Modelos de Redes: Problema del flujo máximom. M. En C. Eduardo Bustos Farías
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- Eva María Claudia Vázquez Montoya
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1 Modelos de Redes: Problema del flujo máximom M. En C. Eduardo Bustos Farías as
2 Problema del flujo máximom M. En C. Eduardo Bustos Farías
3 Problema del flujo máximom Este modelo se utiliza para reducir los embotellamientos entre ciertos puntos de partida y destino en una red. Existe un flujo que viaja desde un único lugar de origen hacia un único lugar destino a través s de arcos que conectan nodos intermedios Cada arco tiene una capacidad que no puede ser excedida La capacidad no debe ser necesariamente la misma para cada dirección n del arco.
4 Considere una red con un nodo de entrada (o fuente) y un nodo de salida (o antifuente). El problema del flujo máximo m pregunta: Cuál l es la cantidad máxima m de vehículos, líquido, l peatones o llamadas telefónicas que pueden entrar y salir del sistema en un periodo determinado de tiempo? M. En C. Eduardo Bustos Farías 4
5 En este tipo de problemas se intenta conducir el flujo por las ramas o arcos de la red en forma óptima, aunque dicho flujo está limitado por restricciones diversas tales como: condiciones de la carpeta asfáltica, diámetros de tubería, etc. Al límite l máximo m de flujo de una rama se le denominará capacidad de flujo. M. En C. Eduardo Bustos Farías 5
6 Se quiere transportar la máxima m cantidad de flujo desde un punto de partida (fuente) o un punto final (pozo) ie. Al respecto diremos que existen muchos algoritmos especializados para dar solución n a los P.F.M. M. En C. Eduardo Bustos Farías 6
7 Observación:.Se debe considerar una red dirigida..tiene una fuente y un pozo..los otros nodos son de trasbordo. 4.Capacidad de los arcos. 5.El objetivo es determinar el patrón n factible de flujo a través s de la red que maximice el flujo total desde la fuente de destino. M. En C. Eduardo Bustos Farías 7
8 Definición n del Problema - Existe un nodo origen (con el número n ), del cual los flujos emanan. - Existe un nodo terminal (con el número n n), en el cual todos los flujos de la red son depositados. - Existen n- n nodos (númerados( del,,...,n-), en el cual el flujo que entra es igual al flujo que sale. - La capacidad C ij que transita del nodo i al nodo j, y la capacidad C ji para la dirección n opuesta.
9 El objetivo es encontrar la máxima m cantidad de flujo que salga del nodo al nodo n sin exceder la capacidad de los arcos.
10 El problema consiste en encontrar la máxima cantidad de flujo total que puede circular a través s de la red en una unidad de tiempo. El único requerimiento en ellos es que para cada nodo (que no sea la fuente o el destino) la relación n de equilibrio debe cumplirse: flujo que sale = flujo que entra M. En C. Eduardo Bustos Farías
11 i, x j U ij ij U = Dicho en términos t formales, siendo f = flujo, n = destino, l = origen: Maximizar f sujeto a: ij de la red x j ij x j ji = = f, si i = = -f, si j = n = en otro caso M. En C. Eduardo Bustos Farías capacidades en el flujo por unidad de tiempo de los diversos s arcos.
12 El algoritmo de flujo máximo m se fundamenta en pasos de sentido común: encontrar un camino que inicie en la fuente y concluya en la antifuente,, que tenga capacidad de flujo en el sentido deseado y mayor a cero para todas las ramas que integran el camino o ruta. Debemos continuar buscando caminos que vayan de fuentes a depósitos y que sigan teniendo capacidad mayor a cero para todas las ramas en el sentido del flujo. M. En C. Eduardo Bustos Farías
13 PASOS DEL ALGORITMO. Encontrar un camino que vaya del origen al destino y que tenga capacidad mayor a cero en el sentido deseado.. Encontrar la rama de menor capacidad (Pf( Pf) del camino seleccionado en el paso anterior y programar el envío o de dicha capacidad (Pf( Pf).. Para el camino elegido en el paso reducir la cantidad Pf en las ramas involucradas y aumentar dicha cantidad en el sentido contrario. 4. Repetir el procedimiento desde el paso. M. En C. Eduardo Bustos Farías
14 EJEMPLO Flujo máximom M. En C. Eduardo Bustos Farías 4
15 Una ciudad es atravesada por una red interestatal de carreteras de norte a sur que le permite alcanzar un nivel de 5, vehículos/hora en el horario pico. Debido a un programa de mantenimiento general, el cual exige cerrar dichas vías, v un grupo de ingenieros ha propuesto una red de rutas alternas para cruzar la ciudad de norte a sur, la cual incorpora avenidas importantes. M. En C. Eduardo Bustos Farías 5
16 La red propuesta es la siguiente. Incluye el número de vehículos (miles) que pueden circular por dichas vías. M. En C. Eduardo Bustos Farías 6
17 . Puede la red propuesta dar cabida a un flujo máximo m de 5, v/h de norte a sur?. Cuál l es el flujo máximo m de vehículos que permite la red cada hora?. Qué flujo se debe canalizar sobre cada rama? M. En C. Eduardo Bustos Farías 7
18 SOLUCIÓN M. En C. Eduardo Bustos Farías 8
19 M. En C. Eduardo Bustos Farías 9
20 M. En C. Eduardo Bustos Farías
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23 SOLUCIÓN FINAL = M. En C. Eduardo Bustos Farías
24 M. En C. Eduardo Bustos Farías 4
25 EJERCICIO Flujo máximom M. En C. Eduardo Bustos Farías 5
26 La compañí ñía a estatal de petróleo cuenta con una red de oleoductos que utiliza para transportar petróleo desde su refinería a (fuente) hasta diversos centros de almacenamiento. Una parte de la red de oleoductos es la siguiente: Cuál es el flujo máximo? M. En C. Eduardo Bustos Farías 6
27 Como puede observarse, las capacidades de flujo son variables como resultado de los diversos diámetros de los ductos caps.. en miles de gal.. por hora.. La empresa desea abastecer el almacén n 7, Cuál l es el flujo máximo m con el cual puede abastecerlo?. Cuánto tiempo se requiere para satisfacer una demanda de 95, galones para el mismo almacén?. Si se presentará una ruptura o cierre en el ducto que va de -, Cuál l sería a ahora el flujo máximo m para el sistema? M. En C. Eduardo Bustos Farías 7
28 SOLUCIÓN M. En C. Eduardo Bustos Farías 8
29 M. En C. Eduardo Bustos Farías 9
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33 M. En C. Eduardo Bustos Farías ++++
34 M. En C. Eduardo Bustos Farías
35 El Flujo máximo es: +++++= M. En C. Eduardo Bustos Farías 5
36 4 5 6 El Flujo máximo es: +++++= M. En C. Eduardo Bustos Farías 6
37 COMPAÑÍ ÑÍA A QUIMICA UNIDA Química unida produce pesticidas y otros productos de control agrícola. El veneno químico necesario para la producción n es depositado en grandes tambores. Una red de tubos y válvulas v regula el flujo del químico de los tambores a las diferentes áreas de producción. El departamento de seguridad debe diseñar un procedimiento que vacíe e los tambores de la forma más s rápida r posible dentro de los tubos del área de depósito, usando la misma red de tubos y válvulas. v El procedimiento debe determinar: - Qué válvulas deben abrirse y cerrarse - Estimar el tiempo total de descarga.
38 Datos El máximo flujo de a 4 es No se permite flujo de 4 a. 4 7 Tambores con químico Tubo de Seg
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