整数规划-模型资料
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整数规划的数学模型及解的特点整数规划IP (integer programming):在许多规划问题中,如果要求一部分或全部决策变量必须取整数。
例如,所求的解是机器的台数、人数、车辆船只数等,这样的规划问题称为整数规划,简记IP 。
松弛问题(slack problem):不考虑整数条件,由余下的目标函数和约束条件构成的规划问题称为该整数规划问题的松弛问题。
若松弛问题是一个线性规化问题,则该整数规划为整数线性规划(integer linear programming)。
一、整数线性规划数学模型的一般形式∑==nj jj x c Z 1min)max(或中部分或全部取整数n j nj i jij x x x mj ni x b xa ts ,...,,...2,1,...,2,10),(.211==≥=≥≤∑=整数线性规划问题可以分为以下几种类型1、纯整数线性规划(pure integer linear programming):指全部决策变量都必须取整数值的整数线性规划。
有时,也称为全整数规划。
2、混合整数线性规划(mixed integer liner programming):指决策变量中有一部分必须取整数值,另一部分可以不取整数值的整数线性规划。
3、0—1型整数线性规划(zero —one integer liner programming):指决策变量只能取值0或1的整数线性规划。
1 解整数规划问题0—1型整数规划0—1型整数规划是整数规划中的特殊情形,它的变量仅可取值0或1,这时的⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧≥≤+≥+≤-+=且为整数0,5210453233max 2121212121x x x x x x x x x x z变量xi 称为0—1变量,或称为二进制变量。
0—1型整数规划中0—1变量作为逻辑变量(logical variable),常被用来表示系统是否处于某一特定状态,或者决策时是否取某个方案。
整数规划模型整数规划模型是一种数学模型,用于解决优化问题。
在整数规划中,决策变量必须是整数。
这种模型广泛应用于工程、科学、运筹学和管理等领域。
整数规划模型的一般形式如下:\[\text{maximize} \quad c^Tx\]\[\text{subject to} \quad Ax \leq b\]\[x_j \text{整数} , j = 1,2,...,n\]其中,c是一个n维向量,表示目标函数的系数;x是n维向量,表示决策变量;A是m×n维矩阵,表示约束条件的系数矩阵;b是一个m维向量,表示约束条件的上界。
整数规划模型的目标是找到一个满足约束条件的决策变量向量x,使得目标函数值最大或最小。
由于决策变量必须是整数,所以整数规划模型要比普通的线性规划模型更复杂。
整数规划模型可以应用于许多实际问题。
例如,一个公司要决定生产哪种产品以最大化利润,但每种产品有一定的生产限制,需要整数规划模型来确定生产量;一个配送中心要决定如何分配物流资源以最小化成本,但每个分配决策都必须是整数,需要整数规划模型来求解。
求解整数规划模型可以使用多种算法。
例如,分支定界算法通过将问题分解为一个个子问题,并通过剪枝策略来减少搜索空间,最终找到最优解;约简与延迟约束算法通过线性松弛将整数规划转化为一个松弛线性规划问题,并通过迭代加入约束条件来逼近整数解。
整数规划模型的求解过程需要注意一些问题。
首先,由于整数规划是一个NP难问题,没有通用的多项式时间算法可以解决所有情况。
其次,整数规划模型可能有多个最优解,求解算法可能只能找到其中一个最优解。
最后,整数规划模型的求解过程可能需要大量的计算资源和时间。
总之,整数规划模型是一种重要的数学模型,可以用于解决各种实际优化问题。
但由于其复杂性和求解困难,需要合理选择算法和求解策略来获得满意的结果。
§5.4 0—1型整数规划模型1、 0—1型整数规划模型概述整数规划指的是决策变量为非负整数值的一类线性规划,在实际问题的应用中,整数规划模型对应着大量的生产计划或活动安排等决策问题,整数规划的解法主要有分枝定界解法及割平面解法(这里不作介绍,感兴趣的读者可参考相关书籍)。
在整数规划问题中,0—1型整数规划则是其中较为特殊的一类情况,它要求决策变量的取值仅为0或1,在实际问题的讨论中,0—1型整数规划模型也对应着大量的最优决策的活动与安排讨论,我们将列举一些模型范例,以说明这个事实。
0—1型整数规划的的数学模型为: 目标函数nn x c x c x c z M i n M a x +++= 2211)(约束条件为:⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==≥≤++=≥≤++=≥≤++1 | 0 ) ,() ,() ,(22112222212111212111n m n mn m m n n n n x x x b x a x a x a b x a x a x a b x a x a x a , , ,21这里,0 | 1表示0或1。
2、0—1型整数规划模型的解法0—1型整数规划模型的解法一般为穷举法或隐枚举法,穷举法指的是对决策变量nx x x , , ,21 的每一个0或1值,均比较其目标函数值的大小,以从中求出最优解。
这种方法一般适用于决策变量个数n 较小的情况,当n 较大时,由于n 个0、1的可能组合数为n2,故此时即便用计算机进行穷举来求最优解,也几乎是不可能的。
隐枚举法是增加了过滤条件的一类穷举法,该法虽能减少运算次数,但有的问题并不使用。
此时,就只能用穷举法了。
3. 应用实例例1 工程上马的决策问题1)问题的提出某部门三年内有四项工程可以考虑上马,每项工程的期望收益和年度费用(千元)如下表所示:假定每一项已选定的工程要在三年内完成,是确定应该上马哪些工程,方能使该部门可能的期望收益最大。
2)模型分析与变量的假设这是工程上马的决策问题,对任一给定的工程而言,它只有两种可能,要么上马,要么不上马,这两种情况分别对应二进制数中的1、0,大凡这样的实际背景所对应的工程问题,大都可考虑用0—1型整数规划模型建立其相应的模型。