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Campus - Mossoró
Profª Adricia Fonseca Mendes
Designação
Suponha n trabalhadores a distribuir por n tarefas de forma a
que cada trabalhador execute apenas uma tarefa, e que cada
tarefa seja executada apenas por um trabalhador.
Conhecendo os custos da realização de cada tarefa por cada
trabalhador:
•designar os trabalhadores às tarefas de forma a
minimizar os custos
O problema de designação é um problema de dimensão (n x
n), em que:
•as variáveis de decisão xij podem tomar valores 0 ou 1;
2
Problema: alocação de recursos disponíveis para
atividades de interesse de forma a otimizar alguma medida
de efetividade do sistema.
Exemplos de aplicações
3
O Problema de designação envolve a determinação de
n! possíveis soluções.
Exemplo:
•para um problema com 5 trabalhadores e 5 tarefas o
número de soluções possíveis é igual a 5 ! = 120.
•para um problema com 10 trabalhadores e 10 tarefas o
número de soluções é igual a 10 ! = 3 628 800.
Obter a solução ótima por tentativa é DIFÍCIL !
4
Formulação
5
n
j
ijx
1
1
1,0ijx
ni ,...,2,1 ,
nj ,...,2,1 ,
Minimizar
sujeito a:
cada trabalhador é
designado a uma só
tarefa
nj ,...,2,1 ,
n
i
ijx
1
1
cada tarefa é
executada apenas
por um trabalhador
ni ,...,2,1 ,
n
ji
ijijxcC
1,
Método Húngaro
6
Início: Redução da Matriz de Custos.
1º. Subtrair aos elementos de cada coluna da matriz de custos o mínimo dessa coluna.
2º. Na matriz resultante, subtrair a cada linha o respectivo mínimo.
Iteração:
1º. Desenhar o número mínimo de traços que cobrem todos os zeros da matriz
2º. Critério de parada:
o número mínimo de traços é igual a n?.
Sim – enquadrar n zeros, um por linha e um por coluna,
a solução é ótima. FIM.
Não – passar a 3.
3 º. Redução da matriz de custos.
•Determinar o menor valor não riscado .
•Subtrair a todos os elementos não riscados e somar a todos os elementos duplamente
riscados.
•Considerar de novo todos os zeros livres e voltar a 1 (Iteração)
Início: Redução da Matriz de Custos
7
1 2 3 4 5
1
2
3
4
5
13 7 0.5 0.5 6.5
11.5
7.5
0
8.5
8.5 2
7.5 6
0
1.5
5.5
0
0
6
12.5
7
5
0
7.5
12
1 2 3 4 5
1 1
2
3
4
5
17.5 15 9 5.5 12
16
12
4.5
13
16.5 10.5
15.5 14.5
8
9.5
14
8.5
5
11
17.5
12
10.5
5.5
13
17.5
1º: Subtrair o menor
elemento de cada coluna
de todos os elementos
dessa coluna
17.5 - 4.5 = 13
16 - 4.5 = 11.5
12 - 4.5 = 7.5
4.5 - 4.5 = 0
13 - 4.5 = 8.5
menor elemento da coluna 1
Início: Redução da Matriz de Custos
8
1 1 2 2 3 3 4 4 5 5
1 1
2 2
3 3
4 4
5 5
12.5 6.5 0 0 6
11.5
7.5
0
8.5
8.5 2
7.5 6
0
1.5
5.5
0
0
6
12.5
7
5
0
7.5
12
2º: Subtrair o menor
elemento de cada linha de
todos os elementos dessa
linha
1 2 3 4 5
1
2
3
4
5
13 7 0.5 0.5 6.5
11.5
7.5
0
8.5
8.5 2
7.5 6
0
1.5
5.5
0
0
6
12.5
7
5
0
7.5
12
Existe empate na escolha do menor
elemento da linha 1 (igual a 0.5).
Nas linhas restantes o mínimo é zero,
sendo que as linhas restantes não vão ser
alteradas
13 - 0.5 = 12.5
7 - 0.5 = 6.5
0.5 - 0.5 = 0
6.5 - 0.5 = 6
Iteração: Critério de parada
9
1 2 3 4 5
1 1
2
3 3
4 4
5 5
12.5 6.5 0 0 6
11.5
7.5
0
8.5
8.5 2
7.5 6
0
1.5
5.5
0
0
6
12.5
7
5
0
7.5
12
1º. Desenhar o número mínimo de traços que cobrem todos os
zeros da matriz.
2º. Critério de parada: o número mínimo de traços é igual a 5?.
Não – passar a 3.
Iteração: Redução da Matriz de Custos.
10
1 2 3 4 5
1
2
3 3
4 4
5
12.5 6.5 0 0 6
11.5
7.5
0
8.5
8.5 2
7.5 6
0
1.5
5.5
0
0
6
12.5
7
5
0
7.5
12
3
4
12.5 6.5 0 0 6
11.5
7.5
0
8.5
8.5 2
7.5 6
0
1.5
5.5
0
0
6
12.5
7
5
0
7.5
12
11.5
7.5
0
8.5
8.5 2
7.5 6
0
1.5
5.5
0
0
6
12.5
7
5
0
7.5
12
1 2 3 4 5
1
2
3
4
5
11 5 0 0 4.5
10
7.5
0
7
7 2
7.5 7.5
0
0
7
0
0
7.5
14
7
3.5
0
7.5
10.5
1º. min {elementos da submatriz dos
elementos não riscados } = 1.5
4º. Os restantes elementos não são
alterados.
2º. Subtrair 1.5 a todos os elementos
não riscados.
3º. Somar 1.5 aos elementos na
intersecção dos traços.
Iteração: Critério de parada.
11
1º. Desenhar o número mínimo de traços que cobrem todos os
zeros da matriz.
1 2 3 4 5
1
2
3
4
5
11 5 0 0 4.5
10
7.5
0
7
7 2
7.5 7.5
0
0
7
0
0
7.5
14
7
3.5
0
7.5
10.5
2º. Critério de parada: o número mínimo de traços é igual a 5?.
Sim – enquadrar 5 zeros, um por linha e um por coluna,
a solução é ótima. FIM
12
1 2 3 4 5
1
2
3
4
5
17.5 15 9 5.5 12
16
12
4.5
13
16.5 10.5
15.5 14.5
8
9.5
14
8.5
5
11
17.5
12
10.5
5.5
13
17.5
Matriz inicial de
custos
solução ótima é : x13 = 1 , x24 = 1, x35 = 1, x41 = 1 , x52 = 1
com um custo total : 9 + 5 + 5.5 + 4.5 + 9.5 = 33.5
Problema de maximização - método húngaro.
Multiplicar todos os elementos da matriz C por (-1)
Identificar o elemento de maior valor em módulo
Somar o elemento de maior módulo a todos os elementos da nova
matriz de custos (já multiplicada por (-1))
Resolver como se fosse de minimização
13
Resolver o problema pelo método húngaro.
O presidente de uma empresa está estudando a
transferência de quatro diretores para quatro locais de
trabalho diferentes. Foram feitas estimativas dos custosenvolvidos na transferência de cada diretor para cada novo
local de trabalho. Estes custos são dados a seguir:
Obtenha a designação de diretores para locais de trabalho
de menor custo.
14
15
1. O Diretor de uma escola deseja inscrever quatro alunos num
concurso de matemática que engloba os seguintes assuntos:
Álgebra, Cálculo I, Linguagens de Computação e Cálculo II.
Somente um aluno pode ser inscrito em cada assunto e nenhum
aluno pode ser inscrito em mais de um assunto porque as provas
do concurso ocorrerão simultaneamente. Para isso ele seleciona
seus quatro melhores alunos, A, B, C, D e lhes aplica testes
cobrindo as quatro áreas do concurso. O quadro abaixo indica o
número de pontos que cada aluno obteve em cada uma das áreas
no exame simulado.
16
Qual aluno deve ser selecionado para cada um dos assuntos do
concurso, sendo que o Diretor resolveu que o aluno B não deverá
fazer a prova de Cálculo II?
17
2. Uma empresa vende produtos em quatro regiões e possui quatro
vendedores que devem atender quatro regiões diferentes, sendo
um vendedor para cada região.
As regiões não são igualmente ricas e apresentam o seguinte
potencial de venda (em $):
Região I: 60.000
Região II: 50.000
Região III: 40.000
Região IV: 30.000
Os vendedores por outro lado, não são igualmente hábeis e as suas
eficiências, que refletem a capacidade de atingir o mercado potencial
da região, são dados pelo quadro que se segue:
18
Pede-se determinar, empregando o modelo da designação e o
algoritmo húngaro, como enviar os vendedores às regiões para que
o volume de vendas total das quatro regiões seja o maior possível.
19
3. Uma Empresa necessita desenvolver um plano de produção para
iniciar a fabricação de três novos produtos.
A Empresa dispõe de cinco máquinas e apenas três destas
deverão ser escolhidas para manufaturar os novos itens, sendo
um produto por máquina.
Os custos de produção e os custos de distribuição para todas as
combinações produto-máquina são fornecidos a seguir:
Custos de Produção ($/unidade):
20
Custos de Distribuição ($/unidade):
De acordo com os planos atuais é necessário manter uma determinada produção
anual por item para haver demanda pelos preços unitários planejados, estes dados são
fornecidos adiante:
Formule um modelo da designação para tratar este problema e resolva-o pelo Algoritmo
Húngaro.