指派问题含非标准指派问题.doc
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第五章 整数规划
§1 整数规划的数学模型及特点
要求一部分或全部决策变量必须取整数值得规划问题称为整数规划。
其模型为:
Max(或min)z=
中部分或全部取整数
s.t
若要求决策变量只能取值0或1的整数规划称为0-1型整数线性规划。
§5 指 派 问 题
指派问题的标准形式及数学模型
在现实生活中,有各种性质的指派问题。例如,有若干项工作需要分配给若干人(或部门)来完成;有若干项合同需要选择若干个投标者来承包;有若干班级需要安排在各教室上课等等。诸如此类的问题,它们的基本要求是在满足特定的指派要求条件下,使指派方案的总体效果最佳。由于指派问题的多样性,有必要定义指派问题的标准形式。
指派问题的标准形式(以人和事为例)是:有n个人和n件事,已知第i个人作第j件事的费用为,要求确定人和事之间的一一对应的指派方案,是完成这n件事的总费用最少。
为了建立标准指派问题的数学模型,引入个0-1变量:
若指派第i人作第j件事
若不指派第i人作第j事
i,j=1,2,…n
这样,问题的数学模型可写成
(5.1)
(5.4)
(5.2)
s.t (5.3)
其中,(5.1)表示每件事必优且只有一个人去做,(5.2)表示每个人必做且只做一件事。
注: eq \o\ac(○,1) 指派问题是产量()、销量()相等,且==1,i,j=1,2,…n的运输问题。
eq \o\ac(○,2) 有时也称为第i个人完成第j件工作所需的资源数,称之为效率系数(或价值系数)。并称矩阵
C= = (5.5)
为效率矩阵(或价值系数矩阵)。
并称决策变量排成的n×n矩阵
X== (5.6)
为决策变量矩阵。
(5.6)的特征是它有n个1,其它都是0。这n个1位于不同行、不同列。每一种情况为指派问题的一个可行解。共n!个解。
其总的费用 z =C⊙X
这里的⊙表示两矩阵对应元素的积,然后相加。
问题是:把这n个1放到X的个位置的什么地方可使耗费的总资源最少?(解最优)
例1 已知效率矩阵
C=
则
X(1)= , X(2)=
都是指派问题的最优解
例12/P-149:某???业公司计划开办五家新商店。为了尽早建成营业,商业公司决定由5家建筑公司分别承建。已知建筑公司Ai(i=1,2,…5)对新商店Bj(1,2,…5)的建造费用的报价(万元)为(i,j=1,2,…5),见表5-9。商业公司应当对5家建筑公司怎样分派建筑任务,才能使总的建筑费用最少?
表5-9
B1B2B3B4B5A14871512A279171410A3691287A46714610A56912106解:这是一标准的指派问题。若设0-1变量
i,j=1,2,…5
当Ai不承建Bj时
当Ai承建Bj时
=
则问题的数学模型为
Min z=4+8+…+10+6
s.t
若看成运输问题,且如上所述,则表5-9为
商店
公司B1B2B3B4B5任务A1(4)
(8)
(7)
(15)
(12)
1A2(7)
(9)
(17)
(14)
(10)
1A3(6)
(9)
(12)
(8)
(7)
1A4(6)
(7)
(14)
(6)
(10)
1A5(6)
(9)
(12)
(10)
(6)
1所选的公司数111115当然,第一行的1应放在(1,1)位置,此位置同时是第一列的费用最小。但一般情况下没有这么好。需找一适合一般的方法。
匈牙利解法原理:
虽然指派问题是一类特殊的整数规划问题,又是特殊的0-1规划问题和特殊的运输问题,因此,它可以用多种相应的解法来求解。但是,这些解法都没有充分利用指派问题的特殊性质,有效地减少计算量。1955年,库恩(W.W.Kuhn)提出了匈牙利法。
定理1:设指派问题的效率矩阵为C= ,若将该矩阵的某一行(或某一列)的各个元素都减去统一常数t(t可正可负),得到新的效率矩阵,则以为效率矩阵的新的指派问题与原指派问题的最优解相同。但其最优解比原最优解之减少t.
证明:设式(5.1)~(5.4)为原指派问题。现在C矩阵的第k行个元素东减去同一常数t,记新的指派问题的目标函数为.
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