47658 (Модель распределения ресурсов), страница 3

Будем рассматривать процесс распределения средств как n-шаговый, в котором номер шага соответствует номеру года. Управляемая система — два предприятия с вложенными в них средствами. Система характеризуется одним параметром состояния — количеством средств, которые следует перераспределить в начале k-го года. Переменных управления на каждом шаге две: и — количество средств, выделенных соответственно предприятию I и II. Так как средства ежегодно перераспределяются полностью, то . Для каждого шага задача становится одномерной. Обозначим через , тогда .

Показатель эффективности k-го шага равен . Это—доход, полученный от двух предприятий в течение k-го года.

Показатель эффективности задачи—доход, полученный от двух предприятий в течение n лет—составляет

. (2.5)

Уравнение состояния выражает остаток средств после k-го шага и имеет вид

. (2.6)

Пусть — условный оптимальный доход, полученный от распределения средств между двумя предприятиями за п—k+1 лет, начиная с k-го года до конца рассматриваемого периода. Запишем рекуррентные соотношения для этих функций:

; (2.7)

,

где - определяется из уравнения состояния (2.6).

Задача 3. Решить задачу 2 при следующих условиях: ; ; ; ; ; .

Если и - средства, выделенные соответственно предприятиям I и II в k-м году, то суммарный доход, полученный от обоих предприятий, равен

,

а уравнение состояния (2.6) принимает вид

.

Основные функциональные уравнения (2.7) запишутся следующим образом:

;

.

Проведем этап условной оптимизации.

4-й шаг. Условный оптимальный доход равен

,

так как линейная относительно функция достигает максимума в конце интервала, т.е. при .

3-й шаг:

.

Коэффициент при отрицателен, поэтому максимум в этой линейной относительно функции достигается в начале интервала, т.е.

; .

2-й шаг:

, откуда ; .

1-й шаг:

при .

Результат условной оптимизации:

; ; ; ;

; ; ;

Перейдем к безусловной оптимизации. Полагаем ; тогда , . Зная , находим ; используя , получаем и . Аналогично , . Наконец, . Следовательно, средства по годам нужно распределить так:

При таком распределении средств (10000 руб.) за четыре года будет получен доход, равный .

Непрерывные модели, примером которых служит задача 3, не являются типичными в практике распределения ресурсов. В дальнейшем большинство задач будет носить дискретный характер.

2.3 Дискретная динамическая модель оптимального распределения ресурсов

При дискретном вложении ресурсов может возникнуть вопрос о выборе шага в изменении переменных управления. Этот шаг может быть задан или определяется исходя из требуемой точности вычислений и точности исходных данных. В общем случае эта задача сложна, требует интерполирования по таблицам на предыдущих шагах вычисления. Иногда предварительный анализ уравнения состояния позволяет выбрать подходящий шаг , а также установить предельные значения , для которых на каждом шаге нужно выполнить табулирование.

Рассмотрим двумерную задачу, аналогичную предыдущей, в которой строится дискретная модель ДП процесса распределения ресурсов.

Задача 3. Составить оптимальный план ежегодного распределения средств между двумя предприятиями в течение трёхлетнего планового периода при следующих условиях: 1) начальная сумма составляет 400; 2) вложенные средства в размере x приносят на предприятии I доход и возвращаются в размере 60% от x, а на предприятии II—соответственно и 20%; 3) ежегодно распределяются все наличные средства, получаемые из возвращенных средств: 4) функции и заданы в табл. 1:

Таблица 1

Модель динамического программирования данной задачи аналогична модели, составленной в задаче 1.

Процесс управления является трехшаговым. Параметр — средства, подлежащие распределению в k-м году (k=1, 2, 3). Переменная управления — средства, вложенные в предприятие I в k-м году. Средства, вложенные в предприятие II в k-м году, составляют . Следовательно, процесс управления на k-м шаге зависит от одного параметра (модель одномерная). Уравнение состояния запишется в виде

, (2.8)

а функциональные уравнения – в виде

, (2.9)

. (2.10)

Попытаемся определить максимально возможные значения, для которых необходимо проводить табулирование на k-м шаге (k=1, 2, 3). При из уравнения (2.8) определяем максимально возможное значение ; имеем =0,6-400= 2400 (все средства вкладываются в предприятие I). Аналогично, для получаем предельное значение . Пусть интервал изменения совпадает с табличным, т. е. =50. Составим таблицу суммарной прибыли на данном шаге: (см. табл. 2). Это облегчит дальнейшие расчеты. Так как , то клетки, расположенные по диагонали таблицы, отвечают одному и тому же значению , указанному в 1-й строке (в 1-м столбце) табл. 2. Во 2-й строке таблицы записаны значения , а во 2-м столбце — значения , взятые из табл. 1. Значения в остальных клетках таблицы получены сложением чисел и . стоящих во 2-й строке и во 2-м столбце и соответствующих столбцу и строке, на пересечении которых находится данная клетка. Например, для =150 получаем ряд чисел: 20—для x=0, у=150; 18—для x=50, y==100; 18— для x=100, y=50; 15—для x=150, y=0.

Таблица 2

Аналогичную таблицу полезно подготовить и для расчетов по формуле (2.8). Расчет приведен в табл.3.

Таблица 3

Проведем условную оптимизацию по обычной схеме.

3-й шаг. Основное уравнение (2.9)

решим с помощью табл. 2. Как указывалось выше, . Просмотрим числа на диагоналях, соответствующих ; 50; 100; 150 и на каждой диагонали выберем наибольшее. Это и есть . В 1-й строке находим соответствующее условное оптимальное управление. Данные оптимизации на 3-м шаге поместим в основную таблицу (табл. 4). В ней введен столбец , который в дальнейшем используется при интерполяции.

Оптимизация 2-го шага проведена в табл. 5 согласно уравнению вида (2.10):