线性规划整数规划01规划ppt课件.ppt
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1、认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目一、引言一、引言 我们从我们从2005年年“高教社杯高教社杯”全国大学生数模全国大学生数模竞竞谈起谈起.其中第二个问题是一个如何来分配有限资源,其中第二个问题是一个如何来分配有限资源,从而达到人们期望目标的优化分配数学模型从而达到人们期望目标的优化分配数学模型.这类问题一般可以归结为这类问题一般可以归结为数学规划模型数学规划模型.赛的赛的B题题“DVD在线租赁在线租赁”问题的第二问和第三问问题的第二问和第三问 认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来
2、国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目 规划模型的应用极其广泛,其作用已为越来规划模型的应用极其广泛,其作用已为越来来越急速地渗透于工农业生产、商业活动、军事来越急速地渗透于工农业生产、商业活动、军事行为核科学研究的各个方面,为社会节省的财富、行为核科学研究的各个方面,为社会节省的财富、创造的价值无法估量创造的价值无法估量.特别是在数模竞赛过程中,规划模型是最常特别是在数模竞赛过程中,规划模型是最常见的一类数学模型见的一类数学模型.从历年全国大学生数模竞赛从历年全国大学生数模竞赛越多的人所重视越多的人所重视.随着计算机的逐渐普及,它越随着计算机的逐渐普及,它越试题的解题方法统计结果
3、来看,每年至少有一道试题的解题方法统计结果来看,每年至少有一道题涉及到利用规划理论来分析、求解题涉及到利用规划理论来分析、求解.认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目二、线性规划模型二、线性规划模型 线性规划模型是所有规划模型中最基本、最线性规划模型是所有规划模型中最基本、最例例1.(食谱问题)设有食谱问题)设有 n 种食物,各含种食物,各含 m 种营养种营养素,第素,第 j 种食物中第种食物中第 i 中营养素的含量为中营养素的含量为 aij,n 种种食物价格分别为食物价格分别为c1,c2,cn,请确定食谱中,请确
4、定食谱中n 种食种食物的数量物的数量x1,x2,xn,要求在食谱中,要求在食谱中 m 种营养素种营养素简单的一种简单的一种.2.1 2.1 线性规划模型的标准形式线性规划模型的标准形式 的含量分别不低于的含量分别不低于b1,b2,bm 的情况下,使得总的情况下,使得总总的费用最低总的费用最低.认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目 首先根据食物数量及价格可写出食谱费用为首先根据食物数量及价格可写出食谱费用为 其次食谱中第其次食谱中第 i 种营养素的含量为种营养素的含量为 因此上述问题可表述为:因此上述问题可表述为:
5、解解认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目 上述食谱问题就是一个典型的线性规划问题,上述食谱问题就是一个典型的线性规划问题,寻求以线性函数的最大(小)值为目标的数学模寻求以线性函数的最大(小)值为目标的数学模型型.它是指在一组线性的等式或不等式的约束条件下,它是指在一组线性的等式或不等式的约束条件下,认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目线性规划模型的三种形式线性规划模型的三种形式 一般形式一般形式 目标函数目标函数价值向量价值向量价值
6、系数价值系数决策变量决策变量右端向量右端向量系系数数矩矩阵阵非负约束非负约束自由变量自由变量认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目规范形式规范形式标准形式标准形式 三种形式的三种形式的LP问题全都是等价的,即一种问题全都是等价的,即一种形式的形式的LP可以简单的变换为另一种形式的可以简单的变换为另一种形式的LP,且它们有相同的解且它们有相同的解.以下我们仅将一般形式化成规范形式和标准以下我们仅将一般形式化成规范形式和标准形式形式.认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度
7、重视,已经展开了“精准扶贫”项目目标函数的转化目标函数的转化 xoz-z认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目约束条件和变量的转化约束条件和变量的转化为为了了把把一一般般形形式式的的LP问问题题变变换换为为规规范范形形式式,我我们们必必须须消消除除等等式式约约束束和和符符号号无无限限制制变变量量.在在一一般形式的般形式的LP中,一个等式约束中,一个等式约束可用下述两个不等式约束去替代可用下述两个不等式约束去替代认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精
8、准扶贫”项目这样就把一般形式的这样就把一般形式的LP变换为规范形式变换为规范形式.对对于于一一个个无无符符号号限限制制变变量量,引引进进两两个个非非负负变量变量和和,并设,并设认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目为了把一般形式的为了把一般形式的LPLP问题变换为标准形式,问题变换为标准形式,必须消除其不等式约束和符号无限制变量必须消除其不等式约束和符号无限制变量.对于一个不等式约束对于一个不等式约束代替上述的不等式约束代替上述的不等式约束.对符号无限制变量的处理可按上述方法进行对符号无限制变量的处理可按上述方法进
9、行.可引入一个可引入一个剩余变量剩余变量,用用认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目 对于不等式约束对于不等式约束代替上述的不等式约束代替上述的不等式约束这样就把一般形式的这样就把一般形式的LP变换为标准形式变换为标准形式.可引入一个可引入一个松弛变量松弛变量,用,用认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目 针对标准形式的线性规划问题,其解的理论针对标准形式的线性规划问题,其解的理论分析已经很完备,在此基础上也提出了很好的算分析已经很完备
10、,在此基础上也提出了很好的算 单纯形方法是线性规划问题的最为基础、也单纯形方法是线性规划问题的最为基础、也法法单纯形方法及其相应的变化形式(两阶段单纯形方法及其相应的变化形式(两阶段2.2 2.2 线性规划模型的求解线性规划模型的求解 法,对偶单纯形法等)法,对偶单纯形法等).是最核心的算法。它是一个迭代算法,先从一个是最核心的算法。它是一个迭代算法,先从一个特殊的可行解(极点)出发,通过判别条件去判特殊的可行解(极点)出发,通过判别条件去判断该可行解是否为最优解(或问题无界),若不断该可行解是否为最优解(或问题无界),若不认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国
11、家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目是最优解,则根据相应规则,迭代到下一个更好是最优解,则根据相应规则,迭代到下一个更好的可行解(极点),直到最优解(或问题无界)的可行解(极点),直到最优解(或问题无界).关于线性规划问题解的理论和单纯形法具体的求关于线性规划问题解的理论和单纯形法具体的求解过程可参见文献解过程可参见文献1.在实际应用中,特别是数学建模过程中,遇到线在实际应用中,特别是数学建模过程中,遇到线性规划问题的求解,我们一般都是利用现有的软性规划问题的求解,我们一般都是利用现有的软件进行求解,此时通常并不要求线性规划问题是件进行求解,此时通常并不要求线性规划问题是标准形式标
12、准形式.比较常用的求解线性规划模型的软件比较常用的求解线性规划模型的软件包有包有LINGO和和LINDO.认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目运输问题运输问题例例2.2.设要从甲地调出物资设要从甲地调出物资2000吨,从乙地调出物吨,从乙地调出物资资1100吨,分别供给吨,分别供给A地地1700吨、吨、B地地1100吨、吨、C假定运费与运量成正比假定运费与运量成正比.在这种情况下,采用不在这种情况下,采用不地地200吨、吨、D地地100吨吨.已知每吨运费如表已知每吨运费如表1.1所示所示.同的调拨计划,运费就可能
13、不一样同的调拨计划,运费就可能不一样.现在问:怎现在问:怎样才能找出一个运费最省的调拨计划?样才能找出一个运费最省的调拨计划?认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目1572521甲甲15375151乙乙DCBA表表1.1销销地地运运费费产产地地认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目乙乙甲甲DCBA解解认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目认识到了贫困户贫困的
14、根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目一般的运输问题可以表述如下:一般的运输问题可以表述如下:认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目数学模型:数学模型:认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目 若其中各产地的总产量等于各销地的总销量,若其中各产地的总产量等于各销地的总销量,即即 类似与将一般的线性规划问题转化为其标准类似与将一般的线性规划问题转化为其标准否则,称为不平衡的运输问题
15、,包括:否则,称为不平衡的运输问题,包括:,则称该问题为平衡的运输问题,则称该问题为平衡的运输问题.总产量总产量总销量和总产量总销量和总产量bj 的运输问题,得到的数学模i=1j=1型为认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目m nminf=cij xiji=1j=1ns.t.xij aii=1,2,mj=1m xij=bj j=1,2,ni=1xij0(i=1,2,m;j=1,2,n)认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目只只要要在在模
16、模型型中中的的产产量量限限制制约约束束(前前m个不等式约束)中引入个不等式约束)中引入m个松弛变量个松弛变量xi,n+1i=1,2,m 即可,变为:即可,变为:n xij+xin+1=aii=1,2,m j=1然后,需设一个销地然后,需设一个销地Bn+1,它的销量为:它的销量为:m nbn+1=ai-bji=1j=1认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目这里,松弛变量xi n+1可以视为从产地A i运往销地Bn+1的运输量,由于实际并不运送,它们的运费为 ci n+1=0i=1,2,m。于是,这个运输问题就转化成了
17、一个产销平衡的问题。认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目2.销量大于产量的情况销量大于产量的情况m n考虑考虑 ai bj 的运输问题,得到的数学模型为的运输问题,得到的数学模型为i=1j=1m nMinf=cij xiji=1j=1 n s.t.xij=aii=1,2,mj=1m xij bjj=1,2,ni=1xij0(i=1,2,m;j=1,2,n)认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目只只要要在在模模型型中中的的产产量量限限制
18、制约约束束(后后n个个不不等等式式约约束束)中中引引入入n个个松松弛弛变变量量xm+1jj=1,2,n即可,变为:即可,变为:m xij+xm+1j=bjj=1,2,mi=1然后,需设一个产地然后,需设一个产地A m+1,它的销量为:它的销量为:n m am+1=bj-aij=1 i=1认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目这这里里,松松弛弛变变量量x m+1,j可可以以视视为为从从产产地地A m+1运运往往销销地地Bj的的运运输输量量,由于实际并不运送,它们的运费为由于实际并不运送,它们的运费为c m+1,j=0
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