7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E)...
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7. Problème de flot
à
coût minimum
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7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux
• Un graphe G =(V, E) est constitué d’un ensemble non vide fini de sommets V et d’un ensemble d’arêtes E tel que chaque arête a est identifiée par une paire non ordonnée de sommets (u, v).
c
a b
d
V = {1, 2, 3} E = {a, b, c, d}
a = b = (1, 2) ; c = (1, 3) ; d =(2, 3)
1
2
3
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• Un graphe g est un sous graphe d’un graphe G si tous les sommets et toutes les arêtes de g sont aussi des sommets et des arêtes de G.
c c
a b
d
G g
1
2
3
1
3
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• Un sous graphe d’un graphe G qui contient tous les sommets de G est un graphe partiel de G.
c c
a b
d d
G g
1
2
3
1
3
2
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• Une chaîne dans un graphe G est une suite d’arêtes distinctes a1, a2, …, ap
avec la propriété qu’il existe (p+1) sommets u1, u2, …, up+1 tels que
ai= (ui, ui+1).
c
a b
d
La suite a, c est une chaîne.
1
2
3
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• Un cycle dans un graphe G est une chaîne telle que u1 = up+1
c
a b
d
La suite c, b, d est un cycle.
1
2
3
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• Un graphe G est connexe si pour tout couple de sommets distincts, il existe une chaîne les reliant.
c
a b
d
Ce graphe est connexe.
1
2
3
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• Un arbre est un graphe connexe sans cycle
Propriété : Un arbre ayant n sommets comporte exactement (n – 1) arêtes
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• Un arbre partiel ( arbre de recouvrement) d’un graphe connexe G est un graphe partiel de G qui est un arbre
c c
a b
d d
G arbre partiel
1
2
3
1
3
2
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• Un cycle fondamental par rapport à un arbre partiel est un cycle formé d’une arête du graphe ne se trouvant pas sur l’arbre partiel et d’arêtes de l’arbre.
c c
a b
d d
G arbre partiel
1
2
3
1
3
2
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• Un cycle fondamental par rapport à un arbre partiel est un cycle formé d’une arête du graphe ne se trouvant pas sur l’arbre partiel et d’arêtes de l’arbre.
c c
a b a
d d
G cycle fondamental
1
2
3
1
3
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• Un graphe orienté G = (V, E) est constitué d’un ensemble non vide fini de sommets V et d’un ensemble d’arcs E tel que chaque arc a est identifié par une paire ordonnée de sommets (u, v).
a b
c d
e f
V = {1, 2, 3, 4} E = {a, b, c, d, e, f}
a = (1, 2), b = (2, 4), c = (2, 3), d =(3, 2), e = (1, 3), f = (3, 4)
2
3
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• Un graphe non orienté obtenu à partir d’un graphe orienté G en éliminant l’orientation sur les arcs est dénoté graphe correspondant.
• Les notions de chaîne, cycle, connexité, arbre, arbre partiel, et cycle fondamental pour les graphes orientés sont définies en se référant aux graphes correspondants.
• Un chemin dans un graphe orienté est une suite d’arcs distincts
a1, a2, …, ap constituant une chaîne dont tous les arcs sont orientés dans la même direction.
• Un graphe orienté est simple si les sommets identifiant un arc sont distincts et s’il n’existe pas deux arcs identifiés par la même paire ordonnée de sommets.
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• Un réseau est un graphe orienté connexe dans lequel un flot peut circuler sur les arcs. Chaque arc (i, j) est caractérisée par
une capacité dij qui correspond à une borne supérieure sur le flot
dans l’arc
une borne inférieure lij sur le flot dans l’arc
De plus 0≤ lij ≤ dij
[0, 2] [2, 9]
[0, 6] [3, 4]
[0, 4] [1, 6]
À l’arc (i, j) est associé le couple [lij , dij].
2
3
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7.2 Formulation du problème de flot à coût minimum
• Nous considérons un réseau où
à chaque (i, j) sont associés les attributs suivants:
dij la capacité de l’arc
lij la borne inférieure sur le flot dans l’arc
cij le coût unitaire du flot dans l’arc
xij la variable dénotant la valeur du flot dans l’arc
à chaque sommet i sont associés les deux ensembles de sommets reliés ou adjacents à i suivants:
EjiVjP
EijVjB
i
i
),(:
),(:
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Dans le réseau suivant
B1= Φ , B2= {1, 3}, B3= {1, 2}, B4= {2, 3}
P1= {2, 3}, P2= {3, 4}, P3= {2, 4}, P4= Φ
[0, 2] [2, 9]
[0, 6] [3, 4]
[0, 4] [1, 6]
2
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• Le problème de flot à coût minimum consiste à déterminer comment
acheminer dans les arcs du réseau une quantité v de flot d’une source
à une destination de sorte à minimiser le coût total.
• Ce qui caractérise les problèmes de flots sont les contraintes de conservation de flot associées aux sommets du réseau.
• La contrainte de conservation de flot associée à un sommet i indique que la quantité totale de flot entrant dans le sommet doit être égale à celle sortant du sommet.
Vs Vt
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• La contrainte de conservation de flot associée à un sommet i indique que la quantité totale de flot entrant dans le sommet doit être égale à celle sortant du sommet.
v
2
3
1 4 vxx
xxv
s
ss
ss
Bjjs
Pjsj
Pjsj
Bjjs
ou
sourcelaPour
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• La contrainte de conservation de flot associée à un sommet i indique que la quantité totale de flot entrant dans le sommet doit être égale à celle sortant du sommet.
v
2
3
1 4
vxx
vxx
t
tt
tt
Bjjt
Pjtj
Pjtj
Bjjt
ou
ndestinatiolaPour
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• La contrainte de conservation de flot associée à un sommet i indique que la quantité totale de flot entrant dans le sommet doit être égale à celle sortant du sommet.
2
3
1 4
0
ou
ireintermédiasommetunPour
ii
ii
Bjji
Pjij
Pjij
Bjji
xx
xx
i
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• Formulons maintenant le problème de flot à coût minimum consistant à déterminer comment acheminer dans les arcs du réseau une quantité v de
flot d’une source à une destination de sorte à minimiser le
coût total.Vs Vt
( , )(FCM) min
Sujet à
(conservation de flot)
si
0 si ,
si
(capacité)
( , )
i i
ij iji j E
ij jij P j B
ij ij ij
c x
v i s
x x i s t
v i t
l x d i j E
( , )(FCM) min
Sujet à
(conservation de flot)
0 ,
(capacité)
( , )
s s
i i
t t
ij iji j E
sj jsj P j B
ij jij P j B
tj jtj P j B
ij ij ij
c x
x x v
x x i s t
x x v
l x d i j E
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• La matrice correspondant aux contraintes de conservation
de flot est dénoté matrice d’incidence sommets-arcs:
ligne i ↔ sommet i
colonne (i, j) ↔ arc (i, j)
( , )(FCM) min
Sujet à
(conservation de flot)
si
0 si ,
si
(capacité)
( , )
i i
ij iji j E
ij jij P j B
ij ij ij
c x
v i s
x x i s t
v i t
l x d i j E
0
0
1
0
0
1
0
0
ijx
ligne i
ligne j
colonne (i, j)
ij P
ji B
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• Exemple de matrice d’incidence pour le réseau
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1 4
101000
110110
011101
000011
343224231312 xxxxxx
4
3
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1
( , )(FCM) min
Sujet à
(conservation de flot)
si
0 si ,
si
(capacité)
( , )
i i
ij iji j E
ij jij P j B
ij ij ij
c x
v i s
x x i s t
v i t
l x d i j E
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• La matrice d’incidence sommets-arcs jouit de la propriété d’unimodularité qui fait que l’algorithme du simplexe génère une solution entière pour le problème (FMC) lorsque lij, dij et v sont des entiers.
( , )(FCM) min
Sujet à
(conservation de flot)
si
0 si ,
si
(capacité)
( , )
i i
ij iji j E
ij jij P j B
ij ij ij
c x
v i s
x x i s t
v i t
l x d i j E
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7.3 Propriétés de la matrice d’incidence
• Nous allons démontrer que les colonnes de toute base de la matrice d’incidence correspondent aux arcs d’un arbre partiel du réseau et vice versa.
• Les notions de chaîne, cycle, connexité, arbre, arbre partiel, et cycle fondamental pour les graphes orientés sont définies en se référant aux graphes correspondants.
• Un arbre partiel ( arbre de recouvrement) d’un graphe connexe G est un graphe partiel de G qui est un arbre
• Un sous graphe d’un graphe G qui contient tous les sommets de G est un graphe partiel de G.
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7.3 Propriétés de la matrice d’incidence
• Nous allons démontrer que les colonnes de toute base de la matrice d’incidence correspondent aux arcs d’un arbre partiel du réseau et vice versa.
• Théorème: La matrice d’incidence A d’un graphe orienté simple et connexe composé de m sommets et de n arcs est de rang (m–1).
• Un graphe orienté est simple si les sommets identifiant un arc sont distincts et s’il n’existe pas deux arcs identifiés par la même paire ordonnée de sommets.
• Un graphe G est connexe si pour tout couple de sommets distincts, il existe une chaîne les reliant.
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7.3 Propriétés de la matrice d’incidence
• Nous allons démontrer que les colonnes de toute base de la matrice d’incidence correspondent aux arcs d’un arbre partiel du réseau et vice versa.
• Théorème: La matrice d’incidence A d’un graphe orienté simple et connexe composé de m sommets et de n arcs est de rang (m–1).
Preuve: Démontrons d’abord que le rang de A est inférieur ou égal à (m–1). Chaque colonne de A comporte exactement une composante égale à 1 et un composante égale à –1, les autres étant égales à 0.
Donc la somme des lignes de A engendre un vecteur composé uniquement de 0.
Par conséquent les lignes de A sont linéairement dépendantes. Ainsi le rang de A est inférieure ou égal à (m–1).
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• Exemple de matrice d’incidence pour le réseau
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1 4
_____________________0 0 0 0 0
1 1 0 0 0 01 0 1 1 1 00 1 1 0 1 10 0 0
0
0 1 1
343224231312 xxxxxx
4
3
2
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Démontrons maintenant que le rang de A est au moins égal à (m–1). Supposons qu’il existe un ensemble K de k lignes de A
qui soient linéairement dépendante.
Il existe donc des scalaires qui ne sont pas tous nuls tels que
Puisque chaque colonne de A comporte exactement une composante égale à 1 et une composante égale à –1, si , alors il faut que pour tout élément différent de 0 dans la ligne nous retrouvions dans K la ligne de A comportant l’élément différent de 0 complémentaire.
kiii aaa ,...,,21
k ,...,, 21
0...21 21 kikii aaa
0jjia
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• Exemple de matrice d’incidence pour le réseau
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101000
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011101
000011
343224231312 xxxxxx
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Démontrons maintenant que le rang de A est au moins égal à (m–1). Supposons qu’il existe un ensemble K de k lignes de A
qui soient linéairement dépendante. Il existe donc des scalaires qui ne sont pas tous nuls tels que
Puisque chaque colonne de A comporte exactement une composante égale à 1 et une composante égale à –1, si , alors il faut que pour tout élément différent de 0 dans la ligne nous retrouvions dans K la ligne de A comportant l’élément différent de 0 complémentaire.
Répétant l’argument pour tous les , nous en arrivons à la conclusion que K comporte toutes les lignes de A puisque le graphe orienté est simple et connexe.
Ainsi k = m, et par conséquent tout sous ensemble de τ lignes de A où τ ≤ m–1 sont linéairement indépendantes. Donc le rang de A est au moins
égal à (m –1). Par conséquent la rang de A est égal à (m –1).
kiii aaa ,...,,21
k ,...,, 21
0...21 21 kikii aaa
0jjia
0j
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• Théorème: Considérons la matrice d’incidence A d’un graphe orienté simple et connexe G composé de m sommets et de n arcs. Une sous matrice carrée de A de dimension (m – 1)x (m – 1) est non singulière si et seulement si les arcs associés aux colonnes de cette sous matrice sont ceux d’un arbre partiel du graphe orienté G.
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Preuve: Soit T un arbre partiel de G.
2
3
1 4
101000
110110
011101
000011
343224231312 xxxxxx
4
3
2
1
![Page 34: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/34.jpg)
Preuve: Soit T un arbre partiel de G.
2
3
1 4
101000
110110
011101
000011
343224231312 xxxxxx
4
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2
1
![Page 35: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/35.jpg)
Preuve: Soit T un arbre partiel de G. Dénotons par A(T)) la sous matrice de A de dimension mx (m – 1) qui est la matrice d’incidence de T.
2
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1 4
101000
110110
011101
000011
343224231312 xxxxxx
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1
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Preuve: Soit T un arbre partiel de G. Dénotons par A(T)) la sous matrice de A de dimension mx (m – 1) qui est la matrice d’incidence de T.
T étant un graphe simple et connexe, il s’ensuit que le rang de A(T)) est égal à (m – 1) par le théorème précédent.
2
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1 4
101000
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011101
000011
343224231312 xxxxxx
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1
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Preuve: Soit T un arbre partiel de G. Dénotons par A(T)) la sous matrice de A de dimension mx (m – 1) qui est la matrice d’incidence de T.
T étant un graphe simple et connexe, il s’ensuit que le rang de A(T)) est égal à (m – 1) par le théorème précédent.
Alors toute sous matrice carrée de dimension (m – 1)x (m – 1) obtenue en éliminant une ligne de A(T)) est non singulière.
Or ces sous matrices
sont également des
sous matrices de A.
2
3
1 4
101000
110110
011101
000011
343224231312 xxxxxx
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1
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Soit B une sous matrice de A carrée non singulière de dimension
(m – 1)x (m – 1).
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101000
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Soit B une sous matrice de A carrée non singulière de dimension
(m – 1)x (m – 1).
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3
1 4
101000
110110
011101
000011
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Soit B une sous matrice de A carrée non singulière de dimension
(m – 1)x (m – 1). B est obtenue en éliminant une ligne de la matrice
d’incidence d’un sous graphe partiel g de G.
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3
1 4
101000
110110
011101
000011
343224231312 xxxxxx
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![Page 41: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/41.jpg)
Soit B une sous matrice de A carrée non singulière de dimension
(m – 1)x (m – 1). B est obtenue en éliminant une ligne de la matrice
d’incidence d’un sous graphe partiel g de G.
Le sous graphe g est donc simple et connexe et comporte exactement m sommets et (m – 1) arcs.
Donc g est un
arbre partiel de G.
2
3
1 4
101000
110110
011101
000011
343224231312 xxxxxx
4
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• Théorème: La matrice d’incidence A
d’un graphe orienté simple et connexe composé de m sommets et de n arcs est de rang (m–1).
• Théorème: Considérons la matrice d’incidence A d’un graphe orienté simple et connexe G composé de m sommets et de n arcs. Une sous matrice carrée de A de dimension (m – 1)x (m – 1) est non singulière si et seulement si les arcs associés aux colonnes de cette sous matrice sont ceux d’un arbre partiel du graphe orienté G.
Toute base de la matrice d’incidence est telle que ses colonnes correspondent aux variables associées aux arcs d’un arbre partiel du réseau et vice-versa.
Les variables de base de toute solution de base du problème (FCM)correspondent aux arcs d’un arbre partiel du réseau et vice-versa.
![Page 43: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/43.jpg)
7.4 Résolution du problème de flot à coût minimum
• Nous utilisons la variante du simplexe pour les problèmes de programmation linéaire avec variables bornées pour résoudre le problème de flot à coût minimum (FCM):
Ejidx
tisiv
tsisi
sisiv
xx
xc
ijij
Pj Bjjiij
Ejiijij
i i
),(0
(capacité)
,0
flot)deion(conservat
àSujet
min(FCM)),(
EjiVjPEijVjB ii ),(:et),(:où
![Page 44: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/44.jpg)
• Pour analyser une itération, supposons que nous disposons d’une solution de base réalisable x du problème.
Donc les variables hors base xij sont telles que
xij = 0 ou dij.
Les variables de base xij correspondent aux arcs E(T) d’un arbre partiel T du réseau
4v
![Page 45: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/45.jpg)
• Critère d’entrée
Calcul des coûts relatifs des variables xij :
devient
Pour les variables de base associées aux arcs
Tij ij ijc c a
0
0
1
0
0
1
0
0
ijx
T1[ ,..., , ..., , ..., ]i j m
ligne i
ligne j
ija
jiijij cc
)(),( TEji
)(),(0 TEjicc jiijij
![Page 46: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/46.jpg)
Puisque pour un arbre (# d’arcs) = (# de sommets) –1 le système précédent comportent
(m – 1) équations associés aux arcs et m inconnus πi associés aux sommets i de T ( ou de A).
)(),(0 TEjicc jiijij
)(),( TEji
Il suffit de fixer la valeur d’un des multiplicateurs et d’évaluer
les autres avec le système d’équations.
Le système d’équations étant triangulaire, les multiplicateurs sont très simplement évalués
séquentiellement un à un.
![Page 47: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/47.jpg)
Reprenons notre exemple
Posons πt = 0
)(),(0 TEjicc jiijij
tttt
ssss
ssss
cc
cc
cc
cc
1111
32322323
2222
1111
10)4(
30)3(
10)2(
40)1(
143040)3(
451040)2(
514040)1(
11010)4(
3332
222
1
111
s
sss
t
π3=1
πt=0π1=1πs=5
π2=41
3
![Page 48: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/48.jpg)
Après avoir déterminer les valeurs des multiplicateurs, déterminons les coûts relatifs
des variables hors base associées aux arcs qui ne font pas partie de l’arbre partiel T.
Revenant à notre exemple
ijT
ijij acc
1012
1142
333
122121
ttt cc
cc
πt=0π1=1πs=5
π2=4 π3=1
![Page 49: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/49.jpg)
Après avoir déterminer les valeurs des multiplicateurs, déterminons les coûts relatifs
des variables hors base associées aux arcs qui ne font pas partie de l’arbre partiel T.
Critère d’optimalité
Sinon choisissons une des variables
(admissibles) xij où le critère n’est pas satisfait comme variable d’entrée.
Si la variable admissible xij = 0, alorssa valeur augmente, et si la valeur de
xij = dij, alors sa valeur diminue.
jiijij cc
optimale.estactuellesolutionlaalors
,où)(),(0
et
0où)(),(0
Si
ijijij
ijij
dxTEjic
xTEjic
![Page 50: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/50.jpg)
Après avoir déterminer les valeurs des multiplicateurs, déterminons les coûts relatifs
des variables hors base associées aux arcs qui ne font pas partie de l’arbre partiel T.
Revenant à notre exemple
ijT
ijij acc
1012
1142
333
122121
ttt cc
cc
πt=0π1=1πs=5
π2=4 π3=1x21 est admissible à augmenter
x3t est admissible à diminuer
![Page 51: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/51.jpg)
Étape 1: Choix de la variable d’entrée
Le critère pour choisir la variable d’entrée est modifié pour tenir compte des variables hors base xj à leur borne supérieure uj qui peuvent diminuer.
Ainsi, pour un indice
si , il est avantageux d’augmenter xj
si , il est avantageux de diminuer xj
JBj0et0 jj cx
0et jjj cux
Déterminons et
SoitSi , alors la solution est optimale et l’algorithme s’arrête.
Si , alors la variable xs augmente; aller à l’étape 2.1.
Si , alors la variable xs diminue; aller à l’étape 2.2
0:min1
jjJBj
s xcc
0sc
10 sss ccc et
10 sss ccc et
jjjJBjs uxcc
:max2
21 ,min sss ccc
![Page 52: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/52.jpg)
Après avoir déterminer les valeurs des multiplicateurs, déterminons les coûts relatifs
des variables hors base associées aux arcs qui ne font pas partie de l’arbre partiel T.
Revenant à notre exemple
ijT
ijij acc
1012
1142
333
122121
ttt cc
cc
πt=0π1=1πs=5
π2=4 π3=1x21 est admissible à augmenter
x3t est admissible à diminuer Variable d’entrée
![Page 53: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/53.jpg)
• Critère de sortieNous voulons évaluer l’effet de la modification de la variable d’entrée sur les variables de base.Il est facile de vérifier que seules les valeurs du flot des arcs du cycle fondamental associé à l’arc de la variable d’entrée sont modifiées.Revenant à notre exemple:
x3t est une variable d’entrée
Un cycle fondamental par rapport à un arbre partiel est un cycle formé d'une arête du graphe ne se trouvant pas sur l'arbre partiel et d'arêtes de l'arbre.
![Page 54: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/54.jpg)
Il faut déterminer la plus grande modification θ de la valeur de la variable d’entrée avant quei) la valeur d’une variable de base
xij diminue à 0;ii) la valeur d’une variable de base
xij atteigne sa capacité dij;iii) la valeur de la variable d’entrée
passe d’une borne à l’autre.
Si le cas i) ou ii) limite la modification θ de la variable d’entrée, la variable de base xij sort de la base pour être remplacée par la variable d’entrée. La nouvelle base correspond à un nouvel arbre partiel T ' où l’arc (i, j) dans T est remplacé par l’arc de la variable d’entrée.
Si le cas iii) se produit, il suffit d’ajuster les valeurs du flot sur les arcs du cycle fondamental et de procéder à la prochaine itération avec la même base.
![Page 55: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/55.jpg)
Complétons la résolution de notre
exemple. La variable d’entrée x3t
diminue de θ.La plus grande valeur que θ peut prendre est θ = 2 car alors le flot dans l’arc (1, t) atteint la capacité
d1t = 2.
La variable x1t est remplacé par la
variable x3t dans la base.La nouvelle solution et l’arbre partiel associé à la nouvelle base deviennent
4-θ
4-θ
4-θ
0+θ 0+θ
![Page 56: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/56.jpg)
Complétons la résolution de notre
exemple. La variable d’entrée x3t
diminue de θ.La plus grande valeur que θ peut prendre est θ = 2 car alors le flot dans l’arc (1, t) atteint la capacité
d1t = 2.
La variable x1t est remplacé par la
variable x3t dans la base.La nouvelle solution et l’arbre partiel associé à la nouvelle base deviennent
![Page 57: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/57.jpg)
Deuxième itération :
Critère d’entrée
Déterminons les multiplicateurs en
solutionnant le système:
tttt
ssss
ssss
cc
cc
cc
cc
3333
32322323
2222
1111
20)4(
30)3(
10)2(
40)1(
![Page 58: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/58.jpg)
Posons πt = 0
tttt
ssss
ssss
cc
cc
cc
cc
3333
32322323
2222
1111
20)4(
30)3(
10)2(
40)1(
264040)1(
651040)2(
523040)3(
22020)4(
111
2
2232
333
s
sss
t
3
1
![Page 59: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/59.jpg)
Nous pouvons déterminer les
multiplicateurs en utilisant
directement la représentation de
l’arbre partiel en utilisant la
définition des coûts relatifs
2
3
1
4πt= 0
π3= 2π2= 5
πs= 6 π1= 2
0 jiijij cc
264040)1(
651040)2(
523040)3(
22020)4(
111
2
2232
333
s
sss
t
jiijc
![Page 60: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/60.jpg)
Évaluons maintenant les coûts relatifs
des variables hors base
2
3
1
4πt= 0
π3= 2π2= 5
πs= 6 π1= 2
0 jiijij cc
1021
1252
111
122121
ttt cc
cc
![Page 61: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/61.jpg)
Puisque x1t = 2 = d1t et ,
alors x1t n’est pas admissible.
Par contre x21 = 0 et , et ainsi
x21 est variable d’entrée.
2
3
1
4
1021
1252
111
122121
ttt cc
cc
11 tc
121 c
![Page 62: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/62.jpg)
Puisque x1t = 2 = d1t et ,
alors x1t n’est pas admissible.
Par contre x21 = 0 et , et ainsi
x21 est variable d’entrée qui
augmente.
Le cycle fondamental correspondant
à l’arbre partiel devient
1021
1252
111
122121
ttt cc
cc
11 tc
121 c
![Page 63: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/63.jpg)
• Critère de sortie
Évaluons la plus grande valeur que
peut prendre l’augmentation θ de la
variable d’entrée.
Alors θ = 2 puisque pour cette valeur,
xs1 = 2 – 2 = 0
x21 = 0 + 2 = 2 = d21.
Nous pouvons poursuivre avec la
même base puisque x21 = 2 = d21.
Nous préférons considérer xs1 comme
variable de sortie.
La nouvelle solution et l’arbre partiel
associé à la nouvelle base deviennent
0+θ2+θ
2-θ
![Page 64: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/64.jpg)
• Critère de sortie
Évaluons la plus grande valeur que
peut prendre l’augmentation θ de la
variable d’entrée.
Alors θ = 2 puisque pour cette valeur,
xs1 = 2 – 2 = 0
x21 = 0 + 2 = 2 = d21.
Nous pouvons poursuivre avec la
même base puisque x21 = 2 = d21.
Nous préférons considérer xs1 comme
variable de sortie
La nouvelle solution et l’arbre partiel
associé à la nouvelle base deviennent
•
![Page 65: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/65.jpg)
Troisième itération :
Critère d’entrée
Déterminons les multiplicateurs en
en utilisant les coûts relatifs des variables de base
Évaluons maintenant les coûts relatifs
des variables hors base
0 jiijij cc
2
3
21
πt=0πs=6
π2=5 π3=2
π1=3
2031
1364
111
111
ttt
sss
cc
cc
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La solution est optimale puisque
2031
1364
111
111
ttt
sss
cc
cc
02et2
01et0
111
11
ttt
ss
cdx
cx
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• L’adaptation de la méthode du simplexe est grandement simplifié grâce à la structure de la matrice d’incidence.
• Il y a beaucoup de dégénérescence dans ce type de problème. Ceci peut entraîner des itérations dégénérées (où les valeurs des variables ne changent pas) tout simplement pour changer de base. Certains résultats existent pour guider le choix des solutions de base d’une itération à l’autre pour réduire le nombre d’itérations dégénérées.
![Page 68: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/68.jpg)
Cas avec plusieurs sources et destinations
s1
s2
sp
t1
t2
tq
Reste du réseau
jtj
isi
tvqjVtq
svpiVsp
j
i
àarrivequiflotdequantitéladénoteoù,,1,nsdestinatio
àoriginequiflotdequantitéladénoteoù,,1,sources
![Page 69: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/69.jpg)
Construisons un réseau G1= (V1, E1 )
s1
s2
sp
t1
t2
tq
Reste du réseau
s t
tsVV ,1
jtj
isi
tvqjVtq
svpiVsp
j
i
àarrivequiflotdequantitéladénoteoù,,1,nsdestinatio
àoriginequiflotdequantitéladénoteoù,,1,sources
![Page 70: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/70.jpg)
Construisons un réseau G1= (V1, E1 )
s1
s2
sp
t1
t2
tq
Reste du réseau
s t
tsVV ,1
qjttpissEE ji ,,1:),(,,1:),(1
jtj
isi
tvqjVtq
svpiVsp
j
i
àarrivequiflotdequantitéladénoteoù,,1,nsdestinatio
àoriginequiflotdequantitéladénoteoù,,1,sources
![Page 71: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/71.jpg)
Construisons un réseau G1= (V1, E1 )
s1
s2
sp
t1
t2
tq
Reste du réseau
s t
tsVV ,1
qjttpissEE ji ,,1:),(,,1:),(1
]0,[1s
v
]0,[,2sv
]0,[psv
]0,[1t
v
]0,[2t
v
]0,[qt
v
jtj
isi
tvqjVtq
svpiVsp
j
i
àarrivequiflotdequantitéladénoteoù,,1,nsdestinatio
àoriginequiflotdequantitéladénoteoù,,1,sources
],[ ijij cd
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Construisons un réseau G1= (V1, E1 )
v v
s1
s2
sp
t1
t2
tq
Reste du réseau
s t
]0,[1s
v
]0,[,2sv
]0,[psv
]0,[1t
v
]0,[2t
v
]0,[qt
v
q
jt
p
is ji
vvv11
totalFlot
jtj
isi
tvqjVtq
svpiVsp
j
i
àarrivequiflotdequantitéladénoteoù,,1,nsdestinatio
àoriginequiflotdequantitéladénoteoù,,1,sources
![Page 73: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/73.jpg)
7.5 Problème de transport classique
• S ensemble de m sommets sources ( i =1, 2, …, m),
T ensemble de n sommets destinations (j = 1, 2, …, n)
Aucun sommet intermédiaire
• Il existe un arc reliant chaque pair
source-destination
etV S T S T
TjSijiE ,:),(
Sources destinations
1
2
m
1
2
n
![Page 74: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/74.jpg)
• xij : flot dans l’arc (i, j)
• cij : coût unitaire de transport sur l’arc (i, j)
• ai : disponibilité au sommet source i
• bj : demande au sommet destination j
• Problème
Déterminer la quantité à transporter
de chaque source i à chaque
destination j (i. e., xij) pour satisfaire
les demandes en respectant les
disponibilités de façon à minimiser
le coût total de transport.
Sources destinations
1
2
m
1
2
n
![Page 75: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/75.jpg)
• Problème Déterminer la quantité à transporter de chaque source i à chaque destination j (i. e., xij) pour satisfaire les demandes en respectant les disponibilités de façon à minimiser le coût total de transport.
Sources destinations
1
2
m
1
2
n
njmix
njbx
miax
xc
ij
m
ijij
n
jiij
m
i
n
jijij
,,1;,,10
,,1
,,1àSujet
min
1
1
1 1
Formulation
![Page 76: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/76.jpg)
• Matrice des contraintes unimodulaire, et par conséquent l’algorithme du simplexe identifie une solution optimale où toutes les valeurs des variables sont entières lorsque les ai et les bj sont des valeurs entières.
njmix
njbx
miax
xc
ij
m
ijij
n
jiij
m
i
n
jijij
,,1;,,10
,,1
,,1àSujet
min
1
1
1 1
Formulation
![Page 77: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/77.jpg)
• Considérons la combinaison linéaire suivante des contraintes où des poids de 1 et de –1 sont associés respectivement à chacune des m premières et des n dernières contraintes:
njmix
njbx
miax
xc
ij
m
ijij
n
jiij
m
i
n
jijij
,,1;,,10
,,1
,,1àSujet
min
1
1
1 1
Formulation
n
jj
m
ii
n
j
n
jj
m
ii
m
iij
m
i
n
jij
n
j
n
jj
m
ii
m
iij
m
i
n
jij
ba
baxx
baxx
11
1 1111 1
1 1111 1
.réalisablesoitproblèmelequepourquedoncfautIl
.0
alorset
1
–1
![Page 78: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/78.jpg)
• Il s’ensuit
- une contrainte peut s’exprimer comme combinaison linéaire des autres
- un argument similaire à celui utilisé pour le problème (FCM) peut
être utilisé pour démontrer que le rang de la matrice des contraintes
est égal a (m + n – 1)
-chaque solution de base comporte (m + n – 1) variables de base.
njmix
njbx
miax
xc
ij
m
ijij
n
jiij
m
i
n
jijij
,,1;,,10
,,1
,,1àSujet
min
1
1
1 1
Formulation
![Page 79: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/79.jpg)
Variante de l’algorithme du simplexepour le problème de transport
• Pour résoudre le problème de transport, nous utilisons un tableau de dimension mxn où l’élément (i, j) du tableau est de la forme suivante
• Exemple numérique pour illustrer la méthode:
xij
cij
24233
23222
55422
98643
ijc
T
T
30,80, 10, 60
10, 50, 20, 80, 20
a
b
![Page 80: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/80.jpg)
24233
23222
55422
98643
ijc
T
T
30,80, 10, 60
10, 50, 20, 80, 20
a
b
![Page 81: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/81.jpg)
• Première itération de la procédure de résolution:
Trouver une solution de base réalisable initiale
Nous utilisons la méthode du coin Nord-Ouest
![Page 82: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/82.jpg)
24233
23222
55422
98643
ijc
T
T
30,80, 10, 60
10, 50, 20, 80, 20
a
b
![Page 83: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/83.jpg)
• Au départ tous les flots xij = 0• Étape 1 Commencer au coin en haut à gauche (Nord-Ouest)du tableau.• Étape 2 Affecter comme valeur du flot à cet élément du tableau, la plus grande valeur compatible avec la disponibilité résiduelle de la source correspondante et avec la demande résiduelle de la destination correspondante. Réduire de cette valeur la disponibilité résiduelle de la source et la demande résiduelle de la destination (une des deux quantités devient nulle).
10
0
20
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• Étape 2 Affecter comme valeur du flot à cet élément du tableau, la plus grande valeur compatible avec la disponibilité résiduelle de la source correspondante et avec la demande résiduelle de la destination correspondante. Réduire de cette valeur la disponibilité résiduelle de la source et la demande résiduelle de la destination (une des deux quantités devient nulle).• Étape 3 Si la disponibilité résiduelle de la source associée à l’élément est positive, passer à l’élément à droite et aller à l’étape 2. Sinon aller à l’étape 4. • Étape 4 Si les demandes résiduelles de toutes les destinations sont réduites à 0, alors une solution de base réalisable initiale est disponible. Sinon, passer à l’élément en dessous, et aller à l’étape 2.
10
0
2020 0
30
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• Étape 2 Affecter comme valeur du flot à cet élément du tableau, la plus grande valeur compatible avec la disponibilité résiduelle de la source correspondante et avec la demande résiduelle de la destination correspondante. Réduire de cette valeur la disponibilité résiduelle de la source et la demande résiduelle de la destination (une des deux quantités devient nulle).• Étape 3 Si la disponibilité résiduelle de la source associée à l’élément est positive, passer à l’élément à droite et aller à l’étape 2. Sinon aller à l’étape 4. • Étape 4 Si les demandes résiduelles de toutes les destinations sont réduites à 0, alors une solution de base réalisable initiale est disponible. Sinon, passer à l’élément en dessous, et aller à l’étape 2.
10
0
2020 0
30
30 0
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• Étape 2 Affecter comme valeur du flot à cet élément du tableau, la plus grande valeur compatible avec la disponibilité résiduelle de la source correspondante et avec la demande résiduelle de la destination correspondante. Réduire de cette valeur la disponibilité résiduelle de la source et la demande résiduelle de la destination (une des deux quantités devient nulle).• Étape 3 Si la disponibilité résiduelle de la source associée à l’élément est positive, passer à l’élément à droite et aller à l’étape 2. Sinon aller à l’étape 4. • Étape 4 Si les demandes résiduelles de toutes les destinations sont réduites à 0, alors une solution de base réalisable initiale est disponible. Sinon, passer à l’élément en dessous, et aller à l’étape 2.
10
0
2020 0
30
30 0 0
5020 30
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• Étape 2 Affecter comme valeur du flot à cet élément du tableau, la plus grande valeur compatible avec la disponibilité résiduelle de la source correspondante et avec la demande résiduelle de la destination correspondante. Réduire de cette valeur la disponibilité résiduelle de la source et la demande résiduelle de la destination (une des deux quantités devient nulle).• Étape 3 Si la disponibilité résiduelle de la source associée à l’élément est positive, passer à l’élément à droite et aller à l’étape 2. Sinon aller à l’étape 4. • Étape 4 Si les demandes résiduelles de toutes les destinations sont réduites à 0, alors une solution de base réalisable initiale est disponible. Sinon, passer à l’élément en dessous, et aller à l’étape 2.
10
0
2020 0
30
30 0 0
5020 3030 0
50
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• Étape 2 Affecter comme valeur du flot à cet élément du tableau, la plus grande valeur compatible avec la disponibilité résiduelle de la source correspondante et avec la demande résiduelle de la destination correspondante. Réduire de cette valeur la disponibilité résiduelle de la source et la demande résiduelle de la destination (une des deux quantités devient nulle).• Étape 3 Si la disponibilité résiduelle de la source associée à l’élément est positive, passer à l’élément à droite et aller à l’étape 2. Sinon aller à l’étape 4. • Étape 4 Si les demandes résiduelles de toutes les destinations sont réduites à 0, alors une solution de base réalisable initiale est disponible. Sinon, passer à l’élément en dessous, et aller à l’étape 2.
10
0
2020 0
30
30 0 0
5020 3030 0
50
10 0
40
![Page 89: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/89.jpg)
• Étape 2 Affecter comme valeur du flot à cet élément du tableau, la plus grande valeur compatible avec la disponibilité résiduelle de la source correspondante et avec la demande résiduelle de la destination correspondante. Réduire de cette valeur la disponibilité résiduelle de la source et la demande résiduelle de la destination (une des deux quantités devient nulle).• Étape 3 Si la disponibilité résiduelle de la source associée à l’élément est positive, passer à l’élément à droite et aller à l’étape 2. Sinon aller à l’étape 4. • Étape 4 Si les demandes résiduelles de toutes les destinations sont réduites à 0, alors une solution de base réalisable initiale est disponible. Sinon, passer à l’élément en dessous, et aller à l’étape 2.
10
0
2020 0
30
30 0 0
5020 3030 0
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40
40
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• Étape 2 Affecter comme valeur du flot à cet élément du tableau, la plus grande valeur compatible avec la disponibilité résiduelle de la source correspondante et avec la demande résiduelle de la destination correspondante. Réduire de cette valeur la disponibilité résiduelle de la source et la demande résiduelle de la destination (une des deux quantités devient nulle).• Étape 3 Si la disponibilité résiduelle de la source associée à l’élément est positive, passer à l’élément à droite et aller à l’étape 2. Sinon aller à l’étape 4. • Étape 4 Si les demandes résiduelles de toutes les destinations sont réduites à 0, alors une solution de base réalisable initiale est disponible. Sinon, passer à l’élément en dessous, et aller à l’étape 2.
10
0
2020 0
30
30 0 0
5020 3030 0
50
10 0
40
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0
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• Poursuivre la résolution avec l’algorithme du simplexe pour le problème de transport.
• Critère d’entrée:
μi ↔ contrainte de la source i
νj ↔ contrainte de la destination j
μT = [μ1 , μ2 , …, μm]
νT = [ν1 , ν2 , …, νn]
Calcul des coûts relatifs des variables xij:T T[ , ]ij ij ijc c a
njmix
njbx
miax
xc
ij
m
ijij
n
jiij
m
i
n
jijij
,,1;1,,10
,,1
1,,1àSujet
min
1
1
1
1
1 1
μi
νj
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njmix
bxxx
bxxx
bxxx
axxx
axxx
axxx
xcxcxc
ij
nnmninn
jjmjijj
mi
mmmnmjm
iiiniji
nj
mnmnijij
,,1;,,10
......
......
......
àSujet
min
1
1
111111
1
1
111111
1111
T T[ , ]ij ij ijc c a jiijij cc
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xc
ij
m
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i
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,,1
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1 1
![Page 93: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/93.jpg)
• Évaluer les multiplicateurs en trouvant une solution au système
• Rang de la matrice des contraintes égal à (m + n – 1) =>
- système avec (m + n – 1) équations et (m + n) inconnus
- fixer la valeur d’un inconnu (multiplicateur) pour évaluer
les autres
- système triangulaire, les multiplicateurs sont très
simplement évalués séquentiellement un à un.
ijjiijij xcc basedevariables0
![Page 94: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/94.jpg)
2530
5140
1320
1340
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2020
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24224
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44444
45445
5
c
c
c
c
c
c
c
c
021-1-2
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Calculons les coûts relatifs des variables hors base
0
11223212
21232035
32231232
10124059
01121258
21120156
4331
4225
4121
3515
3314
3213
cc
cc
cc
cc
cc
cc
x43 est variable d’entrée
0 1 4
1 2
3 2 1
3 2 1
0
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• Critère de sortie
Quand la valeur de la variable d’entrée augmente, il faut ajuster les valeurs des variables de base pour maintenir la réalisabilité.
Les variables de base dont les valeurs sont modifiées et la variable d’entrée forment un « cycle » dans le tableau.
θ
–θ +θ
–θ
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θ
–θ +θ
–θ
Pour que les valeurs du flot demeurent non négatifs sur les arcs (2, 3) et (4, 4): 20 – θ ≥ 0 et 40 – θ ≥ 0 La plus grande valeur que θ peut prendre est θ = 20.
La variable de sortie est donc x23.
Alors la variable d’entrée x43 remplace la variable de sortie x23 comme variable de base.
![Page 98: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/98.jpg)
• Nouvelle solution de base
• Critère d’entrée
Déterminer les multiplicateurs.
Déterminer les coûts relatifs des variables hors base.
Comme tous les coûts relatifs sont non négatifs, la solution est optimale.
4
1 1 4
1 1 2
3 2 1 1
3 2
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• Problème de transport avec surplus:
Formulation
m
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1 1
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Contraintes d’inégalitéspour assurer réalisabilité
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• Transformation en ajoutant une destination fictive (n + 1):
pour retrouver un problème avec des contraintes d’égalités
m
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n
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1 11
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i
n
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cin+1 = 0 i =1, 2, …, m
Dans la solution optimale x* :x*in+1 = quantité en surplus à la source i qui n’est pas utilisée
n+1
![Page 101: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/101.jpg)
• Problème de transport avec déficit:
Formulation
Contraintes d’inégalitéspour assurer réalisabilité
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• Transformation en ajoutant une source fictive (m + 1):
pour retrouver un problème avec des contraintes d’égalités
cm+1j = 0 j=1, 2, …, n
Dans la solution optimale x* :x*m+1j = déficit de la demande à la destination j (qui n’est pas satisfaite)
m
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m+1
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7.6 Problème d’affectation
candidats 1, , postes 1, , coût d'affectation du candidat au poste
Le problème consiste à déterminer une affectation de chaque candidat pour combler chacun des postes en minimisant le
ij
m i mm j mc i j
coût total d'affectation
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Sujet à 1 1, ,
1 1, ,
0 ou 1 1, ,1, ,
m m
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ij
c x
x i m
x j m
x i mj m
![Page 104: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/104.jpg)
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Sujet à 1 1, ,
1 1, ,
0 ou 1 1, ,1, ,
m m
ij iji jm
ijjm
iji
ij
c x
x i m
x j m
x i mj m
Ce problème a la structure d'un problème de transport: chaque souce comportant un seul candidat chaque destination demandant un candidat
ij
L'algorithme pour résoudre le problème de transport peutdonc être utilisé pour ce problème.
![Page 105: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/105.jpg)
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Sujet à 1 1, ,
1 1, ,
0 ou 1 1, ,1, ,
m m
ij iji jm
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iji
ij
c x
x i m
x j m
x i mj m
Pour résoudre ce problème, nous allons plutôt utiliser une autre méthode ad hoc qui a été développée par un mathématicien hongrois. D'où le nom de méthode hongro ise.
Le principe de base consiste à modifier la fonction économique du problème en exploitant les contraintes d'affectation pourexiber plus facilement une solution pour le problème équivalenten utilisant uniquement des affectations dont le coût est nul.
![Page 106: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/106.jpg)
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1 1, ,
0 ou 1 1, ,1, ,
m m
ij iji jm
ijjm
iji
ij
c x
x i m
x j m
x i mj m
Utilisons l'exemple suivantpour illustrer:
2 5 74 2 12 6 5
La suite des transformations est la suivante.
![Page 107: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/107.jpg)
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2
5 74 2 6 5
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0 ou 1 1, ,1, ,
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iji
ij
c x
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x j m
x i mj m
2 5 74 2 12 6 5
1, ,
Pour chaque ligne (candidat) déterÉtape 1:
minons Transformation 1.
mini ijj m
i
c
1
1
Déterminons maintenant des nouveaux coûts :
1, , ; 1, ,ij
ij ij i
c
c c i m j m 0 3 53 1 00 4 3
![Page 108: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/108.jpg)
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Sujet à 1 1, ,
1 1, ,
0 ou 1 1, ,1, ,
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Nouvelle fonction économique m m m m
ij ij ij i iji j i j
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1
1
Déterminons maintenant des nouveaux coûts :
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1 1 11
puisque 1m
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c x x
1
Puisque est une constante (ne depend pas des )m
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x
1
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c x c x
![Page 109: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/109.jpg)
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0 ou 1 1, ,1, ,
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Puisque est une constante (ne depend pas des )m
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mêmes solutionsoptimales
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c x c x
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Pour chaque colonne (poste) déteTr
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0 3 53 1 00 4 3
0 2 53 0 00 3 3
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mêmes solutionsoptimales
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Essayons de compléter une affectation en utilisant uniquementcelles ayant un coût é
Étape
gal
3.
à 0.
0 2 53 0 00 3 3
0 2 53 0 00 3 3
Couvrons les 0 de la nouvelle matrice des coûts enutilisant un minimum de lignes.
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0 2 53 0 00 3 3
Essayons de compléter une affectation en utilisant uniquementcelles ayant un coût é
Étape
gal
3.
à 0.Couvrons les 0 de la nouvelle matrice des coûts enutilisant un minimum de lignes.
Si le nombre de lignes est inférieure à , on ne peut compléter l'affectation uniquement avec celles ayant un coût égal à 0 . Il faut alors passer à l'étape 4 pour appliquer une autre transformation.
m
Si le nombre de lignes est égal à , on peut compléter l'affectation uniquement avec celles ayant un coût égal à 0 .
m
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3
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0 2 53 0 00 3 3
Soustrayons la valeur des éléments non couverts par les ligneset ajoutons aux éléments à l'intersection de deux lignes.
Il reste à vérifier que la nouvelle matrice engendre un problème équivalent.
![Page 116: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/116.jpg)
Notation:1, , l'ensemble des lignes couvertes
1, , l'ensemble des colonnes couvertes
1, ,
1, ,
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I m I
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0 2 53 0 00 3 3
2
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3 2
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,
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ij ij
ij ij
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2 1
1,3 2,3
I J
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0 0 35 0 00 1 1
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3 2
3 2
3 2
Ainsi
,
,
, ou ,
ij ij
ij ij
ij ij
c c i j I J
c c i j I J
c c i j I J i j I J
Notation:1, , l'ensemble des lignes couvertes
1, , l'ensemble des colonnes couvertes
1, ,
1, ,
I m
J m
I m I
J m J
3 2 2
1 1 , ,
2 2
, ,
Nouvelle fonction économique m m
ij ij ij ij ij iji j i j I J i j I J
ij ij ij iji j I J i j I J
c x c x c x
c x c x
2
1 1 , ,
m m
ij ij ij iji j i j I J i j I J
c x x x
, ,ij ij
i j I J i j I J
x x
![Page 118: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/118.jpg)
3 2 2
1 1 , ,
2 2
, ,
Nouvelle fonction économique m m
ij ij ij ij ij iji j i j I J i j I J
ij ij ij iji j I J i j I J
c x c x c x
c x c x
2
1 1 , ,
m m
ij ij ij iji j i j I J i j I J
c x x x
, ,ij ij
i j I J i j I J
x x
,,
Mais iji j
iji j II J J
x x
1
m
iji I j
x
I
, ,ij
i j I Jij
i j I J
x x
1
m
ijj J i
x
J
3 2
1 1 1 1
Donc m m m m
ij ij ij iji j i j
c x c x I J
![Page 119: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/119.jpg)
1 1 1 1
1
1
2min
Sujet à 1 1, ,
1 1, ,
0 ou 1 1, ,1, ,
m m m m
j i ijj i i j
m
ijjm
iji
ij
ijx
x i m
x j m
x i m
c
j m
3 2
1 1 1 1
Donc m m m m
ij ij ij iji j i j
c x c x I J
Par conséquent
3
1 1 1 1
1
1
min
Sujet à 1 1, ,
1 1, ,
0 ou 1 1, ,1, ,
m m m m
j i ijj i i j
m
ijjm
iji
j
ij
iI J x
x i m
x j m
x i mj m
c
mêmes solutionsoptimales
Retourner à l'étape 3 avec le nouveau problème.
![Page 120: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/120.jpg)
0 0 35 0 00 1 1
Pour compléter notre exemple, nous retournons à l'étape 3 avecla nouvelle matrice des coûts:
Couvrons les 0 de la nouvelle matrice des coûts en utilisant un minimum de lignes.
Le nombre de lignes étant égal à , on peut compléter l'affectation uniquement avec celles ayant un coût égal à 0 .
m
![Page 121: 7. Problème de flot à coût minimum. 7.1 Graphes, graphes orientés, réseaux Un graphe G =(V, E) est constitué dun ensemble non vide fini de sommets V et.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062622/551d9db4497959293b8d93af/html5/thumbnails/121.jpg)
Processus pour choisir les affectations:
Choisissons une ligne ou une colonne n'ayant qu'un seul 0.
0 0 35 0 00 1 1
(Si toutes les lignes et colonnes ont plus qu'un seul 0,en choisir une parmi celles ayant un minimum de 0.)
Complétons une affectation avec cet élément à 0.
Reprenons le processus avec la matrice obtenue en éliminantla ligne et la colonne où l'affectation vient d'être complétée, et cejusqu'à ce que les affectations soient déterminées.m
Candidat 3 affecté au poste 1
Candidat 1 affecté au poste 2
Candidat 2 affecté au poste 3