组合优化模型课件.ppt
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1、组合优化模型1第1页,此课件共31页哦第一章第一章 模模 型型1 关于模型关于模型2 数学模型数学模型3 组合优化模型组合优化模型2第2页,此课件共31页哦第一章第一章 组合优化模型组合优化模型 模型(模型(model)是所研究的系统、过程、事物或)是所研究的系统、过程、事物或概念的一种表达形式概念的一种表达形式.1 关于模型关于模型一、模型的概念一、模型的概念 模型不是研究对象本身,而是对研究对象的一种模型不是研究对象本身,而是对研究对象的一种抽象,它反映现实中对象系统的主要特征,但它又高抽象,它反映现实中对象系统的主要特征,但它又高于现实,因而具有同类问题的共性于现实,因而具有同类问题的共
2、性 .由于研究目的的不同,对于同一个对象系统,由于研究目的的不同,对于同一个对象系统,可以建立完全不同的模型,分别反映该系统的不同可以建立完全不同的模型,分别反映该系统的不同侧面;出于相同的研究目的,对于同一个对象系侧面;出于相同的研究目的,对于同一个对象系统,也可能建立不同的模型,反映不同的研究角统,也可能建立不同的模型,反映不同的研究角度、考察因素和价值取向度、考察因素和价值取向.3第3页,此课件共31页哦1 1 关于模型关于模型关于模型关于模型二、模型的本质二、模型的本质 从系统概念上看,模型是系统中各种关系的表达从系统概念上看,模型是系统中各种关系的表达形式形式.因此,建立模型要从状态
3、和过程两个方面去寻因此,建立模型要从状态和过程两个方面去寻找、把握和描述各系统要素之间的相互关系找、把握和描述各系统要素之间的相互关系.状态状态:事物在某个:事物在某个时刻所处的状况或时刻所处的状况或表现形态表现形态 过程过程:事物状态的变:事物状态的变化在时间上的持续和化在时间上的持续和空间上的延伸空间上的延伸 过程和状态两者紧密联系、不可分割,状态决过程和状态两者紧密联系、不可分割,状态决定和影响过程,过程又决定和影响新的状态定和影响过程,过程又决定和影响新的状态.状态和过程是相对的状态和过程是相对的.4第4页,此课件共31页哦 从认识论上看,模型是作为认识与实践活动的中介从认识论上看,模
4、型是作为认识与实践活动的中介.现实世界现实世界认识(信息)认识(信息)模模 型型实践活动实践活动概念化概念化用信息载体表达用信息载体表达决策(行动方案)决策(行动方案)产品和服务产品和服务模型化过程示意图模型化过程示意图模型既是认识的表达,又是实践活动的先导模型既是认识的表达,又是实践活动的先导 .模型参与认识世界和改造世界的不断的循环往复模型参与认识世界和改造世界的不断的循环往复过程,既是认识不断深化的体现,又是实践活动不断过程,既是认识不断深化的体现,又是实践活动不断拓展的体现拓展的体现.第一章第一章 组合优化模型组合优化模型5第5页,此课件共31页哦1 1 关于模型关于模型关于模型关于模
5、型 从信息论上看,模型和认识之间存在密切的反馈从信息论上看,模型和认识之间存在密切的反馈关系关系.从已知信息可以通过模型加工产生出新的信从已知信息可以通过模型加工产生出新的信息,相关信息的积累可以从量变产生质变,形成新的息,相关信息的积累可以从量变产生质变,形成新的概念,促使认识深化概念,促使认识深化.因此,模型的建立和完善不仅要注重对系统物质因此,模型的建立和完善不仅要注重对系统物质形态和能量形态的认识、把握和描述,而且也依赖于形态和能量形态的认识、把握和描述,而且也依赖于对系统相关信息不断的采集、积累和加工,这就是用对系统相关信息不断的采集、积累和加工,这就是用模型研究问题的现实活动模型研
6、究问题的现实活动.6第6页,此课件共31页哦三、模型的分类三、模型的分类1、原样模型、原样模型 原样模型原样模型是在工程开发末期建立的一种具象实是在工程开发末期建立的一种具象实体,是具有实物形态的模型体,是具有实物形态的模型 .它与目的工程在结构和过程方面基本相同它与目的工程在结构和过程方面基本相同 .原样模型经过试验改进和完善后便是所要开发原样模型经过试验改进和完善后便是所要开发的目的工程的目的工程.新产品的样机、新著作的原稿新产品的样机、新著作的原稿 第一章第一章 组合优化模型组合优化模型7第7页,此课件共31页哦1 1 关于模型关于模型关于模型关于模型2、相似模型、相似模型 相似模型相似
7、模型是根据不同系统间的相似规律(包括几是根据不同系统间的相似规律(包括几何相似、逻辑相似和过程相似等)而建立的用于研究何相似、逻辑相似和过程相似等)而建立的用于研究的模型的模型.3、图形模型、图形模型 地球仪、船体放样地球仪、船体放样模型、飞机风洞实验模模型、飞机风洞实验模拟模型等等拟模型等等图形模型图形模型可以表达非常丰富的内容,主要有:可以表达非常丰富的内容,主要有:图画图画 一种可以示形的图形;一种可以示形的图形;草图草图 一种可以示意的图形;一种可以示意的图形;框图框图 一种可以表示系统的部分之间或部分一种可以表示系统的部分之间或部分 与整体之间联系的图形;与整体之间联系的图形;称为不
8、严格图称为不严格图(没有严格的规范)(没有严格的规范)系统分析和设计人员常常借助于这些图形模型来系统分析和设计人员常常借助于这些图形模型来开发、构建一个新系统的想象力和创造力,逐步引申开发、构建一个新系统的想象力和创造力,逐步引申出与之有关的问题和需要进一步探索的问题,使所要出与之有关的问题和需要进一步探索的问题,使所要开发的系统变得越来越清晰、越来越具体开发的系统变得越来越清晰、越来越具体 .8第8页,此课件共31页哦 逻辑图逻辑图 一种可以反映因素或对象间逻辑关系一种可以反映因素或对象间逻辑关系 的图形;的图形;如:程序流程图、控如:程序流程图、控制关系图制关系图 etc.工程图工程图 一
9、种可以反映物体确定的结构和顺序一种可以反映物体确定的结构和顺序 关系的图形;关系的图形;如:建筑工程图、铁路站如:建筑工程图、铁路站场配置图场配置图 etc.图论图图论图 包括图论所定义的无向图包括图论所定义的无向图 G(V,E)、有向图有向图 G(V,A)、加权有、加权有(无无)向图向图G(V,A(E),w).关系关系 称为严格图称为严格图(有严格确定的结构形(有严格确定的结构形式和规范)式和规范)4、数学模型、数学模型 数学模型数学模型是指运用数学符号和公式来表达、研究是指运用数学符号和公式来表达、研究对象系统的结构或过程的模型对象系统的结构或过程的模型 .数学模型数学模型是用数学的语言、
10、方法去近似地刻画实际是用数学的语言、方法去近似地刻画实际,是由数字、字母或其他数学符号组成的,描述现实对是由数字、字母或其他数学符号组成的,描述现实对象数量规律的数学公式、图形或算法象数量规律的数学公式、图形或算法.是对现实对象本质属性的抽象而又简洁的刻画,是对现实对象本质属性的抽象而又简洁的刻画,它或能解释某些客观现象,或能预测未来的发展规它或能解释某些客观现象,或能预测未来的发展规律,或能为控制某一现象的发展提供某种意义下的最律,或能为控制某一现象的发展提供某种意义下的最优策略或较好策略优策略或较好策略.Go back第一章第一章 组合优化模型组合优化模型9第9页,此课件共31页哦2 数学
11、模型数学模型Example 1七桥问题七桥问题 18世纪的德国有个哥尼斯堡城,在流贯全城的普世纪的德国有个哥尼斯堡城,在流贯全城的普雷尔河两岸和河中两个岛之间架设了七座桥,把河的雷尔河两岸和河中两个岛之间架设了七座桥,把河的两岸和两岛连接起来,能否有这样一种走法,它通过两岸和两岛连接起来,能否有这样一种走法,它通过每座桥一次且仅一次每座桥一次且仅一次.该问题由该问题由Euler在在1736年解决年解决Solution:10第10页,此课件共31页哦ABCD 显然,解决该问题时,显然,解决该问题时,两岸和岛的大小、形状以及两岸和岛的大小、形状以及桥的长短曲直都无关,重要桥的长短曲直都无关,重要的
12、是什么?的是什么?每块陆地间有几每块陆地间有几座桥座桥对问题进行数学抽象:对问题进行数学抽象:把两岸和两岛都看做顶点,将连接这些顶点的桥把两岸和两岛都看做顶点,将连接这些顶点的桥当作边,于是得到一无向图当作边,于是得到一无向图.则七桥问题就成为无向图中是否存在通过每一边则七桥问题就成为无向图中是否存在通过每一边一次且仅一次的路(即一笔画)问题一次且仅一次的路(即一笔画)问题 .第一章第一章 组合优化模型组合优化模型11第11页,此课件共31页哦2 2 数学模型数学模型数学模型数学模型ABCDEuler 在他的论文中证明在他的论文中证明:一个图中存在一笔画的一个图中存在一笔画的充要条件是同时满足
13、:充要条件是同时满足:1、图是连通的;、图是连通的;2、与图中每一顶点(可能有两点例外)相连的边与图中每一顶点(可能有两点例外)相连的边 (线度)必须是偶数条(线度)必须是偶数条 .这是关于图论这是关于图论的第一篇论文的第一篇论文 见图可知,与四个顶点相连的边都是奇数条,因见图可知,与四个顶点相连的边都是奇数条,因而不可能存在通过每条边一次且仅一次的画法,即一而不可能存在通过每条边一次且仅一次的画法,即一笔画不存在笔画不存在 .故七桥问题不可能有解故七桥问题不可能有解.问题原型问题原型七桥问题七桥问题数学模型数学模型一笔画问题一笔画问题无无 解解(一次过七座桥不可能一次过七座桥不可能)无无 解
14、解(一笔画不可能一笔画不可能)数学抽象数学抽象逻辑推理逻辑推理翻译回去翻译回去有无解?有无解?这是利用数学模型分析和解决问题的一个成功范例这是利用数学模型分析和解决问题的一个成功范例12第12页,此课件共31页哦一、数学模型的特点一、数学模型的特点1、高度的抽象性高度的抽象性 数学方法不仅要抛开事物的次要属性,突出事物数学方法不仅要抛开事物的次要属性,突出事物的本质属性,而且要舍弃事物的物质和能量方面的具的本质属性,而且要舍弃事物的物质和能量方面的具体内容,只考虑其数量关系和空间形式,同时还要把体内容,只考虑其数量关系和空间形式,同时还要把这些数量关系和空间形式作进一步的抽象,加以形式这些数量
15、关系和空间形式作进一步的抽象,加以形式化和符号化,以便能够进行逻辑推理和数值运化和符号化,以便能够进行逻辑推理和数值运算算.这种高度的抽象性,实质是对事物认识上的高度这种高度的抽象性,实质是对事物认识上的高度概括和深化,对同类问题包含更多的经验和理解概括和深化,对同类问题包含更多的经验和理解.第一章第一章 组合优化模型组合优化模型13第13页,此课件共31页哦2 2 数学模型数学模型数学模型数学模型2、高度的精确性高度的精确性数学方法的高度精确性表现在三个方面:数学方法的高度精确性表现在三个方面:一是一是表达各种因素、变量和它们之间的关系相当表达各种因素、变量和它们之间的关系相当明确、清楚;明
16、确、清楚;二是二是逻辑推演和运算规则十分严密;逻辑推演和运算规则十分严密;三三是是结论非常确定结论非常确定.数学方法可以处理多变量、关系复杂的问题,可数学方法可以处理多变量、关系复杂的问题,可在有意义的范围内获得令人满意的计算精度在有意义的范围内获得令人满意的计算精度.特别适合于揭示事物的量的规定性,成为定量研特别适合于揭示事物的量的规定性,成为定量研究的有力工具究的有力工具.14第14页,此课件共31页哦3、应用的普适性应用的普适性 数学方法的高度抽象和精确,使之比任何一种科数学方法的高度抽象和精确,使之比任何一种科学方法的应用范围都更为广泛学方法的应用范围都更为广泛.只存在尚未运用数学方法
17、的领域而不存在不能运只存在尚未运用数学方法的领域而不存在不能运用数学方法的领域用数学方法的领域.许多相同形式的数学模型可用于不同的实际问许多相同形式的数学模型可用于不同的实际问题,具有重要类比和借鉴意义题,具有重要类比和借鉴意义.数学方法的形式化和数学方法的形式化和公理化,使模型本身、计算过程和计算结果都便于交公理化,使模型本身、计算过程和计算结果都便于交流,数学模型易变动,便于修改和改变计算关系,分流,数学模型易变动,便于修改和改变计算关系,分析和求解问题速度快,求解成本低析和求解问题速度快,求解成本低 .数学模型缺乏直观性、形象性和实时感数学模型缺乏直观性、形象性和实时感第一章第一章 组合
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