数学规划-中国运筹学会
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运筹学简单的学习计划一、学习材料1.教材《运筹学导论》《运筹学方法与应用》《运筹学理论与算法》这些教材是运筹学的经典教材,通过学习这些教材,可以系统地学习运筹学的基础理论和方法。
2.参考书《运筹学与管理科学》《运筹学方法及其应用》这些参考书能够帮助我们更深入地理解运筹学的理论和方法,从而更好地应用到实际问题中去。
3.网络资源此外,我们还可以通过一些网络资源来学习运筹学,比如一些运筹学的课程视频、博客、论坛等,这些资源可以帮助我们更直观地理解运筹学的概念和方法。
二、学习步骤1.学习基础概念首先,我们需要学习一些基础概念,比如线性规划、整数规划、动态规划等,这些都是运筹学的基础理论,我们需要通过教材来系统地学习这些概念。
2.学习常用方法其次,我们需要学习一些常用的方法,比如最优化方法、网络流方法、排队论方法等,这些方法都是运筹学的重要方法,我们需要通过教材和参考书来深入地学习这些方法。
3.学习应用案例最后,我们需要学习一些实际应用案例,比如生产调度、物流优化、项目管理等,通过这些应用案例,我们可以更好地理解运筹学的应用,从而更好地应用到实际问题中去。
三、学习方法1.理论和实践相结合在学习运筹学的过程中,我们需要理论和实践相结合,不仅要学习理论知识,还要通过实际问题来练习,比如通过一些实际案例来进行模拟运筹学的应用。
2.多角度思考在学习运筹学的过程中,我们需要多角度思考,不仅要学会用数学思维来进行问题分析,还要学会用工程思维、管理思维等来进行问题分析,从而更好地理解问题的本质。
3.及时总结在学习运筹学的过程中,我们需要及时总结,将学到的知识进行整理,形成知识体系,方便我们日后的应用和复习。
四、学习计划1.制定学习计划首先,我们需要根据自己的实际情况,制定一个学习计划,包括学习时间、学习内容、学习方法等。
2.每天保持学习状态其次,我们需要每天保持学习状态,比如每天安排一定的时间进行运筹学的学习,保持学习的连贯性。
中国运筹学史大事概览(从公元前6世纪到现在)公元前6世纪公元前6世纪春秋时期,著名的军事家孙武所著的《孙子兵法》13篇是体现我国古代军事运筹思想的最早的典籍。
他总结了战争的规律,考察了各种依存、制约关系,并依此来研究如何筹划兵力以争取全局的胜利。
公元前6世纪,我国就创造了绿肥轮作制、间作制等先进的耕种技术,其中合理筹划农事的经验富于运筹思想,后由北魏时期的科学家贾思勰(公元5世纪末-6世纪中)总结为《齐民要术》一书。
公元前4世纪公元前4世纪,战国时期的孙膑“斗马术”是我国古代运筹思想中争取总体最优的脍炙人口的著名范例(记载于《史记·孙子吴起列传》)。
齐将田忌与齐王赛马,孙膑献策:以下马对齐王上马,以上马对齐王中马,以中马对齐王下马,结果田忌以一负两胜而获胜。
他的基本思想是不强求一局的得失,而争取全盘的胜利。
另外,当时著名的“围魏救赵”与“减灶之法”也都充分体现了如何运用筹划兵力,选择最佳时间、地点,趋利避害,集中优势兵力以弱克强的运筹思想。
公元前3世纪在公元前3世纪楚汉相争中,汉高祖刘邦的著名谋士张良为推翻秦朝,打败项羽,统一全国立下了盖世奇功,刘邦赞誉他“运筹帷幄之中,决胜千里之外”。
这千古名句也可以说是对张良运筹思想的赞颂和褒奖。
公元前206一公元8年从对西汉(公元前206一公元8年)首都长安的都市规划和修建的勘察和发掘资料中可以看出,我国历代在城市规划方面都重视市址的选择、地形的优势、水陆枢纽的便捷,及对宫殿、街道、市井等的统筹布局。
其设计原则还体现了我国古代最常用的,早在《管子》一书中就提出的“高毋近旱而水用足,下毋近水而沟防省”的城市选址的运筹思想。
公元前54年公元前54年汉宣帝时,对当时都城长安的供粮运输与存储问题作了调查研究和调整。
改远地供应为就近调运,节省了一半以上的劳力;并开始设置常平仓储备粮食。
这完全符合现代运筹学合理运输与选址问题的基本思想。
公元208年《三国志》记载的“赤壁之战”,是著名的古代军事运筹代表人物之一诸葛亮说服孙权与刘备联合,而由周瑜率军以弱胜强战胜曹操的不朽战例。
2010 年第 1 期(总第 1 期)2010 年 9 月 25 日======================================================================目录 中国运筹学会数学规划分会第五届理事会名单 会议报道 2 3- 2010 全国应用数学研究生暑期学校“优化方法及其应用”成功 举办 - 2010“优化与应用”国际暑期学校暨前沿讲座于中科院数学院 举行 - 2010“最优化前沿理论与应用研讨会”在贵州大学召开 - 2010 清华大学数学科学系举办“全局最优化”交流会 - 2010 北京工业大学应用数理学院最优化暑期研讨会 获奖信息 - Daniel Spielman 教授获得 2010 年 ICM 奈望林纳获 学界公告 - 《中国运筹学会数学规划分会简报》发行,欢迎投稿 9 7编辑:徐大川(北京工业大学), 陈旭瑾(中科院) ------------------------------------------------------------------------------------------------------网址: / 电子邮箱: optimization_china@中国运筹学会数学规划分会简报2010 年第 1 期(总第 1 期)中国运筹学会数学规划分会第五届理事会名单2010 年 5 月 23 日 名誉理事长:越民义 韩继业 (以下按姓氏拼音顺序排列) 理事长:修乃华 副理事长:戴彧虹 李端 孙小玲 邢文训 张国川 秘书长:徐大川 副秘书长:陈旭瑾 黄学祥 王宜举 资深理事:(21人) 陈开周 邓乃扬 方伟武 冯恩民 韩继业 胡毓达 蓝伯雄 林诒勋 刘光中 祁力群 唐国春 王长钰 王哲民 夏尊铨 姚恩瑜 俞 建 越民义 张建中 张连生 章祥荪 朱道立 常务理事: (43人) 白延琴 陈光亭 陈国庆 陈小君 戴彧虹 郭田德 何炳生 贺国平 胡祥培 黄正海 简金宝 李董辉 李 端 刘三阳 鲁习文 潘平奇 濮定国 宋 文 孙文瑜 孙小玲 童小娇 万仲平 王宜举 王云诚 韦增欣 邢文训 修乃华 徐成贤 徐大川 徐以汎 徐寅峰 杨 辉 杨庆之 杨晓光 杨晓琪 杨新民 原晋江 张国川 张立卫 张树中 张玉忠 赵云斌 朱德通理事:(84人) 艾文宝 高雷阜 胡觉亮 林贵华 屈 彪 童小娇 徐成贤 杨永建 郑喜印 白延琴 高岳林 胡祥培 凌 晨 尚有林 万仲平 徐大川 宇振盛 朱德通 陈东彦 龚循华 黄南京 刘国山 申培萍 王国庆 徐明华 原晋江 朱文兴 陈光亭 郭崇慧 黄正海 刘三阳 舒 嘉 王世英 徐以汎 张 峰 朱志斌 陈国庆 郭田德 简金宝 刘新为 宋 文 王晓敏 徐寅峰 张国川 陈小君 韩乔明 李董辉 龙永红 孙文瑜 王宜举 杨 辉 张立卫 陈修素 何炳生 李 端 鲁习文 孙小玲 王云诚 杨庆之 张树中 陈旭瑾 何诣然 李荣珩 倪 勤 谈之奕 韦增欣 杨晓光 张玉忠 陈中文 贺国平 李声杰 潘平奇 唐恒永 邢文训 杨晓琪 赵培忻 戴彧虹 洪 流 李勇建 濮定国 田志远 修乃华 杨新民 赵云斌2中国运筹学会数学规划分会简报2010 年第 1 期(总第 1 期)会议报道全国应用数学研究生暑期学校 优化方法及其应用情况介绍由教育部主办,国家自然科学基金委员会资助, 大连理工大学数学科学学院 承办的 2010 年应用数学暑期学校于 2010 年 7 月 19 日—8 月 4 日在大连理工大 学研究生教学楼举行。
运筹学(Operation Research,又译为作业研究),是研究运用于策划的应用数学分支,利用统计学、数学模型和算法去辅助决策。
运筹学经常用于解决现实生活中的复杂问题,特别是改善或优化现有系统的效率。
“运筹”一词,本指运用算筹,后引伸为谋略之意。
“运筹”最早出自于汉高祖刘邦对张良的评价:“运筹帷幄之中,决胜千里之外。
”二次大战时,英军首次邀请科学家参与军事行动研究(operations research, 在英国又称operational research或OR/MS, management science),战后这些研究结果用于其他用途,这是现代“运筹学”的起源。
中国在1956年曾用过“运用学”的名字,于1957年正式定名为“运筹学”,于1980年成立中国运筹学会(ORSC),并于1982年加入国际运筹学联合会(IFORS)。
关键字:运筹学,简介,研究范围,历史,特点,研究方法,展望,应用,感悟运筹学简介英语全称为:Operational Research(英国)或者是Operations Research(美国)在中国战国时期,曾经有过一次流传后世的赛马比赛,相信大家都知道,这就是田忌赛马。
田忌赛马的故事说明在已有的条件下,经过筹划、安排,选择一个最好的方案,就会取得最好的效果。
可见,筹划安排是十分重要的。
现在普遍认为,运筹学是近代应用数学的一个分支,主要是将生产、管理等事件中出现的一些带有普遍性的运筹问题加以提炼,然后利用数学方法进行解决。
前者提供模型,后者提供理论和方法。
运筹学的思想在古代就已经产生了。
敌我双方交战,要克敌制胜就要在了解双方情况的基础上,做出最优的对付敌人的方法,这就是“运筹帷幄之中,决胜千里之外”的说法。
但是作为一门数学学科,用纯数学的方法来解决最优方法的选择安排,却是晚多了。
也可以说,运筹学是在二十世纪四十年代才开始兴起的一门分支。
运筹学研究范围运筹学主要研究经济活动和军事活动中能用数量来表达的有关策划、管理方面的问题。
谈中国运筹学会数学规划分会第七届学术会议中国运筹学会数学规划分会第七届学术会议于近日在北京成功举行,吸引了众多运筹学领域的专家学者参加。
本届会议的主题是“数学规划与可持续发展”,旨在通过学术交流和合作,推动数学规划在可持续发展领域的应用研究。
本次会议的议程非常丰富,包括学术报告、研讨会和展览等多个环节。
来自全国各地的专家学者们针对数学规划在可持续发展中的应用进行了深入的研讨和交流,共同探讨了数学规划在环境保护、能源利用、物流运输等方面的新方法和新技术。
会议期间,有多位知名专家做了精彩的学术报告。
他们从不同的角度和研究领域介绍了数学规划在可持续发展中的应用案例和取得的成果。
其中,有专家详细介绍了数学规划在环境空气质量优化领域的研究成果,通过建立数学模型和优化算法,为相关决策提供了科学的依据;还有专家分享了数学规划在物流运输中的应用,通过对运输路线、仓储管理等方面进行优化,提高了物流效率,减少了能源和资源的浪费。
与此同时,本次会议还组织了多个研讨会,与会专家们就数学规划在可持续发展中面临的挑战和机遇进行了广泛深入的讨论。
他们就如何通过数学规划方法解决环境污染、社会经济等问题进行了研讨,并提出了许多创新的思路和方法,为数学规划在可持续发展中的应用指明了方向。
此外,会议还设有展览环节,展示了数学规划在实际应用中的成果和技术创新。
各个企事业单位带来了自己的成果展示,并与会代表现场交流,增进了彼此的了解和合作意愿。
通过本届会议,不仅促进了学术交流和合作,也进一步推动了数学规划在可持续发展领域的研究和应用。
学术界和实践界的专家学者们共同探讨问题,分享经验,不仅提高了各自的专业水平,也为中国的可持续发展做出了贡献。
总之,中国运筹学会数学规划分会第七届学术会议是一次非常成功的会议,为数学规划在可持续发展中的应用提供了一个广泛的平台。
相信通过这次会议的共同努力,数学规划在可持续发展中将继续发挥更重要的作用。
在本届学术会议中,与会专家学者们还就数学规划在可持续发展的前沿研究方向、方法和技术进行了热烈的讨论。
韩继业教授生平科研教学介绍 (本文是2005年徐大川博士为《中国现代数学家传》所撰写的韩继业教授简介初稿。
)韩继业,中国科学院数学与系统科学研究院应用数学研究所研究员,博士生导师。
1957年毕业于北京大学数学力学系概率论专业,曾先后在中科院数学所与应用数学所工作,研究方向最初是排队论(queuing theory),“文革”后研究非线性优化、变分不等式与互补理论、及组合优化等,已发表学术论文百余篇。
韩继业教授与我国运筹学开拓者之一越民义教授长期合作,曾参加越民义的研究组并获得1978年全国科学大会奖,1983年中国科学院自然科学一等奖,1987年国家自然科学三等奖和中国科学院自然科学一等奖。
现为《数学学报》(中文版)常务编委,《应用数学学报》常务编委和中文版副主编,《运筹学学报》常务编委,以及中国运筹学会数学规划分会理事长。
韩继业1935年生于天津,家住在当时天津的英租界。
1941年冬,日本偷袭美国珍珠港,太平洋战事爆发,日本军队迅即占领天津各租界区。
事隔半个多世纪,韩继业至今仍清楚地记得,当时整夜枪声使他不得安睡,第二天清早照例去上学,沿路每个十字路口都有杀气腾腾的日本兵持枪站岗,路上不时有被打死或打伤的人躺在那里,街道上血腥气和火药味混合着同胞的呻吟,惨不忍睹。
到学校后老师说:学校停课了,韩继业只好和别的同学一起走出校门,默默地回家。
后来学校终于恢复上课,但他们再也找不到往昔宁静的学校生活和良好的学习氛围。
新来的日本教师大肆宣扬什么“中日亲善”,“大东亚共荣”,强迫韩继业和同学们学日文。
韩继业年纪虽小,心里却明白这是一种屈辱,常常偷偷流泪。
不久,市面上买不到粮食了,中国人只能到指定的商店买有霉味的“混合面”吃。
几乎天天听到日本警车刺耳的尖叫声。
一年后韩继业随家离开天津,辗转逃离沦陷区,进入“国统区”。
此后数年间因受局势影响,他们家迁徙转移数省。
韩继业在小学和初中阶段几乎每一、两年就不得不转一个学校,许多功课只能靠自学。
数学的运筹学分支数学的运筹学分支,作为一门跨学科的学科,旨在应用数学工具和方法来解决实际问题。
它与数学的其他分支有所不同,它关注的是如何在现实世界中进行决策和规划。
运筹学在工程、经济、物流、交通等领域中有着广泛的应用。
1. 简介运筹学运筹学是一门数学科学,主要研究如何对现实世界的问题进行决策和规划。
它的发展历史可以追溯到二战期间,是军事运筹学的延伸。
运筹学包括了数学规划、线性规划、非线性规划、动态规划、排队论等内容。
2. 数学规划数学规划是运筹学的一个分支,它研究如何通过数学模型来规划和优化决策。
数学规划可以分为线性规划、非线性规划和整数规划等不同类型。
线性规划在优化问题中有着广泛的应用,它可以通过建立约束条件和目标函数来求解解决方案。
3. 排队论排队论是运筹学中的另一个重要分支,它研究的是排队系统的性能评估和优化。
排队论可以用于优化服务台的数量和配置,以提高服务效率。
排队论在交通、通信等领域中有重要的应用,它可以帮助我们更好地理解人群流动和资源分配等问题。
4. 动态规划动态规划是运筹学中的一种决策方法,它通过将复杂的问题分解为子问题来求解最优解。
动态规划可以应用于许多领域,如资源分配、路径规划以及时间序列分析等。
通过动态规划,我们可以更好地理解问题的本质,并找到最优的解决方案。
5. 运筹学在实践中的应用运筹学作为一门实用的学科,广泛应用于各个领域。
在工程方面,运筹学可以用于优化生产过程、资源调度和项目管理等方面。
在经济方面,运筹学可以用于市场营销策略、风险分析和投资组合管理等方面。
在物流和交通方面,运筹学可以用于路线规划、车辆调度和货物配送等方面。
总结运筹学作为数学的一个分支,致力于解决现实世界中的决策和规划问题。
通过数学模型和方法,它可以帮助我们优化决策,提高效率。
无论是在工程、经济、物流还是交通领域,运筹学在实践中都发挥着重要的作用。
希望本文能够给读者提供一个初步了解运筹学的概念和应用领域,以及它对解决实际问题的重要性。
中国运筹学发展史运筹学是一门应用数学和形式科学来研究如何在有限资源下做出最优决策的科学。
自20世纪50年代以来,运筹学在中国得到了广泛的应用和发展。
本文将详细介绍中国运筹学的发展历程和重要成果。
一、起步阶段(1950-1960年)在20世纪50年代,随着中国的第一个五年计划的实施,运筹学开始在中国得到应用。
这个时期的重要事件包括1957年成立的北京大学数学力学系运筹学研究室,以及1958年成立的清华大学运筹学研究室。
这两个研究室的成立标志着中国运筹学的起步。
二、发展阶段(1960-1980年)在20世纪60年代和70年代,中国运筹学得到了进一步的发展。
这个时期的重要事件包括1961年成立的上海交通大学运筹学研究室,以及1978年成立的中国人民大学运筹学研究所。
这些研究机构的出现为中国运筹学的发展提供了重要的平台。
在这个阶段,中国运筹学在多个领域取得了重要的成果。
例如,在交通运输方面,运筹学被应用于铁路运输规划、公路运输网络优化等领域,取得了显著的成果。
在生产管理方面,运筹学被应用于生产流程优化、库存管理等领域,有效地提高了生产效率。
三、推广和应用阶段(1980-至今)自20世纪80年代以来,中国运筹学得到了广泛的推广和应用。
这个时期的重要事件包括1980年成立的全国运筹学会第一届理事会,以及1986年成立的中国科学院管理科学研究所。
这些机构的成立为中国运筹学的推广和应用提供了重要的支持。
在这个阶段,中国运筹学在各个领域都取得了显著的成果。
例如,在经济发展方面,运筹学被应用于宏观经济政策分析、产业结构优化等领域,为政府决策提供了重要的参考。
在军事领域,运筹学被应用于作战指挥、后勤保障等领域,提高了军队的作战能力。
此外,运筹学还被广泛应用于交通、能源、环境等领域的优化问题,为我国的可持续发展做出了贡献。
四、总结中国运筹学在近几十年的发展中取得了显著的进步,从起步阶段逐渐发展成为一门成熟的应用科学。
在发展过程中,中国运筹学不断汲取国内外先进理论和方法,形成了具有中国特色的研究体系。
中国运筹学会的简史和今日的发展“运筹”一词,出自中国《史记·高祖本记》:“夫运筹策帷幄之中,决胜于千里之外”。
运筹学的英文词Operational Research最早出现于1938年,原意为“作战研究”。
在美国称为Operations Research,英文缩写为OR。
20世纪50年代中期,钱学森、许国志等教授将运筹学引入我国,并结合我国的特点在国内推广应用,中国学术界将原词译为运筹学。
现代运筹学被引入中国是在五十年代后期。
中国第一个运筹学小组在钱学森、许国志先生的推动下在1956年于中国科学院力学研究所成立。
可见,运筹学一开始就被理解为同工程有密切联系的学科。
1959年,第二个运筹学部门在中国科学院数学研究所成立,这是大跃进中数学家们投身于国家建设的一个产物。
力学所小组与数学所的小组于1960年合并成为数学研究所的一个研究室,当时的主要研究方向为排队论、非线性规划和图论,还有人专门研究运输理论、动态规划和经济分析(例如投入产出方法)。
1963年是中国运筹学教育史上值得一提的一年,数学研究所的运筹学研究室为中国科技大学应用数学系的第一届毕业生(58届)开设了较为系统的运筹学专业课,这是第一次在中国的大学里开设运筹学专业和授课。
今天,运筹学的课程已变成所有大学的商学院、工学院乃至数学系和计算机系的基本课程了。
五十年代后期,运筹学在中国的应用集中在运输问题上,其中一个广为流传容易明白的例子就是“打麦场的选址问题”,目的在于解决当时手工收割为主的情况下如何节省人力和实践。
国际上大家都知道的“中国邮路问题”模型也是在那个时期由管梅谷教授提出的。
所以,现在非常热门的“物流学”,在当时就有一些雏形的研究,但可惜中国的大工业落后,又不是市场环境,使我们在相当长的时期中远离了当代“物流学”的发展主流。
中国运筹学早期应用的亮点是由华罗庚教授点燃的。
在文化大革命期间,身为中国数学会理事长和中科院院士的他,亲自率领一个小组,大家称为“华罗庚小分队”,到农村、工厂讲解基本的优化技术和统筹方法,使用于日常的生产和生活中。
《数学规划》课程思政优秀教学案例(一等奖)一、课程简介数学规划是数学与应用数学专业的专业必修课。
本课程的教学目是从理论、算法和计算等方面介绍了分析和求解常见的优化问题的方法,为后续学习有关专业课程和科学研究打好优化理论基础,培养学生分析和解决问题的能力。
学完本课程后学生应能够:正确理解数学规划的方法论,掌握数学规划优化思想;掌握线性规划、对偶问题、运输问题、整数规划、目标规划、非线性规划、动态规划等基本模型的功能和特点,掌握与规划模型相关的概念及原理。
熟悉其建模条件、计算步骤及相应的技巧,做到思路清晰、概念明确,熟练掌握各种规划模型特别是确定性模型的求解方法,并能对求解结果作简单分析;具备初步运用《数学规划》思想和方法分析、解决实际问题的能力。
二、教学目标知识目标:了解运筹学的国内外发展历史,掌握运筹学的基本概念、应用领域、建模技术及其学习方法。
能力目标:初步形成根据实际问题建立运筹学模型并求解的能力。
形成优化意识,能理论联系实际,对一些实际问题建立优化模型,并能对模型进行定量分析和评价。
要求学生学会使用MATLAB、Lingo等软件进行编程求解优化问题。
思政育人目标:通过历史上著名优化例子的介绍,了解古人的光辉历史,特别是新中国成立后科学家们为学科的发展奉献自己力量,激发学生的学习热情,并鼓励学生立志成才,努力上进。
此外,通过运筹学模型的介绍让学生如何运用所学知识合理规划自己的人生和个人理财能力,培养学生良好的学习习惯、树立健康的人生价值观和世界观。
三、专业教学与思政教育的融合设计四、教学效果数学学科的思政教育应该从“培养严谨态度,崇尚理性精神,提升数学审美,培养家国情怀,养正人格品行”四个方面进行引入。
(一)从学生的日常行为进行思政教育,培养严谨态度。
上课时明确要求学生不迟到,不旷课,提前到课堂,教育学生履行契约。
同时要求学生上课遵守纪律,认真听课,独立完成作业,养成尊重他人的付出和规范学习习惯。
中国数学规划新近进展及展望摘要数学规划又称数学优化,它是运筹学的一个重要分支。
它主要研究在一定约束条件下,如何求一个实数或者整数变量的实函数的最大值或者最小值。
它是运筹学和管理科学中最常用的一种建模工具和求解问题的方法,在工程、经济和金融等领域有非常广泛的应用。
在本章中,首先我们简单地介绍数学规划的历史、应用及其主要研究方向;然后我们概述数学规划的发展现状和在中国的发展情况。
最后我们将按照数学规划的以下七个主要方向:(1)线性和非线性规划,(2)锥和鲁棒优化,(3)变分不等式和互补问题,(4)多目标优化与向量优化,(5)整数规划,(6)组合优化,(7)张量与多项式优化,分别介绍其背景和应用领域,研究现状,未来发展趋势和主要研究问题。
Recent Development and Future Prospect ofMathematical Programming in ChinaMathematical programming or mathematical optimization is an important branch of operations research that studies the problem of minimizing or maximizing a real function of real or integer variables, subject to constraints on the variables. It is one of widely used modeling tools and methodologies in operations research and management science and has numerous applications in engineering, economics and finance. In this chapter, we first give a brief introduction of mathematical programming problems, applications, history and main research areas. We then review the state-of-the-art of mathematical programming study with an overview of the development of mathematical programming in China. Research perspectives of mathematical programming is also presented. The main parts of the chapter devote to the following seven research areas of mathematical programming: (1) Linear and nonlinear programming; (2) Conic and robust optimization; (3) Variational inequality and complementarity problem; (4) Multi-objective optimization and vector optimization; (5) Integer programming; (6) Combinatorial optimization; (7) Tensor and polynomial optimization. In each of the above research areas, we introduce background and applications of the problems, the state-of-the-art of the methodologies, the current research trends and the key research problems.一、数学规划学科概述(一)背景和意义数学规划问题是指在一定约束条件下最大化或最小化某一目标函数的问题,其变量可能是连续或离散的;研究这类问题的数学性质、求解算法和具体实现以及应用这些算法解决实际问题的学科统称为数学规划。
数学规划的一个“近似”或通俗的名字是“最优化”。
数学规划问题求解“最优”的特征决定了其应用的广泛性。
早在18世纪,著名数学家欧拉就曾说:宇宙万物无不与最小化或最大化的原理有关系。
经济社会中,在有限的资源下求解最优的计划、方案、路线、组合和策略等问题都可以归结为数学规划问题;数学规划的应用遍及工程、经济、金融、管理、医药和军事等领域。
可以说,数学规划的原理渗入到社会发展的各个方面,甚至在我们的日常生活里也有各种各样的最优化问题。
在学科分类上,一般把数学规划看成是运筹学的一个分支,是运筹学的基础学科。
在管理科学中,数学规划是最常用的建模方法和工具,与统计和模拟仿真一起组成三大基本方法和技术。
由于数学规划与数学理论的天然联系,也可以把数学规划看成是应用数学的一个分支。
在国际上,数学规划的研究活动分布在运筹学、管理科学、应用数学、计算机科学和电子工程等领域中。
在一些国际大型学术组织中,如美国运筹与管理科学学会、国际运筹学会联合会、欧洲运筹学会、美国工业与应用数学联盟和美国计算机科学学会等,数学规划都是非常活跃的研究方向和分支。
数学规划的历史可以追溯到17世纪法国数学家费尔马给出的实函数极值点的平稳性条件和18世纪法国数学家拉格朗日处理等式约束的乘子方法,而牛顿提出的求函数极值点的迭代算法成为后来无约束最优化和非线性方程组的基本算法。
现代数学规划发展于上世纪二次大战以后,其标志是线性规划的提出和应用。
1939年康托洛维奇就已经把线性规划方法应用于二战中前苏联的军事和生产规划,但西方科学界直到50年代末才知道他的工作。
1947年,丹齐格提出了求解线性规划的单纯形方法,而冯·诺依曼发展了线性规划对偶理论并将其应用于博弈论。
线性规划的单纯形方法的提出被认为是现代数学规划也是运筹学学科的开端,是20世纪计算科学的十大算法之一,丹齐格也被认为是“数学规划之父”。
1951年库恩和塔克提出了约束最优化问题必要条件,后称为KKT-条件,标志着现代非线性规划理论研究的开端。
二战后,西方经济和科学技术的繁荣发展使数学规划的发展进入了黄金阶段,特别是计算机技术的普及使数学规划的算法能真正广泛地应用于求解各种现实问题的最优化模型。
随着共轭梯度法和拟牛顿法的提出,非线性规划方法日趋成熟,其中许多算法程序成为工程计算的标准子程序。
1979年卡奇杨提出了第一个线性规划的多项式算法-椭球法,而1984年卡玛卡提出的线性规划内点法更使数学规划研究进入了内点法时代,内点法随后被涅斯捷罗夫和尼米洛夫斯基等推广到一些凸优化问题。
数学规划的其他分支,如多目标规划和向量优化、整数规划、组合优化、随机优化、变分不等式和互补问题等在上世纪后半叶也得到了迅速的发展,成为相对成熟和独立的数学规划分支和研究方向。
近年来,锥优化,鲁棒优化、稀疏优化、张量和多项式优化等成为数学规划新的热点研究方向,连续优化和离散优化的相关理论不断深入和发展,使数学规划成为运筹学学科应用最广泛和最具活力的研究领域。
(二)研究与应用现状通过几十年的发展,数学规划理论和方法的研究不断深入,应用领域也不断扩大。
数学规划的研究大体上可分为三个主要的方面:(1)数学规划理论:研究数学规划问题相关的数学理论。
数学规划的理论研究对学科的发展具有基础性的作用,数学规划的一个鲜明的特点是其理论的严密性。
(2)数学规划算法:研究求解数学规划问题的精确和近似算法。
这是数学规划研究的核心部分,是数学规划学科应用性的体现,是数学规划学术研究和现实应用之间的桥梁。
没有算法研究的数学规划只能停留在数学理论领域。
在数学规划发展的历史上,算法研究是推动数学规划发展的主要力量,新算法的提出推动学科向前发展。
(3)数学规划建模、应用与软件:数学规划的生命力在于其应用的广泛性,从丹齐格把线性规划应用于美国空军作战计划开始,数学规划的发展都与解决实际应用问题密切相关。
工业、管理和信息等领域中有许多最优化建模问题,利用这些问题的物理特性建立模型后,需要对模型进行分析和简化,并应用合适的算法软件进行求解,而后回到现实环境中进行最优解分析和参数敏感性分析等。
可以说,重要的数学规划问题都来源于实际,其研究成果能被应用于实际。
数学规划的理论和应用属性决定了其研究队伍的广泛性和分散性。
在国内和国际学术界,数学规划的研究小组和人员一般分布在如下几个学科领域:1)数学和应用数学领域,这部分研究小组和学者主要从事数学规划理论和算法的基础研究;2)工业工程、系统工程和运筹领域,这部分研究小组主要以应用为导向,从事数学规划建模、算法和应用研究;3)管理科学领域,这部分研究小组和学者更注重最优化建模和分析,与管理科学中的运作管理、物流与供应链管理和金融工程有比较密切的合作和联系;4)信息与计算机科学领域,这部分研究小组致力于计算复杂性和算法设计与分析、信息处理的优化理论、模型、方法和应用研究。
当然,上述领域的分类并不严格,许多研究小组和学者都从事理论、算法和应用的交叉研究。
目前数学规划的主要研究领域有:(1)线性规划:研究目标函数和约束函数都是线性的数学规划问题的理论和算法,这类问题的可行域是多面体和多胞形。
线性规划在形式上是最简单但也是应用最广泛的数学规划问题。
线性规划是多项式时间可解的数学规划问题,其主要算法是单纯形算法和内点算法。
(2)非线性规划:研究目标或约束函数有非线性性质的数学规划问题,有如下的一些主要研究分支。
凸规划是非线性规划中经典和重要的一类问题,系指目标函数和约束都是凸的数学规划问题。
无约束优化问题的经典算法有共轭梯度法、拟牛顿法和信赖域法。
经典的约束优化问题的算法有罚函数法、可行方向法、内点法和序列二次规划方法等。
二次规划问题指目标函数是二次而约束是线性的非线性规划问题。
二次规划是介于线性规划和一般非线性规划之间的数学规划问题,其理论和算法研究趋于成熟,主要算法有传统的积极集法和近年来发展的内点法。
当目标和约束都是二次函数时,这一类问题称为二次约束二次规划问题,其研究难度则大大增加。
多项式规划研究目标函数和约束函数都是多项式的数学规划问题。
多项式优化与张量分析、代数几何和矩理论等数学分支密切相关。
目前,求解多项式优化问题的主要途径是松弛和近似方法,如平方和逼近等。