防洪物资调运问题3第四届苏北数学建模联赛(2)

2019-08-26 18:18

所求出来的结果就是出发点与目的地之间的最短路径。

如果情况不是很紧急,则应该综合考虑运输费用,此时,我们可以定义权重为单位运输成本与路程的乘积:wij?pij?sij,这样得到的目标函数是:

minW?(i,j)?E?pijsijxij

这样求出来的路径就是运输费用最低的路径。

考虑一般情况,我们都选择运输费用最低的路径,即定义wij?pij?sij,利用lingo 8.0软件编程求解,我们得到:

企业1到企业2之间的最优路径是 24→26→25→15→42→41,在这条路径上运输物资的费用为177.6元/百件。

由于篇幅所限,全部13个运输节点之间的最优路径及在该路径上的运输费用将在附件2、3 中列出。

七、 问题2的模型建立与求解

要得到一个最合理的调运方案,就需要建立一个优化模型,用来求出最佳调运量以及调运路线。

1、约束条件的确定

我们令按照模型求出的从i调运节点到j调运节点的调运量为xij, xij?0。则调运结束后各个节点的库存ri为:

1313??ci??xij??xji?viti,i?1,2,3j?1j?1?ri?? 1313?c?x?x,i?4,5,?,13??iijji?j?1j?1?题目列出了各库库存与需求情况,其中列出了预测库存一项。我们认为,按照运输方案进行调度之后,各个运输节点的库存,应该尽可能地接近或大于预测

库存。 令?为能够接受的实际库存与预测库存的偏离程度,fi预测库存量,有:

fi?ri??,i?4,5,?,11 fi另外,一个节点需要的库存能力有限制,必须不超过最大库存,有:

ri?Mii?1,2,?,13

此外,要重点保证国家级储备库的库存。因此,我们要求的方案必须使国家级储备库的库存达到或者超过其预测值,即:

fi?ri,i?12,13

2、目标函数的建立

我们希望我们的调运方案在满足各项要求的基础上,所花费的运输费用最小。从第一问的结果中,我们已经得到了任意两个调运节点之间花费最小的最优路径,该路径的每百件物资的运输费用为Wij元。显然,如果从调运节点i运输xij百件物资到调运节点j,一定会从已经求得的最优路径进行运输。这样,调运结束之后,花费的总费用为:

y???Wijxij

i?1j?11313

3、模型Ⅱ建立

根据上面的分析,我们建立了模型Ⅱ—最优调运模型:

miny???Wijxiji?1j?11313?ri?Mi,i?1,2,?,13?f?r?ii??,i?4,5,?,11?fi ?s..t?fi?ri,i?12,13?x?0,i,j?1,2,?,13?ij?0?ti?T,t为整数??其中:

1313??ci??xij??xji?viti,i?1,2,3j?1j?1?ri?? 1313?c?x?x,i?4,5,?,13??iijji?j?1j?1?通过这个模型,在给定了偏离程度?以及调运天数T的情况下,就可以求出相应的最优方案。

4、一种情况下的最优方案

我们用一种特殊情况来演示模型Ⅱ的效果。 由于不知道汛期何时到来,我们需要尽快做好准备,在最短的时间内使各个调运节点的预测库存得到尽量满足。我们可以先进行一个粗略的估算:各个调运

节点的原有库存之和?ci?8380,而各个调运节点的预测库存之和?fi?9050,

i?1i?41313即相差670。因此,要基本满足要求,需要各企业至少生产8天。我们就以8天为调运期,求出最优方案。我们假定?取0.05,于是模型Ⅱ变为:

miny???Wijxiji?1j?11313?ri?Mi,i?1,2,?,13?f?r?ii?0.05,i?4,5,?,11?fi ?s..t?fi?ri,i?12,13?x?0,i,j?1,2,?,13?ij?0?ti?8,t为整数??

利用lingo 8.0编程求解,得到最低总运输费用为321680元。调运方案及其线路如表2所示:

表2 调运方案 线路 调运量(百件) 企业1→储备库1 24→26→27 920 企业2→仓库1 41→42→28 275 企业2→仓库7 41→42→28→29 85 企业2→储备库1 41→6→40→27 80 企业2→储备库2 41→6→4→30 160 企业3→仓库4 34→32→31 45 企业3→仓库6 34→1→33→36 5 企业3→仓库8 34→32→38 70 企业3→储备库2 34→32→39→30 540 仓库3→仓库4 35→32→31 57.5 仓库5→仓库2 22→19→18→23 300

其中三个企业都生产8天。

八、 问题三的解答

利用模型Ⅱ,我们可以很容易地求出结果。仍令?取0.05,此时,模型为:

miny???Wijxiji?1j?11313?ri?Mi,i?1,2,?,13?f?r?ii?0.05,i?4,5,?,11?fi ?s..t?fi?ri,i?12,13?x?0,i,j?1,2,?,13?ij?0?ti?20,t为整数??编程求解可求得最优调运方案(见附件4)。此时的运输费用为299763元,20天后各个调运节点的库存情况如表3 所示:

表3 企业1 企业2 企业3 仓库1 仓库2 仓库3 仓库4 仓库5 仓库6 仓库7 仓库8 储备库1 储备库2 调运后库存 预测库存 20 0 2.5 475 570 450 332.5 800 285 475 570 3000 2500 — — — 500 600 300 350 400 300 500 600 3000 2500 九、 问题四的解答

问题四要求紧急情况下的调运方案。由于是紧急情况,所以应该考虑速度尽可能快,路程尽可能少,对运费的要求就不是那么重要了。因此,我们要重新计算各个调运节点之间的最短路径。另外,由于洪水使部分道路不能使用,新的最短路径必然与上面计算的最优路径有很大区别。

利用模型I: minW?(i,j)?E?sijxij

我们重新计算出各个调运节点之间的最短路径,由此,我们得到了一组新的

Wij,由于此时Wij的意义是两调运节点之间的最短路程,因此,我们用Sij来表示这个量。

我们引入“量程积”的概念。量程积,即Wijxij,运输数量与运输路程之积,单位是百件·公里。由于是紧急情况,我们必须尽快完成调运,并且使总量程积

最小,我们仍规定在8天内完成调运任务。利用模型Ⅱ:

miny???Wijxij

i?1j?11313

我们解出了在这种情况下的最优调度方案(见附件4)。此时的总量程积为:314297.5百件·公里。

十、 模型的进一步讨论

1、调运期的长短与运费的关系

在求解问题2和问题3的时候,我们发现,在调运期为8天的时候,总运费为321680元,调运期为20天的时候,总运费为299763元。显然,调运时间的长短对最终运费有着显著影响。

我们希望能够找到一个最佳的时间,使得总运费能够达到最小,同时,各个调运点的能够达到或超过预测值。为了找出这个最佳时间,我们在模型Ⅱ的基础上作了一点改动,建立了模型Ⅲ——最佳时间模型:

Min z?Max{ti}???wijxij

1?i?3i?1j?11313?fi?ri?Mi,i?1,2,?,13?s..t?xij?0,i,j?1,2,?,13 ??ti?T,i?1,2,3

由于模型Ⅱ中与预测库存的偏差?的取值对最终费用的大小有影响,因此,在这个模型中,我们对于调运后的库存量进行了强制约束,要求在调度完毕之后,各库的库存都要达到或超过预测值。通过这个模型,代入不同的T值,将求出的结果互相比较,就可以得到最佳的调运期限。

利用lingo 8.0,我们将T从8开始,逐渐增加后代入求解。最终,我们得到每次的T值与其对应的总运费,如图1 所示:


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