestujícího:

Univerzita Karlova v Praze. Matematicko-fyzikální fakulta DIPLOMOVÁ PRÁCE. Michal Drobný. implementace. Katedra aplikované matematiky

TGH08 - Optimální kostry

4EK213 LINEÁRNÍ MODELY

zejména Dijkstrův algoritmus pro hledání minimální cesty a hladový algoritmus pro hledání minimální kostry.

Jan Březina. Technical University of Liberec. 30. dubna 2013

Kvantitativní metody v rozhodování

Využití metod operačního výzkumu při řízení distribuce v potravinářském podniku

"Agent Hledač" (3. přednáška)

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

5. Lokální, vázané a globální extrémy

Jan Březina. Technical University of Liberec. 21. dubna 2015

3. úloha - problém batohu metodami branch & bound, dynamické programování, heuristika s testem

Výhody a nevýhody jednotlivých reprezentací jsou shrnuty na konci kapitoly.

Jan Březina. 7. března 2017

Vysoká škola logistiky o.p.s. Optimalizace dopravních tras v distribuční činnosti

STROMY. v 7 v 8. v 5. v 2. v 3. Základní pojmy. Řešené příklady 1. příklad. Stromy

TGH02 - teorie grafů, základní pojmy

Obecná úloha lineárního programování

Prohledávání do šířky = algoritmus vlny

Transkript:

Obsah přednášky Mgr. Květuše Sýkorová Optimalizace Lineární programování Distribuční úlohy Okružní problém KI Př UJEP Ústí nad Labem Nederivační metody Metody 1D optimalizace Derivační metody Optimalizace s omezeními Metody lineární optimalizace Grafická metoda Přímá metoda Simplexová metoda Distribuční úlohy Dopravní problém Okružní problém Přiřazovací problém Obecný distribuční problém 2 Lineární optimalizace DÚ LP Okružní problém Distribuční úlohy LP: Dopravní problém: Okružní problém: označované také jako problém obchodního cestujícího nebo problém listonoše iterační metoda vhodná programová implementace Ekonomická interpretace: Je potřeba naplánovat trasu, která prochází několika místy. Každým místem je potřeba projít právě jednou. Je potřeba optimalizovat tuto trasu. Přiřazovací problém Obecný distribuční problém příklad: Turista vyjíždí z Prahy a chce postupně navštívit všechna města v tabulce a nakonec se vrátit zpět do Prahy. Naplánujte trasu tak, aby ujel co nejméně kilometrů. Vzdálenosti mezi městy jsou dány v následující tabulce: 3 4 DÚ LP Okružní problém DÚ LP Okružní problém kategorie: okružní problém Problém obchodního cestujícího (Travelling Salesman Problem) rozvozní problém (Vehicle Routing Problem) statické úlohy všechna místa a zákazníci jsou předem známá dynamické úlohy v průběhu realizace úlohy přicházejí další požadavky jednookruhový problém nalezení nejkratší cesty, která obsahuje všechna místa víceokruhový problém z jednoho výchozího místa vytváříme více okruhů z několika výchozích míst vytváříme více samostatných okruhů 5 zadání: dáno n míst všechna místa je potřeba projet právě jednou a vrátit se do výchozího místa tabulkou dáno ohodnocení spojení vzdálenost, náklady na přepravu, čas dodatečné podmínky každé místo má jistý požadavek na kapacitu okruhu dána celková kapacita okruhu pokud celková kapacita požadavků jednotlivých míst > celková kapacita okruhu nutné mít více okruhů obecný algoritmus pro nalezení optima neexistuje NP úplná úloha s rostoucím n roste exponenciálně složitost (počet omezujících podmínek) existuje řada aproximačních metod jejich řešení lze považovat za optimální 6 1

DÚ LP Okružní problém DÚ LP Okružní problém obecná formulace DÚ LP: Hledáme minimum (x): c = cenové koeficienty (ocenění) x = objem přepravy (proměnná) za omezujících podmínek g i (x): kapacitní (řádkové) místo projedu jen jednou požadavkové (sloupcové) místo projedu jen jednou m xij = 1 ( i = 1,..., m) j= 1 m min m xij = 1 ( j = 1,..., m) a podmínek nezápornosti: x11, K, x mm plynou z ekonomické interpretace ÚLP i= 1 m i= 1 j= 1 x ij c ij x ij + další podmínky = 1 7 řešení: vycházíme z teorie grafů přidáváme postupně do grafu místa (vrcholy) a hrany tak, aby nevytvořili kružnici kružnici vytvoříme až přidáním posledního místa (vrcholu) a hrany hrany volíme podle ohodnocení z tabulky výhodné ohodnocení jedné trasy však může přinést nevýhodné ohodnocení v následujících krocích existuje několik metod řešení: Metoda nejbližšího souseda Vogelova aproximační metoda 8 DÚ LP Okružní problém DÚ LP Okružní problém algoritmus (VAM): 1. výpočet diferencí ze zadání príkladu 2. výběr nejkratší trasy v řadě s největší diferencí 3. vyřazení trasy, která předčasně uzavírá okruh pokud nemáme v okruhu všechna místa opakujeme krok 1.3., dokud nemáme v okruhu všechna místa optimální řešení: nalezen okruh procházející všemi místy spočteme účelovou funkci 9 1 DÚ LP Okružní problém DÚ LP Okružní problém spočteme diference zajímá nás největší diference 11 12 2

DÚ LP Okružní problém DÚ LP Okružní problém zvolíme místo s nejkratší trasou vyškrtneme v daném řádku a sloupci všechny trasy 13 14 DÚ LP Okružní problém DÚ LP Okružní problém vyškrtneme i předčasně uzavírající trasu 16 DÚ LP Okružní problém DÚ LP Okružní problém spočteme diference zajímá nás největší diference 51 17 44 3

DÚ LP Okružní problém DÚ LP Okružní problém zvolíme místo s nejkratší trasou vyškrtneme v daném řádku a sloupci všechny trasy 51 51 44 19 44 2 DÚ LP Okružní problém DÚ LP Okružní problém vyškrtneme i předčasně uzavírající trasu 51 44 21 22 DÚ LP Okružní problém DÚ LP Okružní problém spočteme diference zajímá nás největší diference 52 41 23 24 4

DÚ LP Okružní problém DÚ LP Okružní problém zvolíme místo s nejkratší trasou vyškrtneme v daném řádku a sloupci všechny trasy 52 52 41 41 25 26 DÚ LP Okružní problém DÚ LP Okružní problém vyškrtneme i předčasně uzavírající trasu 52 41 27 DÚ LP Okružní problém DÚ LP Okružní problém spočteme diference zajímá nás největší diference 59 26 3 5

DÚ LP Okružní problém DÚ LP Okružní problém zvolíme místo s nejkratší trasou vyškrtneme v daném řádku a sloupci všechny trasy 59 59 26 26 31 32 DÚ LP Okružní problém DÚ LP Okružní problém vyškrtneme i předčasně uzavírající trasu 59 26 DÚ LP Okružní problém DÚ LP Okružní problém spočteme diference zajímá nás největší diference 35 36 6

DÚ LP Okružní problém DÚ LP Okružní problém doplníme poslední trasy a uzavřeme okruh konečný výsledek 37 x = + + + + + = ( ) 544 38 DÚ LP Okružní problém DÚ LP Okružní problém konečný výsledek konečný výsledek ( x) = + + + + + = 544 39 ( x) = + + + + + = 544 4 DÚ LP Okružní problém DÚ LP Okružní problém algoritmus (Metoda nejbližšího souseda): 1. zvolíme výchozí místo postupně volíme všechna místa ze zadání príkladu 2. výběr nejbližšího sousedního místa cílové místo (soused) s nejkratší trasou 3. vyřazení trasy, která předčasně uzavírá okruh pokud nemáme v okruhu všechna místa opakujeme krok 2.3., dokud nemáme v okruhu všechna místa optimální řešení: spočteme účelovou funkci pro všechny možné druhy okruhů vybereme nejlepší okruh 41 7

DÚ LP Okružní problém DÚ LP Okružní problém 1. 1. 43 44 DÚ LP Okružní problém DÚ LP Okružní problém 1. 1. 45 46 DÚ LP Okružní problém DÚ LP Okružní problém 1. 1. 47 ( x) = + + + + + = 531 48 8

DÚ LP Okružní problém DÚ LP Okružní problém 2. 3. ( x) = + + + + + = 531 49 ( x) = + + + + + = 625 5 DÚ LP Okružní problém DÚ LP Okružní problém 4. 5. ( x) = + + + + + = 544 51 ( x) = + + + + + = 531 52 DÚ LP Okružní problém DÚ LP Okružní problém 6. 1. ( x) = + + + + + = 531 2. ( x) = + + + + + = 531 3. ( x) = + + + + + = 625 4. ( x) = + + + + + = 544 5. ( x) = + + + + + = 531 6. x = + + + + + = ( ) 544 ( x) = + + + + + = 544 53 54 9

DÚ LP Okružní problém DÚ LP Okružní problém nejkratší okruh nejkratší okruh x = + + + + + = ( ) 531 55 ( x) = + + + + + = 544 56 DÚ LP Okružní problém DÚ LP Okružní problém příklad 1: Turista podniká okružní trasu po Itálii. Vyjíždí z Catanzara a chce postupně navštívit všechna města uvedená v tabulce. Naplánujte trasu tak, aby ujel co nejméně kilometrů. 3 body Vzdálenosti míst jsou uvedeny v následující tabulce: Catanzaro Cosenza Crotone Reggio Scalea Tropea Catanzaro Cosenza Crotone Reggio Scalea Tropea 97 8 2 97 116 7 95 124 116 221 22 7 8 7 221 2 14 2 95 22 2 178 124 7 14 178 57 příklad 2: Pražská firma XY se zabývá výrobou kojeneckého oblečení. Toto zboží pak dále rozváží do 5 obchodů ve městech: Kladno, Brno, Poděbrady, Tábor, Liberec. Naplánujte nejkratší cestu mezi obchody (vzdálenosti v tabulce) 3 body Kladno Brno Poděbrady Tábor Liberec Kladno Brno Poděbrady Tábor Liberec 32 24 53 82 32 236 87 112 24 236 2 167 241 53 87 2 138 84 82 112 167 138 9 241 84 9 58 DÚ LP Okružní problém DÚ LP Okružní problém příklad 3: Je dána tabulka vzdáleností mezi osmi městy. Najděte nejkratší okruh obsahující všechna města: příklad 4: irma sídlící v Brně má pobočky v 7 jiných městech (km v tabulce). Zaměstnanec má navštívit všechny pobočky: 3 body A A B 81 C 99 D E 71 66 G 93 H 3 body Brno Brno Jih. 85 Viz. 13 Olo. 74 Str. Svi. 65 Zlín 91 Zno. 63 B 81 5 8 7 98 179 7 Jihlava 85 168 147 132 9 C 99 5 81 48 9 8 Vizovice 13 168 83 47 139 24 D 8 81 9 73 58 137 Olomouc 74 147 83 91 7 45 E 71 7 48 9 1 47 11 Strážnice 132 47 91 131 37 66 98 9 73 1 131 Svitavy 65 139 7 131 124 1 G 93 179 58 47 7 Zlín 91 9 24 45 37 124 1 H 7 8 137 11 131 7 59 Znojmo 63 1 1 1