2000年数学建模B题解答.doc

 钢管订购和运输 摘要： 本文建立了一个运输问题的最优化模型。 通过分析题图一，我们利用Floyd算法求出铁路网和公路网各点间最短路线，然后转化成最少运输，去掉了铁路和公路的性质，使运输网络变成一张供需运输价格表，然后建立了一个以总费用为目标函数的非线性规划模型，利用Lingo 软件，求出问题一的最优解为1278632万元 通过对问题一中lingo运行结果的分析，我们得出S5钢厂钢管的销价的变化对购运计划和总费用影响最大，S1钢厂钢管的产量的上限的变化对购运计划和总费用的影响最大。 问题三模型的建立原理和问题一的相同，利用Lingo 软件，求得最优解为1407149万元. 关键词：Floyd算法，非线性规划，0-1规划  一 问题重述 有7个生产厂，可以生产输送天然气主管道的钢管。要沿着的主管道铺设, 如题图一所示。图中粗线表示铁路，单细线表示公路，双细线表示要铺设的管道(假设沿管道或者原来有公路，或者建有施工公路)，圆圈表示火车站，每段铁路、公路和管道旁的阿拉伯数字表示里程(单位km)。为方便计，1km主管道钢管称为1单位钢管。 一个钢厂如果承担制造这种钢管，至少需要生产500个单位。钢厂在指定期限内能生产该钢管的最大数量为个单位，钢管出厂销价1单位钢管为万元，如下表： 1单位钢管的铁路运价如下表： 里程(km) ≤300 301～350 351～400 401～450 451～500 运价(万元) 20 23 26 29 32 里程(km) 501～600 601～700 701～800 801～900 901～1000 运价(万元) 37 44 50 55 60 1000km以上每增加1至100km运价增加5万元。 公路运输费用为1单位钢管每公里0.1万元（不足整公里部分按整公里计算）。 钢管可由铁路、公路运往铺设地点（不只是运到点，而是管道全线）。 （1）请制定一个主管道钢管的订购和运输计划，使总费用最小（给出总费用)。 （2）请就（1）的模型分析：哪个钢厂钢管的销价的变化对购运计划和总费用影响最大，哪个钢厂钢管的产量的上限的变化对购运计划和总费用的影响最大，并给出相应的数字结果。 （3）如果要铺设的管道不是一条线，而是一个树形图，铁路、公路和管道构成网络，请就这种更一般的情形给出一种解决办法，并对题图二按（1）的要求给出模型和结果。 二 问题分析 问题一，首先，所有钢管必须运到天然气主管道铺设路线上的节点，然后才能向左或右铺设。必须求出每个钢管厂到每个节点的每单位钢管的最小运输费用。 对最小运费的求解，我们采用Floyd算法。先求出铁路网上钢管厂到铁路上任意两点，的最短路线的长度,用matlab求得对应的铁路单位运费；同理用Floyd 算法求出公路网上的任意两点， 的最短公路路线的长度，结果乘以0.1得到公路运费。，j表示所有运输中转点，于是就得到从某钢厂到某铺设点运输单位钢管的最少运输费用。 每个铺设点分别向两个方向展开，通过Lingo编程求出最小铺设费用。运输费用加上购买费用再加上铺设费用就是我们所要求的总费用。 问题二，通过问题一里面Lingo编程运行得出的结果，分析哪个钢厂钢管的销价的变化对购运计划和总费用影响最大，哪个钢厂钢管的产量的上限的变化对购运计划和总费用的影响最大。 问题三，如铺设的管道是一个树形图，铁路、公路和管道构成网络对于题图二，我们可以延用问题一里面的思想，在题图一的基础上多几条铺设路段，9，11，17节点的铺设方向变为 三个方向，其他不变。 三 模型的假设与符号说明 1) 基本假设: 钢管在运输中由铁路运转为公路运时不计中转费用； 所需钢管均由 钢厂提供； 假设运送的钢管路途中没有损耗。 把“钢厂钢管的销价和产量上限变化对总费用和运购计划的影响”理解为在最优解附近的微小变化对总费用和运购计划的影响。销价最小变化是1万元，产量上限的最小变化是1个单位。 沿管道或者原来有公路或者建有施工公路。 一个钢管厂如果承担制造钢管，至少要生产500个单位。 公路运输费用为1单位钢管每公里0.1万元，不足整公里按整公里计算。 2) 符号说明: : 钢厂的最大生产能力; : 钢厂 的出厂钢管单位价格(单位: 万元) ; : 公路上一单位钢管的每公里运费( = 0. 1 万元) ; ：铁路网上两点间的单位钢管最少运输费用； ：题图一公路网上两点间的单位钢管最少运输费用； ：题图二公路网上两点间的单位钢管最少运输费用； : 铁路上一单位钢管的运费(分段函数见表1) ; : 1 单位钢管从钢厂运到的最小费用(单位: 万元) ; : 从 到之间的距离(单位: 千米) ; : 钢厂运到的钢管数; : 运到地的钢管向左铺设的数目; : 运到地的钢管向右铺设的数目; ：运到地的钢管向第三个方向铺设的数