数学规划模型.ppt

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1、数学规划模型,数学规划模型,实际问题中的优化模型,x决策变量,f(x)目标函数,gi(x)0约束条件,多元函数条件极值,决策变量个数n和约束条件个数m较大,最优解在可行域的边界上取得,数学规划,线性规划非线性规划整数规划,重点在模型的建立和结果的分析,企业生产计划,1奶制品的生产与销售,空间层次,工厂级：根据外部需求和内部设备、人力、原料等条件，以最大利润为目标制订产品生产计划；,车间级：根据生产计划、工艺流程、资源约束及费用参数等，以最小成本为目标制订生产批量计划。,时间层次,若短时间内外部需求和内部资源等不随时间变化，可制订单阶段生产计划，否则应制订多阶段生产计划。,例1加工奶制品的生产计

2、划,50桶牛奶,时间480小时,至多加工100公斤A1,制订生产计划，使每天获利最大,35元可买到1桶牛奶，买吗？若买，每天最多买多少?,可聘用临时工人，付出的工资最多是每小时几元?,A1的获利增加到30元/公斤，应否改变生产计划？,每天：,x1桶牛奶生产A1,x2桶牛奶生产A2,获利243x1,获利164x2,原料供应,劳动时间,加工能力,决策变量,目标函数,每天获利,约束条件,非负约束,线性规划模型(LP),时间480小时,至多加工100公斤A1,模型分析与假设,比例性,可加性,连续性,xi对目标函数的“贡献”与xi取值成正比,xi对约束条件的“贡献”与xi取值成正比,xi对目标函数的“贡

3、献”与xj取值无关,xi对约束条件的“贡献”与xj取值无关,xi取值连续,A1,A2每公斤的获利是与各自产量无关的常数,每桶牛奶加工出A1,A2的数量和时间是与各自产量无关的常数,A1,A2每公斤的获利是与相互产量无关的常数,每桶牛奶加工出A1,A2的数量和时间是与相互产量无关的常数,加工A1,A2的牛奶桶数是实数,线性规划模型,模型求解,图解法,约束条件,目标函数,z=c(常数)等值线,在B(20,30)点得到最优解,目标函数和约束条件是线性函数,可行域为直线段围成的凸多边形,目标函数的等值线为直线,最优解一定在凸多边形的某个顶点取得。,模型求解,软件实现,LINDO6.1,max72x1+

4、64x2st2）x1+x2503）12x1+8x24804）3x1”（或“=”（或“=”）功能相同变量与系数间可有空格(甚至回车),但无运算符变量名以字母开头，不能超过8个字符变量名不区分大小写（包括LINDO中的关键字）目标函数所在行是第一行，第二行起为约束条件行号(行名)自动产生或人为定义。行名以“）”结束行中注有“!”符号的后面部分为注释。如:!ItsComment.在模型的任何地方都可以用“TITLE”对模型命名（最多72个字符），如：TITLEThisModelisonlyanExample,变量不能出现在一个约束条件的右端表达式中不接受括号“()”和逗号“,”等任何符号,例:400

5、(X1+X2)需写为400X1+400X2表达式应化简，如2X1+3X2-4X1应写成-2X1+3X2缺省假定所有变量非负；可在模型的“END”语句后用“FREEname”将变量name的非负假定取消可在“END”后用“SUB”或“SLB”设定变量上下界例如：“subx110”的作用等价于“x1=10”但用“SUB”和“SLB”表示的上下界约束不计入模型的约束，也不能给出其松紧判断和敏感性分析。14.“END”后对0-1变量说明：INTn或INTname15.“END”后对整数变量说明：GINn或GINname,使用LINDO的一些注意事项,结果解释,OBJECTIVEFUNCTIONVALU

6、E1)3360.000VARIABLEVALUEREDUCEDCOSTX120.0000000.000000X230.0000000.000000ROWSLACKORSURPLUSDUALPRICES2)0.00000048.0000003)0.0000002.0000004)40.0000000.000000NO.ITERATIONS=2,原料无剩余,时间无剩余,加工能力剩余40,max72x1+64x2st2）x1+x2503）12x1+8x24804）3x1100end,三种资源,“资源”剩余为零的约束为紧约束（有效约束）,结果解释,OBJECTIVEFUNCTIONVALUE1)336

7、0.000VARIABLEVALUEREDUCEDCOSTX120.0000000.000000X230.0000000.000000ROWSLACKORSURPLUSDUALPRICES2)0.00000048.0000003)0.0000002.0000004)40.0000000.000000NO.ITERATIONS=2,最优解下“资源”增加1单位时“效益”的增量,原料增加1单位,利润增长48,时间增加1单位,利润增长2,加工能力增长不影响利润,影子价格,35元可买到1桶牛奶，要买吗？,3548,应该买！,聘用临时工人付出的工资最多每小时几元？,2元！,RANGESINWHICHTHE

8、BASISISUNCHANGED:OBJCOEFFICIENTRANGESVARIABLECURRENTALLOWABLEALLOWABLECOEFINCREASEDECREASEX172.00000024.0000008.000000X264.0000008.00000016.000000RIGHTHANDSIDERANGESROWCURRENTALLOWABLEALLOWABLERHSINCREASEDECREASE250.00000010.0000006.6666673480.00000053.33333280.0000004100.000000INFINITY40.000000,最优解

9、不变时目标函数系数允许变化范围,DORANGE(SENSITIVITY)ANALYSIS?,Yes,x1系数范围(64,96),x2系数范围(48,72),A1获利增加到30元/千克，应否改变生产计划,x1系数由243=72增加为303=90，在允许范围内,不变！,(约束条件不变),结果解释,RANGESINWHICHTHEBASISISUNCHANGED:OBJCOEFFICIENTRANGESVARIABLECURRENTALLOWABLEALLOWABLECOEFINCREASEDECREASEX172.00000024.0000008.000000X264.0000008.000000

10、16.000000RIGHTHANDSIDERANGESROWCURRENTALLOWABLEALLOWABLERHSINCREASEDECREASE250.00000010.0000006.6666673480.00000053.33333280.0000004100.000000INFINITY40.000000,影子价格有意义时约束右端的允许变化范围,原料最多增加10,时间最多增加53,35元可买到1桶牛奶，每天最多买多少？,最多买10桶!,(目标函数不变),例2奶制品的生产销售计划,在例1基础上深加工,制订生产计划，使每天净利润最大,30元可增加1桶牛奶，3元可增加1小时时间，应否投资

11、？现投资150元，可赚回多少？,50桶牛奶,480小时,至多100公斤A1,B1，B2的获利经常有10%的波动，对计划有无影响？,出售x1千克A1,x2千克A2，,X3千克B1,x4千克B2,原料供应,劳动时间,加工能力,决策变量,目标函数,利润,约束条件,非负约束,x5千克A1加工B1，x6千克A2加工B2,附加约束,模型求解,软件实现,LINDO6.1,OBJECTIVEFUNCTIONVALUE1)3460.800VARIABLEVALUEREDUCEDCOSTX10.0000001.680000X2168.0000000.000000X319.2000010.000000X40.000

12、0000.000000X524.0000000.000000X60.0000001.520000ROWSLACKORSURPLUSDUALPRICES2)0.0000003.1600003)0.0000003.2600004)76.0000000.0000005)0.00000044.0000006)0.00000032.000000NO.ITERATIONS=2,OBJECTIVEFUNCTIONVALUE1)3460.800VARIABLEVALUEREDUCEDCOSTX10.0000001.680000X2168.0000000.000000X319.2000010.000000X40

13、.0000000.000000X524.0000000.000000X60.0000001.520000ROWSLACKORSURPLUSDUALPRICES2)0.0000003.1600003)0.0000003.2600004)76.0000000.0000005)0.00000044.0000006)0.00000032.000000NO.ITERATIONS=2,结果解释,每天销售168千克A2和19.2千克B1，利润3460.8（元）,8桶牛奶加工成A1，42桶牛奶加工成A2，将得到的24千克A1全部加工成B1,除加工能力外均为紧约束,结果解释,OBJECTIVEFUNCTIONV

14、ALUE1)3460.800VARIABLEVALUEREDUCEDCOSTX10.0000001.680000X2168.0000000.000000X319.2000010.000000X40.0000000.000000X524.0000000.000000X60.0000001.520000ROWSLACKORSURPLUSDUALPRICES2)0.0000003.1600003)0.0000003.2600004)76.0000000.0000005)0.00000044.0000006)0.00000032.000000,增加1桶牛奶使利润增长3.1612=37.92,增加1小时

15、时间使利润增长3.26,30元可增加1桶牛奶，3元可增加1小时时间，应否投资？现投资150元，可赚回多少？,投资150元增加5桶牛奶，可赚回189.6元。（大于增加时间的利润增长）,结果解释,B1,B2的获利有10%的波动，对计划有无影响,RANGESINWHICHTHEBASISISUNCHANGED:OBJCOEFFICIENTRANGESVARIABLECURRENTALLOWABLEALLOWABLECOEFINCREASEDECREASEX124.0000001.680000INFINITYX216.0000008.1500002.100000X344.00000019.750002

16、3.166667X432.0000002.026667INFINITYX5-3.00000015.8000002.533334X6-3.0000001.520000INFINITY,B1获利下降10%，超出X3系数允许范围,B2获利上升10%，超出X4系数允许范围,波动对计划有影响,生产计划应重新制订：如将x3的系数改为39.6计算，会发现结果有很大变化。,Discussions,分派问题,2接力队选拔和选课策略,若干项任务分给一些候选人来完成，每人的专长不同，完成每项任务取得的效益或需要的资源就不同，如何分派任务使获得的总效益最大，或付出的总资源最少。,若干种策略供选择，不同的策略得到的收益

17、或付出的成本不同，各个策略之间有相互制约关系，如何在满足一定条件下作出决择，使得收益最大或成本最小。,丁的蛙泳成绩退步到115”2；戊的自由泳成绩进步到57”5,组成接力队的方案是否应该调整？,如何选拔队员组成4100米混合泳接力队?,例1混合泳接力队的选拔,5名候选人的百米成绩,穷举法：组成接力队的方案共有5!=120种。,目标函数,若选择队员i参加泳姿j的比赛，记xij=1,否则记xij=0,0-1规划模型,cij(秒)队员i第j种泳姿的百米成绩,约束条件,每人最多入选泳姿之一,每种泳姿有且只有1人,模型求解,最优解：x14=x21=x32=x43=1,其它变量为0;成绩为253.2(秒)

18、=413”2,MIN66.8x11+75.6x12+87x13+58.6x14+67.4x51+71x52+83.8x53+62.4x54SUBJECTTOx11+x12+x13+x14=10;x1*r31+x2*r32+x3*r33=20;x1*r41+x2*r42+x3*r43=15;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=x2;x2=x3;gin(x1);gin(x2);gin(x3);gin(r11);gin(r12);g

19、in(r13);gin(r21);gin(r22);gin(r23);gin(r31);gin(r32);gin(r33);gin(r41);gin(r42);gin(r43);end,LINGO求解整数非线性规划模型,Localoptimalsolutionfoundatiteration:12211Objectivevalue:28.00000VariableValueReducedCostX110.000000.000000X210.000002.000000X38.0000001.000000R113.0000000.000000R122.0000000.000000R130.0000

20、000.000000R210.0000000.000000R221.0000000.000000R230.0000000.000000R311.0000000.000000R321.0000000.000000R330.0000000.000000R410.0000000.000000R420.0000000.000000R432.0000000.000000,模式1：每根原料钢管切割成3根4米和1根6米钢管，共10根；模式2：每根原料钢管切割成2根4米、1根5米和1根6米钢管，共10根；模式3：每根原料钢管切割成2根8米钢管，共8根。原料钢管总根数为28根。,将目标函数的表示方式从“MAX”

21、变成了“MAX=”;“ST”(SubjectTo)在LINGO模型中不需要，被删除；在系数与变量之间增加运算符“*”(即乘号不能省略);每行(目标、约束和说明语句)后面增加一个分号“;”；约束的名字被放到“”中，不放在右半括号“)”前；LINGO中模型以“MODEL：”开始，以“END”结束。对简单的模型，这两个语句也可以省略。,LINGO与LINDO的区别,板材规格2：长方形，3228cm，2万张。,例2易拉罐下料,每周工作40小时，每只易拉罐利润0.10元，原料余料损失0.001元/cm2（不能装配的罐身、盖、底也是余料）,罐身高10cm，上盖、下底直径均5cm。,板材规格1：正方形，边长

22、24cm，5万张。,如何安排每周生产？,模式1:正方形边长24cm,问题分析,计算各种模式下的余料损失,上、下底直径d=5cm，罐身高h=10cm。,模式1余料损失242-10d2/4-dh=222.6cm2,问题分析,目标:易拉罐利润扣除原料余料损失后的净利润最大,约束：每周工作时间不超过40小时；原料数量：规格1（模式13）5万张，规格2（模式4）2万张；罐身和底、盖的配套组装。,注意：不能装配的罐身、上下底也是余料,决策变量,xi按照第i种模式的生产张数(i=1,2,3,4)；y1一周生产的易拉罐个数；y2不配套的罐身个数；y3不配套的底、盖个数。,模型建立,目标,约束条件,时间约束,原

23、料约束,模型建立,y1易拉罐个数；y2不配套的罐身；y3不配套的底、盖。,每只易拉罐利润0.10元，余料损失0.001元/cm2,罐身面积dh=157.1cm2底盖面积d2/4=19.6cm2,(40小时),约束条件,配套约束,y1易拉罐个数；y2不配套的罐身；y3不配套的底、盖。,虽然xi和y1，y2，y3应是整数，但是因生产量很大，可以把它们看成实数，从而用线性规划模型处理。,将所有决策变量扩大10000倍（xi万张，yi万件）,LINDO发出警告信息：“数据之间的数量级差别太大，建议进行预处理，缩小数据之间的差别”,模式2生产40125张，模式3生产3750张，模式4生产20000张，共

24、产易拉罐160250个(罐身和底、盖无剩余)，净利润为4298元,模型求解,OBJECTIVEFUNCTIONVALUE1)0.4298337VARIABLEVALUEREDUCEDCOSTY116.0250000.000000X10.0000000.000050X24.0125000.000000X30.3750000.000000X42.0000000.000000Y20.0000000.223331Y30.0000000.036484,下料问题的建模,确定下料模式,构造优化模型,规格不太多，可枚举下料模式，建立整数线性规划模型，否则要构造整数非线性规划模型，求解困难，可用缩小可行域的方法进行化简，但要保证最优解的存在。,一维问题（如钢管下料）,二维问题（如易拉罐下料）,具体问题具体分析（比较复杂）,Discussions,