环境系统工程系统最优化与网络计划技术优秀课件.ppt
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1、环境系统工程系统最优化与网络计划技术第1页,本讲稿共63页第七节第七节 多目标决策多目标决策一、多目标决策问题一、多目标决策问题在在现现实实生生活活和和实实际际工工作作中中遇遇到到的的更更普普遍遍的的问问题题常常常常会会有有多多个目标。个目标。如水资源和水污染系统综合规划如水资源和水污染系统综合规划(1)水资源和能源利用目标)水资源和能源利用目标(2)环境质量目标)环境质量目标(3)经济目标)经济目标这这些些目目标标之之间间联联系系密密切切,相相互互制制约约,有有的的根根本本无无关关甚甚至至是是矛矛盾盾的的。它它们们无无法法以以共共同同的的尺尺度度进进行行度度量量。现现代代决决策策,更更要要追
2、追求求统统筹筹兼兼顾顾、协协调调平平衡衡和和总总体体优优化化。因因此此提提出出多多目目标情况下如何进行决策问题。标情况下如何进行决策问题。第2页,本讲稿共63页第七节第七节 多目标决策多目标决策二、多目标决策问题特点二、多目标决策问题特点n目标间的不可公度性目标间的不可公度性各各个个目目标标常常常常没没有有统统一一的的度度量量标标准准或或计计量量单单位位,因因而而难难以以比较。比较。n目标间的矛盾性目标间的矛盾性如如果果采采用用一一种种方方案案去去改改进进某某一一目目标标的的话话,可可能能会会使使另另一一些目标的值变坏。些目标的值变坏。第3页,本讲稿共63页第七节第七节 多目标决策多目标决策多
3、多目目标标规规划划问问题题,都都是是由由两两部部分分组组成成(1)二二个个以以上上的的目目标标函数;(函数;(2)若干个约束条件,模型为:)若干个约束条件,模型为:式中:式中:第4页,本讲稿共63页第七节第七节 多目标决策多目标决策多多目目标标决决策策问问题题的的各各种种目目标标都都是是从从不不同同侧侧面面来来反反映映同同一一事事物物各各种种特特性性的的。因因此此,一一般般的的多多目目标标决决策策问问题题中中通通常常没没有有一一个个方方案案能能使使每每个个目目标标值值都都达达到到最最优优。这这样样,多多目目标标决决策策问问题题一一般般不不存存在在一一个个通通常常意意义义下下的的最最优优解解,所
4、所以以在在处处理理多多目目标标问问题题时常采用非劣解和选优解两个概念。时常采用非劣解和选优解两个概念。n非劣解非劣解n选优解选优解第5页,本讲稿共63页第七节第七节 多目标决策多目标决策确确定定非非劣劣解解过过程程是是决决策策的的分分析析过过程程,而而在在非非劣劣解解中中选选择择选选优优解解的的过过程程则则是是决策的决定过程。决策的决定过程。多多目目标标决决策策是是由由分分析析过过程程和和决决策策过过程程两两部部分分组组成成,分分析析过过程程一一般般由由系系统统工工程程研研究究人人员员完完成成,决决策策过过程程主主要要由由决策者来完成。决策者来完成。第6页,本讲稿共63页第七节第七节 多目标决
5、策多目标决策三、多目标决策求解三、多目标决策求解1、经验判断法、经验判断法n淘汰法淘汰法n归类法归类法n目标排队法目标排队法(1)淘汰法)淘汰法该该法法根根据据一一些些条条件件和和准准则则,对对全全部部备备选选目目标标筛筛选选一一遍遍,缩缩小小选选择择范范围围。其其要要点点是是抓抓住住筛筛选选的的原原则则,那那么么往往往往可可以以很很快快地地淘淘汰汰那那些些相相对对吸吸引引力力小小而而对对原原则则又又并并非非重重要要的的目标。目标。第7页,本讲稿共63页第七节第七节 多目标决策多目标决策(2)归类法)归类法先先把把同同类类的的目目标标归归为为一一类类,从从而而把把备备选选目目标标分分为为几几大
6、大类类,然然后后用两种方法可以简化选择:用两种方法可以简化选择:n从从下下往往上上淘淘汰汰:先先从从每每类类中中选选出出一一个个最最重重要要目目标标,而而后后把把从从各各类类中中挑挑出出的的最最重重要要目目标标进进行行比比较较,再再从从中中选选出出最最佳佳的的目标。目标。n从从上上往往下下淘淘汰汰:先先选选类类后后定定方方案案。即即先先进进行行各各类类之之间间的的比比较较,由由此此确确定定哪哪一一类类目目标标最最好好,然然后后在在该该类类目目标标中中进进行比较,从中找出最好的目标类。行比较,从中找出最好的目标类。第8页,本讲稿共63页第七节第七节 多目标决策多目标决策(3)目标法)目标法此此方
7、方法法是是通通过过两两两两对对比比再再求求总总分分的的办办法法把把备备选选目目标标按按优优劣劣顺顺序序排排队队,然然后后进进行行选选择择。决决策策者者要要直直接接形形成成一一个个多多目目标标的的优优劣劣顺顺序序是是比比较较困困难难的的,但但经经过过两两两两比比较较求求总总分分办办法法可可实实现现。目目标标排排队队表表ABCDE总分A-01012B1-0113C01-102D100-01E0011-2第9页,本讲稿共63页第七节第七节 多目标决策多目标决策2、化多目标为单目标、化多目标为单目标n线性加权和法线性加权和法n数学规划法数学规划法n目标规划法目标规划法第10页,本讲稿共63页第七节第七
8、节 多目标决策多目标决策(1)线性加权和法)线性加权和法该该法法难难点点在在于于如如何何确确定定权权系系数数i,使使多多个个目目标标用用同同一一尺尺度度统统一一起起来来。因因此此,选选择择要要有有充充分分的的经经验验或或用用统统计计调调查查的方法求得。一般采用的方法求得。一般采用评评分法、分法、L法等。法等。第11页,本讲稿共63页第七节第七节 多目标决策多目标决策(2)数学规划法)数学规划法该该法法是是从从所所有有目目标标中中选选择择一一个个最最重重要要的的目目标标fi(X),使使它它满满足足最最大大或或最最小小,而而其其他他所所有有目目标标转转化化为为约约束束条条件件。从从而而构构成成一一
9、个个以以重重要要目目标标fi(X)为为单单目目标标,以以其其余余目目标标为为约约束束的的数数学规划问题,即:见学规划问题,即:见121页页第12页,本讲稿共63页第七节第七节 多目标决策多目标决策例例如如,某某市市水水污污染染控控制制规规划划以以水水资资源源和和能能源源利利用用、环环境境质质量量、基基建建和和能能源源费费用用等等为为评评价价指指标标,在在处处理理这这种种多多目目标标时时,可可以以化化为为以以费费用用为为主主指指标标,对对其其他他指指标标都都给给予予一一定定限限制制的的数数学规划问题,从而得到如下数学规划:学规划问题,从而得到如下数学规划:目标函数:目标函数:minf4(X)治理
10、费用最小治理费用最小约束条件:约束条件:f1(X)a1 水资源利用高于一定值水资源利用高于一定值 f2(X)a2 能源消耗低于某一水平能源消耗低于某一水平 f3(X)a3 环境达到规定标准环境达到规定标准 AX=b 原问题约请束原问题约请束第13页,本讲稿共63页第七节第七节 多目标决策多目标决策(3)目标规划法)目标规划法基基本本思思想想是是对对所所有有目目标标,首首先先确确定定一一个个预预期期达达到到的的目目标标值值,使做出的决策与该值越接近越好。,使做出的决策与该值越接近越好。第14页,本讲稿共63页第七节第七节 多目标决策多目标决策求解多目标规划:求解多目标规划:maxf1(x)=0.
11、4x1+0.3x2maxf2(x)=x1s.t.x1+x2=4002x1+x2=0maxf1(x)=0.4x1+0.3x2s.t.x1+x2=4002x1+x2=0 x1=100,x2=300f1*(x)=130maxf2(x)=x1s.t.x1+x2=4002x1+x2=0 x1=250,x2=0f2*(x)=250第15页,本讲稿共63页第七节第七节 多目标决策多目标决策将两个目标问题转化成单目标问题:将两个目标问题转化成单目标问题:maxf1(x)=(0.4x1+0.3x2)-1302+(x1-250)2s.t.x1+x2=4002x1+x2=0第16页,本讲稿共63页第七节第七节 多目
12、标决策多目标决策3、目标分层法、目标分层法首首先先对对第第一一个个目目标标求求最最优优解解,并并找找出出所所有有最最优优解解的的集集合合R0,然然后后在在R0内内求求第第二二个个目目标标的的最最优优解解,记记此此时时最最优优解解的的集集合合为为R1,依次作下去,直至求出第依次作下去,直至求出第n个目标的最优解。个目标的最优解。第17页,本讲稿共63页环境系统工程环境系统工程第六章:系统最优化与网络计划技术第六章:系统最优化与网络计划技术第18页,本讲稿共63页第六章:系统最优化与网络计划技术第六章:系统最优化与网络计划技术n线性规划线性规划n非线性规划非线性规划n系统网络计划技术系统网络计划技
13、术第19页,本讲稿共63页第一节第一节 概述概述一、基本原理一、基本原理网络计划技术是一种组织计划、管理系统建设和系统运行网络计划技术是一种组织计划、管理系统建设和系统运行的科学,它已经成为组织管理技术中经常采用的一种方法,的科学,它已经成为组织管理技术中经常采用的一种方法,其基本原理为:首先用网络图形来表达一项计划(或工程)其基本原理为:首先用网络图形来表达一项计划(或工程)中各项工作的开展顺序及其相互之间的关系;通过对网络图中各项工作的开展顺序及其相互之间的关系;通过对网络图进行时间参数的计算,找出计划中的关键工作和进行时间参数的计算,找出计划中的关键工作和关键线路关键线路;继而通过不断改
14、进网络计划,寻求最优方案,以求在计划执继而通过不断改进网络计划,寻求最优方案,以求在计划执行过程中对计划进行有效的控制与监督,保证合理地使用人行过程中对计划进行有效的控制与监督,保证合理地使用人力、物力和财力,以最小的消耗取得最好的效果。力、物力和财力,以最小的消耗取得最好的效果。特别适用于生产技术复杂的大型工程和生产项目。特别适用于生产技术复杂的大型工程和生产项目。第20页,本讲稿共63页二、网络计划方法的特点二、网络计划方法的特点n网络计划优点是把施工过程中的各有关工作组成了一个有机的整体,网络计划优点是把施工过程中的各有关工作组成了一个有机的整体,能全面而明确地反映出各项工作之间的相互制
15、约和相互依赖的关系;能全面而明确地反映出各项工作之间的相互制约和相互依赖的关系;n可以进行各种时间参数的计算,能在工作繁多、错综复杂的计划中找出可以进行各种时间参数的计算,能在工作繁多、错综复杂的计划中找出影响工程进度的关键工作和关键线路,便于管理人员抓住主要矛盾,集影响工程进度的关键工作和关键线路,便于管理人员抓住主要矛盾,集中精力确保工期,避免盲目抢工;中精力确保工期,避免盲目抢工;n通过对各项工作机动时间通过对各项工作机动时间(时差时差)的计算,可以更好地运用和调配人员与的计算,可以更好地运用和调配人员与设备,节约人力、物力,达到降低成本的目的;在计划执行过程中,设备,节约人力、物力,达
16、到降低成本的目的;在计划执行过程中,当某一项工作因故提前或拖后时,能从网络计划中预见到它对其后续当某一项工作因故提前或拖后时,能从网络计划中预见到它对其后续工作及总工期的影响程度,便于采取措施;可利用计算机进行计划的工作及总工期的影响程度,便于采取措施;可利用计算机进行计划的编制、计算、优化和调整。编制、计算、优化和调整。第一节第一节 概述概述第21页,本讲稿共63页三、网络图的表达形式三、网络图的表达形式网络图是由箭线和节点按照一定规则组成的、用来表示工作流网络图是由箭线和节点按照一定规则组成的、用来表示工作流程的、有向有序的网状图形。网络图分为双代号网络图和单代程的、有向有序的网状图形。网
17、络图分为双代号网络图和单代号网络图两种形式,由一条箭线与其前后两个节点来表示一项号网络图两种形式,由一条箭线与其前后两个节点来表示一项工作的网络图称为双代号网络图;而由一个节点表示一项工作,工作的网络图称为双代号网络图;而由一个节点表示一项工作,以箭线表示工作顺序的网络图称为单代号网络图。以箭线表示工作顺序的网络图称为单代号网络图。第一节第一节 概述概述工作工作(工序工序)名称名称 i j 持续时间持续时间编号编号名称名称时间时间第22页,本讲稿共63页第二节第二节 双代号网络计划图双代号网络计划图一、双代号网络图的构成一、双代号网络图的构成 双双代代号号网网络络图图由由箭箭线线、节节点点、节
18、节点点编编号号、虚虚箭箭线线、线线路路等等五五个个基本要素构成。对于每一项工作而言,其基本形式如下图。基本要素构成。对于每一项工作而言,其基本形式如下图。工作工作(工序工序)名称名称 i j 持续时间持续时间开始节点开始节点完成节点完成节点节点编号节点编号双代号网络图的基本形式双代号网络图的基本形式第23页,本讲稿共63页1箭线箭线n在双代号网络图中,一条箭线表示一项工作(又称工序、作业或在双代号网络图中,一条箭线表示一项工作(又称工序、作业或活动)。而工作所包括的范围可大可小,既可以是一道工序,也活动)。而工作所包括的范围可大可小,既可以是一道工序,也可以是一个分项工程或一个分部工程,甚至是
19、一个单位工程。可以是一个分项工程或一个分部工程,甚至是一个单位工程。n在无时标的网络图中,箭线的长短并不反映该工作占用时间的长在无时标的网络图中,箭线的长短并不反映该工作占用时间的长短。短。n箭线的尾端表示该项工作的开始,箭头端则表示该项工作的结箭线的尾端表示该项工作的开始,箭头端则表示该项工作的结束。束。第二节第二节 双代号网络计划图双代号网络计划图第24页,本讲稿共63页2、节点、节点n在在双双代代号号网网络络图图中中,节节点点代代表表一一项项工工作作的的开开始始或或结结束束,常常用用圆圆圈圈表表示示。箭箭线线尾尾部部的的节节点点称称为为该该箭箭线线所所示示工工作作的的开开始始节点,箭头端
20、的节点称为该工作的完成节点。节点,箭头端的节点称为该工作的完成节点。n在在一一个个完完整整的的网网络络图图中中,除除了了最最前前的的起起点点节节点点和和最最后后的的终终点点节节点点外外,其其余余任任何何一一个个节节点点都都具具有有双双重重含含义义既既是是前前面面工工作作的的完完成点,又是后面工作的开始点。成点,又是后面工作的开始点。n节节点点仅仅为为前前后后两两项项工工作作的的交交接接点点,只只是是一一个个“瞬瞬间间”概概念念,因此它既不消耗时间,也不消耗资源。因此它既不消耗时间,也不消耗资源。第二节第二节 双代号网络计划图双代号网络计划图第25页,本讲稿共63页3、节点编号、节点编号n在在双
21、双代代号号网网络络图图中中,一一项项工工作作可可以以用用其其箭箭线线两两端端节节点点内内的的号号码来表示,以方便网络图的检查、计算与使用。码来表示,以方便网络图的检查、计算与使用。n对一个网络图中的所有节点应进行统一编号,不得有缺编和重号对一个网络图中的所有节点应进行统一编号,不得有缺编和重号现象。对于每一项工作而言,其箭头节点的号码应大于箭尾节点现象。对于每一项工作而言,其箭头节点的号码应大于箭尾节点的号码,即顺箭线方向由小到大。的号码,即顺箭线方向由小到大。第二节第二节 双代号网络计划图双代号网络计划图第26页,本讲稿共63页 4、虚箭线、虚箭线n虚箭线又称虚工作,它表示一项虚拟的工作,用
22、带箭头的虚线虚箭线又称虚工作,它表示一项虚拟的工作,用带箭头的虚线表示。表示。n其工作持续时间必须用其工作持续时间必须用“0”标出。虚工作的特点是既不标出。虚工作的特点是既不消耗时间,也不消耗资源。消耗时间,也不消耗资源。n虚箭线可起到联系、区分和断路作用,是双代号网络图虚箭线可起到联系、区分和断路作用,是双代号网络图中表达一些工作之间的相互联系、相互制约关系,从而中表达一些工作之间的相互联系、相互制约关系,从而保证逻辑关系正确的必要手段。保证逻辑关系正确的必要手段。第二节第二节 双代号网络计划图双代号网络计划图第27页,本讲稿共63页5、线路、线路n在网络图中,从起点节点开始,沿箭线方向顺序
23、通过一系列箭在网络图中,从起点节点开始,沿箭线方向顺序通过一系列箭线与节点,最后到达终点节点所经过的通路叫线路。线与节点,最后到达终点节点所经过的通路叫线路。124AC5B2D4E5G3F56351双代号网络图双代号网络图(8天);天);(10天);天);(9天);天);(14天);天);(13天),天),共共5条线路。条线路。第二节第二节 双代号网络计划图双代号网络计划图第28页,本讲稿共63页n第四条线路耗时最长(第四条线路耗时最长(14天),对整个工程的完工起着决定性的天),对整个工程的完工起着决定性的作用,称为关键线路;其余线路均称为非关键线路。处于关键线作用,称为关键线路;其余线路均
24、称为非关键线路。处于关键线路上的各项工作称为关键工作。关键工作完成的快慢将直接影响路上的各项工作称为关键工作。关键工作完成的快慢将直接影响整个计划工期的实现。关键线路上的箭线常采用粗线、双线或其整个计划工期的实现。关键线路上的箭线常采用粗线、双线或其它颜色的箭线突出表示。它颜色的箭线突出表示。n位于非关键线路上的工作除关键工作外,都称为非关键工作,位于非关键线路上的工作除关键工作外,都称为非关键工作,它们都有机动时间它们都有机动时间(即时差即时差);非关键工作也不是一成不变的,;非关键工作也不是一成不变的,它可以转化成关键工作;利用非关键工作的机动时间可以科它可以转化成关键工作;利用非关键工作
25、的机动时间可以科学地、合理地调配资源和对网络计划进行优化。学地、合理地调配资源和对网络计划进行优化。第二节第二节 双代号网络计划图双代号网络计划图第29页,本讲稿共63页n二、双代号网络图的绘制二、双代号网络图的绘制n(一)绘图的基本规则(一)绘图的基本规则1必须正确表达已定的逻辑关系。必须正确表达已定的逻辑关系。第二节第二节 双代号网络计划图双代号网络计划图第30页,本讲稿共63页ABABCABCABCACB序号工作之间的逻辑关系网络图中的表示方法说明1A工作完成后进行B工作A工作制约着B工作的开始,B工作依赖着A工作2A、B、C三项工作同时开始A、B、C三项工作称为平行工作3A、B、C三项
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