登陆注册
18679200000037

第37章 运输规划与优化(4)

如果约束条件中含有不等式约束,则可以加入惰性变量,使之成为等式约束。

为了对线性规划问题求解,需要找出一组初始基向量。

由于人工变量对应的价值系数远比其他变量所对应的价值系数大,所以在求解过程中,人工变量最终取值都为零。

为了使用单纯形法求解线性规划问题,上述表达式可以列成表格形式,称之为单纯形表。

(2)单纯形法的求解步骤

对于线性规划问题求解,单纯形法是一种有效的方法。然而,针对不同情况,单纯形法的求解过程也不尽相同。这里介绍一种常用的方法。

单纯形法的求解过程就是对单纯形表的变换过程。

7.4.2 商用车辆路径优化(SP、TSP、VRP、PDP以及变形)

概述与案例应用

1.SP问题

最短路问题(shortest path,SP)是运输路径计划优化中一类最基本的问题,其中常见的是带权图的最短路径问题,即求两个顶点间长度最短的路径。其中,路径长度不是指路径上边数的总和,而是指路径上各边的权值总和。路径长度的具体含义取决于边上权值所代表的意义。例如,交通网络中常常提出的如下问题就是带权图中求最短路径的问题:①两地之间是否有路相通?②在有多条通路的情况下,哪一条最短?其中,交通网络可以用带权图表示:图中顶点表示城镇,边表示两个城镇之间的道路,边上的权值可表示两城镇间的距离,交通费用或途中所需的时间等等。

由于交通网络存在有向性,所以一般以有向网络表示交通网络。例如,设A城到B城有一条公路,A城的海拔高于B城。若考虑到上坡和下坡的车速不同,则边<A,B>和边<B,A>上表示行驶时间的权值也不同,即<A,B>和<B,A>应该是两条不同的边。习惯上称路径的开始顶点为源点(source),路径的最后一个顶点为终点(destina tion)。

最短路径不仅仅指一般地理意义上的距离最短,还可以引申到其他的度量,如时间、费用、线路容量等。但是,无论是距离最短、时间最快还是费用最低,它们的核心算法都是最短路径算法。经典的最短路径算法——Dijkstra算法是目前多数系统解决最短路径问题采用的理论基础,只是不同系统对Dijkstra算法采用了不同的实现方法。据统计,目前提出的此类最短路径的算法大约有十几种,除了Dijkstra算法,其他应用较多的是:

TQQ(graph growth with two queues)、DKA(the Dijkstra摧salgorithm implemented withap proximate buckets)以及DKD(the Dijkstra摧salgorithm implemented withdouble buckets)。

2.TSP、VRP与PDP问题

旅行商问题(traveling salesman problem,TSP)是运筹学、图论和组合优化中的着名问题,TSP不仅可以解决最优巡回路线等类TSP问题,在交通车辆巡回、学校教师课程计划安排、工厂装配线进度管理以及民航机组人员轮班等问题上也有着广泛的应用前景。

TSP问题一般可以描述如下:一个旅行者从出发地出发,经过所有要到达的城市后,返回到出发地。要求合理安排其旅行路线,使得总旅行距离(或旅行费用、旅行时间等)最短。

在处理现实生活中的具体问题时,可以对TSP附加一些限制性条件,例如在模型中假设该旅行者的时间有限,进而添加相应的时间约束等,从而衍生出许多和TSP相关的问题。

车辆路线安排问题(vehicle routing problem,VRP)是对进行物流配送的车辆进行优化调度。该问题一般可以描述如下:对一系列装货点或(和)卸货点,组织适当合理的行车路线,使车辆有序地通过它们,在满足一定的约束条件(如货物需求量、发送量、交发货时间、车辆容量、数目限制、车辆行驶里程、时间限制等)下,达到一定的目标(如最短路程、最小费用、最短时间、最少车辆等)。

VRP问题由Dantzig和Ramser于1959年首次提出,该问题一经提出,立即引起了运筹学、图论与网络分析、物流科学、计算机应用等学科专家与运输问题制定和管理者的极大关注,成为运筹学和优化科学研究的前沿和热点问题。众多科学家对VRP问题进行了大量的理论研究和实验设计,他们的不懈努力促进了该问题的巨大进展。目前,该问题已经不再局限于原来的汽车运输问题,在水路和航空运输、工业管理、电网建设、通信工程以及计算机应用等领域也有相当广泛的应用。例如,在航空乘务员轮班安排、交通路线安排、生产系统的计划和控制等问题中,就利用VRP问题的算法思想编制了相关的应用软件,在实际的应用中取得了良好的经济效益和社会效益。

PDP(pickupand delivery problem,装卸货问题,以下简称PDP问题)问题是VRP问题在现实中的演化,与VRP不同的是,PDP不仅仅是在所要求的目的地完成一次访问(对于VRP问题来讲,这种访问就是进行一次送货或者取货服务,送货和取货任务不同时发生在同一点上),同时需要完成送货和取货两种作业任务。这样一来PDP问题较之VRP更加复杂,对于车辆容量限制条件的考虑也更加难以确定。

如果考虑抵达地服务时间—时窗(time window)的限制条件,那么上述的TSP、VRP、PDP问题又可以演化为TSP with time window constraint、VRP with time win dow constraint、PDP with time window constraint,即TSPTW、VRPTW、PDPTW系列问题。

3.精确式算法及其应用的局限性

TSP、VRP、PDP等系列问题属于组合优化领域着名的NP难题。其求解方法一般相当复杂,通常的做法是应用相关技术将问题分解或者转化为一个或者多个已经研究过的基本问题(如旅行商问题、指派问题、运输问题、最短路问题、最大流问题、最小费用最大流问题、中国邮递员问题等),再使用相对比较成熟的基本理论和方法进行求解,以求得原运输车辆调度问题的最优解或满意解。

精确式算法一般运用线性规划(包括经过了专门处理的分枝定界法、割平面法和标号法)和非线性规划等数学规划技术,以便求得问题的最优解。在VRP问题研究的早期,主要是单源点(One Point)(即配送中心、车场等)派车,研究如何用最短路线(或在最短时间内)对一定数量的需求点(即用户)进行车辆调度,因此主要运用精确算法求出问题的最优解。精确式算法一般有以下几种方法:①分枝定界法(branch and boundap proach);②割平面法(cutting planes approach);③网络流算法(net work flow ap proach);④动态规划方法(dynamic programming approach)等。精确算法随着运输系统的复杂和调度目标的增加,其计算量呈指数递增,使得获取整个系统的精确最优解越来越困难,而用计算机求解大型优化问题的时间和费用又太大,因此,此类优化方法和算法现在一般仅用于求解运输调度的局部优化问题。

同类推荐
  • 宁夏高速公路施工标准化管理指南.隧道

    宁夏高速公路施工标准化管理指南.隧道

    近年来,我国高速公路建设快速发展,与此同时,高速公路施工技术和管理水平有了长足的进步,包括宁夏在内的各省区在建设管理、投资效益、质量控制、安全生产和环境保护等方面进行了大胆创新、探索和尝试,积累了大量的成功经验,使高速公路建设工厂化作业、标准化施工成为可能,也成为一种发展趋势。
  • 探究式科普丛书-让人类走得更快:汽车

    探究式科普丛书-让人类走得更快:汽车

    本书语言生动,富有哲理,在讲述知识的同时还穿插了一些关于汽车的小知识,学习中不乏休憩。易读易懂,阅读这些知识,能陶冶情操、开阔眼界、开发智力、增强青少年朋友的学习欲望,另外它可适用于家长阅读。
  • 中国蓝染艺术及其产业化研究

    中国蓝染艺术及其产业化研究

    本书第一次披露了原创者家族迁徙事实,第一次把相关的图文读回到历史原点,第一次总结从经验到科学认识的过程,第一次比较中国大陆、中国台湾和日本蓝染产业化进程的差异。分析了中国蓝染艺术的艺术特色,其产地与经营,提出产业化的设想。
  • 电力变压器冷却系统设计

    电力变压器冷却系统设计

    本书从变压器运行中热量的产生和温升的限值规定出发,综述了变压器冷却方式:自冷、风冷、强油风冷、强油水冷等传热计算、设计选择及优化设计。全文共13章,分别介绍冷却系统组成部分中,油箱和片管式散热器的散热计算;冷却器本体,冷却器翅片管传热计算;吹风装置,风冷却用的变压器风扇结构原理,强油循环动力源的变压器油泵,监制油泵正反转、蝶阀是否闭开的油流继电器,变压器用蝶阀,以及控制冷却系统正常工作的分控箱,冷却器常用设计方法和冷却器容量选择,冷却器优化设计理论,国外冷却器优化设计的编程实例等。
  • 矿业权交易操作实务

    矿业权交易操作实务

    本书从矿业权出让、转让的现场交易和网上交易两方面叙述了整个矿业权招标、拍卖、挂牌交易过程。详细列出了每个阶段、每个环节的操作方法和文本式样。可使初始接触矿业权的人士尽快了解矿业权交易操作,也可供经常接触矿业权的人士参考。
热门推荐
  • 你好,胖先生

    你好,胖先生

    我和胖子是典型的校园情侣,因为胖子,懂得了爱情,知道怎样相爱,怎样相守。这个故事写给他,也写给我,写于感情。
  • 全球大武侠

    全球大武侠

    一剑巅峰,一剑孤独,只一念之间!一武侠一世界,英雄,刘遥!头戴惊天混世斗笠,身披落日追月披风,手握寒冰玄铁重剑,威风凛凛,自称混世魔王。天地间,一生正气!神挡杀神,佛挡杀佛!ps:繁华过后,只剩寒冷的孤独!
  • 人小鬼大2

    人小鬼大2

    孩子总是天真烂漫、口无遮拦,丝毫不受人情世故的沾染!孩子的话,常常让爸爸妈妈忍俊不禁却又无可奈何。每个孩子都是哲学家,每个孩子都是开心果。
  • 蓝米卡布

    蓝米卡布

    蓝米卡布系列第三回。
  • 荆州记

    荆州记

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。
  • 多难兴邦——中华民族复兴的历史经验与人文启示

    多难兴邦——中华民族复兴的历史经验与人文启示

    本书系中国历史知识读物,以牛津大学教授汤因比的历史观点为理论基础,讲述中华民族如何应对各种天灾人祸,并分析共对思想文化的繁荣、民族的形成与发展、民族优良本质的形成,政府执政能力的提高等方面的积极影响,以及多难兴邦对企业和个人发展的启示。
  • 游戏异界之天书奇谈

    游戏异界之天书奇谈

    大屌丝邱天在睡觉时无意碰倒了水杯,一阵电花闪起,他消失在了原地,待醒来发现自己躺在一片草丛里,抬头望向天空,天空中竟有孔雀在飞舞,他懵了,这里是?游戏世界!
  • 我的推理男主:槐园

    我的推理男主:槐园

    古语有言,木在宅中央为困,在四面环海的平江市,有处临海而建的住民区,因为小区中央有一棵百年老槐树而得名“槐园”。槐园里住着为数不多的五六家人,这五六家人世世代代都“困”在这。著名侦探小说作家、物理系教授傅煜书离婚后,租下了槐园里一间幽静的院子安心写作,但他住下不久,就接连不断地发生了许多怪事……
  • 魔神来袭弑神天下

    魔神来袭弑神天下

    吾渴望过光明,可它不愿给我希望,吾,一次又一次被它从黑暗浅口打压入深渊,吾,终成了万丈深渊最黑暗的黑暗。
  • 阿衰修仙

    阿衰修仙

    六界失衡天下生灵已毫无公平可言,六道混乱,民不聊生,担当大任者,我能!师姐师妹美女如云,贴身保护者,我能!三衰之命,霉运随行,逆转乾坤者,我无所不能!