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《算法技术手册》转运问题

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有m个供应站si,每个供应站能够生产sup(si)个单位的商品。有n个需求站tj,每个需求站需要dem(tj)个单位的商品。而且还有w个仓库wk,每个仓库能够接收和转运最大为maxk个单位的商品,转运的费用为每个单位wpk。每一个供应站si到需求站tj的单位开销d(i,j)是固定的,从供应站si运送到仓库wk的开销为每单位ts(i,k),然后从仓库wk转运到需求站tj的开销为ts(k,j)。我们的目标是决定了从供应站si到需求站tj的流f(i,j)之后,最小化总开销,可以定义为:

总开销(TC)=总运输开销(TSC)+总转运开销(TTC)

TSC=∑i∑jd(i,j)*f(i,j)

TTC=∑i∑kts(i,k)*f(i,k)+∑j∑kts(j,k)*f(j,k)

目标是寻找到所有的f(i,j)≥0,确保TC在满足供应和需求限制之后最小。最后,通过一个仓库的网络流的单位为0,确保没有添加或者损失任何的单位。sup(si)和dem(ti)必须大于0。运输的开销d(i,j)、ts(i,k)和ts(k,j)必须大于等于0。

解决方案

我们将转运问题转换成最小开销流问题(如图8-8所示),构造了这样一个图G=(V,E):

V共有n+m+2*w+2个顶点

每个供应站si被映射成一个顶点i,每个仓库wk映射成两个顶点,m+2*k-1和m+2*k。每个需求站tj映射成顶点1+m+2*w+j。然后创建一个新的源点src(标记为0)和新的汇点tgt(标记为n+m+2*w+1)。

E共有(w+1)*(m+n)+m*n+w条边

在转运问题中构建边的过程可以在代码库中的Transshipment类找到。

如果对应的最小开销流问题能够得到解,那么转运问题也能够得到解,所有的f(u,v)>0的边(u,v)∈E构成了结果集合。这些边的f(u,v)*d(u,v)之和是结果集合的总开销。

图 8-8 转运问题转换成最小开销流问题