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Programación lineal. Flujo de redes




Enviado por cjmmarti



    1. Modelos de
      redes
    2. Notación y
      terminología
    3. Vista general de algunas
      aplicaciones prácticas de la optimización de
      redes
    4. Ejemplos de
      términos
    5. Otras
      Definiciones
    6. Problema del flujo de coste
      mínimo
    7. Formulación del
      ejemplo
    8. Aplicación practica del
      problema de flujo de costo mínimo
    9. Problema de trasporte
      (datos útiles)
    10. Formulación de un
      programa lineal
    11. Ejercicios
    12. Conclusión
    13. Bibliografía

    INTRODUCCION

    Las técnicas
    de flujo de redes están
    orientadas a optimizar situaciones vinculadas a las redes de
    transporte,
    redes de comunicación, sistema de vuelos
    de los aeropuertos, rutas de navegación de los cruceros,
    estaciones de bombeo que transportan fluidos a través de
    tuberías, rutas entre ciudades, redes de conductos y todas
    aquellas situaciones que puedan representarse mediante una red donde los nodos
    representan las estaciones o las ciudades, los arcos los caminos,
    las líneas aéreas, los cables, las tuberías
    y el flujo lo representan los camiones, mensajes y fluidos que
    pasan por la red. Con el objetivo de
    encontrar la ruta mas corta si es una red de caminos o enviar el
    máximo fluido si es una red de tuberías.

    Cuando se trata de encontrar el camino más corto
    entre un origen y un destino, la técnica, algoritmo o el
    modelo
    adecuado es el de la ruta más corta; aunque existen otros
    modelos de
    redes como el árbol de expansión mínima,
    flujo máximo y flujo de costo
    mínimo cada uno abarca un problema en particular. En este
    trabajo se
    mencionan los modelos de redes existentes y los problemas que
    abarca cada uno de ellos, además se describen los algoritmos que
    aplican estos modelos para encontrar la solución optima al
    problema. Utilizando la terminología utilizada para
    representarlos como una red.

    MODELOS DE
    REDES

    Los problemas de optimización de redes se pueden
    representar en términos generales a través de uno
    de estos cuatro modelos:

    • Modelo de minimización de redes (Problema del
      árbol de mínima expansión).
    • Modelo de la ruta más corta.
    • Modelo del flujo máximo.
    • Modelo del flujo del costo mínimo.

    Modelo de minimización de redes

    El modelo de minimización de redes o problema del
    árbol de mínima expansión tiene que ver con
    la determinación de los ramales que pueden unir todos los
    nodos de una red, tal que minimice la suma de las longitudes de
    los ramales escogidos. No se deben incluir ciclos en al
    solución del problema.

    Para crear el árbol de expansión
    mínima tiene las siguientes
    características:

    1. Se tienen los nodos de una red pero no las ligaduras.
      En su lugar se proporcionan las ligaduras potenciales y la
      longitud positiva para cada una si se inserta en la red. (Las
      medidas alternativas para la longitud de una ligadura incluyen
      distancia, costo y tiempo.)
    2. Se desea diseñar la red con suficientes
      ligaduras para satisfacer el requisito de que haya un camino
      entre cada par de nodos.
    3. El objetivo es satisfacer este requisito de manera
      que se minimice la longitud total de las ligaduras insertadas
      en la red.

    Una red con n nodos requiere sólo (n-1) ligaduras
    para proporcionar una trayectoria entre cada par de nodos. Las
    (n-1) ligaduras deben elegirse de tal manera que la red
    resultante formen un árbol de expansión. Por tanto
    el problema es hallar el árbol de expansión con la
    longitud total mínima de sus ligaduras.

    Algoritmo para construir el árbol de
    expansión mínima:

    1. Se selecciona, de manera arbitraria, cualquier nodo y
      se conecta (es decir, se agrega una ligadura) al nodo distinto
      más cercano.
    2. Se identifica el nodo no conectado más cercano
      a un nodo conectado y se conectan estos dos nodos (es decir, se
      agrega una ligadura entre ellos). Este paso se repite hasta que
      todos los nodos están conectados.
    3. Empates: los empates para el nodo más cercano
      distinto (paso 1) o para el nodo no conectado más
      cercano (paso 2), se pueden romper en forma arbitraria y el
      algoritmo debe llegar a una solución optima. No
      obstante, estos empates son señal de que pueden existir
      (pero no necesariamente) soluciones
      optimas múltiples. Todas esas soluciones se pueden
      identificar si se trabaja con las demás formas de romper
      los empates hasta el final.

    Modelo de Flujo Máximo

    Se trata de enlazar un nodo fuente y un nodo destino a
    través de una red de arcos dirigidos. Cada arco tiene una
    capacidad máxima de flujo admisible. El objetivo es el de
    obtener la máxima capacidad de flujo entre la fuente y el
    destino.

    Características:

    1. Todo flujo a través de una red conexa dirigida
      se origina en un nodo, llamado fuente, y termina en otro nodo
      llamado destino.
    2. Los nodos restantes son nodos de
      trasbordo.
    3. Se permite el flujo a través de un arco
      sólo en la dirección indicada por la flecha, donde
      la cantidad máxima de flujo está dad por la
      capacidad del arco. En la fuente, todos los arcos
      señalan hacia fuera. En el destino, todos señalan
      hacia el nodo.
    4. El objetivo es maximizar la cantidad total de flujo
      de la fuente al destino. Esta cantidad se mide en cualquiera de
      las dos maneras equivalentes, esto es, la cantidad que sale de
      la fuente o la cantidad que entra al destino.

    El problema de flujo máximo se puede formular
    como un problema de programación
    lineal, se puede resolver con el método
    símplex y usar cualquier software. Sin embargo, se
    dispone de un algoritmo de trayectorias aumentadas mucho
    más eficientes. El algoritmo se basa en dos conceptos
    intuitivos, el de red residual y el de trayectoria
    aumentada.

    Algoritmo de la trayectoria de aumento para el problema
    de flujo máximo:

    1. Se identifica una trayectoria de aumento encontrando
      alguna trayectoria dirigida del origen al destino en la red
      residual, tal que cada arco sobre esta trayectoria tiene
      capacidad residual estrictamente positiva. (Si no existe una,
      los flujos netos asignados constituyen un patrón del
      flujo óptimo).
    2. Se identifica la capacidad residual c* de esta
      trayectoria de aumento encontrando el mínimo de las
      capacidades residuales de los arcos sobre esta trayectoria. Se
      aumenta en c* el flujo de esta trayectoria.
    3. Se disminuye en c* la capacidad residual de cada arco
      en esta trayectoria de aumento. Se aumenta en c* la capacidad
      residual de cada arco en la dirección opuesta en esta
      trayectoria. Se regresa la paso 1.

    Modelo de la ruta más corta

    Considere una red conexa y no dirigida con dos nodos
    especiales llamados origen y destino. A cada ligadura (arco no
    dirigido) se asocia una distancia no negativa. El objetivo es
    encontrar la ruta más corta (la trayectoria con la
    mínima distancia total) del origen al destino.

    Se dispone de un algoritmo bastante sencillo para este
    problema. La esencia del procedimiento es
    que analiza toda la red a partir del origen; identifica de manera
    sucesiva la ruta más corta a cada uno de los nodos en
    orden ascendente de sus distancias (más cortas), desde el
    origen; el problema queda resuelto en el momento de llegar al
    nodo destino.

    Algoritmo de la ruta más corta:

    1. Objetivo de la n-ésima
      iteración: encontrar el n-ésimo nodo
      más cercano al origen. (Este paso se repetirá
      para n=1,2,… hasta que el n-ésimo nodo más
      cercano sea el nodo destino.)
    2. Datos para la n-ésima iteración:
      n-1 nodos más cercanos al origen (encontrados en las
      iteraciones previas), incluida su ruta más corta y la
      distancia desde el origen. (Estos nodos y el origen se llaman
      nodos resueltos, el resto son nodos no resueltos.)
    3. Candidatos para el n-ésimo nodo más
      cercano: Cada nodo resuelto que tiene conexión
      directa por una ligadura con uno o más nodos no
      resueltos proporciona un candidato, y éste es el nodo no
      resuelto que tiene la ligadura más corta. (Los empates
      proporcionan candidatos adicionales.)
    4. Cálculo del n-ésimo nodo más
      cercano: para cada nodo resuelto y sus candidatos, se suma
      la distancia entre ellos y la distancia de la ruta más
      corta desde el origen a este nodo resuelto. El candidato con la
      distancia total más pequeña es el n-ésimo
      nodo más cercano (los empates proporcionan nodos
      resueltos adicionales), y su ruta más corta es la que
      genera esta distancia.

    NOTACIÓN Y
    TERMINOLOGÍA

    Red: Una red consiste en un conjunto de puntos y
    un conjunto de líneas que unen ciertos pares de puntos.
    Los puntos se llaman nodos (o vértices). Las
    líneas se llaman arcos (o ligaduras, aristas o
    ramas).

    Los arcos se etiquetan para dar nombres a los nodos en
    sus puntos terminales, por ejemplo, AB es el arco entre lo nodos
    A Y B.

    En un problema de programación lineal, las redes pueden
    representar un conjunto de estaciones, campos
    petrolíferos, almacenes,
    fabricas, sucursales, ciudades, interconectadas entre si a
    través de caminos, conductos, tuberías que permiten
    fluir productos para
    la comercialización o la distribución.

    Arcos Dirigidos: Se dice que un arco es dirigido
    cuando el arco tiene flujo en una dirección (como en una
    calle de un sentido). La dirección se indica agregando una
    cabeza de flecha al final de la línea que representa el
    arco.

    Al etiquetar un arco dirigido con el nombre de los nodos
    que une, siempre se coloca primero al nodo de donde viene y
    después el nodo a donde va, esto es, un arco dirigido del
    nodo A al nodo B debe etiquetarse como AB y no como BA. Otra
    Manera es AB.

    Arcos No Dirigidos: Si el flujo a través
    de un arco se permite en ambas direcciones (como una
    tubería que se puede usar para bombear fluido en ambas
    direcciones), se dice que es un arco no dirigido.

    También se les llama ligadura. Aunque se
    permita que el flujo a través de un arco no dirigido
    ocurra en cualquier dirección, se supone que ese flujo
    será en una dirección, en la seleccionada, y no se
    tendrá flujos simultáneos en direcciones
    opuestas.

    Trayectoria: Una trayectoria entre dos nodos es
    una sucesión de arcos distintos que conectan estos nodos.
    Por ejemplo, una de las trayectorias que conectan los nodos O y T
    en la figura 1 es la sucesión de arcos OB-BD-DT
    (OBDT), y viceversa.

    Cuando algunos o todos los arcos de una red son arcos
    dirigidos, se hace la distinción entre trayectorias
    dirigidas y trayectorias no dirigidas.

    Trayectoria Dirigida: Una trayectoria dirigida
    del nodo i al nodo j, es una sucesión de arcos cuya
    dirección (si la tienen) es hacia el nodo j, de manera que
    el flujo del nodo i al nodo j, a través de esta
    trayectoria es factible.

    Trayectoria No Dirigida: Una trayectoria no
    dirigida del nodo i al nodo j es una sucesión de arcos
    cuya dirección (si la tienen) pueden ser hacia o desde el
    nodo j. Con frecuencia alguna trayectoria no dirigida
    tendrá algunos arcos dirigidos hacia el nodo j y otros
    desde él (es decir, hacia el nodo i).

    Ciclo: Un ciclo es una trayectoria que comienza y
    termina en el mismo nodo. En la red no dirigida que se muestra en la
    figura 5 existen muchos ciclos, OA-AB-BC-CO.

    Red Conexa: Una red conexa es una red en la que
    cada par de nodos está conectado. Se dice que dos nodos
    están conectados si la red contiene al menos una
    trayectoria no dirigida entre ellos. Se debe resaltar que no es
    necesario que la trayectoria sea dirigida aun cuando la red sea
    dirigida. La figura 1 representa una red conexa.

    Árbol de Expansión: es una red
    conexa para los n nodos, que contiene ciclos no dirigidos. Todo
    árbol de expansión tiene justo n-1 arcos, ya que
    este es el número mínimo de arcos necesarios para
    tener una red conexa y el máximo numero posible para que
    no haya ciclos no dirigidos.

    La figura 6 representa una red conexa, la figura 7
    muestra los cinco nodos de la red conexa de la figura 6, ahora la
    figura 8 muestra el proceso para
    hacer crecer un árbol colocando una rama a la vez, hasta
    obtener un árbol de expansión. En cada etapa del
    proceso se tienen varias alternativas para el nuevo arco, por lo
    que la figura 8 muestra solo una de las muchas formas de
    construir un árbol de expansión.

    Capacidad de Arco: Es la cantidad máxima
    de flujo (quizás infinito) que puede circular en un arco
    dirigido.

    Nodo Fuente: (o nodo de origen) tiene la propiedad de
    que el flujo que sale del nodo excede al flujo que entra a
    él.

    Nodo Demanda:
    (o nodo destino) es el caso contrario al nodo fuente, donde el
    flujo que llega excede al que sale de él.

    Nodo de Trasbordo: (o nodo intermedio) satisface
    la conservación del flujo, es decir, el flujo que entra es
    igual al que sale.

    REDES DIRIGIDAS Y NO DIRIGIDAS

    Red Dirigida: Es una red que tiene solo arcos
    dirigidos.

    En una red dirigida, un ciclo puede ser dirigido o no
    dirigido, según si la trayectoria en cuestión es
    dirigida o no dirigida. (Como una trayectoria dirigida
    también es no dirigida, un ciclo dirigido es un ciclo no
    dirigido, pero en general el inverso no es cierto.) Por ejemplo
    en la figura 9 DE-ED es un ciclo dirigido. Por contrario,
    AB-BC-CA no es un ciclo dirigido puesto que la dirección
    del arco AC es opuesta a la de los arcos AB y BC. Por otro lado,
    AB-BC-AC no es un ciclo dirigido porque ABCA es una trayectoria
    no dirigida.

    Red No Dirigida: Es una red donde todos sus arcos
    son no dirigidos. La figura 10 representa una red no
    dirigida.

    VISTA GENERAL DE
    ALGUNAS APLICACIONES PRÁCTICAS DE LA OPTIMIZACIÓN
    DE REDES

    1. Diseño de redes de telecomunicación
      (redes de fibra
      óptica, de computadores, telefónicas, de
      televisión por cable, etc.)
    2. Diseño de redes de transporte para minimizar
      el costo total de proporcionar las ligaduras (vías
      ferroviarias, carreteras, etc.)
    3. Diseño de una red de líneas de
      transmisión de energía
      eléctrica de alto voltaje.
    4. Diseño de una red de cableado en equipo
      eléctrico (como sistemas de
      computo) para minimizar la longitud total del
      cable.
    5. Diseño de una red de tuberías para
      conectar varias localidades.
    6. Diseño de una red de tuberías de
      gas natural
      mar adentro que conecta fuentes del
      golfo de México con un punto de entrega en
      tierra con
      el objetivo de minimizar el costo de construcción.
    7. Determinación de la ruta más corta que
      une dos ciudades en una red de caminos existentes.
    8. Determinar la capacidad anual de máxima en
      toneladas de una red de conductos de pasta aguada de
      carbón que enlaza las minas carboneras de Wyoming con
      las plantas
      generadoras de electricidad
      Houston. (Los conductos de pasta aguada de carbón
      transportan éste bombeando agua a
      través de tubos adecuadamente diseñados que
      operan entre las minas de carbón y el destino
      deseado.)
    9. Determinación del programa de
      costo mínimo de los campos petrolíferos a
      refinerías y finalmente a los campos de
      distribución. Se pueden enviar petróleo crudo y productos derivados de
      la gasolina en buques tanque, oleoductos y/o camiones.
      Además de la disponibilidad de la oferta
      máxima en los campos petrolíferos y los
      requisitos de demanda mínima en los centros de
      distribución, deben tomarse en cuenta restricciones
      sobre la capacidad de las refinerías y los modos de
      transporte.

    EJEMPLOS DE
    TERMINOS

    Se tiene la red de distribución para Distribution
    Unlimited Co.

    Nodos

    A, B, C, D , E

    Arcos

    AB, AC, AD, BC, CE, DE, ED

    Arco Dirigido

    AB, AC,
    AD,
    BC,
    CE,
    DE,
    ED

    Trayectoria

    Entre A y D:

    AD

    ACED

    ABCED

    Trayectoria Dirigida

    Entre A y E

    ABCE

    Trayectoria No Dirigida

    Entre B y D

    BCAD

    Ciclo

    DE-ED (ciclo dirigido)

    AB-BC-CA (ciclo no dirigido)

    Red Conexa

    Si es red conexa

    Capacidad de Arco

    3, 2, 5, 3, 4, 2, 1

    Nodo Fuente

    A

    Nodo Demanda

    C, D

    Nodo de Trasbordo

    B

    OTRAS
    DEFINICIONES

    Red Residual: Una red residual
    muestra las capacidades restantes (llamadas capacidades
    residuales) para asignar flujos adicionales.

    Trayectoria de Aumento: Una trayectoria de
    aumento es una trayectoria dirigida del nodo fuente al nodo
    destino en la red residual, tal que todos los arcos en ese
    trayectoria tienen capacidad residual estrictamente positiva. El
    mínimo de estas capacidades residuales se llama capacidad
    residual de la trayectoria de aumento porque representa la
    cantidad de flujo que es factible agregar en toda la trayectoria.
    Por lo tanto, cada trayectoria de aumento proporciona una
    oportunidad de aumento más el flujo a través de la
    red original.

    PROBLEMA DEL
    FLUJO DE COSTO MÍNIMO

    El problema de flujo de costo mínimo tiene una
    posición medular entre los problemas de
    optimización de redes; primero, abarca una clase amplia
    de aplicaciones y segundo, su solución es muy eficiente.
    Igual que el problema del flujo máximo, toma en cuenta un
    flujo en una red con capacidades limitadas en sus arcos. Igual
    que el problema de la ruta más corta, considera un costo
    (o distancia) para el flujo a través de un arco. Igual que
    el problema de transporte o el de asignación, puede
    manejar varios orígenes (nodos fuente) y varios destinos
    (nodos demandas) para el flujo, de nuevo con costos asociados.
    De hecho, estos cuatro problemas son casos especiales del
    problema de flujo de costo mínimo.

    A continuación se describe el problema del flujo
    de costo mínimo:

    1. La red es una red dirigida conexa.
    2. Al menos uno de los nodos es nodo fuente.
    3. Al menos uno de los nodos es nodo
      demanda.
    4. El resto de los nodos son nodos de
      trasbordo.
    5. Se permite el flujo a través de un arco
      sólo en la dirección indicada por la flecha,
      donde la cantidad máxima de flujo está dada por
      la capacidad del arco. (Si el flujo puede ocurrir en ambas
      direcciones, debe representarse por un par de arcos con
      direcciones opuestas.)
    6. La red tiene suficientes arcos como suficiente
      capacidad para permitir que todos lo flujos generados por los
      nodos fuente lleguen a los nodos demanda.
    7. El costo del flujo a través del arco es
      proporcional a la cantidad de ese flujo, donde se conoce el
      costo por unidad.
    8. El objetivo es minimizar el costo total de enviar el
      suministro disponible a través de la red para satisfacer
      la demanda dada. (Un objetivo alternativo es maximizar la
      ganancia total del envío.)

    FORMULACION DEL
    EJEMPLO

    Problema del flujo de costo mínimo
    (Ejemplo)

    La DISTRIBUTION UNLIMITED CO. Fabricará el mismo
    nuevo producto en
    dos plantas distintas y después tendrá que enviarlo
    a dos almacenes. La red de distribución disponible para el
    envío de este producto se muestra en la figura, donde A y
    B son las fábricas, D y E son los almacenes y C es el
    centro de distribución. Las cantidades que deben enviarse
    desde A y B se muestran a la izquierda, y las cantidades que
    deben recibirse en D y E se muestran a la derecha. Cada flecha
    representa un canal factible de envío. A puede enviar
    directamente a D y tiene tres rutas posibles (ACE, ABCE y
    ADE) para mandar bienes a E. La
    fábrica B tiene solo una ruta a E (BCE) y una a D (BCED).
    El costo por unidad enviada a través de cada canal se
    muestra al lado de la flecha. También, junto a AB y CE se muestran las cantidades máximas que se
    pueden enviar por estos canales. Los otros canales tienen
    suficiente capacidad para manejar todo lo que las fábricas
    pueden enviar.

    La decisión que debe tomarse se refiere a
    cuánto enviar a través de cada canal de
    distribución. El objetivo es minimizar el costo total de
    envío.

    Formulación:

    Minimizar

    Sujeto a:

    APLICACIÓN
    PRÁCTICA DEL PROBLEMA DEL FLUJO DE COSTO
    MÍNIMO

    El tipo más importante de aplicación del
    problema del flujo de costo mínimo es en la
    operación de la red de distribución de una
    compañía. En la siguiente tabla se muestran algunos
    tipos de aplicaciones comunes del problema de del flujo de costo
    mínimo:

    Tipo de Aplicación

    Nodos Fuentes

    Nodos de Trasbordo

    Nodos de Demanda

    Operación de una red de
    distribución

    Fuentes de bienes

    Almacenes intermedios

    Consumidores

    Administración de desechos
    sólidos

    Fuente de desechos sólidos

    Instalaciones de procesamiento

    Rellenos

    Operación de una red de
    suministros

    Agentes de ventas

    Almacenes intermedios

    Instalaciones de procesamiento

    Coordinación de mezcla de productos en
    plantas

    plantas

    Producción de u artículo
    específico

    Mercado del producto específico

    Administración de flujo de
    efectivo

    Fuentes de efectivo en tiempos
    específicos

    Opciones de inversión a corto plazo

    Necesidades de efectivo en tiempos
    específicos

    PROBLEMA
    DE TRANSPORTE (DATOS
    ÚTILES)

    Se proporciona un nodo de recursos para
    cada origen y un nodo de demanda para cada destino pero no se
    incluyen nodos de trasbordo en la red. Todos los arcos son
    dirigidos, desde el nodo de recursos hasta el nodo de demanda, en
    donde distribuir unidades del origen i al destino j corresponde a un flujo
    a través
    del arco . El
    costo por unidad
    distribuida se convierte en el costo por unidad de flujo.

    FORMULACIÓN COMO UN PROBLEMA
    LINEAL

    Formulación como un PL del problema de flujo
    de costo mínimo

    Considere una red conexa dirigida en la que los n nodos
    incluyen al menos un nodo origen y al menos un nodo destino. Las
    variables de
    decisión son:

    =flujo a
    través del arco , y la información dad incluye:

    • =
      costo por unidad de flujo a través del arco ,
    • =capacidad del arco ,

    = flujo neto generado en el nodo i.

    El valor de
    depende de la
    naturaleza del
    nodo i, en donde

    • , si
      i es un nodo fuente,
    • , si
      i es un nodo demanda,

    , si i es un nodo de trasbordo.

    El objetivo es minimizar el costo total de mandar los
    recursos disponibles a través de la red para satisfacer la
    demanda dada.

    Usando la convención de que las sumas se toman
    sólo sobre arcos existentes, la formulación de
    programación lineal de este problema es

    Minimizar

    Sujeta a,

    para
    cada nodo i,

    y

    para
    cada arco .

    La primera suma en las restricciones de los nodos
    representa el flujo total que sale del nodo i mientras que la
    segunda representa el flujo total que entra al nodo i,
    así, la diferencia es el flujo neto generado en este
    nodo.

    En lagunas aplicaciones, es necesario tener una cota
    inferior para el
    flujo que pasa para cada arco . Cuando esto ocurre se hace una conversión de
    variables, ,
    donde se
    sustituye por en
    todo el modelo, a fin de ajustar el modelo al formato anterior
    con restricciones de no negatividad.

    No se garantiza que el problema tenga soluciones
    factibles, esto depende en parte de qué arcos están
    presentes en la red y de sus capacidades. De cualquier manera,
    para una red diseñada razonablemente, la condición
    necesaria más importante es la siguiente.

    Propiedad de soluciones factibles: una condición
    necesaria para que un problema de flujo de costo mínimo
    tenga soluciones factibles es que

    .

    Es decir, el flujo total generado en los nodos origen es
    igual al flujo total absorbido por lo nodos destinos.

    Formulación como un PL de problema de la ruta
    más corta

    El modelo de PL de la ruta más corta se construye
    de la siguiente manera:

    1. Cada variable corresponde a un arco.
    2. Cada restricción corresponde a un
      nodo.

    Por lo tanto, si representa la cantidad de flujo en el arco (i,j), el
    modelo de la ruta más corta con n nodos está dado
    como:

    Minimizar

    Sujeto a:

    (fuente)

    para
    toda k1 o
    n

    (destino)

    para
    toda i y j.

    La primera y última restricción
    señala que el flujo total (suma de variables) que sale del
    nodo 1 es igual a 1 y que flujo total que se recibe en el nodo n
    también es igual a 1. En cualquier nodo intermedio, el
    flujo total que entra al nodo es igual al flujo total que sale
    del mismo nodo. La función
    objetivo requiere que se minimice la distancia total que recorre
    la unidad del flujo.

    EJERCICIOS

    1. Considere la siguiente red dirigida.
    • Encuentre una trayectoria dirigida del nodo A al
      nodo F y después identifique otras tres trayectorias
      no dirigidas del nodo A al F.

    Trayectoria Dirigida de A a F:

    ADCEF

    Trayectorias No Dirigidas de A a F:

    ACEF

    ADF

    ABDF

    • Encuentre tres ciclos dirigidos, después
      identifique un ciclo no dirigido que incluya todos los
      nodos.

    Ciclos Dirigidos:

    CE-EF-FD-DC

    AD-DC-CA

    DC-CE-ED

    Ciclo No Dirigido:

    AC-CE-EF-FD-DB-BA

    • Identifique un conjunto de arcos que formen un
      árbol de expansión.
    1. Algoritmo de la ruta más
      corta:

      N

      Nodos resueltos conectados con nodos no
      resueltos

      Nodo no resuelto más cercano
      conectado

      Distancia total
      involucrada

      n-ésimo nodo mas
      cercano

      Distancia mínima

      Última
      conexión

      1

      O

      A

      4

      A

      2

      OA

      2

      O

      A

      C

      B

      5

      4+1=5

      C

      B

      5

      5

      OC

      AB

      3

      A

      B

      C

      D

      E

      E

      4+7=11

      4+1+4=9

      5+5=10

      E

      9

      BE

      4

      A

      B

      E

      D

      D

      D

      4+7=11

      4+1+5=10

      4+1+4+1=10

      D

      D

      10

      10

      BD

      ED

      5

      D

      E

      T

      T

      4+1+5+6=16

      5+5+6=16

      T

      T

      16

      16

      DT

      ET

      Se identificaron dos opciones como las rutas
      más cortas, ambas con distancia total igual a
      16

      Ruta 1: OABEDT
      distancia total: 4+1+4+1+6=16

      Ruta 2: OABDT
      distancia tota: 4+1+5+6=16

      Modelo de PL del problema de la ruta más
      corta:

      Minimizar

      Sujeto a:

      CONCLUSIONES

    2. Utilice el algoritmo adecuado para encontrar la
      ruta más corta a través de la red que se
      muestra a continuación, en donde los números
      representan las distancias reales entre los nodos
      correspondientes. Formule el problema de la ruta más
      corta como uno de PL.
    3. Los modelos de optimización de redes
      constituyen una herramienta muy sencilla para la encontrar la
      solución óptima a los problemas de flujo de
      redes, porque proporcionan algoritmos fáciles de
      comprender y aplicar que comparados con el método
      simplex disminuyen el número de iteraciones que
      resuelven el problema. Si se aplicara el método
      simplex en un problema de distribución o de redes,
      tendríamos muchas variables y restricciones en el
      modelo y se tendría que utilizar herramientas computacionales para encontrar la
      solución optima de una forma rápida, ahora con
      los modelos de redes solo habría que aplicar las
      iteraciones al grafo que origina la representación de
      la red del problema y luego aplicar el algoritmo que
      corresponde, que puede ser el algoritmo de la ruta más
      corta, algoritmo para encontrar el árbol de
      expansión mínima, algoritmo de la trayectoria
      de aumento o el algoritmo de flujo máximo.
    4. Aunque los problemas de flujo de costo
      mínimo y el de la ruta más corta pueden
      formularse como modelos de programación lineal para
      luego aplicar el método simplex, no es conveniente su
      utilización. Por otro lado solucionar el problema
      utilizando redes mejora la eficiencia de
      los cálculos.

    BIBLIOGRAFÍA

    • Frederick S. Hiller y Gerald J. Liberman.
      Investigación De Operaciones. McGraw-Hill.
      Séptima Edición. 2002.
    • Hamdy A. Taha. Investigación De
      Operaciones
      . Ediciones Alfaomega. Cuarta Edición.
      1991.

     

     

     

    Autor:

    Carlos Muñoz

    ESTUDIOS REALIZADOS: UNIVERSITARIO

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