Prévia do material em texto
© 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 1 Capítulo 2_4 Programação Linear e a Forma Tabular © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 2 Conteúdos do Capítulo • Problemas de Programação Linear – Resolução pelo método tabular • Decisão de Parada • Variável que Entra e que Sai • Encontrando uma nova solução • Estudo de Casos – Caso LCL Transportes Ferroviários – Caso LCL Agrícola Ltda © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 3 Método Simplex Forma Tabular • Quando estivermos resolvendo um problema de programação linear manualmente, é conveniente utilizar a forma tabular do método simplex. • Em vez de se utilizar os dicionários, devemos usar o quadro simplex para registrar apenas as infor- mações essenciais, isto é: – os coeficientes das variáveis – as constantes das restrições – as variáveis básicas e não básicas © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 4 Programação Linear Solução Tabular • Solução Iterativa Determine uma solução básica viável e o quadro inicial Decisão de Parada Determine: ◼ Variável que entra ◼ Variável que sai ◼ Nova solução básica Solução Ótima? Não Fim Sim Determine uma solução viável melhor Determine uma solução viável Início © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 5 Método Simplex – Forma Tabular Passo de Iniciação max Z x x= +5 21 2 1 x 42 x x+ 2 91 2 s r x 3. . x x 0 01 2, x x3 13= - x x x x x1 2 3 4 5 0, , , , x x4 24= - x x x5 1 29 2= - - z x x1 25 2= + • Problema Forma Padrão Dicionário Inicial Introdução das Variáveis de Folga © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 6 Método Simplex - Forma Tabular Passo de Iniciação b ás ic as n ão b ás ic as 0,,,, 25 29 4 3 54321 21 215 24 13 += --= -= -= xxxxx xxz xxx xx xx 0,,,, 54321 xxxxx 025 21 =-- xxz 92 521 =++ xxx 442 =+ xx 331 =+ xx • Dicionário Inicial Dicionário Inicial Modificado Selecione as variáveis originais como não básicas Selecione as variáveis de folga como básicas © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 7 A Tabela de Síntese • Uma linha para cada restrição do dicionário © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 8 Forma Tabular Passo de Iniciação Cada equação do dicionário inicial modificado ocupará uma linha da tabela de síntese, inclusive a equação expressão de Z 3 92 2 4 1 3 0 025 521 42 31 21 Equaçãoxxx Equaçãoxx Equaçãoxx EquaçãoxxZ =++ =+ =+ =-- © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 9 Forma Tabular Leitura da Solução Atual • Solução Viável Básica Inicial (0,0,3,4,9) e Z = 0 •Se a variável for básica, seu valor está na última coluna •Caso contrário seu valor é 0. © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 10 Forma Tabular Passo de Parada • Os coeficientes de z sofreram alteração de sinal • Agora a solução é ótima, se todos os coeficientes da linha z forem não negativos • Neste caso, a solução não é ótima. © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 11 Forma Tabular Variável que Entra • Variável que entra no conjunto das variáveis básicas é a que tem o coeficiente negativo com menor índice na linha z. • No nosso caso, a variável x1. © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 12 Forma Tabular Variável que Sai • Como decidiríamos se estivéssemos resolvendo pelo Método do Dicionário? Existem apenas 3 candidatos a sair © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 13 24 4 xx -= 13 3 xx -= 215 29 xxx --= Forma Tabular Variável que Sai 331 =+ xx 442 =+ xx 92 521 =++ xxx © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 14 30303 11313 --= xxxexx 90909 11515 --= xxxexx ;4 24 xx -= Sem restrições ao crescimento de x1 Forma Tabular Variável que Sai No método dicionário, faríamos: E escolheríamos a mais rigorosa © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 15 Forma Tabular Variável que Sai 30303 11313 --= xxxexx Restrição de = Valor da Equação Constante da restrição Coeficiente da variável que está entrando 1 3 Na forma tabular, também faremos apenas a divisão. © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 16 Forma Tabular Variável que Sai • Variável que sai do conjunto das variáveis básicas é a que apresenta o menor valor positivo a coluna divisão (#DIV/0! significa sem restrição) • No nosso caso, x3 impõe a maior restrição ao aumento de x1. © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 17 Forma Tabular O Pivô da tabela • Até agora, decidimos quem deve entrar, x1, e quem deve sair, x3. • A interseção da coluna da variável que vai entrar (coluna pivô) com a linha da variável que vai sair (linha pivô) nós chamamos de número pivô. © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 18 Forma Tabular Criando a Nova Tabela • Este passo é correspondente ao passo de criar o novo dicionário, só que mais fácil; • Neste processo o pivô será elemento-chave; • Criaremos linha por linha da nova tabela, seguindo uma ordem: – Primeiro a linha do pivô – Depois, em qualquer ordem, todas as outras linhas © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 19 Criando a Nova Linha do Pivô • Obedeceremos a fórmula: PivôdoValor PivôdoLinhaAntiga PivôdoLinhaNova = © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 20 Criando a Nova Linha do Pivô 3 001010 1 111111 3 001010 PivôLinha Nova Pivô número Atual Pivô Linha = = Z x1 x2 x3 x4 x5 Constante © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 21 Forma Tabular - Passo de Iterativo c) Determinação da Nova Solução [Antiga Linha Pivô] Nº Pivô Nova Linha Pivô= 3 001010 1 111111 3 001010 PivôLinha Nova Pivô número Atual Pivô Linha = = Z x1 x2 x3 x4 x5 Constante © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 22 Calculando as Novas Outras Linhas Linhas Genéricas Pivôdo LinhaNova pivôdo colunanalinha destacoeficiente - Genérica LinhaAntiga Genérica LinhaNova = • Obedeceremos a fórmula: © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 23 Calculando a Nova Linha da Função Objetivo =-= - 15 0 0 5 2 0 1 3 0 0 1 0 1 0 ( )-5 - - 0 0 0 0 2 5 1 0Linha Nova Pivôdo Linha Nova -Linha 0 Antiga pivôcol. dacoef. = Linha Nova © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 24 Forma Tabular - Passo de Iterativo c) Determinação da Nova Solução Nova Linha 0 = [Antiga Linha 0]– [Coef. Da Col. Pivô]0 x [Nova Linha Pivô] © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 25 Forma Tabular - Passo de Iterativo c) Determinação da Nova Solução Nova Linha 2 = [Antiga Linha 2]– [Coef. Da Col. Pivô]2 x [Nova Linha Pivô] © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 26 Forma Tabular - Passo de Iterativo c) Determinação da Nova Solução Nova Linha 3 = [Antiga Linha 3]– [Coef. Da Col. Pivô]3 x [Nova Linha Pivô] © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 27 Método Simplex - Forma Tabular Passo de Parada • Neste caso, a solução não é ótima pois o coeficiente de x2 é negativo. • Solução Viável Básica Após 1ª iteração= (3,0,0,4,6) e Z = 15 © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 28 Forma Tabular - Passo de Iterativo a) Variável que Entra na Base • Variável que entra no conjunto das variáveis básicas éa que tem o coeficiente negativo com menor índice na linha z. • No nosso caso, a variável x2 © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 29 Forma Tabular - Passo de Iterativo b) Variável que Sai da Base • A variável que sai do conjunto das variáveis básicas é a que apresenta a maior restrição à variável que está entrando. • No nosso caso, x5 impõe a maior restrição ao aumento de x2 © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 30 Forma Tabular - Passo de Iterativo c) Determinação da Nova Solução • Neste caso, a solução é ótima pois todos os coeficientes da Linha Z são não negativos. • Solução Ótima é dada por (3,3,0,1,0) e Z =21 © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 31 Exercício Recomendado • Resolva o Problema de LP usando o Excel 0;; 20 15023 35045 500539 .. 151230 max 321 3 31 21 321 321 + + ++ ++ xxx x xx xx xxxrs xxx © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 32 Forma Tabular Usando Excel 2073 =+ xx 15023 631 =++ xxx 35045 521 =++ xxx 500539 4321 =+++ xxxx 0151230Z 321 =--- xxx Encontrando o Dicionário Inicial Modificado 203 x 15023 31 + xx 35045 21 + xx 500539 321 ++ xxxs.r. 151230 321 ++ xxxmax 0;; 321 xxx © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 33 Quadro Inicial: Todas as colunas das variáveis básicas são compostas por 0 e 1 O número 1 aparece na interseção da coluna e da linha de cada variável básica Forma Tabular Usando Excel © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 34 Forma Tabular - Usando Excel Variável que Entra e que Sai • Entra a variável com coeficiente negativo e menor subscrito da linha Z. • Sai a variável que apresentar o menor valor da divisão entre a constante e o coeficiente da coluna pivô. © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 35 Forma Tabular - Usando Excel Encontrando uma Nova Solução © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 36 Forma Tabular - Usando Excel Decisão de Parada • Existe pelo menos um coeficiente correspondente às variáveis de decisão, na linha Z, que é negativo. • Portanto, não é a solução ótima. © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 37 Forma Tabular - Usando Excel Variável que Entra e que Sai • Entra x2 – Variável com coeficiente negativo • Sai x4 – Variável que impõe maior restrição ao crescimento de x2 © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 38 Forma Tabular – Usando Excel Encontrando uma Nova Solução © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 39 Forma Tabular - Usando Excel Decisão de Parada • Existe pelo menos um coeficiente correspondente às variáveis de decisão, na linha Z, que é negativo. • Portanto, não é a solução ótima © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 40 • Entra x6 – Variável com coeficiente negativo • Sai x5 – Variável que impõe maior restrição ao crescimento de x6 Forma Tabular - Usando Excel Variável que Entra e que Sai © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 41 Forma Tabular - Usando Excel Encontrando uma Nova Solução © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 42 • Existe pelo menos um coeficiente correspondente às variáveis de decisão, na linha Z, que é negativo. • Portanto, não é a solução ótima Forma Tabular - Usando Excel Decisão de Parada © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 43 • Entra x3 – Variável com coeficiente negativo • Sai x7 – Variável que impõe maior restrição ao crescimento de x3 Forma Tabular - Usando Excel Variável que Entra e que Sai © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 44 Forma Tabular - Usando Excel Encontrando uma Nova Solução © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 45 • Não existe pelo menos um coeficiente das variáveis de decisão na linha zero que é negativo. • Portanto, é a solução ótima Forma Tabular - Usando Excel Decisão de Parada © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 46 Exercício Recomendado 0,, 40322 3033.. 634 321 321 321 321 ++ ++ ++= xxx xxx xxxrs xxxZmax • Resolva o Problema de LP usando o Excel © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 47 0,, 321 xxx 0;;;; 54321 xxxxx 634 321 ++= xxxZmax 3033.. 321 ++ xxxrs 40322 321 ++ xxx 0634 321 =--- xxxZ 40322 5321 =+++ xxxx 3033 4321 =+++ xxxx Encontrando o Dicionário Inicial Modificado Exercício Recomendado © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 48 Forma Tabular Usando Excel Todas as colunas das variáveis básicas são compostas por 0 e 1 O número 1 aparece na interseção da coluna e linha da de cada variável básica © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 49 Forma Tabular - Usando Excel Encontrando uma Nova Solução © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 50 Forma Tabular - Usando Excel Encontrando uma Nova Solução © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 51 Forma Tabular - Usando Excel Encontrando uma Nova Solução © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 52 Exercício Recomendado 0,,, 2 3.. 4321 43 21 4321 + + +++= xxxx xx xxrs xxxxZmax • Resolva o Problema de LP usando o Excel © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 53 0,,, 4321 xxxx 243 + xx 3.. 21 + xxrs 4321 +++= xxxxZmax 0,,,,, 654321 xxxxxx 04321 =---- xxxxZ 2643 =++ xxx 3521 =++ xxx Encontrando o Dicionário Inicial Modificado Forma Tabular Usando Excel © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 54 Forma Tabular Usando Excel © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 55 Forma Tabular Usando Excel © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 56 Caso LCL Transportes Ferroviários • A LCL Transportes Ferroviários tem um trem que tem dois compartimentos de carga. Os dois compartimentos têm uma capacidade de peso de 60.000 e 70.000 quilos e uma capacidade volumétrica de 30.000 e 50.000 metros cúbicos, respectivamente. A LCL foi contratada para levar cargas de carne de frango empacotada e grãos de trigo. A quantidade total da carne de frango e grãos de trigo disponíveis são respectivamente 80.000 e 100.000 quilos. O volume por massa da carne de frango é 0,02 metro cúbico por quilo, e o volume por massa do grão de trigo é 0,04 metro cúbico por quilo. O lucro para transportar carne de frango e grãos de trigo são R$ 0,30 e R$ 0,12 por quilo. A LCL é livre para aceitar toda ou parte da carga disponível. Quantos quilos de carne de frango e de grãos devem ser transportados para maximizar o lucro? Resolva pelo método Simplex Tabular. © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 57 • Variáveis de Decisão – x11 – Quantidade de Toneladas de carne de frango a ser transportada no compartimento 1 – x12 – Quantidade de Toneladas de carne de frango a ser transportada no compartimento 2 – x21 – Quantidade de Toneladas de grãos de trigo a ser transportada no compartimento 1 – x22 – Quantidade de Toneladas de grãos de trigo a ser transportada no compartimento 2 Caso LCL Transportes Ferroviários © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 58 • Função-Objetivo Restrições de Capacidade de Peso Restrições de Capacidade Volumétrica Restrições de não Negatividade Caso LCL Transportes Ferroviários Disponibilidade de Matéria Prima 0x,x,x,x 100000xx 80000xx 50000x04,0x02,0 30000x04,0x02,0 70000xx 60000xx x12,0x12,0x3,0x3,0Max 22211211 2221 1211 2212 2111 2212 2111 22211211 + + + + + + +++ ©2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 59 Primeira Solução © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 60 Segunda Solução © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 61 Terceira Solução © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 62 Caso LCL Agrícola Ltda. • A LCL Agrícola Ltda. possui uma fazenda com 200 hectares de terra no Pará, onde planeja cultivar trigo, cevada e milho. A produção esperada é de 1800 kg por hectare plantado de trigo, 2100 kg por hectare de cevada e 2900 kg por hectare de milho. A empresa possui galpões com condições de armazenar no máximo 600 toneladas de quaisquer dos produtos ou combinação dos mesmos. O departamento de marketing estabeleceu demandas máximas em toneladas de 300, 200 e 400 para o trigo, cevada e milho, respectivamente. Sabendo que os lucros por kg são de R$1,20 no trigo, R$0,60 na cevada e R$0,28 no milho, determine quantos hectares de cada produto ele deve plantar para maximizar o lucro. © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 63 • Variáveis de Decisão – x1 - N° de Hectares onde serão plantados trigo – x2 - N° de Hectares onde serão plantados cevada – x3 - N° de Hectares onde serão plantados milho Caso LCL Agrícola Ltda. © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 64 • Função-Objetiva = Maximizar Lucro Caso LCL Agrícola Ltda. 321 321 12826011602 max )2900,280()21006,0()18002,1( max xxx ou xxx ++ ++ © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 65 Caso LCL Agrícola Ltda. • Restrições de Terreno • Restrição Demanda – Trigo – Cevada – Milho • Restrição de Armazenagem 600000290021001800 4000002900 2000002100 3000001800 200 321 3 2 1 321 ++ ++ xxx x x x xxx © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 66 Caso LCL Agrícola Ltda. O Modelo 0;; 600000290021001800 4000002900 2000002100 3000001800 200 .. 12826011602 max 321 321 3 2 1 321 321 ++ ++ ++ xxx xxx x x x xxx rs xxx © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 67 Primeira Solução © 2009 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 68 Segunda Solução Solução Ótima Slide 1 Slide 2: Conteúdos do Capítulo Slide 3: Método Simplex Forma Tabular Slide 4: Programação Linear Solução Tabular Slide 5: Método Simplex – Forma Tabular Passo de Iniciação Slide 6: Método Simplex - Forma Tabular Passo de Iniciação Slide 7: A Tabela de Síntese Slide 8: Forma Tabular Passo de Iniciação Slide 9: Forma Tabular Leitura da Solução Atual Slide 10: Forma Tabular Passo de Parada Slide 11: Forma Tabular Variável que Entra Slide 12: Forma Tabular Variável que Sai Slide 13: Forma Tabular Variável que Sai Slide 14: Forma Tabular Variável que Sai Slide 15: Forma Tabular Variável que Sai Slide 16: Forma Tabular Variável que Sai Slide 17: Forma Tabular O Pivô da tabela Slide 18: Forma Tabular Criando a Nova Tabela Slide 19: Criando a Nova Linha do Pivô Slide 20: Criando a Nova Linha do Pivô Slide 21: Forma Tabular - Passo de Iterativo c) Determinação da Nova Solução Slide 22: Calculando as Novas Outras Linhas Linhas Genéricas Slide 23: Calculando a Nova Linha da Função Objetivo Slide 24: Forma Tabular - Passo de Iterativo c) Determinação da Nova Solução Slide 25: Forma Tabular - Passo de Iterativo c) Determinação da Nova Solução Slide 26: Forma Tabular - Passo de Iterativo c) Determinação da Nova Solução Slide 27: Método Simplex - Forma Tabular Passo de Parada Slide 28: Forma Tabular - Passo de Iterativo a) Variável que Entra na Base Slide 29: Forma Tabular - Passo de Iterativo b) Variável que Sai da Base Slide 30: Forma Tabular - Passo de Iterativo c) Determinação da Nova Solução Slide 31: Exercício Recomendado Slide 32: Forma Tabular Usando Excel Slide 33: Forma Tabular Usando Excel Slide 34: Forma Tabular - Usando Excel Variável que Entra e que Sai Slide 35: Forma Tabular - Usando Excel Encontrando uma Nova Solução Slide 36: Forma Tabular - Usando Excel Decisão de Parada Slide 37: Forma Tabular - Usando Excel Variável que Entra e que Sai Slide 38: Forma Tabular – Usando Excel Encontrando uma Nova Solução Slide 39: Forma Tabular - Usando Excel Decisão de Parada Slide 40: Forma Tabular - Usando Excel Variável que Entra e que Sai Slide 41: Forma Tabular - Usando Excel Encontrando uma Nova Solução Slide 42: Forma Tabular - Usando Excel Decisão de Parada Slide 43: Forma Tabular - Usando Excel Variável que Entra e que Sai Slide 44: Forma Tabular - Usando Excel Encontrando uma Nova Solução Slide 45: Forma Tabular - Usando Excel Decisão de Parada Slide 46: Exercício Recomendado Slide 47: Exercício Recomendado Slide 48: Forma Tabular Usando Excel Slide 49: Forma Tabular - Usando Excel Encontrando uma Nova Solução Slide 50: Forma Tabular - Usando Excel Encontrando uma Nova Solução Slide 51: Forma Tabular - Usando Excel Encontrando uma Nova Solução Slide 52: Exercício Recomendado Slide 53: Forma Tabular Usando Excel Slide 54: Forma Tabular Usando Excel Slide 55: Forma Tabular Usando Excel Slide 56: Caso LCL Transportes Ferroviários Slide 57: Caso LCL Transportes Ferroviários Slide 58: Caso LCL Transportes Ferroviários Slide 59: Primeira Solução Slide 60: Segunda Solução Slide 61: Terceira Solução Slide 62: Caso LCL Agrícola Ltda. Slide 63: Caso LCL Agrícola Ltda. Slide 64: Caso LCL Agrícola Ltda. Slide 65: Caso LCL Agrícola Ltda. Slide 66: Caso LCL Agrícola Ltda. O Modelo Slide 67: Primeira Solução Slide 68: Segunda Solução Solução Ótima