《数学建模》第三章 简单的优化模型
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第3章简单的优化模型第3章简单的优化模型优化问题可以说是⼈们在⼯程技术、经济管理和科学研究等领域中最常⽤的⼀类问题。
其要求就是在已给定的能够满⾜的条件下,设计⼀个具体可⾏的策略,使我们能得到最为满意的结果。
⽐如公司经理要根据⽣产成本和市场需求确定产品价格,使所获利润最⾼;投资者要选择⼀些股票、债券下注,使收益最⼤,风险最⼩。
这些问题都属于优化问题,本节我们要介绍的优化模型就是⽤来模拟解决这样的问题。
本节我们介绍⼀些⽐较简单的优化模型,归结为微积分中的函数极值问题,可以直接⽤微分法求解。
3.1存储模型⼯⼚定期订购原料,存⼊仓库供⽣产之⽤;车间⼀次加⼯出⼀批零件,供装配线每天⽣产之需;商店成批购进各种商品,放在货柜⾥以备零售;显然这些情况下都有⼀个贮存量多⼤才合适的问题。
贮存量过⼤,贮存费⽤太⾼;贮存量太⼩,会导致⼀次性订购费⽤增加,或不能及时满⾜需求。
本⼩节在需求量稳定的前提下讨论两个简单的贮存模型:不允许缺货模型和允许缺货模型。
前者适⽤于⼀旦出现缺货会造成重⼤损失的情况(如炼铁⼚对原料的需求),后者适⽤于像商店购货之类的情况,缺货造成的损失可以允许和估计。
不允许缺货的存储模型先考察这样的问题:配件⼚为装配线⽣产若⼲种部件,轮换⽣产不同的部件时因更换设备要付⽣产准备费(与⽣产数量⽆关),同⼀部件的产量⼤于需求时因积压资⾦、占⽤仓库要付储存费。
今已知某⼀部件的⽇需求量100件,⽣产准备费5000元,储存费每⽇每件1元。
如果⽣产能⼒远⼤于需求,并且不允许出现缺货,是安排该产品的⽣产计划,即多少天⽣产⼀次(称为⽣产周期),每次产量多少,可使总费⽤最⼩。
问题分析让我们试算⼀下:若每天⽣产⼀次,每次⼀百件,⽆储存费,⽣产准备费5000元,每天费⽤5000元;若10天⽣产⼀次,每次1000件,储存费900+800+…100=4500元,⽣产准备费5000元,总计9500元,平均每天费⽤950元;若50天⽣产⼀次,每次5000件,储存费4900+4800+…100=122500元,⽣产准备费5000元,总计127500元,平均每天费⽤2550元。
数学建模第3章 简单的优化模型3.1 在存贮模型的总费用中增加购买货物本身的费用。
重新确定最优订货周期和订货批量。
证明在不允许缺货模型中结果与原来的一样。
而在允许缺货模型中最优订货周期和定货批量都比原来结果减少。
(1)不允许缺货模型:模型假设:考虑连续模型,即设生产周期T 和产量Q 均为连续量。
作如下假设:1、 产品每天的需求量为常数r ;2、 每次生产准备费为1c ,每天每件产品贮存费为2c ;3、 生产力为无限大(相对于需求量),当贮存量降到0时,Q 件产品立即生产出来供给需求,即不允许缺货。
模型建立:设购买单位种类货物的费用为k ,将贮存量表示为时间t 的函数()q t ,0t =生产Q 件,贮存量(0)q Q =,()q t 以需求速率r 递减,直到()0q T =。
如图1,显然有Q rT =。
图1一个周期内的贮存费为2/2c QT ⨯,准备费为1c ,购买费用为kQ 。
所以一周期的总费用为:21212/2/2C c c QT kQ c c rT krT =++=++,则每天的平均费用为:12()//2c T c T c rT kr =++。
模型求解:求T 使得每天平均费用最小,由2221r c Tc dT dC +-=,令0=dT dC ,可以得到122c T c r =,122c r Q c =,结果不变.(2)允许缺货模型:模型假设 与不允许缺货的1、2一样,但3、生产力为无限大(相对于需求量),允许缺货,每天每件产品缺货损失费为3c ,但缺货数量需在下次生产时补足。
模型建立 同上,设购买单位种类货物的费用为k ,将贮存量表示为时间t 的函数()q t ,0t =生产Q 件,贮存量(0)q Q =,()q t 以需求速率r 递减。
但是当1t T =时,有()0q t =,显然有1Q rT =,在1T 到T 这段时间内需求率不变,在t T =时数量立即恢复到Q 。
图2一个周期内的准备费为1c ,贮存费为21/2c QT ,缺货损失费为231()/2c r T T -,购买费用为kQ 。