Транспортная задача. Понятие и методы её решения.

Транспортная задача — это задача о поиске оптимального распределения поставок однородного товара от поставщиков к потребителям при известных затратах на перевозку (тарифах) между пунктами отправления и назначения. Является задачей линейного программирования специального вида. Транспортная задача может быть записана в виде прямоугольной таблицы. Пример подобной таблицы приведен ниже:

	Потребитель B1, потребность 20 кг	Потребитель B2, потребность 30 кг	Потребитель B3, потребность 30 кг	Потребитель B4, потребность 10 кг
Поставщик A1, запас 30 кг	С11=2 руб./кг	С12=3 руб./кг	С13=2 руб./кг	С14=4 руб./кг
Поставщик A2, запас 40 кг	С21=3 руб./кг	С22=2 руб./кг	С23=5 руб./кг	С24=1 руб./кг
Поставщик A3, запас 20 кг	С31=4 руб./кг	С32=3 руб./кг	С33=2 руб./кг	С34=6 руб./кг

Цена перевозки (например, в рублях за 1 килограмм груза) C_ij записывается в ячейки таблицы на пересечении соответствующего потребителя и поставщика (цена может быть и отрицательной — в этом случае она представляет собой прибыль).^{[1]: 296} Неизвестной (искомой) величиной в задаче являются такие объемы перевозки x_ij от поставщиков к потребителям, чтобы минимизировать общие затраты на транспортировку.^{[2]: 185[3]: 87}. В табличной записи цены отделяют от объемов перевозки косой чертой или квадратным уголком, в этой статье из соображений лучшей доходчивости они подписаны. При решении транспортной задачи единственными необходимыми арифметическими действиями являются сложение и вычитание.^{[1]: 304} Для поиска начального решения применяют метод северо-западного угла, метод минимальных тарифов или метод Фогеля, а для окончательной оптимизации — метод потенциалов. В то же время, транспортная задача является подмножеством задач линейного программирования и может решаться симплекс-методом. ^{[1]: 296} Транспортную задачу можно решать также в Excel.

Балансировка задачи

Если сумма запасов равна сумме потребностей, ^[14] то транспортная задача называется закрытой. Если равенство не соблюдается, то задача называется открытой. Для решения транспортной задачи необходимо, чтобы она была приведена к закрытому виду.^[15]

В показанном выше примере, сумма запасов = 30 + 40 + 20 = 90 кг, а сумма потребностей = 20 + 30 + 30 + 10 кг = 90 кг (запасы и потребности равны между собой, задача закрытая).

Если это равенство не соблюдено, необходимо ввести фиктивного поставщика или фиктивного потребителя на недостающий или избыточный объем товара, которому нужно приписать нулевую цену доставки. Этот объем будет соответствовать недопоставке или, напротив, избытку товара на складе.^{[3]: 86}

Поиск начального решения

Решение транспортной задачи начинается с поиска допустимого начального решения (плана перевозок), чтобы все запасы поставщиков были распределены по потребителям. Допустимое начальное решение не обязательно оказывается оптимальным, а метод его нахождения может быть как простейшим (метод северо-западного угла или аналоги) или более сложным и приближенным к оптимальному решению (метод минимальных тарифов, метод Фогеля)^{[16]: 120}, или же вообще произвольным. ^{[17]: 57}

Метод северо-западного угла

Допустимое (но не всегда оптимальное с точки зрения стоимости доставки) начальное решение транспортной задачи можно построить, последовательно перебирая строки таблицы (то есть поставщиков) сверху вниз. В пределах каждой строки, нужно перебрать слева направо не охваченных или не полностью охваченных поставками потребителей, записывая в соответствующие ячейки объем поставляемого груза от поставщика в данной строке, и так до исчерпания возможностей поставщика. Таким образом, весь груз от поставщиков будет распределен по потребителям. Этот метод был предложен Данцигом в 1951 г.^[8] и назван Чарнесом и Купером^[18] «правилом северо-западного угла».^{[2]: 189}

	B1, 20 кг	B2, 30 кг	B3, 30 кг	B4, 10 кг
A1, 30 кг	X11=20 кг	Х12=10 кг
A2, 40 кг		Х22=20 кг	Х23=20 кг
A3, 20 кг			Х33=10 кг	Х34=10 кг

В таблице здесь и далее зеленым цветом отмечены ячейки с ненулевыми объемами перевозки груза (базисные ячейки).^[19] Подробности см. в статье Метод северо-западного угла.

Метод минимальных тарифов

Другой метод получения начального решения — записывать отгрузки в первую очередь в те ячейки, где тариф минимален. Этот метод позволяет получить более приближенное к оптимальному решение, которое, однако, может потребовать дальнейшей оптимизации.^{[3]: 87} Метод минимальных тарифов с его модификациями (минимальный тариф по строке или минимальный тариф по столбцу) был описан Данцигом в работе 1951 г.^[8]Подробнее см. в статье Метод минимальных тарифов.

Метод Фогеля

Для поиска начального решения транспортной задачи можно применить также метод Фогеля, который обычно дает еще более приближенное к оптимальному решение. Подробнее см. в статье Метод Фогеля.

Решение транспортной задачи методом потенциалов

Метод потенциалов позволяет за несколько шагов (итераций) найти полностью оптимальное решение транспортной задачи. Перед решением задачи этим методом нужно найти допустимое начальное решение одним из методов, описанных в разделе выше. Поскольку у нас нет ограничений на черно-белую полиграфию, для большей ясности ячейки транспортной таблицы в этой статье отмечены разными цветами.

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: