《线性规划应用》PPT课件.ppt
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1、1 1运运 筹筹 学学任课教师:徐咏梅博士任课教师:徐咏梅博士 副教授副教授 硕士生导师硕士生导师 Operations Research2 2第第3章章线性规划应用线性规划应用3 3线性规划l l在一定的约束条件(限制条件)下,使得在一定的约束条件(限制条件)下,使得某一目标函数取得最大(或最小)值,当某一目标函数取得最大(或最小)值,当规划问题的目标函数与约束条件都是线性规划问题的目标函数与约束条件都是线性函数,便称为线性规划。函数,便称为线性规划。l lLinear programming(LP)4 41、生产计划问题、生产计划问题产品产品A产品产品B资源限制资源限制劳动力劳动力设备设备
2、原材料原材料9434510360工时工时200台时台时300公斤公斤单位产品利单位产品利润(元)润(元)70120w某厂生产两种产品,需要三种资源,已知各某厂生产两种产品,需要三种资源,已知各产品的利润、各资源的限量和各产品的资源产品的利润、各资源的限量和各产品的资源消耗系数如下表:消耗系数如下表:5 51、生产计划问题、生产计划问题l l问题:如何安排生产计划,使得获利最多?问题:如何安排生产计划,使得获利最多?问题:如何安排生产计划,使得获利最多?问题:如何安排生产计划,使得获利最多?l l步骤:步骤:步骤:步骤:1 1、确定决策变量:设生产、确定决策变量:设生产、确定决策变量:设生产、确
3、定决策变量:设生产A A产品产品产品产品x1 1kg,B B产品产品产品产品x2 2kg2 2、确定目标函数:、确定目标函数:、确定目标函数:、确定目标函数:maxZ=70XmaxZ=70X1 1+120X+120X2 23 3、确定约束条件:、确定约束条件:、确定约束条件:、确定约束条件:人力约束人力约束人力约束人力约束 9X9X1 1+4X+4X2 2360360 设备约束设备约束设备约束设备约束 4X4X1 1+5X+5X2 2 200200 原材料约束原材料约束原材料约束原材料约束3X3X1 1+10X+10X2 2 300 300 非负性约束非负性约束非负性约束非负性约束X X1 1
4、0 0 X X2 2006 61、生产计划问题、生产计划问题产品产品A产品产品B每天可用每天可用能力能力设备设备A设备设备B调试调试06152115245单位产品利单位产品利润(元)润(元)217 71、生产计划问题、生产计划问题l l多种产品?8 82、市场营销应用广告媒体广告媒体预计受预计受众人数众人数广告售广告售价价每月最多每月最多可用时间可用时间宣传质宣传质量量白天电视白天电视 x1x1100010001500150015156565晚间电视晚间电视 x2x2200020003000300010109090每日报纸每日报纸 x3x315001500 400 40025254040周日报
5、纸杂志周日报纸杂志 x4x4 2500250010001000 4 46060电台新闻电台新闻 x5x5 300 300 100 100303020209 92、市场营销应用 问如何选择各个媒体的使用次数使宣传效果最好 约束条件:预算不超过3万美元 至少10部电视 受众至少5万人2、市场营销应用1 1、确定决策变量:各个媒体的使用次数是多少?、确定决策变量:各个媒体的使用次数是多少?2 2、确定目标函数:、确定目标函数:maxZ=65XmaxZ=65X1 1+90X+90X2 2+40X+40X3 3+60X+60X4 4+20X+20X5 53 3、确定约束条件:、确定约束条件:媒体可用性媒
6、体可用性X X1 11515。预算预算1500X1500X1 1+3000X+3000X2 2+400X+400X3 3+1000X+1000X4 4+100X+100X5 5 3000030000 电视电视 X X1 1+X+X2 2 1010 受众受众 1000X1000X1 1+2000X+2000X2 2+1500X+1500X3 3+2500X+2500X4 4+300X+300X5 5 5000050000 非负性约束非负性约束X X1 10 0 X X2 20 0 X X3 30 0 X X4 40 0 X X5 50011112、市场营销应用、市场营销应用l l问以最小访问成本
7、满足合同要求的家庭时间问以最小访问成本满足合同要求的家庭时间问以最小访问成本满足合同要求的家庭时间问以最小访问成本满足合同要求的家庭时间访问计划是怎样的?访问计划是怎样的?访问计划是怎样的?访问计划是怎样的?l l访问费用:访问费用:访问费用:访问费用:访问有儿童的家庭需要额外的访问时间访问有儿童的家庭需要额外的访问时间访问有儿童的家庭需要额外的访问时间访问有儿童的家庭需要额外的访问时间 晚间访问费用高晚间访问费用高晚间访问费用高晚间访问费用高 如下表:如下表:如下表:如下表:家庭情况家庭情况家庭情况家庭情况日间(美元)日间(美元)日间(美元)日间(美元)晚间(美元)晚间(美元)晚间(美元)晚
8、间(美元)有儿童有儿童有儿童有儿童20202525无儿童无儿童无儿童无儿童1818202012122、市场营销应用、市场营销应用l l要求:要求:要求:要求:至少至少至少至少10001000次访问次访问次访问次访问 至少访问至少访问至少访问至少访问400400个有儿童的家庭个有儿童的家庭个有儿童的家庭个有儿童的家庭 至少访问至少访问至少访问至少访问400400个无儿童的家庭个无儿童的家庭个无儿童的家庭个无儿童的家庭 晚间访问的家庭数量必须不少于日间访问的家庭数目晚间访问的家庭数量必须不少于日间访问的家庭数目晚间访问的家庭数量必须不少于日间访问的家庭数目晚间访问的家庭数量必须不少于日间访问的家庭
9、数目 至少至少至少至少4040的有儿童家庭必须在晚上访问的有儿童家庭必须在晚上访问的有儿童家庭必须在晚上访问的有儿童家庭必须在晚上访问 至少至少至少至少4040的无儿童家庭必须在晚上访问的无儿童家庭必须在晚上访问的无儿童家庭必须在晚上访问的无儿童家庭必须在晚上访问家庭情况家庭情况家庭情况家庭情况日间(美元)日间(美元)日间(美元)日间(美元)晚间(美元)晚间(美元)晚间(美元)晚间(美元)有儿童有儿童有儿童有儿童20202525无儿童无儿童无儿童无儿童1818202013132、市场营销应用、市场营销应用l l决策变量决策变量l l目标函数目标函数l l约束条件约束条件 总数总数 访问类型(访
10、问类型(5个)个)非负约束非负约束14143、财政应用投资投资投资收益率(投资收益率(%)大西洋石油大西洋石油 7.3 7.3太平洋石油太平洋石油10.310.3中西部钢铁中西部钢铁 6.4 6.4HuberHuber钢铁钢铁 7.5 7.5政府债券政府债券 4.5 4.515153、财政应用、财政应用10万美元资金,投资方针万美元资金,投资方针l l1、对钢铁和石油,每个行业的投资不得多、对钢铁和石油,每个行业的投资不得多于于50000美元美元l l2、对政府债券的投资至少相当于钢铁行业、对政府债券的投资至少相当于钢铁行业投资的投资的25%l l3、对于太平洋石油,高收益高风险,投资、对于太
11、平洋石油,高收益高风险,投资额不得多于整个石油行业投资的额不得多于整个石油行业投资的60%16163、财政应用1 1、确定决策变量:投资方案、确定决策变量:投资方案2 2、确定目标函数:、确定目标函数:maxZ=0.073XmaxZ=0.073X1 1+0.103X+0.103X2 2+0.064X+0.064X3 3+0.075X+0.075X4 4+0.045X+0.045X5 53 3、确定约束条件:、确定约束条件:资金资金 X X1 1+X+X2 2+X+X3 3+X+X4 4+X+X5 5 100,000100,000 行业行业 X X1 1+X+X2 2 50,00050,000
12、X X3 3+X+X4 4 50,00050,000 债券债券 X X5 5 0.25(0.25(X X3 3+X+X4 4)太平洋石油太平洋石油 X X2 2 0.6(0.6(X X1 1+X+X2 2)非负性约束非负性约束X X1 10 0 X X2 20 0 X X3 30 0 X X4 40 0 X X5 50017174、混合问题、混合问题 某公司饲养试验用的动物,这些动物的生长对三某公司饲养试验用的动物,这些动物的生长对三某公司饲养试验用的动物,这些动物的生长对三某公司饲养试验用的动物,这些动物的生长对三种营养元素特别敏感,我们分别称它们为营养元素种营养元素特别敏感,我们分别称它们
13、为营养元素种营养元素特别敏感,我们分别称它们为营养元素种营养元素特别敏感,我们分别称它们为营养元素A A、B B、C C。已知这些动物每天至少需要。已知这些动物每天至少需要。已知这些动物每天至少需要。已知这些动物每天至少需要700700克营养元素克营养元素克营养元素克营养元素A A,3030克营养元素克营养元素克营养元素克营养元素B B,而营养元素,而营养元素,而营养元素,而营养元素C C的需要量刚好是的需要量刚好是的需要量刚好是的需要量刚好是200200毫克,不够和过量都是有害的。毫克,不够和过量都是有害的。毫克,不够和过量都是有害的。毫克,不够和过量都是有害的。五种饲料可供选用,各种饲料每
14、千克所含的营五种饲料可供选用,各种饲料每千克所含的营五种饲料可供选用,各种饲料每千克所含的营五种饲料可供选用,各种饲料每千克所含的营养元素及单价如下表。养元素及单价如下表。养元素及单价如下表。养元素及单价如下表。为了避免过多使用某种饲料,规定混合饲料中为了避免过多使用某种饲料,规定混合饲料中为了避免过多使用某种饲料,规定混合饲料中为了避免过多使用某种饲料,规定混合饲料中各种饲料的最高含量分别为各种饲料的最高含量分别为各种饲料的最高含量分别为各种饲料的最高含量分别为5050、6060、5050、7070、4040千千千千克。克。克。克。要求确定满足动物需要而费用最低的饲料配方。要求确定满足动物需
15、要而费用最低的饲料配方。要求确定满足动物需要而费用最低的饲料配方。要求确定满足动物需要而费用最低的饲料配方。18184、混合问题、混合问题饲料饲料12345需要需要营养营养A(克克)营养营养B(克克)营养营养C(毫克毫克)310.520.5110.20.2622180.50.870030200价格价格2749519194、混合问题、混合问题l l设抓取饲料设抓取饲料1 1为为x1 1kg;饲料饲料2 2为为x2 2kg;饲料饲料3 3为为x3 3kgl l目标函数:最省钱目标函数:最省钱 minZ=2xinZ=2x1 1+7x+7x2 2+4x+4x3 3+9x+9x4 4+5x+5x5 5约
16、束条件约束条件l l营养要求:营养要求:3x3x2 2 +2x+2x2 2 +x+x3 3+6x+6x4 4 +18x+18x5 5 700700 x x1 1+0.5x+0.5x2 2+0.2x+0.2x3 3+2x+2x4 4+0.5x+0.5x5 5 30 30 0.5x 0.5x1 1 +x+x2 2+0.2x+0.2x3 3+2x+2x4 4+0.8x+0.8x5 5 =200=200l l用量要求:用量要求:x x1 1 50,x50,x2 2 60,x60,x3 3 50,x 50,x4 4 70,x 70,x5 5 40 40l l非负性要求:非负性要求:x x1 1 0,x0
17、,x2 2 0,x 0,x3 3 0,x 0,x4 4 0,x0,x5 5 0 0 2020 学校准备为学生添加营养餐,每个学生每月至少学校准备为学生添加营养餐,每个学生每月至少需要补充需要补充60单位的碳水化合物,单位的碳水化合物,40单位的蛋白质单位的蛋白质和和35单位脂肪单位脂肪.已知两种营养品每斤已知两种营养品每斤:A B 含量含量 变量变量:X1 X2 碳水化合物碳水化合物 蛋白质蛋白质脂肪脂肪非负条件非负条件 5 2 3 2 5 1 5、混合问题、混合问题212122225、混合配方问题、混合配方问题l l一家化工厂将四种原料一家化工厂将四种原料A、B、C、D混合调混合调配出三种产
18、品,三种产品的销售价格分别配出三种产品,三种产品的销售价格分别为每公斤为每公斤9元、元、8.5元和元和8元,各种原料元,各种原料A、B、C、D的供应量分别是的供应量分别是1000、1000,750和和800公斤;单价分别是每公斤公斤;单价分别是每公斤5元、元、6元、元、4元和元和4.5元。该厂应如何安排生产才能使获元。该厂应如何安排生产才能使获得的利润最大?得的利润最大?23235、混合配方问题、混合配方问题产产产产品品品品 规规规规格要求格要求格要求格要求最小需求最小需求最小需求最小需求(公公公公斤斤斤斤)最大需求最大需求最大需求最大需求(公公公公斤斤斤斤)1 1含含含含B B不少于不少于不
19、少于不少于25%25%,C C不多于不多于不多于不多于20%20%10001000250025002 2含含含含A A不少于不少于不少于不少于50%50%,D D不多于不多于不多于不多于25%25%100100不限不限不限不限3 3含含含含A A和和和和B B各不少于各不少于各不少于各不少于25%25%,不含,不含,不含,不含C C不限不限不限不限不限不限不限不限24245、混合配方问题、混合配方问题l l解:解:解:解:令令XijXij表示用第表示用第j j种产品中种产品中i i种原料的数量种原料的数量(公斤公斤),i=Ai=A、B B、C C、D D;j=1j=1,2 2,3 3。由于产品
20、。由于产品3 3不含有不含有C C,故,故XC3=0XC3=0,因此,共有,因此,共有1111个变量个变量l l产品产品1 1:XA1+XB1+XC1+XD1XA1+XB1+XC1+XD1l l产品产品2 2:XA2+XB2+XC2+XD2XA2+XB2+XC2+XD2l l产品产品3 3:XA3+XB3 +XD3XA3+XB3 +XD3l l原料原料A A:XA1+XA2+XA3 XA1+XA2+XA3 l l原料原料B B:XB1+XB2+XB3XB1+XB2+XB3l l原料原料C C:XC1+XC2XC1+XC2l l原料原料D D:XD1+XD2+XD3XD1+XD2+XD32525
21、5、混合配方问题、混合配方问题规格:规格:l lXB10.25(XA1+XB1+XC1+XD1)XB10.25(XA1+XB1+XC1+XD1)l lXC10.2(XA1+XB1+XC1+XD1)XC10.2(XA1+XB1+XC1+XD1)l lXA20.5(XA2+XB2+XC2+XD2)XA20.5(XA2+XB2+XC2+XD2)l lXD20.25(XA2+XB2+XC2+XD2)XD20.25(XA2+XB2+XC2+XD2)l lXA30.25(XA3+XB3+XD3)XA30.25(XA3+XB3+XD3)l lXB30.25(XA3+XB3+XD3)XB30.25(XA3+X
22、B3+XD3)供应量:供应量:需求量:需求量:26265、混合配方问题、混合配方问题l l销售收入:l l原料成本:l l目标函数:27275、混合配方问题、混合配方问题l l一般规格汽油的每种一般规格汽油的每种一般规格汽油的每种一般规格汽油的每种石油成分的用量多少,石油成分的用量多少,石油成分的用量多少,石油成分的用量多少,及特殊规格汽油的每及特殊规格汽油的每及特殊规格汽油的每及特殊规格汽油的每种石油成分的用量多种石油成分的用量多种石油成分的用量多种石油成分的用量多少少少少28286、人员安排、人员安排序号序号序号序号时段时段时段时段护士的最少人数护士的最少人数护士的最少人数护士的最少人数1
23、 1 06 06:00100010:000060602 21010:00140014:000070703 31414:00180018:000060604 41818:00220022:000050505 52222:00020002:000020206 60202:00060006:0000303029296、人员安排、人员安排l l设第设第设第设第j j时段开始上班的人数为时段开始上班的人数为时段开始上班的人数为时段开始上班的人数为Xj j,j=1,2,6,6,l l目标函数:目标函数:min Z=x1 1+x2 2+x3 3+x4 4+x5 5+x6 6l l约束条件:约束条件:x x1
24、 1+x x2 2 7070 x x2 2+x+x3 3 60 60 x x3 3+x+x4 4 50 50 x x4 4+x+x5 5 20 20 x x5 5+x+x6 6 30 30 x x6 6+x+x1 1 6060非负性约束:非负性约束:非负性约束:非负性约束:x xj j 0,0,j=1,2,6=1,2,63030若每时段的人员工资不同,我们还可建立最小费用模型若每时段的人员工资不同,我们还可建立最小费用模型若每时段的人员工资不同,我们还可建立最小费用模型若每时段的人员工资不同,我们还可建立最小费用模型序号序号序号序号时段时段时段时段每每每每4 4小时的工资小时的工资小时的工资小
25、时的工资 护士的最护士的最护士的最护士的最少人数少人数少人数少人数1 1 06 06:00100010:00003 3元元元元60602 21010:00140014:00003 3元元元元70703 31414:00180018:00003 3元元元元60604 41818:00220022:00004 4元元元元50505 52222:00020002:00004 4元元元元20206 60202:00060006:00005 5元元元元30303131l l序号序号1时段上班的人(时段上班的人(3元):元):3X1 1+3 X6 6l l序号序号2时段上班的人(时段上班的人(3元):元)
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