70
Gordana Savic, [email protected] 5/7/2020 1 OPERACIONA ISTRAŢIVANJA GORDANA SAVIĆ UNIVERZITET U BEOGRADU, FAKULTET ORGANIZACIONIH NAUKA LABORATORIJA ZA OPERACIONA ISTRAŢIVANJA ”JOVAN PETRIĆ” CENTAR ZA MERENJE EFIKASNOSTI

OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

  • Upload
    others

  • View
    3

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

Gordana Savic, [email protected]/7/2020

1

OPERACIONA ISTRAŢIVANJA

GORDANA SAVIĆ

UNIVERZITET U BEOGRADU, FAKULTET ORGANIZACIONIH NAUKA

LABORATORIJA ZA OPERACIONA ISTRAŢIVANJA ”JOVAN PETRIĆ”

CENTAR ZA MERENJE EFIKASNOSTI

Page 2: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

Dinamičko programiranje - DP2

Page 3: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

3

Dinamičko programiranje - DP

Razvio Ričard Belman 1950.

(knjiga objavljena 1957.)

predstavlja klasičnu metodologiju za modeliranje i rešavanje

jedne specifične klase problema, tzv.

VIŠEETAPNE PROCESE UPRAVLjANjA (VEPU)

Page 4: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

4

Primer – nalaţenje najkraćeg puta između

dva čvora

Zadata je putna mreţa:

Page 5: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

5

Grafovi

Mreţa je teţinski G = (N, L, C) je zadata skupovima:

N = {1, 2, …, n} – skup čvorova

L {(i, j) | i,j N} – skup grana

D = {dij | (i, j) L} – skup duţina grana

Page 6: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

6

Grafovi

Konkretan primer:

N = {1, 2, …, 7} – skup čvorova

L {(1,2), (1,3), (2,4), (2,5), (3,6), (4,6), (4,7), (5,7) ,(6,7)}} – skup grana

D = {d11=4, d13=3, d24=2, d25=5, d36=8, d46=3, d47=4, d57=3, d67=2} – skup

duţina grana

Page 7: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

7

Grafovi

Γ(i) – skup čvorova koji slede čvor I

Γ(1)=2,3, Γ(2)=4,5,...

Γ-1(i) – skup čvorova koji prethode čvoru I

Γ-1(1)=, Γ-1(2)=1, ...,Γ-1(6)=3,4,...

Page 8: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

8

Rekurentne formule za određivanje

najkraćeg puta

fj – dužina najkradeg puta od početnogdo čvora ј

1 ( )

min , 2,3, ,j ij ii j

f d f j n

1 0f

fi – dužina najkradeg puta od čvora i

krajnjeg čvora n

( )

min , 1,2, , 1i ij jj i

f d f i n

0nf

• Put P predstavlja niz povezanih grana (imaju zajednički čvor) od početnog do čvora ј

•Elementarni put kroz svaki čvor prođe samo jednom

•Dužina puta je jednaka zbiru dužina grana na tom putu (ij)dij, (ij)P.

Page 9: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

9

•Na prikazanom grafu data je putna mreža gde čvorovi predstavljaju mesta a grane puteve između njih.

•Odrediti najkradi put od čvora 1 do čvora 7 primenom rekurentnih relacija.

Page 10: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

10

1 ( )

min , 2,3, ,j ij ii j

f d f j n

1

1

1

1

1

2 12 1(2)

3 13 1(3)

4 24 2(4)

5 25 2(5)

0

min 4 0 4

min 3 0 3

min 2 4 6

min 5 4 9

i

i

i

i

f

f d f

f d f

f d f

f d f

1 1

1 1

36 3

6(6) (6)

46 4

47 4

7 57 5(7) (7)

67 6

8 3 11min min 9

3 6 9

4 6 10

min min 3 9 12 10

2 11 13

i i

i i

d ff

d f

d f

f d f

d f

Page 11: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

11

Optimalno rešenje

Najkraći put: – 4 – 7

Duţina najkraćeg puta: 10

1 1

47 4

7 57 5(7) (7)

67 6

4 6 10

min min 3 9 12 10

2 11 13i i

d f

f d f

d f

Page 12: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

12

Optimalno rešenje

Najkraći put: – 2 – 4 – 7

Duţina najkraćeg puta: 10

1

1 1

4 24 2(4)

47 4

7 57 5(7) (7)

67 6

min 2 4 6

4 6 10

min min 3 9 12 10

2 11 13

i

i i

f d f

d f

f d f

d f

Page 13: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

13

Optimalno rešenje

Najkraći put: 1– 2 – 4 – 7

Duţina najkraćeg puta: 10

1

1

1 1

2 12 1(2)

4 24 2(4)

47 4

7 57 5(7) (7)

67 6

min 4 0 4

min 2 4 6

4 6 10

min min 3 9 12 10

2 11 13

i

i

i i

f d f

f d f

d f

f d f

d f

Page 14: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

14

Optimalno rešenje

Najkraći put: 1 – 2 – 4 – 7

Duţina najkraćeg puta: 10

Page 15: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

Višeetapni procesi upravljanja (VEPU)

Page 16: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

16

Matematički model VEPU

Posmatramo proces u konačno mnogo zadatih vremenskih trenutaka (etapa):

),,,( 21 ntttt

Page 17: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

17

Matematički model VEPU

Ponašanje procesa na svakoj etapi okarakterisano je vektorom stanja.

Na nekoj etapi t vektor stanja se može zapisati:

))(,),(),(()( 21 trtrtrtr m

1

2

3

npr za 3:

( ) čvor u kome se nalazi

( ) vreme vožnje

( ) količina benzina u rezervoaru

m

r t

r t

r t

Page 18: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

18

Математички мпдел ВЕПУ

Акп стаое прпцеса на i-тпј етапи пбележимп са ri = r(ti), тада за i =

0,1,...,n низ r0, r2,...,r n представља трајектприју прпцеса.

r0 представља ппчетнп, а rn завршнп стаое трајектприје.

0 0 1 0 2 0 3 0( ) ( ( ), ( ), ( ))

(1,50,0)

r r t r t r t r t

1 1 1 1 2 1 3 1( ) ( ( ), ( ), ( ))

(2,40,2)

r r t r t r t r t

2 2 1 2 2 2 3 2( ) ( ( ), ( ), ( ))

(4,35,3)

r r t r t r t r t

3 3 1 3 2 3 3 3( ) ( ( ), ( ), ( ))

(7,25,5)

r r t r t r t r t

1

2

3

npr za 3:

( ) čvor u kome se nalazi

( ) količina benzina u rezervoaru

( ) vreme provedeno na putu

m

r t

r t

r t

Page 19: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

19

Matematički model VEPU

Na svakoj etapi procesa, na deterministički način se vrši izbor odgovarajudih parametara upravljanja.

Na nekoj etapi t vektor upravljanja se može zapisati:

))(,),(),(()( 21 tutututu k

1

2

npr za 2:

( ) u koji čvor preći

( ) da li napraviti pauzu

k

u t

u t

Page 20: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

20

Matematički model VEPU

Ako vektor upravljanja na i-toj etapi obeležimo sa ui = u(ti), tada ovo

upravljanje treba da bude dopustivo, tj. treba da pripada nekom unapred

definisanom skupu dopustivih upravljanja. )( 1 iii rUu

1 2( ) ( ( ), ( ), , ( ))i i i i m ir r t r t r t r t

1 2( ) ( ( ), ( ), , ( ))i i i i k iu u t u t u t u t

1 1

npr za 1 i 1:

( ) čvor u kome se nalazi, ( ) u koji čvor preći

m k

r t u t

0 0, 1t r

1 1 1 0 1 1, ( ) {2,3}, 2, 2t u U r u r

2 2 2 1 2 2, ( ) {4,5}, 4, 4t u U r u r

3 3 3 2 3 2, ( ) {6,7}, 7, 7t u U r u r

Page 21: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

21

Matematički model VEPU

Zakon prelaska iz stanja ri-1 u stanje ri pod uticajem upravljanja ui se definiše kao

gde je w(r,u) zadata vektorska funkcija.

Višeetapni proces odlučivanja se svodi na proces u kome se, polazedi od

nekog početnog stanja r0, na svakoj etapi ti, i{1,2,…,n}, bira jedno

dopustivo upravljanje ui pod čijim uticajem proces prelazi iz stanja ri-1 u

stanje ri prema zakonu w(ri-1, ui).

niurwr iii ,,2,1),,( 1

Page 22: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

Višetepni proces

Etapa

i

Prethodno stanje

ri-1

Skup dopustivih upravljanja

Ui(ri-1)

Upravljanje

ui

Trenutno stanje

riui

1 1 {2,3} 2 2

2 2 {4,5} 4 4

3 4 {6,7} 7 7

22

0 0, 1t r

1 1 1 0 1 1, ( ) {2,3}, 2, 2t u U r u r

2 2 2 1 2 2, ( ) {4,5}, 4, 4t u U r u r

3 3 3 2 3 2, ( ) {6,7}, 7, 7t u U r u r

Page 23: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

23

Matematički model VEPU – rezime

etape

stanje

trajektorija

upravljanje

skup dopustivih upravljanja

zakon prelaska

1 2( ) ( ( ), ( ), , ( ))i i i i m ir r t r t r t r t

nrrr ,,, 10

1 2( ) ( ( ), ( ), , ( ))i i i i k iu u t u t u t u t

)( 1 iii rUu

),( 1 iii urwr

),,,( 21 ntttt

Page 24: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

24

Osobine VEPU:

Konačan (ograničen broj etapa procesa)

Deterministički (deterministički izbor upravljanja i prelaz iz

stanja u stanje)

Stacionaran (prelaz u novo stanje ne zavisi od trenutne etape

već samo od trenutnog stanja i upravljanja).

Page 25: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

25

Optimizacioni zadatak VEPU

0 1 1 2

1

1

0

max( , , , , , , , )

min

п.o.

( , ), 1,2, ,

( ), 1,2, ,

početno stanje

n n

i i i

i i i

f r r r u u u

r w r u i n

u U r i n

r

Page 26: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

26

Optimizacioni zadatak VEPU

Funkcija cilja je obično separabilna i ima oblik

ili

n

i

iii urf1

1 ),(

n

i

iii urf1

1 ),(

Page 27: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

27

Rešenje optimizacionog zadatka VEPU

Niz upravljanja za koji zadata

funkcija cilja dostiţe svoj ekstremum naziva se

optimalni niz upravljanja, a njemu

odgovarajuća trajektorija

optimalna trajektorija.

**

2

*

1 ,,, nuuu

**

1

*

0 ,,, nrrr

Page 28: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

(Belman, 1957.)

Princip optimalnosti

Page 29: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

29

Osnovna definicija principa optimalnosti

Optimalni niz upravljanja ima osobinu da je, bez obzira na

upravljanja koja su dovela do nekog stanja na nekoj etapi, niz

upravljanja na preostalim etapama optimalan u odnosu na to

stanje kao početno.

Page 30: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

30

Posledica principa optimalnosti

Optimalan niz upravljanja za celokupan proces je i u

delovima optimalan. tj. ako je optimalan

niz upravljanja, a optimalna trajektorija

procesa, tada za bilo koje dve etape i i j ,

je optimalan niz upravljanja za taj deo

procesa sa kao početnim stanjem i kao

završnim stanjem.

**

1 ,, nuu **

10 ,,, nrrr )1( nji

** ,, ji uu *

1ir*

jr

Page 31: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

31

Posledica principa optimalnosti za problem

nalaţenja najkraćeg puta u mreţi

Optimalan put je i u svojim delovima optimalan.

Obrnuto NE VAŢI!

Page 32: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

Rešavanje problema

VEPU primenom DP

Page 33: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

33

Rekurentne relacije

Ako npr. imamo problem koji se moţe zapisati:

1

1

1

1

0

max ( , )

п.о.

( , ), 1,2, ,

( ), 1,2, ,

početno stanje

n

i i i

i

i i i

i i i

f r u

r w r u i n

u U r i n

r

Page 34: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

34

Rekurentne relacije

Obeleţimo sa maksimalnu vrednost funkcije cilja za proces posmatran od etape i do etape n.

Tada je

gde je

početno stanje za ostatak procesa.

nirFi ,,1),(

n

il

llluu

i urfrFni

),(max)( 1,,

rri 1

Page 35: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

35

Rekurentne relacije

n

il

llluu

iirUu

i urfurfrFniii 1

1,,)(

),(max),(max)(1

)(),(max)( 1)(

iiiirUu

i rFurfrFii

Page 36: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

36

Formiranje optimalnog niza upravljanja

Odvija se u dve faze:

1. Izračunavanje optimalne vrednosti funkcije cilja;

2. Formiranje optimalnog niza upravljanja i optimalne

trajektorije.

Page 37: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

Rešavanje nekih realnih problema

tehnikom DP

Page 38: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

38

Problemi na koje se najčešće primenjuje DP

se mogu podeliti na :

optimalna zamena mašina;

raspodela resursa,

Page 39: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

(OZM)

Optimalna zamena mašina

Page 40: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

40

OZM – postavka problema

Pogon koristi jedan tip mašine tokom n godina (etapa). Na početku svake godine donosi se odluka o zadrţavanju ili kupovini nove mašine. Mašina je na početku prve etape stara t* godina.

di(t) – prihod u etapi i ostvaren od mašine stare t godina.

оi(t) – troškovi odrţavanja mašine stare t godina u etapi i.

zi(t) – troškovi zamene mašine stare t godina novom u etapi i.

Page 41: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

41

Problem OZM

Doneti odluku za svaku godinu da li de se na početku te godine mašina određenog tipa zadržati i eksploatisati u slededoj godini ili de se zameniti novom mašinom istog tipa, tako da ukupna dobit tokom svih n godina bude maksimalna, pri čemu je mašina na početku prve godine stara t*.

Page 42: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

42

Matematički model OZM

1

1

1

*

0

(max) ( , )

п.о.

( , ), 1, ,

"zadržati","zameniti"

n

i i i

i

i i i

i

f t u

t w t u i n

u

t t

где су:

Page 43: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

43

Математички мпдел ОЗМ

"заменити"за1

"задржати"за1),(

1

1

i

ii

iiu

ututw

"заменити"за)()0()0(

"задржати"за)()(),(

1

11

1

iiiii

iiiii

iiiutzod

utotdutf

Page 44: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

44

Rekurentne formule za primenu DP na

OZM (Belmanov princip optimalnosti)

( ) ( ) za "zadržati"( )

(0) (0) ( ) za "zameniti"

n n i

n

n n n i

d t o t uF t

d o z t u

1

1

( ) ( ) ( 1) za "zadržati"( )

(0) (0) ( ) (1) za "zameniti"

i i i i

i

i i i i i

d t o t F t uF t

d o z t F u

)( *

1 tF

Page 45: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

45

Rekurentne formule za primenu DP na

OZM (Belmanov princip optimalnosti)

( ) ( ) za "zadržati"( )

(0) (0) ( ) za "zameniti"

n n i

n

n n n i

d t o t uF t

d o z t u

1

1

( ) ( ) ( 1) za "zadržati"( )

(0) (0) ( ) (1) za "zameniti"

i i i i

i

i i i i i

d t o t F t uF t

d o z t F u

)( *

1 tF

Dobit u trenutnoj etapi i

Page 46: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

46

Rekurentne formule za primenu DP na

OZM (Belmanov princip optimalnosti)

( ) ( ) za "zadržati"( )

(0) (0) ( ) za "zameniti"

n n i

n

n n n i

d t o t uF t

d o z t u

1

1

( ) ( ) ( 1) za "zadržati"( )

(0) (0) ( ) (1) za "zameniti"

i i i i

i

i i i i i

d t o t F t uF t

d o z t F u

)( *

1 tF

Dobit u trenutnoj etapi n

(poslednja etapa)

Page 47: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

47

Rekurentne formule za primenu DP na

OZM (Belmanov princip optimalnosti)

( ) ( ) za "zadržati"( )

(0) (0) ( ) za "zameniti"

n n i

n

n n n i

d t o t uF t

d o z t u

1

1

( ) ( ) ( 1) za "zadržati"( )

(0) (0) ( ) (1) za "zameniti"

i i i i

i

i i i i i

d t o t F t uF t

d o z t F u

)( *

1 tF

Dobit u svim ostalim etapama

(optimalna trajektorija)

Page 48: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

Zadatak 1.

Na početku 2020. godine preduzeće raspolaţe sa opremom starom 2

godine. Dobit od eksploatacije opreme za jednu godinu d(t) ne zavisi

od godine koja se posmatra i data je u tabeli.

gde je t starost opreme na početku godine.

Troškovi nabavke nove opreme iznose 200 nj, a troškovi njenog

odrţavanja mogu se zanemariti.

а) Formulisati problem zamene opreme kao zadatak DP i odrediti sve

optimalne politike preduzeća u naredne 3 godina.

48

t 0 1 2 3 4 5

d(t) 240 220 190 160 130 90

Page 49: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

Zadatak 1. –Izračunavanje optimalne vrednosti funkcije cilja

Rekurentne relacije za postavljeni problem:

јер су трпшкпви пдржаваоа ппреме oi(t)=0 и трпшкпвиоене замене кпнстантни zi(t)=200.

49

1

1

="zadržati" ( ) + ( 1) ( ) max , 1,..., 1(3 1 2)

="nova" (0) -200+ (1)

i i

i

i i

u d t F tF t i n

u d F

="zadržati" ( )( ) max , 3

="nova" (0) -200

n

n

n

u d tF t n

u d

Page 50: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

Zadatak 1. Izračunavanje optimalne vrednosti funkcije cilja

Etapa i=1, t0=2:

50

1 2 2

1

1 2 2

="zadržati" d(2) + F (3) = 190 + F (3) = (2) max

="nova" (0) -200+ (1) 240 200 (1)

uF

u d F F

Dobit u trenutnoj etapi n

(poslednja etapa)

1 2 2

1

1 2 2

="zadržati" d(2) + F (3) = 190 + F (3) = (2) max

="nova" (0) -200+ (1) 240 200 (1)

uF

u d F F

Dobit u svim ostalim etapama

(optimalna trajektorija)

Page 51: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

Zadatak 1.Izračunavanje optimalne vrednosti funkcije cilja

Etapa i=1, t0=2:

Etapa i=2

51

1 2 2

1

1 2 2

="zadržati" d(2) + F (3) = 190 + F (3) = (2) max

="nova" (0) -200+ (1) 240 200 (1)

uF

u d F F

1 3 3

2

1 3 3

="zadržati" d(2) + F (4) = 160 + F (4)(3) max

="nova" (0) -200+ (1) 240 200 (1)

uF

u d F F

=

1 3 3

2

1 3 3

="zadržati" d(1) + F (2) = 160 + F (2)(1) max

="nova" (0) -200+ (1) 240 200 (1)

uF

u d F F

=

Page 52: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

Zadatak 1.Izračunavanje optimalne vrednosti funkcije cilja

Etapa i=n=3

(poslednja etapa, ne postoji rekurentni deo već samo dobit iz

trenutne etape i moţe se izračunati)

52

1

3

1

="zadržati" (4) =(4) max

="nova" (0) -200 240 200 40

u dF

u d

130 130

1

3

1

="zadržati" d(3) =(2) max

="nova" (0) -200 240 200 40

uF

u d

160 160

1

3

1

="zadržati" d(1) =(1) max

="nova" (0) -200 240 200 40

uF

u d

220 220

Page 53: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

Zadatak 1. Izračunavanje optimalne vrednosti funkcije cilja

Određivanje optimalne vrednosti funkcije cilja

izračunavanjem optimalnih vrednosti funkcija u svakoj etapi

Etapa i=2

53

1 3 3

2

1 3 3

="zadržati" d(2) + F (4) = 160 + F (4)(3) max

="nova" (0) -200+ (1) 240 200 (1) 40 220 260

uF

u d F F

= 160 +130 = 290 = 290

1 3 3

2

1 3 3

="zadržati" d(1) + F (2) = 160 + F (2)(1) max

="nova" (0) -200+ (1) 240 200 (1) 40 220 260

uF

u d F F

= 160 +160 = 320 = 320

Page 54: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

Zadatak 1. Izračunavanje optimalne vrednosti funkcije cilja

Određivanje optimalne vrednosti funkcije cilja

izračunavanjem optimalnih vrednosti funkcija u svakoj etapi

Etapa i=1

54

1

1

1 2 2

="zadržati" (2) +(2) max

="nova" (0) -200+ (1) 240 200 (1) 40 320 360

u dF

u d F F

2 2 F (3) = 190 + F (3) = 190 + 290 = 480 = 480

Page 55: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

Zadatak 1. Određivanje optimalne trajektorije

Etapa i=1

55

1

1

1 2 2

="zadržati" (2) +(2) max

="nova" (0) -200+ (1) 240 200 (1) 40 320 360

u dF

u d F F

2 2 F (3) = 190 + F (3) = 190 + 290 = 480 = 480

Etapa i Godina Starost na početku

godine (stanje)

Upravljanje Dobit na etapi i Dobit na

ostalim

etapama

1 2020 2 Zadrţati 190 F2(3)=290

2 2021

3 2021

Page 56: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

Zadatak 1. Određivanje optimalne trajektorije

Etapa i=2

56

Etapa i Godina Starost na početku

godine (stanje)

Upravljanje Dobit na etapi i Dobit na

ostalim

etapama

1 2020 2 Zadrţati 190 F2(3)=290

2 2021 3 Zadrţati 160 F3(4)=130

3 2021

1 3 3

2

1 3 3

="zadržati" d(2) + F (4) = 160 + F (4)(3) max

="nova" (0) -200+ (1) 240 200 (1) 40 220 260

uF

u d F F

= 160 +130 = 290 = 290

Page 57: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

Zadatak 1. Određivanje optimalne trajektorije

Etapa i=3

57

Etapa i Godina Starost na početku

godine (stanje)

Upravljanje Dobit na etapi i Dobit na

ostalim

etapama

1 2020 2 Zadrţati 190 F2(3)=290

2 2021 3 Zadrţati 160 F3(4)=130

3 2021 4 Zadrţati 130

Ukupna dobit 480

1

3

1

="zadržati" (4) =(4) max

="nova" (0) -200 240 200 40

u dF

u d

130 130

Page 58: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

Zadatak 2.

Poljoprivredni kombinat svakih 5 godina donosi odluku da li da yameni

traktore ili da ih zadţi za sledeći petogodišnji period.

Na početku 2020. godine poljoprivredni kombinat raspolaţe sa

traktorima starim 2 godine. Dobit od eksploatacije traktora za jednu

godinu d(t) ne zavisi od godine koja se posmatra i data je u tabeli.

gde je t starost traktora na početku godine.

Troškovi nabavke novih traktora iznose 200 nj, a troškovi odrţavanja

mogu se zanemariti.

а) Formulisati problem zamene traktora kao zadatak DP i odrediti sve

optimalne politike preduzeća u naredne 3 petogodišnje etape.

58

t 0-4 5-9 10-14 15-19 20-24 >24

d(t) 240 220 190 160 130 90

Page 59: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

Zadatak 2. –Izračunavanje optimalne vrednosti funkcije cilja

Duţina jedne etape je 5 godina.

Rekurentne relacije za postavljeni problem:

јер су трпшкпви пдржаваоа ппреме oi(t)=0 и трпшкпвиоене замене кпнстантни zi(t)=200.

59

1

1

="zadržati" ( ) + ( 5) ( ) max , 1,..., 1(3 1 2)

="nova" (0) -200+ (5)

i i

i

i i

u d t F tF t i n

u d F

="zadržati" ( )( ) max , 3

="nova" (0) -200

n

n

n

u d tF t n

u d

Page 60: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

Zadatak 2. Izračunavanje optimalne vrednosti funkcije cilja

Etapa i=1, t0=2:

60

1 2 2

1

1 2 2

="zadržati" (2) + F (7) = 240 + F (7) = (2) max

="nova" (0) -200+ (5) 240 200 (5)

u dF

u d F F

Dobit u trenutnoj etapi n

(poslednja etapa)

1 2 2

1

1 2 2

="zadržati" d(2) + F (7) = 240 + F (7) = (2) max

="nova" (0) -200+ (5) 240 200 (5)

uF

u d F F

Dobit u svim ostalim etapama

(optimalna trajektorija)

Page 61: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

Zadatak 2.Izračunavanje optimalne vrednosti funkcije cilja

Etapa i=1, t0=2:

Etapa i=2

61

1 2 2

1

1 2 2

="zadržati" d(2) + F (7) = 240 + F (7) = (2) max

="nova" (0) -200+ (5) 240 200 (5)

uF

u d F F

1 3 3

2

1 3 3

="zadržati" d(7) + F (12) = 220 + F (12)(7) max

="nova" (0) -200+ (5) 240 200 (5)

uF

u d F F

=

1 3 3

2

1 3 3

="zadržati" d(5) + F (10) = 220 + F (10)(5) max

="nova" (0) -200+ (5) 240 200 (5)

uF

u d F F

=

Page 62: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

Zadatak 2.Izračunavanje optimalne vrednosti funkcije cilja

Etapa i=n=3

(poslednja etapa, ne postoji rekurentni deo već samo dobit iz

trenutne etape i moţe se izračunati)

62

1

3

1

="zadržati" (12) =(12) max

="nova" (0) -200 240 200 40

u dF

u d

190 190

1

3

1

="zadržati" d(10) =(10) max

="nova" (0) -200 240 200 40

uF

u d

190 190

1

3

1

="zadržati" d(1) =(5) max

="nova" (0) -200 240 200 40

uF

u d

220 220

Page 63: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

Zadatak 2. Izračunavanje optimalne vrednosti funkcije cilja

Određivanje optimalne vrednosti funkcije cilja

izračunavanjem optimalnih vrednosti funkcija u svakoj etapi

Etapa i=2

63

1 3 3

2

1 3 3

="zadržati" (7) + (12) = 220 + F (12)(7) max

="nova" (0) -200+ (5) 240 200 (5) 40 220 260

u d FF

u d F F

= 220 +190 = 410 = 410

1 3 3

2

1 3 3

="zadržati" (5) + (10) = 220 + (10)(5) max

="nova" (0) -200+ (5) 240 200 (5) 40 220 260

u d F FF

u d F F

= 220 +190 = 410 = 410

Page 64: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

Zadatak 2. Izračunavanje optimalne vrednosti funkcije cilja

Određivanje optimalne vrednosti funkcije cilja

izračunavanjem optimalnih vrednosti funkcija u svakoj etapi

Etapa i=1

64

1 2 2

1

1 2 2

="zadržati" (2) (7) 240 (7) = (2) max 650

="nova" (0) -200+ (5) 240 200 (5) 40 410 450

u d F FF

u d F F

240 + 410 = 650

Page 65: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

Zadatak 2. Određivanje optimalne trajektorije

Etapa i=1

65

Etapa i Godina Starost na početku

etape (stanje)

Upravljanje Dobit na etapi i Dobit na

ostalim

etapama

1 2020 2 Zadrţati 240 F2(7)=410

2 2025

3 2030

1 2 2

1

1 2 2

="zadržati" (2) + (7) = 240 + (7) = (2) max 650

="nova" (0) -200+ (5) 240 200 (5) 40 410 450

u d F FF

u d F F

240 + 410 = 650

Page 66: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

Zadatak 2. Određivanje optimalne trajektorije

Etapa i=2

66

Etapa i Godina Starost na početku

etape (stanje)

Upravljanje Dobit na etapi i Dobit na

ostalim

etapama

1 2020 2 Zadrţati 240 F2(7)=410

2 2025 7 Zadrţati 220 F3(12)=190

3 2030

1 3 3

2

1 3 3

="zadržati" (7) + (12) = 220 + (12)(7) max

="nova" (0) -200+ (5) 240 200 (5) 40 220 260

u d F FF

u d F F

= 220 +190 = 410 = 410

Page 67: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

Zadatak 2. Određivanje optimalne trajektorije

Etapa i=3

67

Etapa i Godina Starost na početku

etape (stanje)

Upravljanje Dobit na etapi i Dobit na

ostalim

etapama

1 2020 2 Zadrţati 240 F2(7)=410

2 2025 7 Zadrţati 220 F3(12)=190

3 2030 12 Zadrţati 190

Ukupna dobit 650

1

3

1

="zadržati" (12) =(12) max

="nova" (0) -200 240 200 40

u dF

u d

190 190

Page 68: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

Pitanja

Dinamičko programiranje?

Definicija mreţe?

Rekurentene relacije za pronalaţenje najkraćeg

puta u mreţi?

Višeetapni proces - definicija?

Elementi višeetapnih procesa?

Skup dopustivih upravljanja?

Zakon prelaska - funkcija?

68

Page 69: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

Pitanja

Optimalni niz upravljanja?

Optimalna trajektorija?

Optimalno rešenje VEPU?

Princip optimalnosti (Belman)?

Posledica principa optimalnosti?

Posledica principa optimalnosti – najkraći put?

Optimalan zamena mašina - rekurentne relacije?

69

Page 70: OPERACIONA ISTRAŢIVANJA - WordPress.com · 2020. 5. 8. · Dinamičko programiranje - DP Razvio RičardBelman 1950. (knjiga objavljena 1957.) predstavlja klasičnumetodologiju za

70

Hvala na pažnji