O documento descreve o método simplex para resolver problemas de transporte na forma matricial. Apresenta um exemplo com dois centros de produção e três mercados consumidores, formulando o problema matematicamente e definindo a matriz de restrições A.
3. SIMPLEX NA FORMA MATRICIAL
• Tablô Inicial:
• Base x1 x2 x3 x4 x5 b Base x1 x2 x3 x4 x5 b
• x3 1 0 1 0 0 3
• x4 0 1 0 1 0 4 xB A b
• x5 1 2 0 0 1 9
• ----------------------------------------------- -----------------------------------------------
• -5 -2 0 0 0 Z c Z
•
• Base x1 x2 x3 x4 x5 b
• b = (bB1, bB2, bB3);
• xB N B b cN = (c1, c2); cB = (c3, c4, c5);
•
• -----------------------------------------------
• cN cB Z
4. SIMPLEX NA FORMA MATRICIAL
•
• Dado uma problema de programação linear temos:
• Tablô inicial
• A b B N b O problema está na forma padrão mas não
• --------------- = ------------------- corresponde a uma solução no Simplex,
• c z cN cB Z porque o tablô não está na forma canônica.
•
•
• Pré-multiplicando a matriz referente às restrições por B-1 temos:
•
• I B-1 N B-1 b
• --------------------------------
• cB cN Z
5. SIMPLEX NA FORMA MATRICIAL
•
• Pré-multiplicando por ( – cB ) e somando com a linha da função objetivo temos:
•
• I B-1 N B-1 b
• ------------------------------------------------------------------- valor da solução atual
• 0 ത
𝒄N = cN - cB B-1 N Z - cBB-1 b
• custos relativos das valor atual da função objetivo
• variáveis não-básicas
• Escrevendo a expressão vetorial dos custos relativos individualmente para cada variável não-básica:
• ҧ
𝑐j = cj - cB B-1 aj para todo j Є NB onde NB é conjunto das variáveis não-básicas atuais.
• onde aj é a coluna da variável xj na matriz A.
7. MÉTODO U - V
Dado uma solução viável básica devemos determinar se a solução é ótima ou selecionar uma
variável para entrar na base.
Cálculo do custo relativo ഥ
𝑐ij para cada variável não-básica:
8. POSTO DA MATRIZ A
Sabemos que Posto (A) = m + n – 1. Ou seja, a matriz A não possui posto completo. Logo, temos
(m+n–1) restrições linearmente independente, para o qual uma base existe.
Para aplicarmos o método Simplex devemos completar o posto de A. Isso é feito pela adição
de uma variável artificial em uma das restrições.
Selecionamos a última restrição e aumentamos a matriz A com uma nova variável artificial ou
arco raiz xa tendo uma coluna em+n. Daqui em diante, A0 = (A, em+n).
Esse arco raiz sempre vai estar na base.
9. PROBLEMA DE TRANSPORTE
• Origens Destinos
• (centros de produção) (centros consumidores)
•
•
• . .
• . .
• . .
• ]]
• . .
• . .
• . .
• arco
• raiz
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
n
1
1
1
1
m
1
1
1
1
i
1
1
1
1
i
1
1
10. BASE PARA O PROBLEMA DE TRANSPORTE
Portanto, uma base para o problema de transporte será formada por (m+n) variáveis básicas,
sendo que a variável artificial xa associada ao arco raiz em+n sempre vai estar na base com
fluxo zero (xa = 0). Devido xa = 0 sempre então podemos atribuir qualquer valor para o seu
custo. Atribuímos ca = 0 para facilitar os cálculos.
Seja cB o vetor de custos das variáveis básicas, então
cB = (cB1 , cB2 , ..., cB(m+n)), portanto, com (m+n) elementos.
11. APLICAÇÃO 1:
• Considere uma companhia distribuidora de bebidas que tem 2 centros de produção – Araraquara e São
José dos Campos e 3 mercados consumidores principais – São Paulo, Belo Horizonte e Rio de Janeiro. O
custo unitário cij de se transportar uma unidade do produto de cada centro de suprimento a cada
mercado consumidor é dado na tabela abaixo. Nessa tabela, também são apresentadas as demandas
bj de cada mercado e a quantidade máxima disponível do produto em cada centro de produção ai no
próximo período.
Centro de
suprimento/Mercado
São Paulo (1) Belo Horizonte (2) Rio de Janeiro (3) Suprimento
disponível (ai )
Araraquara (1) 4 2 5 800
S. J. Campos (2) 11 7 4 1000
Demanda dos
mercados (bj )
500 400 900
12. FORMULAÇÃO DO PROBLEMA
• Definindo a variável xij como a quantidade do produto a ser enviada do centro de produção i, i = 1
(Araraquara), 2 (São José dos Campos), ao mercado j, j = 1 (São Paulo), 2 (Belo Horizonte, 3 (Rio de
Janeiro), o modelo que representa o problema é dado por:
• Minimizar z = 4x11 + 2x12 + 5x13 + 11x21 + 7x22 + 4x23
• Sujeito a: x11 + x12 + x13 = 800 (1)
• x21 + x22 + x23 = 1000 (2)
• x11 + x21 = 500 (3)
• x12 + x22 = 400 (4)
• x13 + x23 = 900 (5)
x11 ≥ 0, x12 ≥ 0, x13 ≥ 0, x21 ≥ 0, x22 ≥ 0, x23 ≥ 0 (6)
13. FORMULAÇÃO DO PROBLEMA
• Na matriz de restrição cada coluna está associada a uma variável xij. Dessa forma, reescrevendo a
matriz de restrição A do problema temos:
• Minimizar z = 4x11 + 2x12 + 5x13 + 11x21 + 7x22 + 4x23
• Suj a: x11 + x12 + x13 = 800
• x21 + x22 + x23 = 1000
• x11 + x21 = 500
• x12 + x22 = 400
• x13 + x23 = 900
x11 ≥ 0, x12 ≥ 0, x13 ≥ 0, x21 ≥ 0, x22 ≥ 0, x23 ≥ 0
Observe que as colunas da matriz de restrições A tem dois 1´s e o restante dos elementos são zero. Ou seja,
a coluna de A associada a variável xij tem 1 na i-ésima e j-ésima posições.
Onde i está associado as origens e j associado aos destinos.
15. FORMULAÇÃO DO PROBLEMA
• Adicionando na matriz A uma variável artificial (arco raiz) xa tendo como coluna em+n = e5.
• Minimizar z = 4x11 + 2x12 + 5x13 + 11x21 + 7x22 + 4x23
• Suj a: x11 + x12 + x13 = 800
• x21 + x22 + x23 = 1000
• x11 + x21 = 500
• x12 + x22 = 400
• x13 + x23 + xa = 900
• x11 ≥ 0, x12 ≥ 0, x13 ≥ 0, x21 ≥ 0, x22 ≥ 0, x23 ≥ 0, xa ≥ 0.
16. MATRIZ A DO PROBLEMA
• Cada coluna associada a uma variável xij. Temos a coluna da variável xa associada ao arco raiz e5.
• x11 x12 x13 x21 x22 x23 xa
• 1 1 1 0 0 0 0 i = 1, 2
• 0 0 0 1 1 1 0
• A = 1 0 0 1 0 0 0
• 0 1 0 0 1 0 0 j = 1, 2, 3
• 0 0 1 0 0 1 1
Observe que as colunas da matriz A tem dois 1´s e o restante dos elementos são zero. Ou seja, a coluna de
A associada a variável xij tem 1 na i-ésima e j-ésima posições.
Onde i está associado as origens e j associado aos destinos.
17. CALCULO DOS CUSTOS RELATIVOS ҧ
𝑐ij
• Escrevendo a expressão vetorial dos custos relativos individualmente para cada variável não-básica:
• ҧ
𝑐j = cj - cB B-1 aj para todo j Є NB onde NB é conjunto das variáveis não-básicas
atuais.
• onde aj é a coluna da variável xj na matriz A.
• Entretanto, as variáveis no problema de transporte tem dois índices. Logo, reescrevendo a expressão
acima, temos:
• ҧ
𝑐ij = cij - cB B-1 aij para todo (i, j) Є NB onde NB é conjunto das variáveis não-básicas
atuais.
• onde aij é a coluna da variável xij na matriz A.
18. CALCULO DOS CUSTOS RELATIVOS cij
• ҧ
𝑐ij = cij - cB B-1 aij para todo (i, j) Є NB onde NB é conjunto das variáveis não-básicas
atuais.
• onde aij é a coluna da variável xij na matriz A.
• Fazendo w = cB B-1 onde w = (u1, u2 ,... , um, v1, v2 ,..., vn)
• ҧ
𝑐ij = cij - waij
• Temos, para toda variável (i, j) não-básica ҧ
𝑐ij = cij - ( ui + vj ) (1)
19. CALCULO dos ui´s e vj´s
Para toda variável básica xij, ҧ
𝑐ij = 0. logo,
•
• ҧ
𝑐ij = cij - ( ui + vj ) → cij - ( ui + vj ) = 0
• Ou seja, ui + vj = cij ∀ (i , j) básico. (2)
• Devemos resolver o sistema linear (2), o qual é de ordem (m+n), para encontrar os
valores de ui´s e vj´s.
• Obtido os valores de ui´s e vj´s aplica-se na fórmula (1) para calcular os custos
relativos das variáveis não-básicas.
A resolução do sistema linear (2) é fácil e imediata porque a matriz associada é
formada por 1´s e 0´s e está na forma triangular.
20. MÉTODO U - V
Exemplo 1:
Considere três armazéns que devem abastecer quatro mercados. A capacidade dos
armazéns são a1 = 3, a2 = 7, a3 = 5. A demanda nos mercados são b1 = 4, b2 = 3, b3 = 4, b4 = 4.
Os custos de transporte são:
σ𝑖=1
3
𝑎𝑖 = σ𝑗=1
4
𝑏𝑗 = 15
M1 M2 M3 M4
A1 2 2 2 1
A2 10 8 5 4
A3 7 6 6 8
30. • A variável x31 entra na base.
•
• u1 = -1
•
• u2 = 7
•
• u3 = 8
•
•
• v1 = 3 v2 = 1 v3 = -2 v4 = 0
• Precisamos fazer o Teste da Razão para saber que variável deve sair da base.
Armazéns/Mercados M1 M2 M3 M4 Oferta
A1
x11 = 3 x12 x13 x14
3
A2
x21 =1 x22 = 3 x23 = 3 x24
7
A3
x31 x32 x33 = 1 x34 = 4
5
Demanda 4 3 4 4
2 2 2
10 8 5
7 6 6
1
4
8
31. 𝜃 é aumentado o máximo possível de modo que a solução permaneça não-negativa.
O máximo valor de 𝜃 é limitado pelas variáveis básicas que decrescerão de 𝜃.
A variável básica que se tornará zero primeiro, é removida da base.
•
•
•
•
•
•
•
•
• 𝜃 = min {1, 1} = 1 ; Neste caso o valor máximo de 𝜃 é 1, e a variável básica x21 sai da base,
enquanto a variável x31 entra na base.
• Devido ter dado empate no Teste da Razão, temos duas variáveis candidatas a deixar a
base. A escolha é arbitrária. Neste caso a variável x33 permanece na base com valor zero.
Armazéns/Mercado
s
M1 M2 M3 M4 Oferta
A1
x11 = 3 x12 x13 x14
3
A2
x21 =1
1- 𝜽
x22 = 3 x23 = 3
3+ 𝜽
x24
7
A3
x31
+ 𝜽
x32 x33 = 1
1- 𝜽
x34 = 4
5
Demanda 4 3 4 4
32. PIVOTEAMENTO.
• Consiste em somente ajustar os valores das variáveis básicas.
• 𝜃 = min {1, 1} = 1; a variável básica x21 sai da base, enquanto a variável x31 entra na base.
•
•
•
•
•
•
•
•
• Observação: Temos uma solução viável básica degenerada. Isso acontece frequentemente
em problemas de Fluxo em Redes.
Armazéns/Mercados M1 M2 M3 M4 Oferta
A1
x11 = 3 x12 x13 x14
3
A2
x21 x22 = 3 x23 = 4 x24
7
A3
x31 =1 x32 x33 = 0 x34 = 4
5
Demanda 4 3 4 4