§5.1运输问题
运输问题(TP,Transportation Problem):从个发点往个收点运输货物,有关数据如下图所示:

其中(供需平衡).
或见如下的供需-运费表:

问:应如何组织运输,才能既满足供需关系,又使得运费最省?
解:令= 从发点运往收点的货物的数量,,则可建立如下线性规划模型
,
其中,.▍
运输问题有供需平衡型()运输问题和供需不平衡型()运输问题.其中,供需不平衡又可分为供大于需()和需大于供()两种.本章将主要介绍供需平衡型运输问题.
令,
(cost matrix,费用矩阵),,
,
其中,
则的矩阵和向量形式为
.
注:此处,的形式纯粹是为讨论问题的便利而作的硬性规定,并不符合线性代数中的矩阵和向量的有关运算的定义.
显然,是一种线性规划问题,当然可用求解线性规划问题的一般方法(如单纯形法、对偶单纯形法等)来解;但是,如下所述,作为一种特殊的线性规划问题,其求解亦有特殊的方法.
令:中变量对应的列向量;:的第个行向量;
Th1的特性:
(1);
(2)中恰有一个多余的约束方程;
(3)总可行;
(4)是全幺模阵;
(5)的任一基本解均为整数解;
(6)总有最优解.
证明:(1),的行向量组线性相关.于是,.
易证,的阶子矩阵,有.
故.
(2)由(1)知,的行向量组线性相关,且其中恰有一个行向量可由其余行向量线性表出.故对应地,中恰有一个多余的约束方程.
(3)由(1)知,约束方程组总有解;而且,易证.
(4)令,则由§6.2 Th2知,是全幺模阵.
(5)由(4)知,是全单模阵;又是整数向量,故由§6.2 Th1知,的任一基本解必为整数解.
(6)令,则,即有下界;又由(3)知,可行,必有最优解.▍
的基:的任一阶非奇异子矩阵.
类似地,可定义基变量;非基变量等.
命题(1)的任一个基均为幺模阵;
(2)(的基的构造)从中删去任一行,再从剩下的矩阵中选取个线性无关的列向量,则所得矩阵即为的一个基.
证明:(1)由(4)知,是全单模阵.(2)由(1)及基的定义得证.▍
的单纯形表:
W.L.O.G.设的一个基为,
令,,,
,,
则.
代入目标函数得

联立得

作典式

作单纯形表

由单纯形表易见,关于基的基本解为,相应的目标函数值为.
注:(1)关于基的检验数为(与标准形的检验数反号!).
(2)在实际计算时,鉴于运输问题的特殊性质,其求解过程并不借助于单纯形表,而是借助于运输表来实现.

格子(mesh)
对的每一个变量,作一个格子与之对应,得格子表(集)

显然,有如下一一对应关系:格子表中的格子的变量的列向量.
,令.
规定:格子集线性无(相)关中的各列向量线性无(相)关.
定义 的线性无关的格子集称为基本格子集,记作:.
易见,当是基本格子集时,中的个列向量作成的矩阵去掉一个多余的行即为的一个基,基变量为,非基变量为.令,即得关于基的基本解.
定义 设,若,有,则称为行孤立格子;若,有,则称为列孤立格子.二者合称孤立格子(isolated mesh).
孤立格子集的递归定义:
设,,若满足条件:(1)单个格子构成的格子集是孤立格子集;(2)当是一个孤立格子时,仍是一个孤立格子集,则称是一个孤立格子集.
例如,给定格子集,令,则是一个孤立格子集.

这是因为:(孤立格子集的递归定义)依次为孤立格子.
命题 的孤立格子集必是基本格子集.▍