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Transportaufgaben Ist ein Spezialfall der Linearen Optimierung Sind Gesamtaufkommen und Gesamtbedarf unterschiedlich, so ist das Transportproblem auf ein adäquates mit Gleichheit zurückzuführen. Aufkommensorte A1m Menge a i Bedarfsorte B1-n Bedarfsmenge bk Transportkosten von A nach B sind cik Menge von A nach B ist xik Vorläufige Voraussetzung ist das Gleichgewicht: ◦ Alle Orte versenden ihre ganze Produktion, alle Bedarfsorte empfangen die ganze Produktion. a = Aufkommensmenge m n ai bk b = Bedarfsmenge i 1 k 1 ◦ Zielfunktion = Menge c ◦ Restriktionen: Kosten x min A1 : x11 ....x1n a1 B1 : x11 ....xm1 b1 x1n , xm1 ,.... 0 Eine Firma für Baumaschinen besitzt 4 Lager für Bagger, L1 L4 , die dort mit den Stückzahlen l1 4, l2 6, l3 1, l4 6 bereit sind. An den Orten G1 G4 werden an einem Tag g1 4, g2 4, g3 3, g4 6 Bagger angefordert. Die Kosten des Transports eines Baggers von Li nach Gk sind in der folgenden Matrix ausgedrückt: k WievieleBagger xik müssen vonwelchemLager zu welcher Großbaustelle transportiert werden damit die Gesamtkosten minimalsind? 6 6 7 5 6 9 8 7 i (cik ) 5 5 5 6 4 7 7 4 Bedarf g: •Gesamtaufkommen = Gesamtbedarf: l1 l4 4 6 1 6 17 g1 g4 4 4 3 6 17 •Zielfunktion = Stück x Kosten: Z x11 c11 ..... xmn cmn min Überführen in eine Transporttabelle für das Matrixminimumverfahren Transporttabelle G fordert: 4 L liefert: 6 6 7 5 4 6 9 8 7 6 5 5 5 6 1 4 7 7 4 6 4 3 6 Kosten cik 1.) zeilenweise die erste kleinste Bewertungszahl 2.) Eintag des Kostenoptimums = min(6,4) 3.) Abwechselndes streichen v. Spalten/ Zeilen Transporttabelle L liefert: 4 G fordert: 4|1 6 6 7 5 4 6 9 8 7 6 5 5 5 6 1 7 7 4 6 4 4 3 2 Rest 6 Kostenoptimum = min(6,4), da nicht mehr geliefert werden kann als nachgefragt wird: 1. Reduzierte Tabelle: Transporttabelle L liefert: G fordert: 4 6 7 5 4 9 8 7 6 5 5 6 1 7 7 3 4 2 2|2 6 4 Rest 1.) Neuer Randwert sind die verbleibenden Bagger 2.)zeilenweise die erste kleinste Bewertungszahl 2.) Eintag des Kostenoptimums = min (2,6) 3.) Streichen dieser Zeile 2. Reduzierte Tabelle: Transporttabelle G fordert: 4 L liefert: 7 9 8 7 6 5 5 6 1 3 5 4 4 6 0 Rest 4|3 1.) Neuer Randwert sind die restlichen geforderten Bagger 2.)zeilenweise die erste kleinste Bewertungszahl 2.) Eintag des Kostenoptimums = min(4,4) 3.) Streichen dieser Spalte 3. Reduzierte Tabelle: Transporttabelle 5 G fordert: 4 L liefert: 6 7 0 9 8 6 5 1|4 1 3 1.) Neuer Randwert sind die restlichen lieferbaren Bagger 2.)zeilenweise die erste kleinste Bewertungszahl 2.) Eintag des Kostenoptimums 3.) Streichen dieser Zeile 4. Reduzierte Tabelle: Transporttabelle 6 0 9 G fordert: 3 L liefert: 7 0|5 8 6 3 1.) Neuer Randwert sind die restlichen geforderten Bagger 2.)zeilenweise die erste kleinste Bewertungszahl 2.) Eintag des Kostenoptimums =min (0,3) 3.) Streichen dieser Zeile da null; würde G null fordern und L drei 5. Reduzierte Tabelle: Transporttabelle 9 G fordert: 3 8 L liefert: 3 6 3 Rest 3|6 1.) Neuer Randwert sind die restlichen lieferbaren Bagger 2.)zeilenweise die erste kleinste Bewertungszahl 2.) Eintag des Kostenoptimums 3.) Streichen dieser Spalte da zuvor die Zeile gestrichen wurde. 6. Reduzierte Tabelle: Transporttabelle L liefert: 9 G fordert: 3 3|7 3 1.) Neuer Randwert sind die restlichen lieferbaren Bagger 2.)zeilenweise die erste kleinste Bewertungszahl 2.) Eintag des Kostenoptimums 3.) Streichen dieser Zeile Eintragung aller Kostenoptima ergibt eine mögliche Lösung Transporttabelle 4 cik 6 6 0 7 5 4 6 9 3 8 3 7 5 5 1 5 6 7 7 4 2 4 xik Z = 6x0 + 5x4 + 9x3 + 8x3 + 5x1 + 4x4 + 4x2 = 100 Einführung von Potenzialen nach der MODI/Potenzialmethode. Für jedes Lager und für jeden Bedarfsort (Baustelle) werden die Potenziale u und v festgelegt. Transporttabelle vk ui \ vk ui 4 6 6 0 7 5 4 6 9 3 8 3 7 5 5 1 5 6 7 7 4 2 4 Es gibt m+n-1=7 besetzte Felder, daraus folgen 7 lineare Gleichungen mit 8 unbekannten Potenzialen v1 0, da nur eine Lösung benötigt wird Transporttabelle vk 0 ui \ vk ui 4 6 6 0 7 5 4 6 9 3 8 3 7 5 5 1 5 6 7 7 4 2 4 Die Einführung von Potenzialen erfolgt nach ui vk cik Es werden nur besetzte Felder herangezogen v c u 0 4u 4 ui k ik 4 4 Transporttabelle vk 0 ui \ vk ui u4 4 6 6 0 7 5 4 6 9 3 8 3 7 5 5 1 5 6 7 7 4 2 4 Das nächste mögliche besetzte Feld wäre c44 Es werden nur besetzte Felder herangezogen ui vk cik 4 v4 4; v4 0 Transporttabelle vk ui 4 v4 0 ui \ vk 4 6 6 0 7 5 4 6 9 3 8 3 7 5 5 1 5 6 7 7 4 2 4 Vervollständigen der restlichen Potenziale nach der gleichen Methode ui vk cik Transporttabelle vk ui ui \ vk 0 1 0 0 5 6 6 0 7 5 4 8 6 9 3 8 3 7 4 5 5 1 5 6 7 7 4 2 4 4 4 Einführen von fiktiven Bewertungszahlen mit den Potenzialen. Betrifft nur nichtbesetzte Felder. cik ui vk cik Transporttabelle vk ui ui \ vk 0 1 0 0 5 6 6 0 7 5 4 8 6 9 3 8 3 7 4 5 5 1 5 6 7 7 4 2 4 4 4 Einsetzen in die Gleichung cik ui vk cik c11 5 0 6 1 ; c13 5 0 7 2 Transporttabelle vk ui \ vk ui 0 1 0 7 2 0 5 6 1 6 0 8 6 9 3 8 3 7 4 5 5 1 5 6 7 7 4 2 4 4 4 5 4 Vervollständigen der restlichen Bewertungszahlen Das Ergebnis ist optimal wenn für alle Bewertungszahlen gilt: cik ui vk cik 0 Optimalitätskriterium Transporttabelle vk ui ui \ vk 0 5 6 8 6 4 5 4 4 1 0 1 6 0 7 2 9 3 8 3 5 1 5 1 4 7 2 7 0 2 1 3 5 4 7 1 6 2 4 2 Das Ergebnis ist noch nicht optimal wegen +2, +1. Höchste positive Bewertungszahl wird mit versehen. Streichen aller Zeilen und Spalten des Tableaus, die nur ein besetztes Feld aufweisen. Transporttabelle vk ui ui \ vk 0 5 6 8 6 4 5 4 4 1 0 1 6 0 7 2 9 3 8 3 5 1 5 1 4 7 2 7 0 2 1 3 5 4 7 1 6 2 4 2 Achtung: Durch das Streichen können weitere Zeilen/ Spalten mit nur einem besetzten Feld entstehen. Geschlossener Zickzackweg abwechselnd in vertikaler /horizontaler Richtung. (Nur über besetzte Felder) In den besetzten Feldern wird abwechselnd -/+ hinzugefügt. Transporttabelle ui ui \ vk 0 5 6 8 6 4 4 1 1 5 5 4 4 04 vk 0 6 0 7 5 4 9 3 8 3 7 5 1 5 6 7 7 4 2 2 3 1. Vertikal beginnend 2. Horizontal 3.Vertikal 4. Horizontal 5.Vertikal 6. Kein weiteres besetztes Feld 7. Mit - beginnend In Richtung des Zickzagweges nur über besetzte Felder abwechselnd +/- beginnend mit minus. Tabelle nachdem alle -Variablen hinzugefügt wurden: Transporttabelle vk ui \ vk 6 ui 6 5 4 4- 6 0+ 7 9 3- 5 1 8 3 7 5 6 7 7 5 4- 4 2+ Durch die Korrekturen stimmen alle Zeilen- und Spaltensummen Unter allen - -Werten wird der kleinste ausgesucht: 3 Transporttabelle vk ui \ vk 6 ui 6 5 4 4- 6 0+ 7 9 3- 5 1 8 3 7 5 6 7 7 5 4- 4 2+ min(4,3,4) 3 Das Einsetzen der -Werte ergibt die Werte der neuen besetzten Felder Beginnend mit v1 0 ergeben sich neue Potenziale: ui vk cik Transporttabelle ui vk ui \ vk 0 1 2 0 5 6 6 3 7 5 1 6 6 3 9 8 3 7 4 5 5 1 5 6 4 4 1 7 7 4 5 Mit cik ui vk cik lassen sich die neuen Bewertungszahlen für nicht besetzte Felder finden. cik ui vk cik Transporttabelle ui ui \ vk 0 5 6 6 vk 1 2 0 6 3 7 5 1 6 3 9 8 3 7 4 5 5 1 5 6 4 4 1 7 7 4 5 1 Bewertungszahl Da unter c33 noch eine positive Bewertungszahl vorhanden ist, ist das Optimalitätskriterium noch nicht erreicht. Ist keine Reihe zu streichen beginnt der Zickzackweg sofort. Transporttabelle ui ui \ vk 0 5 6 6 6 3 4 5 4 4 1 1 1 2 6 3 7 9 1 2 5 1 7 2 0 0 8 3 5 7 vk 5 1 1 7 1 1 6 2 4 5 Der Zickzackweg über die besetzten Felder beginnt mit der höchsten positiven Bewertungszahl vertikal beginnend mit einem - , hier c33 . Transporttabelle ui ui \ vk 0 5 6 1 4 6 3+ 5 1 4 4 1 6 1 2 6 3 7 9 2 5 1 7 2 vk 0 0 5 1 8 3- 7 5 6 7 1 1 1 2 4 5 Der Zickzackweg wird fortgesetzt bis alle besetzten Felder eine -Variable aufweisen. Transporttabelle ui ui \ vk 0 5 6 1 1 4 6 3+ 5 1 4 4 1- 6 2 6 3+ 9 2 5 1- 7 2 7 vk 0 0 5 1- 8 3- 7 5 6 7 1 1 1 2 4 5+ min(1,3,1,1) 1 Der kleinste negative -Wert tritt hier dreifach auf. 1 In diesem Fall wird das erste teuerste Feld ausgesucht. Die übrigen Basisvariablen erhalten den Wert Null. Transporttabelle ui ui \ vk 0 5 6 1 1 4 6 3+ 5 1 4 4 1- 6 2 6 3+ 9 2 5 1- 7 2 7 vk 0 0 5 1- 8 3- 7 5 6 7 1 1 1 2 4 5+ Das Einsetzen der -Werte ergibt die Werte der neuen besetzten Felder. 1 Beginnend mitv1 0 ergeben sich neue Potenziale: Transporttabelle ui vk ui \ vk 0 2 2 0 4 6 64 7 5 6 64 9 82 7 3 5 5 1 6 4 4 0 7 46 5 0 7 ui vk cik Mit cik ui vk cik lassen sich die neuen Bewertungszahlen in den unbesetzten Feldern erstellen. Da alle Bewertungszahlen negativ sind handelt es sich um die optimale zulässige Basislösung. Transporttabelle ui ui \ vk 0 4 6 6 64 3 5 4 4 0 Zu Baustelle 1 2 2 2 64 7 1 9 2 5 0 7 2 1 Lager 0 1 5 82 7 5 1 6 7 3 vk 1 46 1 1 3 1 2 3 4 4 Z=6x4+6x4+8x2+5x0+5x1+4x0+4x6=93 Grafische Darstellung der Lösung: Lager 1 64 64 5 0 82 2 5 1 3 4 0 Zu Baustelle 1 4 6 2 3 4 4