《優(yōu)化方法應(yīng)用》課程教學(xué)大綱

《優(yōu)化方法應(yīng)用》課程教學(xué)大綱一、課程與任課教師基本信息課程名稱：優(yōu)化方法應(yīng)用課程類別：必修課□選修課?總學(xué)時/周學(xué)時/學(xué)分：32/2/2其中實驗（實訓(xùn)、討論等）學(xué)時：0授課時間：1-16周星期二5-6節(jié)授課地點：6D-405答疑時間、地點與方式：1.周五下午安排集中答疑，地點在12B402；2.每次上課的課間和課后，采用一對一的問答方式；3.每次發(fā)放作業(yè)或上練習(xí)、討論課時，采用集中講解方式；4.通過電子郵件與電話等聯(lián)系方式答疑。二、課程簡介《優(yōu)化方法應(yīng)用》課程是工業(yè)工程專業(yè)的專業(yè)限選課程，主要講授線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、0-1規(guī)劃、非線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等運籌優(yōu)化問題的建模與求解技能。優(yōu)化問題在工業(yè)工程專業(yè)的生產(chǎn)管理、物流管理、服務(wù)運作分析等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，因此其教學(xué)工作在工業(yè)工程教學(xué)體系、專業(yè)人才培養(yǎng)計劃中占有重要地位。本課程主要培養(yǎng)學(xué)生針對優(yōu)化問題的分析、建模和求解能力，提高學(xué)生應(yīng)用工業(yè)工程專業(yè)知識解決生產(chǎn)、物流等類型實際問題的能力。三、課程目標(biāo)結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，提出本課程要達到的目標(biāo)。這些目標(biāo)包括：1、知識與技能目標(biāo)：通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握運用運籌優(yōu)化的知識與工具對工業(yè)工程的典型專業(yè)問題進行求解的方法與技能，掌握ILOGOPL、EXCEL優(yōu)化模塊等專業(yè)軟件的使用，培養(yǎng)學(xué)生解決優(yōu)化問題的能力，包括運用優(yōu)化方法與原理分析實際問題的能力、常用優(yōu)化模型的建模能力以及運用計算機軟件編程解決優(yōu)化問題的能力。掌握運用專業(yè)軟件求解線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、０－１規(guī)劃、二次規(guī)劃等類型模型以及資源配置等類型優(yōu)化問題的技能。2、過程與方法目標(biāo)：通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)工業(yè)工程師所必備的優(yōu)化建模方法，引導(dǎo)學(xué)生掌握優(yōu)化問題的典型分析思路與系統(tǒng)方法，提高運用優(yōu)化方法解決工業(yè)系統(tǒng)與服務(wù)系統(tǒng)實際問題的能力。具體而言，預(yù)期達到如下目標(biāo)：能運用運籌優(yōu)化的基本原理分析實際問題，能選擇合適的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型來針對實際問題建模；掌握優(yōu)化模型的常用建模技巧，包括決策變量、目標(biāo)函數(shù)和約束的定義，變量、約束的數(shù)量分析以及計算時間復(fù)雜度分析；能運用專業(yè)軟件工具解決常見的管理優(yōu)化問題。3、情感、態(tài)度與價值觀發(fā)展目標(biāo)：通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生樹立建模觀念、優(yōu)化觀念、系統(tǒng)觀念、實踐觀念等基本觀念，樹立嚴謹治學(xué)的科學(xué)態(tài)度、精益求精的學(xué)習(xí)精神和以大局為重的價值觀。引導(dǎo)學(xué)生樹立通過系統(tǒng)整體優(yōu)化手段可以優(yōu)化各類資源、能源利用的觀點，加深對建設(shè)節(jié)約型社會的認識。四、與前后課程的聯(lián)系本課程是工業(yè)工程專業(yè)的專業(yè)限選課程，其先修課程是管理科學(xué)與基礎(chǔ)、工業(yè)工程基礎(chǔ)，需要學(xué)生具備運籌學(xué)的基礎(chǔ)知識和工業(yè)工程的基礎(chǔ)知識。課程內(nèi)容為物流與設(shè)施規(guī)劃等后續(xù)課程的開展提供有力支撐，這些專業(yè)課程的很多經(jīng)典問題可以抽象為運籌優(yōu)化問題，采用本課程的工具進行求解。1、選用教材：葉向．實用運籌學(xué)——運用Excel2010建模和求解（第二版）．北京：中國人民大學(xué)出版社，20132、推薦參考書：朱德通.最優(yōu)化模型與實驗/應(yīng)用數(shù)學(xué)系列叢書.上海：同濟大學(xué)出版社,2004郭科.最優(yōu)化方法及其應(yīng)用.北京：高等教育出版社,2007吳祈宗.運籌學(xué)與最優(yōu)化方法.北京：機械工業(yè)出版社,2005羅中華.最優(yōu)化方法及其在機械行業(yè)中的應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社,2008六、課程進度表表1理論教學(xué)進程表周次教學(xué)主題要點與重點要求學(xué)時1優(yōu)化模型和算法介紹優(yōu)化模型和算法的重要意義，優(yōu)化問題三要素，優(yōu)化問題的一般形式和分類理解優(yōu)化問題的要素和一般形式，掌握各類優(yōu)化問題的特征和求解難度。22線性規(guī)劃模型線性規(guī)劃模型的特點及建立線性規(guī)劃模型的流程理解線性規(guī)劃模型的應(yīng)用范圍，掌握線性規(guī)劃模型的特點和建模流程。23線性規(guī)劃的靈敏度分析線性規(guī)劃靈敏度分析的分類、方法、分析掌握關(guān)于目標(biāo)函數(shù)系數(shù)變化、約束右端值變化、約束條件系數(shù)（技術(shù)系數(shù)）變化、增加新變量、增加約束條件等情形的靈敏度分析方法。24線性規(guī)劃模型的應(yīng)用與求解資源分配問題、成本收益平衡問題的建模與求解掌握資源分配問題、成本收益平衡問題的建模技巧與求解方法步驟。25線性規(guī)劃模型的應(yīng)用與求解網(wǎng)絡(luò)配送問題、混合問題的建模與求解掌握網(wǎng)絡(luò)配送問題、混合問題的建模技巧與求解方法步驟。26運輸問題的建模與求解運輸問題的數(shù)學(xué)描述形式與求解程序掌握產(chǎn)銷不平衡運輸問題的建模技巧與求解方法步驟，了解其衍生問題。27指派問題指派問題的數(shù)學(xué)描述形式與求解程序掌握指派問題的建模技巧與求解方法步驟，了解其衍生問題。28網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)化問題最小費用流問題、最大流問題的建模與求解掌握最小費用流問題、最大流問題的建模技巧與求解方法步驟，了解其應(yīng)用領(lǐng)域。29網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)化問題最短路問題、最小支撐樹問題和TSP問題的建模與求解掌握最短路問題、最小支撐樹問題和TSP問題的建模技巧與求解方法步驟，了解其應(yīng)用領(lǐng)域。210整數(shù)規(guī)劃問題整數(shù)規(guī)劃模型的建模、求解與應(yīng)用掌握整數(shù)規(guī)劃問題的建模技巧與求解方法步驟，具備采用OPL軟件編程求解整數(shù)規(guī)劃模型的能力。211基本0-1規(guī)劃問題基本0-1規(guī)劃模型的建模、求解與應(yīng)用掌握基本0-1規(guī)劃問題的建模與求解方法步驟，具備采用OPL軟件編程求解基本0-1規(guī)劃模型的能力。212高級0-1規(guī)劃問題討論0-1規(guī)劃模型的建模技巧，0-1規(guī)劃模型的約束表示方式掌握0-1規(guī)劃模型的建模技巧，具備靈活運用大M法建立復(fù)雜約束的能力，具備針對典型的實際問題建立0－1規(guī)劃模型并采用OPL軟件編程求解的能力。213動態(tài)規(guī)劃模型動態(tài)規(guī)劃模型的建模、求解與應(yīng)用掌握動態(tài)規(guī)劃模型的特點、策略、邊界條件、狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程，了解動態(tài)規(guī)劃和其他數(shù)學(xué)規(guī)劃的區(qū)別。214動態(tài)規(guī)劃典型應(yīng)用背包問題模型及其計算方法掌握背包問題模型的狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程和邊界條件的確定方法，掌握背包問題模型的計算方法，了解背包問題的應(yīng)用領(lǐng)域。215非線性規(guī)劃非線性規(guī)劃、二次規(guī)劃的基本概念和求解方法掌握非線性規(guī)劃、二次規(guī)劃的建模技巧，了解背非線性規(guī)劃、二次規(guī)劃模型的應(yīng)用領(lǐng)域，具備采用專業(yè)軟件編程求解非線性規(guī)劃和二次規(guī)劃模型的能力。216綜合應(yīng)用案例討論運籌優(yōu)化案例研討，運籌優(yōu)化技術(shù)的前沿應(yīng)用。了解運籌優(yōu)化技術(shù)在各行業(yè)的前沿應(yīng)用狀況，理解運籌優(yōu)化技術(shù)在工業(yè)工程領(lǐng)域綜合應(yīng)用的核心思想、基本原理和總體設(shè)計方法。2七、教學(xué)方法本課程的教學(xué)主要由課堂理論教學(xué)、練習(xí)、案例討論與編程演示等環(huán)節(jié)組成。鑒于優(yōu)化技能是涉及到多門課程的一種綜合性的專業(yè)應(yīng)用技能，本課程教學(xué)注重應(yīng)用教學(xué)，主要圍繞運籌優(yōu)化模型的建模技巧、應(yīng)用軟件的介紹和解決專業(yè)案例等方面培養(yǎng)學(xué)生運用優(yōu)化原理與方法構(gòu)建優(yōu)化模型的能力，并引導(dǎo)學(xué)生了解運用軟件解決實際優(yōu)化問題的流程。結(jié)合引導(dǎo)應(yīng)用問題案例、啟發(fā)式教學(xué)方法和小組項目合作等方法進行課堂教學(xué)。八、對學(xué)生學(xué)習(xí)的總體要求1、學(xué)習(xí)本課程的方法、策略及教育資源的利用。由于本課程介紹多種數(shù)學(xué)模型及其求解技巧，因此學(xué)生需要花費一定的時間思考、練習(xí)、討論才能對課程內(nèi)容融會貫通，達到課程目標(biāo)。課上做好筆記，注意老師講授的重點，注重對建模技能、編程方法與流程的理解與應(yīng)用。數(shù)學(xué)模型本身是枯燥的，但由于本課程的側(cè)重點在于模型的應(yīng)用，因此如果學(xué)生能將本課程的內(nèi)容和工業(yè)工程專業(yè)的常見問題結(jié)合起來，通過網(wǎng)絡(luò)等途徑了解本課程內(nèi)容的專業(yè)應(yīng)用案例，勤于編程練習(xí)，那么能增強學(xué)習(xí)的興趣、信心和效果。2、學(xué)生必須閱讀與選讀的課外教學(xué)材料要求學(xué)生閱讀ILOGOPL軟件的基礎(chǔ)操作介紹，選讀2～3篇關(guān)于運籌優(yōu)化模型應(yīng)用的期刊論文。3、學(xué)生完成本課程每周須耗費的時間。為掌握本課程的主要內(nèi)容，按至少1:1的比例安排課外學(xué)時（包括復(fù)習(xí)和做作業(yè)、練習(xí)的時間），學(xué)生課外每周必須花費的最少時間為2學(xué)時。4、學(xué)生的上課、實驗、討論、答疑、提交作業(yè)（論文）、單元測試、期末考試等方面的要求。要求上課認真聽課，有重點的做好筆記，積極參與課堂討論，勤于思考敢于發(fā)問，以免疑問越積越多而影響后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)；及時復(fù)習(xí)，認真理解模型、建模技巧，獨立完成作業(yè)和編程練習(xí)，勤于交流學(xué)習(xí)體會但杜絕抄襲，準(zhǔn)時交作業(yè)，仔細對照評閱情況聽老師講評。積極備考期末考試，獨立完成，杜絕作弊。5、學(xué)生參與教學(xué)評價要求。課程結(jié)束前1-2周內(nèi)，按照學(xué)校統(tǒng)一安排，通過網(wǎng)上評教系統(tǒng)，回答調(diào)查問卷，實事求是地對本課程及任課教師的教學(xué)效果作出客觀公正的評價，是學(xué)生的應(yīng)盡的權(quán)利和義務(wù)，對促進教師改進教學(xué)具有重要意義。九、成績評定方法及標(biāo)準(zhǔn)考核內(nèi)容評價標(biāo)準(zhǔn)及要求