華中科技大學(xué)數(shù)學(xué)建模課件

第四章數(shù)學(xué)規(guī)劃模型

4.1奶制品的生產(chǎn)與銷售4.2

自來(lái)水輸送與貨機(jī)裝運(yùn)4.3

汽車生產(chǎn)與原油采購(gòu)4.4

接力隊(duì)選拔和選課策略4.5

飲料廠的生產(chǎn)與檢修4.6鋼管和易拉罐下料y數(shù)學(xué)規(guī)劃模型

實(shí)際問(wèn)題中的優(yōu)化模型x~決策變量f(x)~目標(biāo)函數(shù)gi(x)0~約束條件多元函數(shù)條件極值決策變量個(gè)數(shù)n和約束條件個(gè)數(shù)m較大最優(yōu)解在可行域的邊界上取得數(shù)學(xué)規(guī)劃線性規(guī)劃非線性規(guī)劃整數(shù)規(guī)劃重點(diǎn)在模型的建立和結(jié)果的分析企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃4.1奶制品的生產(chǎn)與銷售

空間層次工廠級(jí)：根據(jù)外部需求和內(nèi)部設(shè)備、人力、原料等條件，以最大利潤(rùn)為目標(biāo)制訂產(chǎn)品生產(chǎn)計(jì)劃；車間級(jí)：根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃、工藝流程、資源約束及費(fèi)用參數(shù)等，以最小成本為目標(biāo)制訂生產(chǎn)批量計(jì)劃。時(shí)間層次若短時(shí)間內(nèi)外部需求和內(nèi)部資源等不隨時(shí)間變化，可制訂單階段生產(chǎn)計(jì)劃，否則應(yīng)制訂多階段生產(chǎn)計(jì)劃。本節(jié)課題例1加工奶制品的生產(chǎn)計(jì)劃1桶牛奶3公斤A1

12小時(shí)8小時(shí)4公斤A2

或獲利24元/公斤獲利16元/公斤50桶牛奶時(shí)間480小時(shí)至多加工100公斤A1

制訂生產(chǎn)計(jì)劃，使每天獲利最大

35元可買到1桶牛奶，買嗎？若買，每天最多買多少桶?可聘用臨時(shí)工人，付出的工資最多是每小時(shí)幾元?

A1的獲利增加到30元/公斤，應(yīng)否改變生產(chǎn)計(jì)劃？每天：1桶牛奶3公斤A1

12小時(shí)8小時(shí)4公斤A2

或獲利24元/公斤獲利16元/公斤x1桶牛奶生產(chǎn)A1

x2桶牛奶生產(chǎn)A2

獲利24×3x1

獲利16×4x2

原料供應(yīng)

勞動(dòng)時(shí)間

加工能力

決策變量

目標(biāo)函數(shù)

每天獲利約束條件非負(fù)約束

線性規(guī)劃模型(LP)時(shí)間480小時(shí)至多加工100公斤A1

50桶牛奶每天模型求解

圖解法

x1x20ABCDl1l2l3l4l5約束條件目標(biāo)函數(shù)

Z=0Z=2400Z=3600斜率為-72/64~等值線在B(20,30)點(diǎn)得到最優(yōu)解目標(biāo)函數(shù)和約束條件是線性函數(shù)可行域?yàn)橹本€段圍成的凸多邊形目標(biāo)函數(shù)的等值線為直線最優(yōu)解一定在凸多邊形的某個(gè)頂點(diǎn)取得。模型求解

軟件實(shí)現(xiàn)

LINGO9.0model:max=72*x1+64*x2;x1+x2<50;12*x1+8*x2<480;3*x1<100;endGlobaloptimalsolutionfoundatiteration:2Objectivevalue:3360.000VariableValueReducedCostX120.000000.000000X230.000000.000000RowSlackorSurplusDualPrice13360.0001.00000020.00000048.0000030.0000002.000000440.000000.000000DORANGE(SENSITIVITY)ANALYSIS?No20桶牛奶生產(chǎn)A1,30桶生產(chǎn)A2，利潤(rùn)3360元。結(jié)果解釋

Objectivevalue:3360.000Totalsolveriterations:2VariableValueReducedCostX120.000000.000000X230.000000.000000RowSlackorSurplusDualPrice13360.0001.00000020.00000048.0000030.0000002.000000440.000000.000000原料無(wú)剩余時(shí)間無(wú)剩余加工能力剩余40model:max=72*x1+64*x2;x1+x2<50;12*x1+8*x2<480;3*x1<100;end三種資源“資源”剩余為零的約束為緊約束（有效約束）結(jié)果解釋

Objectivevalue:3360.000Totalsolveriterations:2VariableValueReducedCostX120.000000.000000X230.000000.000000RowSlackorSurplusDualPrice13360.0001.00000020.00000048.0000030.0000002.000000440.000000.000000最優(yōu)解下“資源”增加1單位時(shí)“效益”的增量原料增加1單位,利潤(rùn)增長(zhǎng)48時(shí)間增加1單位,利潤(rùn)增長(zhǎng)2加工能力增長(zhǎng)不影響利潤(rùn)影子價(jià)格

35元可買到1桶牛奶，要買嗎？35<48,應(yīng)該買！聘用臨時(shí)工人付出的工資最多每小時(shí)幾元？2元！RANGESINWHICHTHEBASISISUNCHANGED:

OBJCOEFFICIENTRANGES

VARIABLECURRENTALLOWABLEALLOWABLECOEFINCREASEDECREASE

X172.00000024.0000008.000000X264.0000008.00000016.000000RIGHTHANDSIDERANGESROWCURRENTALLOWABLEALLOWABLERHSINCREASEDECREASE250.00000010.0000006.6666673480.00000053.33333280.0000004100.000000INFINITY40.000000最優(yōu)解不變時(shí)目標(biāo)函數(shù)系數(shù)允許變化范圍DORANGE(SENSITIVITY)ANALYSIS?

Yesx1系數(shù)范圍(64,96)

x2系數(shù)范圍(48,72)

A1獲利增加到30元/千克，應(yīng)否改變生產(chǎn)計(jì)劃x1系數(shù)由243=72增加為303=90，在允許范圍內(nèi)不變！(約束條件不變)結(jié)果解釋

RANGESINWHICHTHEBASISISUNCHANGED:OBJCOEFFICIENTRANGESVARIABLECURRENTALLOWABLEALLOWABLECOEFINCREASEDECREASEX172.00000024.0000008.000000X264.0000008.00000016.000000

RIGHTHANDSIDERANGESROWCURRENTALLOWABLEALLOWABLERHSINCREASEDECREASE250.00000010.0000006.6666673480.00000053.33333280.0000004100.000000INFINITY40.000000影子價(jià)格有意義時(shí)約束右端的允許變化范圍原料最多增加10時(shí)間最多增加53

35元可買到1桶牛奶，每天最多買多少？最多買10桶!(目標(biāo)函數(shù)不變)4.2

自來(lái)水輸送與貨機(jī)裝運(yùn)生產(chǎn)、生活物資從若干供應(yīng)點(diǎn)運(yùn)送到一些需求點(diǎn)，怎樣安排輸送方案使運(yùn)費(fèi)最小，或利潤(rùn)最大；運(yùn)輸問(wèn)題各種類型的貨物裝箱，由于受體積、重量等限制，如何搭配裝載，使獲利最高，或裝箱數(shù)量最少。其他費(fèi)用:450元/千噸

應(yīng)如何分配水庫(kù)供水量，公司才能獲利最多？

若水庫(kù)供水量都提高一倍，公司利潤(rùn)可增加到多少？元/千噸甲乙丙丁A160130220170B140130190150C190200230/引水管理費(fèi)例1

自來(lái)水輸送收入：900元/千噸

支出A：50B：60C：50甲：30；50乙：70；70丙：10；20?。?0；40水庫(kù)供水量(千噸)小區(qū)基本用水量(千噸)小區(qū)額外用水量(千噸)（以天計(jì)）總供水量：160確定送水方案使利潤(rùn)最大問(wèn)題分析A：50B：60C：50甲：30；50乙：70；70丙：10；20丁：10；40<總需求量：120+180=300總收入900160=144,000(元)收入：900元/千噸

其他費(fèi)用:450元/千噸

支出引水管理費(fèi)其他支出450160=72,000(元)使引水管理費(fèi)最小供應(yīng)限制約束條件需求限制

線性規(guī)劃模型(LP)目標(biāo)函數(shù)

水庫(kù)i向j區(qū)的日供水量為xij（x34=0）決策變量

模型建立確定3個(gè)水庫(kù)向4個(gè)小區(qū)的供水量模型求解

OBJECTIVEFUNCTIONVALUE1)24400.00VARIABLEVALUEREDUCEDCOSTX110.00000030.000000X1250.0000000.000000X130.00000050.000000X140.00000020.000000X210.00000010.000000

X22

50.0000000.000000X230.00000020.000000X24

10.0000000.000000X31

40.0000000.000000X320.00000010.000000X33

10.0000000.000000利潤(rùn)=總收入-其它費(fèi)用-引水管理費(fèi)=144000-72000-24400=47600（元）

A(50)B(60)C(50)甲(30;50)乙(70;70)丙(10;20)丁(10;40)5050401010引水管理費(fèi)24400(元)目標(biāo)函數(shù)

總供水量(320)>總需求量(300)每個(gè)水庫(kù)最大供水量都提高一倍利潤(rùn)=收入(900)–其它費(fèi)用(450)

–引水管理費(fèi)利潤(rùn)(元/千噸)甲乙丙丁A290320230280B310320260300C260250220/供應(yīng)限制B,C類似處理問(wèn)題討論

確定送水方案使利潤(rùn)最大需求約束可以不變求解OBJECTIVEFUNCTIONVALUE1)88700.00VARIABLEVALUEREDUCEDCOSTX110.00000020.000000X12100.0000000.000000X130.00000040.000000X140.00000020.000000

X21

30.0000000.000000X2240.0000000.000000

X230.00000010.000000X2450.0000000.000000

X31

50.0000000.000000X320.00000020.000000X33

30.0000000.000000這類問(wèn)題一般稱為“運(yùn)輸問(wèn)題”(TransportationProblem)總利潤(rùn)88700（元）

A(100)B(120)C(100)甲(30;50)乙(70;70)丙(10;20)丁(10;40)4010050305030如何裝運(yùn)，使本次飛行獲利最大？

三個(gè)貨艙最大載重(噸),最大容積(米3)

例2貨機(jī)裝運(yùn)

重量（噸）空間(米3/噸）利潤(rùn)（元/噸）貨物1184803100貨物2156503800貨物3235803500貨物4123902850三個(gè)貨艙中實(shí)際載重必須與其最大載重成比例

前倉(cāng)：10；6800中倉(cāng)：16；8700后倉(cāng)：8；5300飛機(jī)平衡決策變量

xij--第i種貨物裝入第j個(gè)貨艙的重量(噸）i=1,2,3,4,

j=1,2,3(分別代表前、中、后倉(cāng))模型假設(shè)每種貨物可以分割到任意小；貨機(jī)裝運(yùn)每種貨物可以在一個(gè)或多個(gè)貨艙中任意分布；多種貨物可以混裝，并保證不留空隙；模型建立貨艙容積

目標(biāo)函數(shù)(利潤(rùn))約束條件貨機(jī)裝運(yùn)模型建立貨艙重量

10；680016；87008；5300xij--第i種貨物裝入第j個(gè)貨艙的重量約束條件平衡要求

貨物供應(yīng)

貨機(jī)裝運(yùn)模型建立10；680016；87008；5300xij--第i種貨物裝入第j個(gè)貨艙的重量

OBJECTIVEFUNCTIONVALUE1)121515.8VARIABLEVALUEREDUCEDCOSTX110.000000400.000000X120.00000057.894737X130.000000400.000000X2110.0000000.000000X220.000000239.473679X235.0000000.000000X310.0000000.000000

X32

12.9473690.000000X33

3.0000000.000000X410.000000650.000000

X423.0526320.000000X430.000000650.000000貨物2：前倉(cāng)10,后倉(cāng)5；

貨物3:中倉(cāng)13,后倉(cāng)3；貨物4:中倉(cāng)3。貨機(jī)裝運(yùn)模型求解最大利潤(rùn)約121516元貨物~供應(yīng)點(diǎn)貨艙~需求點(diǎn)平衡要求運(yùn)輸問(wèn)題運(yùn)輸問(wèn)題的擴(kuò)展練習(xí)題（一）

某銀行經(jīng)理計(jì)劃用一筆資金進(jìn)行有價(jià)證券的投資，可供購(gòu)進(jìn)的證券以及信用等級(jí)、到期年限、收益如下表所示。按照規(guī)定，市政證券的收益可以免稅，其他證券的收益需按50%的稅率納稅。此外還有以下限制：（1）政府及代辦機(jī)構(gòu)的證券總共至少要夠進(jìn)400萬(wàn)元；（2）所購(gòu)證券的平均信用等級(jí)不超過(guò)1.4（信用等級(jí)數(shù)字越小，信用程度越高）；（3）所購(gòu)證券的平均年限不超過(guò)5年；問(wèn)題：(1)若該經(jīng)理?yè)碛?000萬(wàn)元資金，應(yīng)如何投資？(2)如果能夠以2.75%的利率借到不超過(guò)100萬(wàn)元資金，該經(jīng)理應(yīng)如何操作？(3)在1000萬(wàn)元資金情況下，若證券A的稅前收益增加為4.5%，投資應(yīng)否改變？若證券C的稅前收益減少為4.8%，投資應(yīng)否改變？證券以及信用等級(jí)、到期年限、收益表

證卷名稱證卷種類信用等級(jí)到期年限稅前收益A市政294.3B代辦機(jī)構(gòu)2155.4C政府145.0D政府134.4E市政524.5如果生產(chǎn)某一類型汽車，則至少要生產(chǎn)80輛，那么最優(yōu)的生產(chǎn)計(jì)劃應(yīng)作何改變？例1汽車廠生產(chǎn)計(jì)劃汽車廠生產(chǎn)三種類型的汽車，已知各類型每輛車對(duì)鋼材、勞動(dòng)時(shí)間的需求，利潤(rùn)及工廠每月的現(xiàn)有量。

小型中型大型

現(xiàn)有量鋼材（噸）1.535600勞動(dòng)時(shí)間（小時(shí)）28025040060000利潤(rùn)（萬(wàn)元）

234制訂月生產(chǎn)計(jì)劃，使工廠的利潤(rùn)最大。4.3

汽車生產(chǎn)與原油采購(gòu)設(shè)每月生產(chǎn)小、中、大型汽車的數(shù)量分別為x1,x2,x3汽車廠生產(chǎn)計(jì)劃模型建立

小型中型大型現(xiàn)有量鋼材1.535600時(shí)間28025040060000利潤(rùn)

234線性規(guī)劃模型(LP)模型求解

3）

模型中增加條件：x1,x2,x3

均為整數(shù)，重新求解。

OBJECTIVEFUNCTIONVALUE1)632.2581VARIABLEVALUEREDUCEDCOST

X164.5161290.000000

X2167.7419280.000000X30.0000000.946237ROWSLACKORSURPLUSDUALPRICES2)0.0000000.7311833)0.0000000.003226結(jié)果為小數(shù)，怎么辦？1）舍去小數(shù)：取x1=64，x2=167，算出目標(biāo)函數(shù)值z(mì)=629，與LP最優(yōu)值632.2581相差不大。2）試探：如取x1=65，x2=167；x1=64，x2=168等，計(jì)算函數(shù)值z(mì)，通過(guò)比較可能得到更優(yōu)的解。但必須檢驗(yàn)它們是否滿足約束條件。為什么？IP可用LINDO直接求解整數(shù)規(guī)劃(IntegerProgramming,簡(jiǎn)記IP)“gin3”表示“前3個(gè)變量為整數(shù)”，等價(jià)于：ginx1ginx2ginx3IP的最優(yōu)解x1=64，x2=168，x3=0，最優(yōu)值z(mì)=632max2x1+3x2+4x3st1.5x1+3x2+5x3<600280x1+250x2+400x3<60000endgin3OBJECTIVEFUNCTIONVALUE1)632.0000VARIABLEVALUEREDUCEDCOSTX164.000000-2.000000X2168.000000-3.000000X30.000000-4.000000模型求解

IP結(jié)果輸出其中3個(gè)子模型應(yīng)去掉，然后逐一求解，比較目標(biāo)函數(shù)值，再加上整數(shù)約束，得最優(yōu)解：方法1：分解為8個(gè)LP子模型汽車廠生產(chǎn)計(jì)劃若生產(chǎn)某類汽車，則至少生產(chǎn)80輛，求生產(chǎn)計(jì)劃。x1,x2,,x3=0或80x1=80，x2=150，x3=0，最優(yōu)值z(mì)=610LINDO中對(duì)0-1變量的限定：inty1inty2inty3方法2：引入0-1變量，化為整數(shù)規(guī)劃

M為大的正數(shù)，可取1000OBJECTIVEFUNCTIONVALUE1)610.0000VARIABLEVALUEREDUCEDCOST

X180.000000-2.000000

X2150.000000-3.000000

X30.000000-4.000000Y11.0000000.000000Y21.0000000.000000Y30.0000000.000000若生產(chǎn)某類汽車，則至少生產(chǎn)80輛，求生產(chǎn)計(jì)劃。x1=0或

80x2=0或

80x3=0或

80最優(yōu)解同前

NLP雖然可用現(xiàn)成的數(shù)學(xué)軟件求解(如LINGO,MATLAB)，但是其結(jié)果常依賴于初值的選擇。方法3：化為非線性規(guī)劃

非線性規(guī)劃（Non-LinearProgramming，簡(jiǎn)記NLP）

實(shí)踐表明，本例僅當(dāng)初值非常接近上面方法算出的最優(yōu)解時(shí)，才能得到正確的結(jié)果。

若生產(chǎn)某類汽車，則至少生產(chǎn)80輛，求生產(chǎn)計(jì)劃。x1=0或

80x2=0或

80x3=0或

80應(yīng)如何安排原油的采購(gòu)和加工

？

例2原油采購(gòu)與加工市場(chǎng)上可買到不超過(guò)1500噸的原油A：

購(gòu)買量不超過(guò)500噸時(shí)的單價(jià)為10000元/噸；購(gòu)買量超過(guò)500噸但不超過(guò)1000噸時(shí)，超過(guò)500噸的部分8000元/噸；購(gòu)買量超過(guò)1000噸時(shí)，超過(guò)1000噸的部分6000元/噸。售價(jià)4800元/噸售價(jià)5600元/噸庫(kù)存500噸庫(kù)存1000噸汽油甲(A50%)原油A原油B汽油乙(A60%)決策變量

目標(biāo)函數(shù)問(wèn)題分析利潤(rùn)：銷售汽油的收入-購(gòu)買原油A的支出難點(diǎn)：原油A的購(gòu)價(jià)與購(gòu)買量的關(guān)系較復(fù)雜甲(A50%)AB乙(A60%)購(gòu)買xx11x12x21x224.8千元/噸5.6千元/噸原油A的購(gòu)買量,原油A,B生產(chǎn)汽油甲,乙的數(shù)量c(x)~購(gòu)買原油A的支出利潤(rùn)(千元)c(x)如何表述？原油供應(yīng)

約束條件

x

500噸單價(jià)為10千元/噸；

500噸x1000噸，超過(guò)500噸的8千元/噸；1000噸x1500噸，超過(guò)1000噸的6千元/噸。目標(biāo)函數(shù)購(gòu)買xABx11x12x21x22庫(kù)存500噸庫(kù)存1000噸目標(biāo)函數(shù)中c(x)不是線性函數(shù)，是非線性規(guī)劃；對(duì)于用分段函數(shù)定義的c(x)，一般的非線性規(guī)劃軟件也難以輸入和求解；想辦法將模型化簡(jiǎn)，用現(xiàn)成的軟件求解。

汽油含原油A的比例限制約束條件甲(A50%)AB乙(A60%)x11x12x21x22x1,x2,x3~以價(jià)格10,8,6(千元/噸)采購(gòu)A的噸數(shù)目標(biāo)函數(shù)

只有當(dāng)以10千元/噸的價(jià)格購(gòu)買x1=500(噸)時(shí)，才能以8千元/噸的價(jià)格購(gòu)買x2方法1

非線性規(guī)劃模型，可以用LINGO求解模型求解x=x1+x2+x3,c(x)=10x1+8x2+6x3

500噸

x1000噸，超過(guò)500噸的8千元/噸增加約束x=x1+x2+x3,c(x)=10x1+8x2+6x3

方法1：LINGO求解Model:Max=4.8*x11+4.8*x21+5.6*x12+5.6*x22-10*x1-8*x2-6*x3;x11+x12<x+500;x21+x22<1000;x11-x21>0;2*x12-3*x22>0;x=x1+x2+x3;(x1-500)*x2=0;(x2-500)*x3=0;x1<500;x2<500;x3<500;x>0;x11>0;x12>0;x21>0;x22>0;x1>0;x2>0;x3>0;endObjectivevalue:4800.000VariableValueReducedCostX11500.00000.0000000E+00X21500.00000.0000000E+00X120.0000000E+000.0000000E+00X220.0000000E+000.0000000E+00X10.1021405E-1310.00000X20.0000000E+008.000000X30.0000000E+006.000000X0.0000000E+000.0000000E+00LINGO得到的是局部最優(yōu)解，還能得到更好的解嗎？

用庫(kù)存的500噸原油A、500噸原油B生產(chǎn)汽油甲，不購(gòu)買新的原油A，利潤(rùn)為4,800千元。

y1,y2,y3=1~以價(jià)格10,8,6(千元/噸)采購(gòu)A增加約束方法2

0-1線性規(guī)劃模型，可用LINDO求解y1,y2,y3=0或1OBJECTIVEFUNCTIONVALUE1)5000.000VARIABLEVALUEREDUCEDCOSTY11.0000000.000000Y21.0000002200.000000Y31.0000001200.000000X110.0000000.800000X210.0000000.800000X121500.0000000.000000X221000.0000000.000000X1500.0000000.000000X2500.0000000.000000X30.0000000.400000X1000.0000000.000000購(gòu)買1000噸原油A，與庫(kù)存的500噸原油A和1000噸原油B一起，生產(chǎn)汽油乙，利潤(rùn)為5,000千元。x1,x2,x3~以價(jià)格10,8,6(千元/噸)采購(gòu)A的噸數(shù)y=0x=0x>0y=1優(yōu)于方法1的結(jié)果b1b2

b3

b4方法3

b1

xb2，x=z1b1+z2b2，z1+z2=1，z1,z20,c(x)=z1c(b1)+z2c(b2).c(x)x1200090005000050010001500b2

xb3，x=z2b2+z3b3，z2+z3=1，z2,z3

0,c(x)=z2c(b2)+z3c(b3).b3

xb4，x=z3b3+z4b4，z3+z4=1，z3,z4

0,c(x)=z3c(b3)+z4c(b4).直接處理處理分段線性函數(shù)c(x)IP模型，LINDO求解，得到的結(jié)果與方法2相同.處理分段線性函數(shù)，方法3更具一般性bkxbk+1yk=1,否則,yk=0方法3

bkxbk+1,x=

zkbk+z

k+1bk+1zk+zk+1=1，zk,zk+10,c(x)=zkc(bk)+zk+1c(bk+1).c(x)x1200090005000050010001500b1b2

b3

b4對(duì)于k=1,2,3分（指）派問(wèn)題4.4

接力隊(duì)選拔和選課策略若干項(xiàng)任務(wù)分給一些候選人來(lái)完成，每人的專長(zhǎng)不同，完成每項(xiàng)任務(wù)取得的效益或需要的資源就不同，如何分派任務(wù)使獲得的總效益最大，或付出的總資源最少。若干種策略供選擇，不同的策略得到的收益或付出的成本不同，各個(gè)策略之間有相互制約關(guān)系，如何在滿足一定條件下作出決擇，使得收益最大或成本最小。丁的蛙泳成績(jī)退步到1’15”2；戊的自由泳成績(jī)進(jìn)步到57”5,組成接力隊(duì)的方案是否應(yīng)該調(diào)整？如何選拔隊(duì)員組成4100米混合泳接力隊(duì)?例1混合泳接力隊(duì)的選拔

甲乙丙丁戊蝶泳1’06”857”21’18”1’10”1’07”4仰泳1’15”61’06”1’07”81’14”21’11”蛙泳1’27”1’06”41’24”61’09”61’23”8自由泳58”653”59”457”21’02”45名候選人的百米成績(jī)窮舉法：組成接力隊(duì)的方案共有5!=120種。目標(biāo)函數(shù)若選擇隊(duì)員i參加泳姿j的比賽，記xij=1,否則記xij=0

0-1規(guī)劃模型

cij(秒)~隊(duì)員i

第j種泳姿的百米成績(jī)約束條件每人最多入選泳姿之一

ciji=1i=2i=3i=4i=5j=166.857.2787067.4j=275.66667.874.271j=38766.484.669.683.8j=458.65359.457.262.4每種泳姿有且只有1人模型求解

最優(yōu)解：x14=x21=x32=x43=1,其它變量為0;成績(jī)?yōu)?53.2(秒)=4’13”2model:MIN=66.8*x11+75.6*x12+87*x13+……83.8*x53+62.4*x54;x11+x12+x13+x14<=1;……x41+x42+x43+x44<=1;x11+x21+x31+x41+x51=1;……x14+x24+x34+x44+x54=1;@BIN(x11);……;@BIN(x54);end輸入LINGO求解

甲乙丙丁戊蝶泳1’06”857”21’18”1’10”1’07”4仰泳1’15”61’06”1’07”81’14”21’11”蛙泳1’27”1’06”41’24”61’09”61’23”8自由泳58”653”59”457”21’02”4甲~自由泳、乙~蝶泳、丙~仰泳、丁~蛙泳.丁蛙泳c43

=69.675.2，戊自由泳c54=62.4

57.5,方案是否調(diào)整？敏感性分析？乙~蝶泳、丙~仰泳、丁~蛙泳、戊~自由泳IP規(guī)劃一般沒(méi)有與LP規(guī)劃相類似的理論，LINGO輸出的敏感性分析結(jié)果通常是沒(méi)有意義的。最優(yōu)解：x21=x32=x43=x51=1,成績(jī)?yōu)?’17”7c43,c54

的新數(shù)據(jù)重新輸入模型，用LINGO求解指派(Assignment)問(wèn)題：每項(xiàng)任務(wù)有且只有一人承擔(dān)，每人只能承擔(dān)一項(xiàng)，效益不同，怎樣分派使總效益最大.討論甲~自由泳、乙~蝶泳、丙~仰泳、丁~蛙泳.原方案為了選修課程門數(shù)最少，應(yīng)學(xué)習(xí)哪些課程？

例2選課策略要求至少選兩門數(shù)學(xué)課、三門運(yùn)籌學(xué)課和兩門計(jì)算機(jī)課課號(hào)課名學(xué)分所屬類別先修課要求1微積分5數(shù)學(xué)

2線性代數(shù)4數(shù)學(xué)

3最優(yōu)化方法4數(shù)學(xué)；運(yùn)籌學(xué)微積分；線性代數(shù)4數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3數(shù)學(xué)；計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)編程5應(yīng)用統(tǒng)計(jì)4數(shù)學(xué)；運(yùn)籌學(xué)微積分；線性代數(shù)6計(jì)算機(jī)模擬3計(jì)算機(jī)；運(yùn)籌學(xué)計(jì)算機(jī)編程7計(jì)算機(jī)編程2計(jì)算機(jī)

8預(yù)測(cè)理論2運(yùn)籌學(xué)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)9數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)3運(yùn)籌學(xué)；計(jì)算機(jī)微積分；線性代數(shù)選修課程最少，且學(xué)分盡量多，應(yīng)學(xué)習(xí)哪些課程？

0-1規(guī)劃模型

決策變量

目標(biāo)函數(shù)

xi=1~選修課號(hào)i的課程（xi=0~不選）

選修課程總數(shù)最少約束條件最少2門數(shù)學(xué)課，3門運(yùn)籌學(xué)課，2門計(jì)算機(jī)課。

課號(hào)課名所屬類別1微積分?jǐn)?shù)學(xué)2線性代數(shù)數(shù)學(xué)3最優(yōu)化方法數(shù)學(xué)；運(yùn)籌學(xué)4數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)；計(jì)算機(jī)5應(yīng)用統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)；運(yùn)籌學(xué)6計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算機(jī)；運(yùn)籌學(xué)7計(jì)算機(jī)編程計(jì)算機(jī)8預(yù)測(cè)理論運(yùn)籌學(xué)9數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)運(yùn)籌學(xué)；計(jì)算機(jī)先修課程要求最優(yōu)解：

x1=x2=x3=x6=x7=x9=1,其它為0；6門課程，總學(xué)分210-1規(guī)劃模型

約束條件x3=1必有x1=x2=1模型求解（LINGO）課號(hào)課名先修課要求1微積分

2線性代數(shù)

3最優(yōu)化方法微積分；線性代數(shù)4數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)編程5應(yīng)用統(tǒng)計(jì)微積分；線性代數(shù)6計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算機(jī)編程7計(jì)算機(jī)編程

8預(yù)測(cè)理論應(yīng)用統(tǒng)計(jì)9數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)微積分；線性代數(shù)學(xué)分最多多目標(biāo)優(yōu)化的處理方法：化成單目標(biāo)優(yōu)化。兩目標(biāo)(多目標(biāo))規(guī)劃

討論：選修課程最少，學(xué)分盡量多，應(yīng)學(xué)習(xí)哪些課程？課程最少以學(xué)分最多為目標(biāo)，不管課程多少。以課程最少為目標(biāo)，不管學(xué)分多少。最優(yōu)解如上，6門課程，總學(xué)分21。最優(yōu)解顯然是選修所有9門課程。多目標(biāo)規(guī)劃

在課程最少的前提下以學(xué)分最多為目標(biāo)。最優(yōu)解：

x1=x2=x3=x5=x7=x9=1,其它為0；總學(xué)分由21增至22。注意：最優(yōu)解不唯一！課號(hào)課名學(xué)分1微積分52線性代數(shù)43最優(yōu)化方法44數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)35應(yīng)用統(tǒng)計(jì)46計(jì)算機(jī)模擬37計(jì)算機(jī)編程28預(yù)測(cè)理論29數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)3LINGO無(wú)法告訴優(yōu)化問(wèn)題的解是否唯一?？蓪9=1易為x6=1增加約束，以學(xué)分最多為目標(biāo)求解。多目標(biāo)規(guī)劃

對(duì)學(xué)分?jǐn)?shù)和課程數(shù)加權(quán)形成一個(gè)目標(biāo)，如三七開(kāi)。最優(yōu)解：

x1=x2=x3=x4=x5=x6=x7=x9=1，其它為0；總學(xué)分28。課號(hào)課名學(xué)分1微積分52線性代數(shù)43最優(yōu)化方法44數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)35應(yīng)用統(tǒng)計(jì)46計(jì)算機(jī)模擬37計(jì)算機(jī)編程28預(yù)測(cè)理論29數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)3討論與思考最優(yōu)解與1=0，2=1的結(jié)果相同——學(xué)分最多多目標(biāo)規(guī)劃

最優(yōu)解與1=1，2=0的結(jié)果相同——課程最少4.5

飲料廠的生產(chǎn)與檢修單階段生產(chǎn)計(jì)劃多階段生產(chǎn)計(jì)劃生產(chǎn)批量問(wèn)題企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃考慮與產(chǎn)量無(wú)關(guān)的固定費(fèi)用給優(yōu)化模型求解帶來(lái)新的困難外部需求和內(nèi)部資源隨時(shí)間變化安排生產(chǎn)計(jì)劃,滿足每周的需求,使4周總費(fèi)用最小。存貯費(fèi):每周每千箱飲料0.2千元。例1

飲料廠的生產(chǎn)與檢修計(jì)劃在4周內(nèi)安排一次設(shè)備檢修，占用當(dāng)周15千箱生產(chǎn)能力，能使檢修后每周增產(chǎn)5千箱，檢修應(yīng)排在哪一周?

周次需求量(千箱)生產(chǎn)能力(千箱)成本(千元/千箱)115305.0225405.1335455.4425205.5合計(jì)100135

某種飲料4周的需求量、生產(chǎn)能力和成本問(wèn)題分析除第4周外每周的生產(chǎn)能力超過(guò)每周的需求；生產(chǎn)成本逐周上升；前幾周應(yīng)多生產(chǎn)一些。周次需求能力11530225403354542520合計(jì)100135成本5.05.15.45.5

飲料廠在第1周開(kāi)始時(shí)沒(méi)有庫(kù)存；從費(fèi)用最小考慮,第4周末不能有庫(kù)存；周末有庫(kù)存時(shí)需支出一周的存貯費(fèi)；每周末的庫(kù)存量等于下周初的庫(kù)存量。模型假設(shè)

目標(biāo)函數(shù)約束條件產(chǎn)量、庫(kù)存與需求平衡決策變量

能力限制非負(fù)限制模型建立x1~x4：第1~4周的生產(chǎn)量y1~y3：第1~3周末庫(kù)存量周次需求能力11530225403354542520成本5.05.15.45.5存貯費(fèi):0.2(千元/周?千箱)模型求解

4周生產(chǎn)計(jì)劃的總費(fèi)用為528(千元)最優(yōu)解：x1~x4：15，40，25，20；

y1~y3：

0，15，5.周次需求能力11530225403354542520成本5.05.15.45.5產(chǎn)量15402520庫(kù)存01550LINDO求解檢修計(jì)劃0-1變量wt

：wt=1~檢修安排在第t周(t=1,2,3,4）在4周內(nèi)安排一次設(shè)備檢修，占用當(dāng)周15千箱生產(chǎn)能力，能使檢修后每周增產(chǎn)5千箱，檢修應(yīng)排在哪一周?

檢修安排在任一周均可周次需求能力11530225403354542520成本5.05.15.45.5約束條件能力限制產(chǎn)量、庫(kù)存與需求平衡條件不變?cè)黾蛹s束條件：檢修1次檢修計(jì)劃目標(biāo)函數(shù)不變0-1變量wt

：wt=1~檢修安排在第t周(t=1,2,3,4）LINDO求解總費(fèi)用由528千元降為527千元檢修所導(dǎo)致的生產(chǎn)能力提高的作用,需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能得到充分體現(xiàn)。最優(yōu)解：w1=1,w2,w3,

w4=0;x1~x4：15,45,15,25；

y1~y3：0,20,0.例2飲料的生產(chǎn)批量問(wèn)題安排生產(chǎn)計(jì)劃,滿足每周的需求,使4周總費(fèi)用最小。存貯費(fèi):每周每千箱飲料0.2千元。飲料廠使用同一條生產(chǎn)線輪流生產(chǎn)多種飲料。若某周開(kāi)工生產(chǎn)某種飲料,需支出生產(chǎn)準(zhǔn)備費(fèi)8千元。

某種飲料4周的需求量、生產(chǎn)能力和成本周次需求量(千箱)生產(chǎn)能力(千箱)成本(千元/千箱)115305.0225405.1335455.4425205.5合計(jì)100135

生產(chǎn)批量問(wèn)題的一般提法ct~時(shí)段t生產(chǎn)費(fèi)用(元/件)；ht~時(shí)段t(末)庫(kù)存費(fèi)(元/件)；st

~時(shí)段t生產(chǎn)準(zhǔn)備費(fèi)(元)；dt

~時(shí)段t市場(chǎng)需求(件)；Mt~時(shí)段t生產(chǎn)能力(件)。假設(shè)初始庫(kù)存為0制訂生產(chǎn)計(jì)劃,滿足需求,并使T個(gè)時(shí)段的總費(fèi)用最小。決策變量

xt

~時(shí)段t生產(chǎn)量；yt

~時(shí)段t(末)庫(kù)存量；wt=1~時(shí)段t開(kāi)工生產(chǎn)(wt=0~不開(kāi)工)。目標(biāo)約束混合0-1規(guī)劃模型

最優(yōu)解：x1~x4：15，40，45，0；總費(fèi)用：554.0(千元)生產(chǎn)批量問(wèn)題的一般提法將所給參數(shù)代入模型，用LINDO求解生產(chǎn)中通過(guò)切割、剪裁、沖壓等手段，將原材料加工成所需大小§6鋼管和易拉罐下料（整數(shù)規(guī)劃與非線性規(guī)劃）原料下料問(wèn)題按照工藝要求，確定下料方案，使所用材料最省，或利潤(rùn)最大問(wèn)題1.如何下料最節(jié)省?例1

鋼管下料問(wèn)題2.客戶增加需求：原料鋼管:每根19米4米50根6米20根8米15根客戶需求節(jié)省的標(biāo)準(zhǔn)是什么？由于采用不同切割模式太多，會(huì)增加生產(chǎn)和管理成本，規(guī)定切割模式不能超過(guò)3種。如何下料最節(jié)??？5米10根按照客戶需要在一根原料鋼管上安排切割的一種組合。

切割模式余料1米4米1根6米1根8米1根余料3米4米1根6米1根6米1根合理切割模式的余料應(yīng)小于客戶需要鋼管的最小尺寸余料3米8米1根8米1根鋼管下料為滿足客戶需要，按照哪些種合理模式，每種模式切割多少根原料鋼管，最為節(jié)省？合理切割模式2.所用原料鋼管總根數(shù)最少模式

4米鋼管根數(shù)6米鋼管根數(shù)8米鋼管根數(shù)余料(米)14003231013201341203511116030170023鋼管下料問(wèn)題1兩種標(biāo)準(zhǔn)1.原料鋼管剩余總余量最小xi~按第i種模式切割的原料鋼管根數(shù)(i=1,2,…7)約束滿足需求決策變量

目標(biāo)1（總余量）模式4米根數(shù)6米根數(shù)8米根數(shù)余料14003231013201341203511116030170023需求502015整數(shù)約束：xi為整數(shù)模型求解1.的整數(shù)線性規(guī)劃模型（加上整數(shù)約束）輸入LINGO如下：

model:min=3*x1+x2+3*x3+3*x4+x5+x6+3*x7;4*x1+3*x2+2*x3+x4+x5>=50;x2+2*x4+x5+3*x6>=20;x3+x5+2*x7>=15;@gin(x1);@gin(x2);@gin(x3);@gin(x4);@gin(x5);@gin(x6);@gin(x7);end求解可以得到最優(yōu)解如下：OBJECTIVEFUNCTIONVALUE:27.00000VARIABLEVALUEREDUCEDCOSTX10.0000003.000000X212.0000001.000000X30.0000003.000000X40.0000003.000000X515.0000001.000000X60.0000001.000000X70.0000003.000000

最優(yōu)解：x2=12,x5=15,其余為0；最優(yōu)值：27。按模式2切割12根,按模式5切割15根，余料27米

當(dāng)余料沒(méi)有用處時(shí)，通常以總根數(shù)最少為目標(biāo)目標(biāo)2（總根數(shù)）鋼管下料問(wèn)題1約束條件不變最優(yōu)解：x2=15,x5=5,x7=5,其余為0；最優(yōu)值：25。xi為整數(shù)按模式2切割15根，按模式5切割5根，按模式7切割5根，共25根，余料35米雖余料增加8米，但減少了2根與目標(biāo)1的結(jié)果“共切割27根，余料27米”相比鋼管下料問(wèn)題2對(duì)大規(guī)模問(wèn)題，用模型的約束條件界定合理模式增加一種需求：5米10根；切割模式不超過(guò)3種。現(xiàn)有4種需求：4米50根，5米10根，6米20根，8米15根，用枚舉法確定合理切割模式，過(guò)于復(fù)雜。決策變量

xi~按第i種模式切割的原料鋼管根數(shù)(i=1,2,3)r1i,r2i,r3i,r4i~第i種切割模式下，每根原料鋼管生產(chǎn)4米、5米、6米和8米長(zhǎng)的鋼管的數(shù)量滿足需求模式合理：每根余料不超過(guò)3米整數(shù)非線性規(guī)劃模型鋼管下料問(wèn)題2目標(biāo)函數(shù)（總根數(shù)）約束條件整數(shù)約束：xi,r1i,r2i,r3i,r4i(i=1,2,3)為整數(shù)增加約束，縮小可行域，便于求解原料鋼管總根數(shù)下界：

特殊生產(chǎn)計(jì)劃：對(duì)每根原料鋼管模式1：切割成4根4米鋼管，需13根；模式2：切割成1根5米和2根6米鋼管，需10根；模式3：切割成2根8米鋼管，需8根。原料鋼管總根數(shù)上界：13+10+8=31模式排列順序可任定

鋼管下料問(wèn)題2需求：4米50根，5米10根，6米20根，8米15根每根原料鋼管長(zhǎng)19米將（37）~（46）構(gòu)成的模型輸入LINGO如下：model:Title鋼管下料

-最小化鋼管根數(shù)的LINGO模型;min=x1+x2+x3;x1*r11+x2*r12+x3*r13>=50;x1*r21+x2*r22+x3*r23>=10;x1*r31+x2*r32+x3*r33>=20;x1*r41+x2*r42+x3*r43>=15;4*r11+5*r21+6*r31+8*r41<=19;4*r12+5*r22+6*r32+8*r42<=19;4*r13+5*r23+6*r33+8*r43<=19;4*r11+5*r21+6*r31+8*r41>=16;4*r12+5*r22+6*r32+8*r42>=16;4*r13+5*r23+6*r33+8*r43>=16;x1+x2+x3>=26;x1+x2+x3<=31;x1>=x2;x2>=x3;@gin(x1);@gin(x2);@gin(x3);@gin(r11);@gin(r12);@gin(r13);@gin(r21);@gin(r22);@gin(r23);@gin(r31);@gin(r32);@gin(r33);@gin(r41);@gin(r42);@gin(r43);end

LINGO求解整數(shù)非線性規(guī)劃模型Localoptimalsolutionfoundatiteration:12211Objectivevalue:28.00000VariableValueReducedCostX110.000000.000000X210.00000