目标规划的问题分析及规划方法bmkz.pptx
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1、管理运筹学管理运筹学-管理科学方法管理科学方法中山大学南方学院工商管理系演讲:王甜源演讲:王甜源OR:SM第第5 章章 目标规划目标规划Sub titleSub title学习要点 了解目标规划与线性规划的异同了解目标规划与线性规划的异同 理解目标约束中的正负偏差变量理解目标约束中的正负偏差变量 思考目标约束与系统约束的差异思考目标约束与系统约束的差异 理解目标的优先级和目标权系数理解目标的优先级和目标权系数 了解目标规划图解法和单纯形法了解目标规划图解法和单纯形法2OR:SM第一节第一节 多目标规划问题多目标规划问题一、线性规划的局限性一、线性规划的局限性线性规划的局限性线性规划的局限性只能
2、解决一组线性约束条件下,某一目标而且只能是一个目标只能解决一组线性约束条件下,某一目标而且只能是一个目标的最大或最小值的问题的最大或最小值的问题实际决策中,衡量方案优劣考虑多个目标实际决策中,衡量方案优劣考虑多个目标生产计划决策,通常考虑产值、利润、满足市场需求等生产计划决策,通常考虑产值、利润、满足市场需求等生产布局决策,考虑运费、投资、供应、市场、污染等生产布局决策,考虑运费、投资、供应、市场、污染等 这些目标中,有主要的,也有次要的;有最大的,有最小的;这些目标中,有主要的,也有次要的;有最大的,有最小的;有定量的,有定性的;有互相补充的,有互相对立的,有定量的,有定性的;有互相补充的,
3、有互相对立的,LP则则无能为力无能为力目标规划(目标规划(Goal Programming)多目标线性规划多目标线性规划含有多个优化目标的线性规划含有多个优化目标的线性规划3OR:SM问题的提出:问题的提出:目标规划是在线性规划的基础上,为适应经济管目标规划是在线性规划的基础上,为适应经济管理多目标决策的需要而由线性规划逐步发展起来的一理多目标决策的需要而由线性规划逐步发展起来的一个分支。个分支。由于现代化企业内专业分工越来越细,组织机构由于现代化企业内专业分工越来越细,组织机构日益复杂,为了统一协调企业各部门围绕一个整体的日益复杂,为了统一协调企业各部门围绕一个整体的目标工作,产生了目标管理
4、这种先进的管理技术。目目标工作,产生了目标管理这种先进的管理技术。目标规划是实行目标管理的有效工具,它标规划是实行目标管理的有效工具,它根据企业制定根据企业制定的经营目标以及这些目标的轻重缓急次序,考虑现有的经营目标以及这些目标的轻重缓急次序,考虑现有资源情况,分析如何达到规定目标或从总体上离规定资源情况,分析如何达到规定目标或从总体上离规定目标的差距为最小目标的差距为最小。第第5 章章 目标规划目标规划4OR:SM第一节第一节 多目标规划问题多目标规划问题二、多目标规划的提出二、多目标规划的提出例:例:甲乙产品的最优生产计划。甲乙产品的最优生产计划。产品产品资源资源甲甲乙乙现有资源现有资源
5、设备设备A2016设备设备B0210设备设备C3432单位利润单位利润 35解:解:线规划模型:线规划模型:maxZ=3x1+5x2 2x1 16 2x2 10 3x1+4x2 32 x1,x2 0根据市场需求根据市场需求/合同规定:合同规定:希望尽量扩大甲产品希望尽量扩大甲产品减少乙产品产量。减少乙产品产量。又增加二个目标:又增加二个目标:maxZ1=3x1+5x2 maxZ2=x1minZ3=x2 2x1 16 2x2 10 3x1+4x2 32 x1,x2 0 这些目标之间这些目标之间相互矛盾,一相互矛盾,一般的线性规划般的线性规划方法不能求解方法不能求解 5OR:SM第一节第一节 多目
6、标规划问题多目标规划问题二、多目标规划的提出二、多目标规划的提出多目标线性规划模型的原始一般形式如下:多目标线性规划模型的原始一般形式如下:n n个决策变量,个决策变量,m m个约束条件,个约束条件,L L个目标函数。个目标函数。当当L L=1=1时,即为我们熟悉的单目标线性规划模型。时,即为我们熟悉的单目标线性规划模型。6OR:SM例:例:某企业计划生产甲,乙两种产品,这些产品分别某企业计划生产甲,乙两种产品,这些产品分别要在要在A,B,C,D四种不同设备上加工。按工艺文件规定,四种不同设备上加工。按工艺文件规定,如表所示。如表所示。ABCD单件利润单件利润甲甲11402乙乙22043最大负
7、荷最大负荷1281612问该企业应如何安排计划,使得计划期内的总利润收入为最问该企业应如何安排计划,使得计划期内的总利润收入为最大?大?第一节第一节 多目标规划问题多目标规划问题7OR:SM解:设甲、乙产品的产量分别为解:设甲、乙产品的产量分别为x1,x2,建立线性规划,建立线性规划模型:模型:其最优解为其最优解为x14,x22,z14元元第一节第一节 多目标规划问题多目标规划问题8OR:SM但企业的经营目标不仅仅是利润,而且要考虑多个方面,如:但企业的经营目标不仅仅是利润,而且要考虑多个方面,如:(1)力求使利润指标不低于力求使利润指标不低于12元;元;(2)考虑到市场需求,甲、乙两种产品的
8、生产量需保持考虑到市场需求,甲、乙两种产品的生产量需保持1:1的比的比例;例;(3)C和和D为贵重设备,严格禁止超时使用;为贵重设备,严格禁止超时使用;(4)设备设备B必要时可以加班,但加班时间要控制;设备必要时可以加班,但加班时间要控制;设备A即要求即要求充分利用,又尽可能不加班。充分利用,又尽可能不加班。要考虑上述多方面的目标,需要借助目标规划的方法。要考虑上述多方面的目标,需要借助目标规划的方法。要考虑上述多方面的目标,需要借助目标规划的方法。要考虑上述多方面的目标,需要借助目标规划的方法。第一节第一节 多目标规划问题多目标规划问题9OR:SM 线性规划模型存在的局限性:线性规划模型存在
9、的局限性:线性规划模型存在的局限性:线性规划模型存在的局限性:1)要求问题的解必须满足全部约束条件,实际问题)要求问题的解必须满足全部约束条件,实际问题中并非所有约束都需要严格满足。中并非所有约束都需要严格满足。2)只能处理单目标的优化问题。实际问题中,目标)只能处理单目标的优化问题。实际问题中,目标和约束可以相互转化。和约束可以相互转化。3)线性规划中各个约束条件都处于同等重要地位,)线性规划中各个约束条件都处于同等重要地位,但现实问题中,各目标的重要性即有层次上的差别,但现实问题中,各目标的重要性即有层次上的差别,同一层次中又可以有权重上的区分。同一层次中又可以有权重上的区分。4)线性规划
10、寻求最优解,但很多实际问题中只需找)线性规划寻求最优解,但很多实际问题中只需找出满意解就可以。出满意解就可以。第一节第一节 多目标规划问题多目标规划问题10OR:SM第一节第一节 多目标规划问题多目标规划问题三、多目标规划的解法三、多目标规划的解法加权系数法:加权系数法:为每一目标赋一权数,把多目标转化成单目标。但权系数难以科学确定。优先等级法:优先等级法:各目标按重要性归不同优先级而化为单目标。有效解法:有效解法:寻求能照顾到各目标而使决策者感到满意的解。但可行域大时难以列出所有有效解的组合。目标规划法:目标规划法:对每一个目标函数引入正的或负的偏差变量;引入目标的优先等级和加权系数。11O
11、R:SM目标规划怎样解决前例线性规划模型建模目标规划怎样解决前例线性规划模型建模目标规划怎样解决前例线性规划模型建模目标规划怎样解决前例线性规划模型建模中的局限性?中的局限性?中的局限性?中的局限性?1.设置偏差变量,用来表明实际值同目标值之间的差异。设置偏差变量,用来表明实际值同目标值之间的差异。偏差变量用下列符号表示:偏差变量用下列符号表示:d+超出目标的偏差,称正偏差变量超出目标的偏差,称正偏差变量d-未达到目标的偏差,称负偏差变量未达到目标的偏差,称负偏差变量正负偏差变量两者必有一个为正负偏差变量两者必有一个为0。当实际值超出目标值时:当实际值超出目标值时:d+0,d-=0;当实际值未
12、达到目标值时:当实际值未达到目标值时:d+=0,d-0;当实际值同目标值恰好一致时:当实际值同目标值恰好一致时:d+=0,d-=0;故恒有故恒有d+d-=0第一节第一节 多目标规划问题多目标规划问题12OR:SM2.统一处理目标和约束。统一处理目标和约束。对有严格限制的资源使用建立系统约束,数学形式同线性规划对有严格限制的资源使用建立系统约束,数学形式同线性规划中的约束条件。如中的约束条件。如C和和D设备的使用限制。设备的使用限制。对不严格限制的约束,连同原线性规划建模时的目标,均通过对不严格限制的约束,连同原线性规划建模时的目标,均通过目标约束来表达。目标约束来表达。1)例如要求甲、乙两种产
13、品保持)例如要求甲、乙两种产品保持1:1的比例,系统约束表达为:的比例,系统约束表达为:x1=x2。由于这个比例允许有偏差,。由于这个比例允许有偏差,当当x1x2时,出现正偏差时,出现正偏差d+,即:,即:x1-d+=x2或或x1x2-d+=0第一节第一节 多目标规划问题多目标规划问题13OR:SM正负偏差不可能同时出现,故总有:正负偏差不可能同时出现,故总有:x1x2+d-d+=0 若希望甲的产量不低于乙的产量,即不希望若希望甲的产量不低于乙的产量,即不希望d-0,用目标约束可用目标约束可表为表为:若希望甲的产量低于乙的产量,即不希望若希望甲的产量低于乙的产量,即不希望d0,用目标约束可用目
14、标约束可表为表为:若希望甲的产量恰好等于乙的产量,即不希望若希望甲的产量恰好等于乙的产量,即不希望d0,也不希望也不希望d-0用目标约束可表为用目标约束可表为:第一节第一节 多目标规划问题多目标规划问题14OR:SM3)设备)设备B必要时可加班及加班时间要控制,目标约束表示为:必要时可加班及加班时间要控制,目标约束表示为:2)力求使利润指标不低于)力求使利润指标不低于12元,目标约束表示为:元,目标约束表示为:4)设备)设备A既要求充分利用,又尽可能不加班,目标约束既要求充分利用,又尽可能不加班,目标约束表示为:表示为:第一节第一节 多目标规划问题多目标规划问题15OR:SM3.目标的优先级与
15、权系数目标的优先级与权系数在一个目标规划的模型中,为达到某一目标可牺牲其他一些在一个目标规划的模型中,为达到某一目标可牺牲其他一些目标,称这些目标是属于不同层次的优先级。优先级层次的高低目标,称这些目标是属于不同层次的优先级。优先级层次的高低可分别通过优先因子可分别通过优先因子P1,P2,表示。对于同一层次优先级的不同表示。对于同一层次优先级的不同目标,按其重要程度可分别乘上不同的权系数。权系数是一个个目标,按其重要程度可分别乘上不同的权系数。权系数是一个个具体数字,乘上的权系数越大,表明该目标越重要。具体数字,乘上的权系数越大,表明该目标越重要。现假定:现假定:第第1优先级优先级P1企业利润
16、;企业利润;第第2优先级优先级P2甲乙产品的产量保持甲乙产品的产量保持1:1的比例的比例 第第3优先级优先级P3设备设备A充分利用但尽量不超负荷工作充分利用但尽量不超负荷工作,设备设备B尽量不尽量不超负荷工作。其中设备超负荷工作。其中设备A的重要性比设备的重要性比设备B大三倍。大三倍。第一节第一节 多目标规划问题多目标规划问题16OR:SM上述目标规划模型可以表示为:上述目标规划模型可以表示为:第一节第一节 多目标规划问题多目标规划问题17OR:SM目标规划数学模型的一般形式目标规划数学模型的一般形式达成函数达成函数目标约束目标约束其中:其中:g gk k为第为第k k个目标约束的预期目标值,
17、个目标约束的预期目标值,和和 为为p pl l 优先因子优先因子对应各目标的权系数。对应各目标的权系数。第一节第一节 多目标规划问题多目标规划问题18OR:SM目标规划问题及其数学模型目标规划问题及其数学模型总结:用目标规划求解问题的过程:总结:用目标规划求解问题的过程:总结:用目标规划求解问题的过程:总结:用目标规划求解问题的过程:明确问题,列出明确问题,列出目标的优先级和目标的优先级和权系数权系数构造目标规构造目标规划模型划模型求出满意解求出满意解满意否?满意否?分析各项目标分析各项目标完成情况完成情况据此制定出决策方案据此制定出决策方案NY19OR:SM第二节第二节 目标规划的数学模型目
18、标规划的数学模型一、目标期望值一、目标期望值每一个目标希望达到的期望值(或目标值、理想值)。根据历史资料、市场需求或上级部门的布置等来确定。二、偏差变量二、偏差变量目标约束目标约束目标的实际值和期望值之间可能存在正的或负的偏差。正偏差变量正偏差变量dk+表示第k个目标超过期望值的数值;负偏差变量负偏差变量dk-表示第k个目标未达到期望值的数值。同一目标的dk+和dk-中至少有一个必须为零。引入正负偏差变量,对各个目标建立目标约束(软约束)总结:用目标规划求解问题的过程:总结:用目标规划求解问题的过程:总结:用目标规划求解问题的过程:总结:用目标规划求解问题的过程:20OR:SM第二节第二节 目
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