3-3系统的优化资料.ppt

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1、系统优化系统优化小游戏：小游戏：v农夫、狼、白菜、羊过河农夫、狼、白菜、羊过河 情景设置：有一个农夫带一条狼、一只羊和一筐情景设置：有一个农夫带一条狼、一只羊和一筐白菜过河。如果没有农夫看管，则狼要吃羊，羊白菜过河。如果没有农夫看管，则狼要吃羊，羊要吃白菜。但是船很小，只够农夫带一样东西过要吃白菜。但是船很小，只够农夫带一样东西过河。请你帮农夫解决难题？河。请你帮农夫解决难题？说说你们对该系统分析的过程？说说你们对该系统分析的过程？1、农夫带着羊首先过河，农夫回来；、农夫带着羊首先过河，农夫回来；2、农夫与狼过河，农夫与羊回来；、农夫与狼过河，农夫与羊回来；3、农夫搬白菜过河，农夫回来；、农夫

2、搬白菜过河，农夫回来；4、农夫与羊一起过河。、农夫与羊一起过河。中国人和德国人煮鸡蛋中国人和德国人煮鸡蛋v一个中国人和一个德国人每天早餐都是一杯牛奶一个鸡蛋，中国人把鸡蛋往锅里一放，然后出去洗漱洗漱或干点别的，等再回来鸡蛋就煮好了。但德国人会用一个差不多刚好装得下一个鸡蛋的专门容器，下面焊一托盘，然后加满水，1分钟水就开了，3分钟就关火。关火之后他们利用余热再煮3分钟，把鸡蛋煮到刚刚达到营养价值最高的状态。接下来用凉水泡3分钟，使这个蛋很好打开，德国人认为这样做很标准。跟中国人相比，他们节约了4/5的水、2/3的热，同时还让鸡蛋达到了最佳的营养状态。vv现实生活中，有很多产品在不断更新，系统在

3、不现实生活中，有很多产品在不断更新，系统在不断的升级。做任何事情我们都追求更好，希望投断的升级。做任何事情我们都追求更好，希望投入尽可能少，回报越多越好。为了使系统达到最入尽可能少，回报越多越好。为了使系统达到最优的目标所提出的各种解决方法，称为最优方法。优的目标所提出的各种解决方法，称为最优方法。但是有很多复杂系统，实施方案五花八门、干扰但是有很多复杂系统，实施方案五花八门、干扰因素四面八方，我们不可能的逐个比较权衡，或因素四面八方，我们不可能的逐个比较权衡，或者漫无目的瞎蒙。因此我们有必要进行定性定量者漫无目的瞎蒙。因此我们有必要进行定性定量的科学分析，寻找系统最优值。的科学分析，寻找系统

4、最优值。农作物种植系统的优化农作物种植系统的优化农作物间作套种农作物间作套种v槟榔林套种香草兰收益高槟榔林套种香草兰收益高v香草兰香草兰香料之王，是藤本植物，需要有支柱攀香料之王，是藤本植物，需要有支柱攀缘，并要求适度的荫蔽。测定结果表明缘，并要求适度的荫蔽。测定结果表明50%的荫的荫蔽度有利于香草兰的生长发育。荫蔽有两种，一种蔽度有利于香草兰的生长发育。荫蔽有两种，一种是死荫蔽，通过修建人工荫棚的办法是死荫蔽，通过修建人工荫棚的办法(用遮光网用遮光网)达达到控制荫蔽度的目的。这种方式需要水泥柱或石柱到控制荫蔽度的目的。这种方式需要水泥柱或石柱作为香草兰棚架或攀缘的支柱。另一种是活荫蔽：作为香

5、草兰棚架或攀缘的支柱。另一种是活荫蔽：可选择天然树木或人工种植的椰子、槟榔等作物为可选择天然树木或人工种植的椰子、槟榔等作物为活支柱，以控制活支柱树冠来调节种植园的荫蔽度。活支柱，以控制活支柱树冠来调节种植园的荫蔽度。园地的选择要选择近水源且排水良好、有机质含量园地的选择要选择近水源且排水良好、有机质含量高、比较肥沃疏松的微酸性土壤；台风主风方向有高、比较肥沃疏松的微酸性土壤；台风主风方向有良好屏障比较静风的向阳缓坡地或平地。良好屏障比较静风的向阳缓坡地或平地。v2002年，符良接受了中国热带农业科学院香料饮年，符良接受了中国热带农业科学院香料饮料研究所专家的建议，在槟榔林下套种了料研究所专家

6、的建议，在槟榔林下套种了20亩香草亩香草兰种苗，通过对香草兰的水肥管理，使槟榔的产量兰种苗，通过对香草兰的水肥管理，使槟榔的产量较纯槟榔林提高较纯槟榔林提高15-20%。经过精心培育，现在。经过精心培育，现在棵棵香草兰上挂满了沉甸甸的豆荚。预计棵棵香草兰上挂满了沉甸甸的豆荚。预计20亩香草亩香草兰到兰到11月份总收入可达月份总收入可达285000元。现场一位管元。现场一位管理人员给记者算了一笔帐，理人员给记者算了一笔帐，40亩槟榔园年收入亩槟榔园年收入72万元左右，间种可使槟榔增收万元左右，间种可使槟榔增收8万，再加上香草兰万，再加上香草兰的收入，每亩土地较单纯种槟榔增收约的收入，每亩土地较单

7、纯种槟榔增收约9000元！元！经发酵生香的商品香草兰豆荚含有经发酵生香的商品香草兰豆荚含有250多种发挥性多种发挥性芳香族成分及有机酸、糖、树脂、矿物质等丰富成芳香族成分及有机酸、糖、树脂、矿物质等丰富成分，香气独特，留香时间长达分，香气独特，留香时间长达23年，被广泛用于年，被广泛用于高档食品和饮料的配香原料，在发酵业、化妆及医高档食品和饮料的配香原料，在发酵业、化妆及医药等领域均有应用，具有用途广、经济价值高的特药等领域均有应用，具有用途广、经济价值高的特点。目前国内售价为点。目前国内售价为10001200元人民币元人民币/千克。千克。v系统优化的效果是理想的，但是不同情况的系统系统优化的

8、效果是理想的，但是不同情况的系统优化会遇到不同的约束条件，应该采取不同的手优化会遇到不同的约束条件，应该采取不同的手段和方法应对，使系统的目标在一定的条件中达段和方法应对，使系统的目标在一定的条件中达到最大值。系统的优化都是为了发掘有限资源的到最大值。系统的优化都是为了发掘有限资源的无限潜能，使资源获得充分的利用，体现更高的无限潜能，使资源获得充分的利用，体现更高的价值，实现投入最小，效果最佳的目的。价值，实现投入最小，效果最佳的目的。v案例中，目标与土地的单位面积农作物收益和之案例中，目标与土地的单位面积农作物收益和之间的关系在技术中我们称为间的关系在技术中我们称为目标函数；农作目标函数；农

9、作物的生长特性、条件、气候等因素对作物套种起物的生长特性、条件、气候等因素对作物套种起着限制作用，并且是不能人为解决的，称为着限制作用，并且是不能人为解决的，称为约束条件；套种的技术水平、田间管理、病虫防约束条件；套种的技术水平、田间管理、病虫防治等对产量产值有直接影响，即影响因素，可见治等对产量产值有直接影响，即影响因素，可见影响因素是可以人为调节的。最优方法通常是在影响因素是可以人为调节的。最优方法通常是在一定人力、物力、财力资源条件下，使经济效果一定人力、物力、财力资源条件下，使经济效果（如产值、利润等）达到最大，并使投入的人力、（如产值、利润等）达到最大，并使投入的人力、物力达到最小的

10、方法。物力达到最小的方法。1、系统优化的概念、系统优化的概念v在给定的条件（或约束条件）下，根据系统的优化目标，采取一定的手段和方法，使系统的目标值达到最大化（或最小化）。这就叫系统的优化。注意：不同的目标对应着不同的优化结果。注意：不同的目标对应着不同的优化结果。目标与目标函数：目标与目标函数：约束条件：约束条件：影响因素：影响因素：目标与收益总和之间的关系目标与收益总和之间的关系对目标函数起限制作用，不能人为调节对目标函数起限制作用，不能人为调节产生影响，可人为调节。产生影响，可人为调节。进行系统优化应考虑的三个要素进行系统优化应考虑的三个要素v在生活中，我们经常会遇到一些复杂的数字问题，

11、在生活中，我们经常会遇到一些复杂的数字问题，纯定量分析是不够的，我们常常是借助数学手段纯定量分析是不够的，我们常常是借助数学手段定量与定性定量与定性结合的分析比较，寻求最优方案。这结合的分析比较，寻求最优方案。这种用数学公式、图表等描述客观事物的特征模型种用数学公式、图表等描述客观事物的特征模型的思想就是建模思想，建立的模型就叫数学模型。的思想就是建模思想，建立的模型就叫数学模型。它是真实系统的一种抽象。它是真实系统的一种抽象。在江边一侧有在江边一侧有A A、B B两个厂，它们到江边的距离分别是两个厂，它们到江边的距离分别是2km2km和和3km3km，设两厂沿江方向的距离是设两厂沿江方向的距

12、离是3.5km3.5km，现在现在要在江边修建一个码头，使得两厂的产品能够顺利过江，要在江边修建一个码头，使得两厂的产品能够顺利过江，问码头应建在什么位置，才能使运输路线最短？问码头应建在什么位置，才能使运输路线最短？探究探究2码头选址问题码头选址问题码头选址问题码头选址问题利润问题利润问题v某家具厂要安排一周的计划，产品是桌子和椅子。某家具厂要安排一周的计划，产品是桌子和椅子。制作一张桌子需制作一张桌子需4平方木板及平方木板及20小时工时，制作小时工时，制作一张椅子需一张椅子需6平方木板及平方木板及18小时工时；每周拥有小时工时；每周拥有木材板料木材板料600平方，可用工时平方，可用工时40

13、0小时；每张桌小时；每张桌子利润子利润50元，每只椅子利润元，每只椅子利润60元。按合同每周元。按合同每周至少要交付至少要交付8张桌子和张桌子和5张椅子。假定所有产品都张椅子。假定所有产品都能销售，那么该每周生产桌子和椅子分别为多少能销售，那么该每周生产桌子和椅子分别为多少时，利润最大？时，利润最大？系统需要进行最优化的目标是什么？系统需要进行最优化的目标是什么？系统需要进行最优化的目标是什么？系统需要进行最优化的目标是什么？利润受到哪些人为可调节的因素影响？利润受到哪些人为可调节的因素影响？利润受到哪些人为可调节的因素影响？利润受到哪些人为可调节的因素影响？在这个利润问题的系统中，又存在哪些

14、不能人为解在这个利润问题的系统中，又存在哪些不能人为解在这个利润问题的系统中，又存在哪些不能人为解在这个利润问题的系统中，又存在哪些不能人为解决的约束条件呢？决的约束条件呢？决的约束条件呢？决的约束条件呢？v若把利润最大值用表示，变量每周生产桌子数用若把利润最大值用表示，变量每周生产桌子数用X1表示表示,每周生产椅子数用每周生产椅子数用X2表示，请你根据已表示，请你根据已知条件，列出求解最优化问题的有关数学式子。知条件，列出求解最优化问题的有关数学式子。案例分析：利润问题案例分析：利润问题v目标：家具销售获取最大利润目标：家具销售获取最大利润v约束条件：材料、劳动力、合同约束条件：材料、劳动力

15、、合同v影响因素：椅子数量影响因素：椅子数量x1、桌子数量、桌子数量x2。（决策变量）。（决策变量）v目标函数：目标函数：Smax=50 x1+60 x2v约束条件：约束条件：4x1+6 x2600（材料）（材料）20 x1+18 x2400（工时）（工时）x18 ，x25（合同）（合同）v最优方案：最优方案：三个要素三个要素建立关系：建立关系：其中，（其中，（1）式是目标函数，（）式是目标函数，（2）（）（3）（）（4）式是约束条）式是约束条件，件，X1、X2是决策变量，也就是影响优化的因素。要求是决策变量，也就是影响优化的因素。要求出一组出一组X1、X2，使得（，使得（1）式的）式的Sma

16、x最打，并且满足最打，并且满足（2）（）（3）（）（4）式。求解过程略。）式。求解过程略。3、最优化方法：、最优化方法：v（1）运用数学模型求解。）运用数学模型求解。能够通过优化建立数学模型的，得到的解就是能够通过优化建立数学模型的，得到的解就是最优解，例如码头选址问题。最优解，例如码头选址问题。v（2）通过科学的估算、试验实现）通过科学的估算、试验实现不能够确切描述目标函数的，通过推算或推断不能够确切描述目标函数的，通过推算或推断得到满意解，例如槟榔套种香兰草。得到满意解，例如槟榔套种香兰草。数学模型最优解估算、试验满意解完善、验证注意：无论什么方法都需要经过若干次完善和验证注意：无论什么方

17、法都需要经过若干次完善和验证探究探究1v我们学校有我们学校有2个学生食堂，正常情况下每个食堂能个学生食堂，正常情况下每个食堂能容纳容纳500人就餐，近两年，学校规模扩大，就餐人就餐，近两年，学校规模扩大，就餐人数增加，每个食堂就餐人数达人数增加，每个食堂就餐人数达670人，每到就人，每到就餐高峰期，学生就排着长队等待就餐。餐高峰期，学生就排着长队等待就餐。v如何减少学生就餐排队时间？提出解决这一问题如何减少学生就餐排队时间？提出解决这一问题的几种途径，并选择最经济、最有效可行、最容的几种途径，并选择最经济、最有效可行、最容易实现的方案。运用系统分析方法，分步骤说明易实现的方案。运用系统分析方法

18、，分步骤说明你的思考过程。你的思考过程。1、明确问题，设立目标、明确问题，设立目标v系统存在的问题是食堂小、学生多，出现了中文系统存在的问题是食堂小、学生多，出现了中文就餐时间学生们排长队等待就餐的现象。因此，就餐时间学生们排长队等待就餐的现象。因此，系统改进的目标是减少学生就餐排队的时间。系统改进的目标是减少学生就餐排队的时间。2、寻找各解决方案、寻找各解决方案v方案方案1、在就餐时间增加食堂的窗口和工作人员；、在就餐时间增加食堂的窗口和工作人员；v方案方案2、不同年级学生的下课时间错开、不同年级学生的下课时间错开20min；v方案方案3、加强工作人员的培训，提高工作效率；、加强工作人员的培

19、训，提高工作效率；v方案方案4、新建一个学生食堂。、新建一个学生食堂。3、比较、权衡方案、比较、权衡方案v经过分析标胶发现，方案经过分析标胶发现，方案1由于场地面积有限，食由于场地面积有限，食堂的窗口和工作人员不能过多增加；方案堂的窗口和工作人员不能过多增加；方案2将不将不同年级学生的下课时间错开同年级学生的下课时间错开20min,在年级比较在年级比较少的学校较易实行，但如果在年级比较多的学校，少的学校较易实行，但如果在年级比较多的学校，比如完全中学，有比如完全中学，有6个年级，则整个时间差约有个年级，则整个时间差约有1个小时，会对食堂管理和学校管理带来很大的影个小时，会对食堂管理和学校管理带

20、来很大的影响；方案响；方案3中工作人员的工作效率不能无限地提中工作人员的工作效率不能无限地提高，对现状帮助不大；而方案高，对现状帮助不大；而方案4虽然需要经费和虽然需要经费和场地，但如果从整体目标和长远考虑，这个方案场地，但如果从整体目标和长远考虑，这个方案是最可行的。是最可行的。4、检验核实，做出决策、检验核实，做出决策v经过多方案权衡，方案经过多方案权衡，方案4是最可行的。是最可行的。探究探究3装修施工的组织优化 海南中学要对三幢新建的教学楼海南中学要对三幢新建的教学楼A A、B B、C C进行装修，假设每一幢教学楼装修均依次分进行装修，假设每一幢教学楼装修均依次分为水电安装、木工和油漆三

21、个施工过程，分别为水电安装、木工和油漆三个施工过程，分别由相应的专业装修队依由相应的专业装修队依 次完成，次完成，每个装修队在每每个装修队在每 幢楼的施工时间幢楼的施工时间 均为均为 3 3周，如何周，如何 组织装修，才能组织装修，才能 使装修工期和资使装修工期和资 源利用最为合理？源利用最为合理？两个方案：两个方案：对于这两个方案，有什么施工特点对于这两个方案，有什么施工特点?是否有其他施工方案？是否有其他施工方案？施工组织的优化1、流水施工方式，特点：工期较短。需要水电、木工和油漆各一个装修队工作。人力、施工设备、材料的投入比平行施工少。2、流水施工组织方式，装修工期和资源利用最为合理。3

22、、影响优化的因素主要有，施工时间、装修队和设备的数量等。拓展练习拓展练习有有一辆油罐车通过一条隧道，隧道的高度为一辆油罐车通过一条隧道，隧道的高度为2.3米，米，而油罐车的高度的高度是而油罐车的高度的高度是2.4米，在米，在20公里之外有一公里之外有一条大的隧道可以通过。请问该油罐车如何才能安全、条大的隧道可以通过。请问该油罐车如何才能安全、经济、省时的通过隧道？经济、省时的通过隧道？某班长带领全班某班长带领全班60人去进行植树活动，主要的工人去进行植树活动，主要的工作有作有3项：挖坑、运树苗、挑水浇树。根据情况得知：项：挖坑、运树苗、挑水浇树。根据情况得知：用用20人或人或20人以上的人挖坑

23、，需要人以上的人挖坑，需要20分钟；用分钟；用20人人或或20人以上的人运树，需要人以上的人运树，需要15分钟；用分钟；用20人或人或20人人以上的人挑水浇树，需要以上的人挑水浇树，需要30分钟。请问利用系统优分钟。请问利用系统优化方面的知识设计一个合理的植树方案。化方面的知识设计一个合理的植树方案。系统的设计系统的设计系统设计是在系统分析的基础上，设系统设计是在系统分析的基础上，设计出满足预定目标的系统的设计过程。计出满足预定目标的系统的设计过程。它既包含了某个系统进行技术设计本它既包含了某个系统进行技术设计本身的内容，同时又需运用系统的思想身的内容，同时又需运用系统的思想和方法对其设计过程

24、进行分析、设计。和方法对其设计过程进行分析、设计。系统设计应该考虑的问题：系统设计应该考虑的问题：系统设计的目的与要求系统设计的目的与要求从整体出发，以系统整体功能的最优为目的。从整体出发，以系统整体功能的最优为目的。不同的行业和领域的系统设计有不同的技术要求。不同的行业和领域的系统设计有不同的技术要求。系统各部分之间的相互联系与相互作用系统各部分之间的相互联系与相互作用充分考虑系统的特性要求，考虑长远。充分考虑系统的特性要求，考虑长远。系统设计方案的优化系统设计方案的优化整体优化，统筹兼顾。整体优化，统筹兼顾。系统设计的一般步骤：系统设计的一般步骤：系统分解系统分解确定子系统目标、功能和关系

25、确定子系统目标、功能和关系子系统技术设计和评价子系统技术设计和评价系统整体技术设计和评价系统整体技术设计和评价雨水收集系统雨水收集系统自制雨水收集器自制雨水收集器雨水收集系统及绿化灌溉控制系统雨水收集系统及绿化灌溉控制系统该系统主要建立雨水收集和后备水源补充系统，以供应屋面该系统主要建立雨水收集和后备水源补充系统，以供应屋面/地面绿化及立体绿化用水。同时该水池又是地源热泵冷却系地面绿化及立体绿化用水。同时该水池又是地源热泵冷却系统。该系统可和小区中水系统合并使用。该系统在雨水管顶统。该系统可和小区中水系统合并使用。该系统在雨水管顶部部/低部设置贴附式水箱及泵送系统，当雨水达到一定高度，低部设置

26、贴附式水箱及泵送系统，当雨水达到一定高度，水泵自动开启向屋顶水泵自动开启向屋顶/地下水箱泵水。雨水加入营养液后可采地下水箱泵水。雨水加入营养液后可采取无土栽培、滴灌、喷灌等技术应用于屋顶花园，立体绿化，取无土栽培、滴灌、喷灌等技术应用于屋顶花园，立体绿化，小区环境绿化美化，该系统设置水位、阳光、土壤干燥、营小区环境绿化美化，该系统设置水位、阳光、土壤干燥、营养液成份等多种探感器就控制器，自动进行雨水收集、营养养液成份等多种探感器就控制器，自动进行雨水收集、营养液添加、绿化灌溉及水量补充。液添加、绿化灌溉及水量补充。系统优势：提高空中绿化面积，增加使用空间，节水、减轻系统优势：提高空中绿化面积，

27、增加使用空间，节水、减轻屋面自重，减少屋顶屋面自重，减少屋顶/绿化管理工作量。在国外有多项使用案绿化管理工作量。在国外有多项使用案例。例。天津市水利科技大厦在建立之初便安装了完备的雨水利用设备：天津市水利科技大厦在建立之初便安装了完备的雨水利用设备：12根雨水管、集水环管、集水干管根雨水管、集水环管、集水干管下雨时，大厦屋顶、其下雨时，大厦屋顶、其他不透水地面、来不及渗入地下的地面径流雨水全部经三根大他不透水地面、来不及渗入地下的地面径流雨水全部经三根大口径集水管汇集，进入大厦的中水处理系统，可以用于大厦的口径集水管汇集，进入大厦的中水处理系统，可以用于大厦的植被灌溉、洗车、构建水景观、冲厕、

28、消防。植被灌溉、洗车、构建水景观、冲厕、消防。2004年年4至至10月，月，收集屋顶雨水及地表径流水收集屋顶雨水及地表径流水222.4立方米。城市雨水利用技术被立方米。城市雨水利用技术被专家们推广到了梅江小学，在校园足球场外侧一角修建了两个专家们推广到了梅江小学，在校园足球场外侧一角修建了两个蓄水池，收集小学楼房西南角屋顶水、透水地砖和球场的雨水，蓄水池，收集小学楼房西南角屋顶水、透水地砖和球场的雨水，现在收集起来的雨水全部被用作养护球场草坪使用，效果很好。现在收集起来的雨水全部被用作养护球场草坪使用，效果很好。天津市水利科学研究所万日明总工程师给记者算了一笔账：以天津市水利科学研究所万日明总

29、工程师给记者算了一笔账：以城市内普通城市内普通6层楼房为例，整栋楼按层楼房为例，整栋楼按3000平方米算，装一套雨水平方米算，装一套雨水收集系统也就收集系统也就10万元左右，分摊到每万元左右，分摊到每1平方米，才多了平方米，才多了30元的成元的成本费。天津市城区每年可收集的雨水量能达到本费。天津市城区每年可收集的雨水量能达到0.94亿立方米，亿立方米，以每平方米以每平方米30元的价格，收集这将近元的价格，收集这将近1亿立方米的雨水，这钱花亿立方米的雨水，这钱花得值！得值！东京一座具有收集雨水功能的建筑物东京一座具有收集雨水功能的建筑物东京市民家庭收集雨水的设施示意图东京市民家庭收集雨水的设施示意图屋顶的雨水也可以回灌入地去补充地下水屋顶的雨水也可以回灌入地去补充地下水收集屋顶雨水浇灌花园已成为德国简单而有效的节水方法收集屋顶雨水浇灌花园已成为德国简单而有效的节水方法谢谢各位！