充分讨论模型-整数规划问题.
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运筹学 第05章 整数规划与分配问题
1
整数规划问题的提出
0 xj 1 表示项目j不被选中 表示项目j被选中 ( j 1,2,3,4,5)
解：决策变量：设
目标函数：期望收益最大
max z 10 x1 8 x 2 7 x3 6 x 4 9 x5
约束条件：投资额限制条件 6x1+4x2+2x3+4x4+5x515 项目A、C、E之间必须且只需选择一项：x1+x3+x5=1 项目B、D之间必须且只需选择一项：x2+x4=1 项目C的实施要以项目D的实施为前提条件： x3 x4 归纳起来，其数学模型为：
n
(i 1,2, , m) ( j 1,2, , n)
2
整数规划问题的分类
根据变量取整数的情况，将整数规划分为：
（1）纯整数规划，所有变量都取整数.
（2）混合整数规划，一部分变量取整数,一部分变量取实数 （3）0-1整数规划 ,所有变量均取0或1
2
整数规划问题的求解思考
1
整数规划问题与其松弛问题
2
匈牙利法
例：用匈牙利法求解下列指派问题，已知效率矩阵分别如下：
任务 A 2 10 9 7 B 15 4 14 8 C 13 14 16 11 D 4 15 13 9
人员
甲 乙 丙 丁
2
匈牙利法
2 10 9 7
15 4 14 8
13 14 16 11
4 15 13 9
例：其中（2，2）（3，1）点为最大值，Z=4。常用的求解整数规划的方法有： 割平面法和
分支定界法，对于0－1规划问题采用隐枚举法和匈牙利法。
3
分派问题与匈牙利法
1
整数线性规划
分枝定界法的理论基础：
1 2 k , i j (1) max cx max (max cx, max cx, , max cx)
x x1 x 2 x k
(2) 若 i j ，则 max cx max cx
xi xi x
分 枝
给定整数规划问题IP max z C T X
若x 的某个分量 xi 不是整数，
0
0
则将 IP分解为两个子问题
max z C X AX b X 0 X为整数向量 xi [ xi0 ]
T max z C X AX b X 0 X为整数向量 xi [ xi0 ] 1
记 z0 z
x1 4, x1 5
将问题B0分解为两个子问题B1和B2(分枝), 分别解B1,B2得 B1: x1=4, x2=2.10, z1=349 B2: x1=5, x2=1.57, z2=341
max z 40 x1 90 x2 max z 40 x1 90 x2 9 x1 7 x2 56 7 x 20 x 70 1 2 x1 4 B1 x1 , x2 0 9 x1 7 x2 56 7 x 20 x 70 1 2 x1 5 B2 x1 , x2 0
4、几点说明 (1)、如果要求目标的最大值
max z cij xij
令
bij M cij
i
j
其中
M max{ cij }
效率矩阵可变为B，将分配问题转换为一个极 小化问题
min z
'
b x
ij i j
ij
(2)、如果分配问题中，人员数 m 不等于工作数 n 时，可以类似于不平衡运输问题建立模型的 方法，增加虚拟人员或虚拟工作。
(完整word版)整数规划的数学模型及解的特点
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。
运筹学整数规划
运筹学整数规划运筹学是研究在资源有限的条件下，如何进行决策和优化的一门学科。
整数规划是运筹学中的一个重要分支，它解决的是决策变量必须为整数的问题。
整数规划在实际问题中具有广泛的应用，如生产计划、设备配置、选址问题等。
整数规划问题的数学模型可以表示为：max/min c^T xs.t. Ax ≤ bx ≥ 0x ∈ Z其中，c是目标函数的系数矩阵，x是决策变量的向量，A是约束条件的系数矩阵，b是约束条件的向量，Z表示整数集合。
整数规划问题与线性规划问题相似，但整数规划问题的约束条件多了一个整数限制，使得问题的解空间变得更为复杂。
由于整数规划问题的NP-hard性质，求解整数规划问题是一项困难的任务。
求解整数规划问题的常用方法有分支定界法、割平面法和启发式算法等。
分支定界法是一种穷举搜索的方法，它通过将整数规划问题不断分割成更小的子问题，从而逐步搜索解空间，直到找到最优解。
分支定界法对于规模较小的问题比较有效，但对于大规模复杂问题，效率较低。
割平面法是一种通过添加新的约束条件来减少解空间的方法。
它利用线性松弛问题（将整数约束条件放宽为线性约束条件）的解来构造有效的割平面，从而逐步缩小解空间，找到最优解。
割平面法通常比分支定界法更有效，但对于某些问题，可能需要添加大量的割平面才能收敛到最优解。
启发式算法是一种基于经验和启发式搜索的方法。
它通过设置初始解、搜索策略和邻域搜索等步骤，来快速找到近似最优解。
常见的启发式算法有遗传算法、模拟退火算法和禁忌搜索算法等。
启发式算法虽然不能保证找到全局最优解，但能够在可接受的时间内找到较优解。
综上所述，整数规划作为运筹学中的重要分支，解决的是决策变量必须为整数的问题。
整数规划问题具有广泛的应用，但由于其NP-hard性质，求解过程较为困难。
常用的求解方法包括分支定界法、割平面法和启发式算法等。
这些方法各有优劣，根据具体问题的特点选择合适的方法进行求解。
第4章 整数规划
第四章
整数规划
整数规划问题的提出
整数规划模型与一般的线性规划模型 的区别仅在于： 的区别仅在于：整数规划的变量要求 部分的或全部的为整数。例如： 部分的或全部的为整数。例如：
m Z = x + x2 ax 1 14 1 x +9x2 ≤ 51 −6x +3x2 ≤1 1 x , x ≥ 0且 整 为 数 1 2
(纯整数规划问题) 纯整数规划问题)
解：设xi为第i天开始上班的人数： 为第i天开始上班的人数： Min： Min：z=x1+x2+x3+x4+x5+x6+x7 s.t. x1 +x4+x5+x6+x7≥17 +x5+x6+x7≥13 x1+x2 x1+x2+x3 +x6+x7≥15 x1+x2+x3+x4+ +x7≥19 x1+x2+x3+x4+x5 ≥14 x2+x3+x4+x5+x6 ≥16 x3+x4+x5+x6+x7≥11 xi≥0 （ i=1,2,…,7） i=1,2,…,7）
例：某市6 例：某市6个区，希望设 置最少消防站以便节省 费用。条件：
必须保证在城区任何地方发 生火警时，消防车能在15 生火警时，消防车能在15分 15分 钟之内赶到现场。各区之间 消防车行驶的时间见右表。
请确定设站方案。
布点问题的数学模型： 0－1规划 布点问题的数学模型：
设0−1为决策变量，当表示i地区设站，表示i 为决策变量，当表示i地区设站，表示i 地区不设站。这样根据消防车15分钟赶到现 地区不设站。这样根据消防车15分钟赶到现 场的限制，可得到如下模型
整数规划
整数规划问题的提出
整数规划模型与一般的线性规划模型 的区别仅在于： 的区别仅在于：整数规划的变量要求 部分的或全部的为整数。例如： 部分的或全部的为整数。例如：
m Z = x + x2 ax 1 14 1 x +9x2 ≤ 51 −6x +3x2 ≤1 1 x , x ≥ 0且 整 为 数 1 2
(纯整数规划问题) 纯整数规划问题)
解：设xi为第i天开始上班的人数： 为第i天开始上班的人数： Min： Min：z=x1+x2+x3+x4+x5+x6+x7 s.t. x1 +x4+x5+x6+x7≥17 +x5+x6+x7≥13 x1+x2 x1+x2+x3 +x6+x7≥15 x1+x2+x3+x4+ +x7≥19 x1+x2+x3+x4+x5 ≥14 x2+x3+x4+x5+x6 ≥16 x3+x4+x5+x6+x7≥11 xi≥0 （ i=1,2,…,7） i=1,2,…,7）
例：某市6 例：某市6个区，希望设 置最少消防站以便节省 费用。条件：
必须保证在城区任何地方发 生火警时，消防车能在15 生火警时，消防车能在15分 15分 钟之内赶到现场。各区之间 消防车行驶的时间见右表。
请确定设站方案。
布点问题的数学模型： 0－1规划 布点问题的数学模型：
设0−1为决策变量，当表示i地区设站，表示i 为决策变量，当表示i地区设站，表示i 地区不设站。这样根据消防车15分钟赶到现 地区不设站。这样根据消防车15分钟赶到现 场的限制，可得到如下模型
典型的整数线性规划问题
小型 中型 大型
现有量
钢材（吨）
1.5
3
5
600
劳动时间（小时） 280
250
400
60000
利润（万元）
2
3
4
• 制订月生产计划，使工厂的利润最大。
• 如果生产某一类型汽车，则至少要生产80辆，
那么最优的生产计划应作何改变？
汽车厂生产计划
模型建立
设每月生产小、中、大型 汽车的数量分别为x1, x2, x3
模型建立
令xj表示对第j个发展项目的投资数量
n
Max z cj x j j 1 n
s. t. a j xj b j 1
xj 0或1(j=1,2, ,n)
整数 线性 规划 0－1 模型
(IP)
整数线性规划及0－1规划
例1 汽车厂生产计划
汽车厂生产三种类型的汽车，已知各类型每辆车对钢 材、劳动时间的需求，利润及工厂每月的现有量。
方法3：化为非线性规划
x1=0 或 80
x1(x1 80) 0
x2=0 或 80
x2 (x2 80) 0
x3=0 或 80
x3 (x3 80) 0
非线性规划（Non- Linear Programming，简记NLP）
NLP 虽 然 可 用 现 成 的 数 学 软 件 求 解 ( 如 LINGO, MATLAB)，但是其结果常依赖于初值的选择。
丙 1’18” 1’07”8 1’24”6 59”4
丁 1’10” 1’14”2 1’09”6 57”2
戊 1’07”4 1’11” 1’23”8 1’02”4
讨论 丁蛙泳c43 =69.675.2，戊自由泳c54=62.4
整数规划模型
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。
整数规划
5 2 C = 0 0
0 2 0 3 0 0 0 6 7 8 0 0
步骤3： 若 n ，作最少直线覆盖当前零元素。 已知例12中的系数矩阵为 ⒈变换系数矩阵
4 7 C = 6 6 6
8 7 15 12 9 17 14 7 9 12 6 10 7 14 8 10 9 6 10 8
最多有3个独立0元素！
5 2 C = 0 4
0 2 0 3 0 0 5 6 7 8 0 0
5 2 C = 0 4
0 2 0 3 0 7 5 6 0 8 0 3
至于如何找覆盖零元素的最少直线，通过例子来说明。 例1 现有一个4×4的指派问题，其效率矩阵为：
整数线性规划数学模型的一般形式为：
max(or min) z = ∑ c j x j n ∑ aij x j ≤ (or =, ≥)bi , i = 1, 2,L , m s.t j =1 x j ≥ 0, x j 中部分或全部为整数， = 1, 2,L , n j
j =1
n
整数线性规划类型
B1 B2 B3 B4 B5
C=
A1 4 A2 7 A3 6 A4 6 A5 6
8 7 15 12 9 17 14 10 9 12 8 7 7 14 6 10 9 12 10 6
这是一个标准的指派问题。若设0-1变量
1 xij = 0
例12：某商业公司计划开办五家新商店。为了尽早建成 营业，商业公司决定由5家建筑公司分别承建。已知建筑 公司 Ai (i = 1,2, L ,5) 对新商店B j ( j = 1,2, L,5) 的建造 报价（万元）为 cij (i, j = 1,2, L ,5) , 见矩阵C。商业公 司应当对5家建筑公司怎样分配建筑任务，才能使总的建 筑费用最少？
整数规划
i=1 j=1
整数规划的特点及应用
例1 现有资金总额为B。可供选择的投资项目有n个，项目 j所需投资额和预期收益分别为aj和cj（j＝1,2,..,n），此 外由于种种原因，有三个附加条件： 若选择项目1，就必须同时选择项目2。反之不一定
7
项目3和4中至少选择一个；
项目5,6,7中恰好选择2个。 应该怎样选择投资项目，才能使总预期收益最大。
14
x2
3
⑴
⑵
(3/2,10/3)
标函数值最大，即为Z=4。
3
x1
整数规划的特点及应用
整数规划问题的求解方法： 分支定界法
15
割平面法
匈牙利法（指派问题）
分支定界法
分支定界法的解题步骤：
1）求整数规划的松弛问题最优解； 若松弛问题的最优解满足整数要求，得到整数规划的最优解,否则转下一步； 2）分支与定界： 任意选一个非整数解的变量xi，在松弛问题中加上约束： xi≤[xi] 和 xi≥[xi]+1 组成两个新的松弛问题，称为分枝。 新的松弛问题具有特征：当原问题是求最大值时，目标值是分枝问题的上界；当 原问题是求最小值时，目标值是分枝问题的下界。 3) 检查所有分枝的解及目标函数值，若某分枝的解是整数并且目标函数值大于 （max）等于其它分枝的目标值，则将其它分枝剪去不再计算，若还存在非整数 解并且目标值大于(max)整数解的目标值，需要继续分枝，再检查，直到得到最优 解。
整数规划的特点及应用
min z =
6
邋
4
4
c ij x ij + [1200y 1 + 1500y 2 ]
ì x 11 + x 21 + x 31 + x 41 = 350 ï ï ï ï x 12 + x 22 + x 32 + x 42 = 400 ï ï ï ï x 13 + x 23 + x 33 + x 43 = 300 ï ï ï x 14 + x 24 + x 34 + x 44 = 150 ï ï ï ï ï x 11 + x 12 + x 13 + x 14 = 400 s .t . í ï x 21 + x 22 + x 23 + x 24 = 600 ï ï ï x 31 + x 32 + x 33 + x 34 = 200y 1 ï ï ï ï x 41 + x 42 + x 43 + x 44 = 200y 2 ï ï ï x ij ? 0 (i , j 1, 2, 3, 4) ï ï ï ï y = 0,1 (i = 1, 2) ï ï î i
MBA数据模型与决策：整数规划
得的奖品最值钱。
§8.1.1 问题举例
▪ 表8-1 商品（奖品）信息
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
商品名称 本地啤酒 无籽西瓜
毛毯 食用油
火腿 橙汁 飞标盘 铸铁炒锅 优质苹果 东北大米 卷筒纸 洗涤液
重量（Kg/件） 6 5 4 9 3 2 3 6 15 20 2 3
在应用Excel求解0-1整数规划时，同整数规划的求解相类 似，只是在0-1变量的约束添加时略有不同。
整数规划
▪ 在实际应用问题中，我们会常遇到要求问题的决 策变量全部或部分是整数的情况，如问题的决策 变量表示的是人数、汽车量数、机器台数、以及 对事物的逻辑判断等，我们把这样的规划问题称 为整数规划问题（Integer Programming, IP）,特 别地，当这个问题是线性规划问题时就称为整数 线性规划问题（Integer Linear Programming, ILP）。由于本章只讲整数线性规划问题，所以在 以后的叙述中将其简称为整数规划问题。
▪ 在整数规划中，如果所有的决策变量都要求 是整数时，就称之为纯整数规划（Pure Integer Programming）或称之为全整数规划 （All Integer Programming）；如果只有部
分决策变量要求是整数，其它变量则不予限
制，这样的问题称之为混合整数规划(Mixed Integer Programming)。整数规划还有一种特 殊的形式，就是整数变量的取值仅限于0或1 ，这样的问题我们称之为0-1整数规划（0-1 Integer Programming）。
价格（元/件） 18 8 50 70 48 10 28 72 75 60 21 19
§8.1.1 问题举例
§8.1.1 问题举例
▪ 表8-1 商品（奖品）信息
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
商品名称 本地啤酒 无籽西瓜
毛毯 食用油
火腿 橙汁 飞标盘 铸铁炒锅 优质苹果 东北大米 卷筒纸 洗涤液
重量（Kg/件） 6 5 4 9 3 2 3 6 15 20 2 3
在应用Excel求解0-1整数规划时，同整数规划的求解相类 似，只是在0-1变量的约束添加时略有不同。
整数规划
▪ 在实际应用问题中，我们会常遇到要求问题的决 策变量全部或部分是整数的情况，如问题的决策 变量表示的是人数、汽车量数、机器台数、以及 对事物的逻辑判断等，我们把这样的规划问题称 为整数规划问题（Integer Programming, IP）,特 别地，当这个问题是线性规划问题时就称为整数 线性规划问题（Integer Linear Programming, ILP）。由于本章只讲整数线性规划问题，所以在 以后的叙述中将其简称为整数规划问题。
▪ 在整数规划中，如果所有的决策变量都要求 是整数时，就称之为纯整数规划（Pure Integer Programming）或称之为全整数规划 （All Integer Programming）；如果只有部
分决策变量要求是整数，其它变量则不予限
制，这样的问题称之为混合整数规划(Mixed Integer Programming)。整数规划还有一种特 殊的形式，就是整数变量的取值仅限于0或1 ，这样的问题我们称之为0-1整数规划（0-1 Integer Programming）。
价格（元/件） 18 8 50 70 48 10 28 72 75 60 21 19
§8.1.1 问题举例
第七章整数规划模型
L2
x1 x2 7
( L2 ) max s .t .
Z 7 x1 9 x2
x1 3 x 2 6 7 x1 x 2 35 x1 , x 2 0 x1 x 2 7 x2 3
x1 x2 7
x 0 ( 4. 5, 3. 5 ) T
x2
3 2
x2 3
§1 整数规划模型及穷举法 一、整数规划模型 建立整数规划模型的过程也与建立线性规划模 型一样，有“设立决策变量”、“明确决策目标函 数”和“寻找限制条件”三个过程。 例一 （投资模型）某工厂有资金13万元，用 于购置新机器，可在A、B两种机器中任意选购。 已知机器A、B的购置费每台分别为2万元和4万元。 该厂维修能力只能修7台机器B；若维修机器A，1 台折算B为2台。已知1台机器A可增加产值6万元， 1台B可增加产值4万元，问应购置机器A和B各多少 台，才能使产值增加最多？ 解 设购买机器A和B的台数分别为 台， 则模型为：
7 x1 x 2 35 x1 , x 2 0 x1 , x 2 为整数
解 图7.3作出了整数规划的线性松弛模型（记为 L0 0 T ）的可行解，其最优解为 x ( 4.5,3.5) ，增加 新的约束条件：
32 T 得新模型 L1 ，图7.4给出了 L1 的最优解为 x ( ,3) 。 7
模型最优值的初始上界。最初下界一般认为负无穷。 2.从任何一个模型或子模型中不满足整数要求的 变量中选出一个进行分支处理。分支通过假如一对互 斥的约束将一个（子）模型分解为两个受到更多约束 的子模型，并强迫不为整数的变量进一步逼近整数值。 例如，如果选中的变量 xi =q ，q的整数部分为k，则 在一个子模型中增加约束为 xi k 1 ，在另一个子 模型中增加的约束为 xi k 。分支过程砍掉了在 xi k 和 xi k 1 之间的非整数区域，缩小了搜索的区域。 每个子模型都是一个线性规划模型，如果它的最 优解不满足整数要求，对该模型还必须继续向下进行 分支，所有分支可以形成一个树形图。树形图上面为 线性松弛模型，它有两个分支，每个分支又会有两个 分支，焚之可以继续进行下去，直到找到一个有整数
整数规划
货物
甲
每件体积
195
每件重量 每件利润
4 2
乙
273
40
140
3
托运限制 1365
解：设甲乙托运数为x1,x2件，则 max z= 2x1+3x2
s.t. 195x1+273x2<=1365
4x1+40x2<=140 x1<=4 x1,x2>=0,且x1,x2为整数。
2x1+3x2=14.66 3
整数规划
案例
有一旅行团从 v0 出发要遍游城市 v1 , v 2 ,...,v n ，已知从 v i 到 v j 的旅费 为cij ，问应如何安排行程使总费 用最小？
整数规划
模型
变量—是否从i第个城市到第j个城市 xij 1,0;
约束 每个城市只能到达一次、离开一次
x
j 0 n
n
ij
整数规划
背包问题
背景
案例 模型
整数规划
背景
邮递包裹 把形状可变的包裹用尽量少的车辆运走 旅行背包 容量一定的背包里装尽可能的多的物品
整数规划
实例
某人出国留学打点行李，现有三个旅行包，容 积大小分别为1000毫升、1500毫升和2000毫 升，根据需要列出需带物品清单，其中一些物 品是必带物品共有7件，其体积大小分别为400、 300、150、250、450、760、190、（单位毫 升）。尚有10件可带可不带物品，如果不带将 在目的地购买，通过网络查询可以得知其在目 的地的价格（单位美元）。这些物品的容量及 价格分别见下表，试给出一个合理的安排方案 把物品放在三个旅行包里。
第六章 整数规划
原来的上界 .
在分枝定界法的整个求解过程中,上界的值在不断减小.
问题 B5
max f 20 x1 10 x2
问题 B6
max f 20 x1 10 x2
5 x1 8 x2 60 x1 8 x2 4 s.t x1 6 x2 3 x ,x 0 1 2
第六章 整数规划
整数规划模型
分支定界法
割平面法 0-1整数规划问题
指派问题
整数规划模型
在许多线性规划问题中,要求最优解必须取整数.例如 所求的解是机器的台数、人数、车辆船只数等.如果所得的 解中决策变量为分数或小数则不符合实际问题的要求. 对于一个规划问题,如果要求全部决策变量都取整数, 称为纯(或全)整数规划;如果仅要求部分决策变量取整数, 称为混合整数规划问题.有的问题要求决策变量仅取0或l两
解 设计划甲种宿舍建 x1 幢,乙种宿舍建 x2 幢,则本题数学 模型为 :
max Z 20 x1 10 x2
0.25 x1 0.4 x2 3 x1 8 s.t x2 4 x1 , x2 0, 取整数
这是一个纯整数规划问题,称为问题 A0 。
（1）
作出问题 A1 , A2 的伴随规划 B1 , B2 , 则问题 B1 , B2 , 的可行 域为 K1 , K 2 , 见图2(b). 以下我们将由同一问题分解出的两 个分枝问题称为"一对分枝".
x2
4
3
x2
2 1
O
2
4
6
8
x1
O
1
2
4
6
8
x1
(a)
(b)
数学建模-整数规划
数学建模
整数规划
Integer Programming
数信学院 任俊峰
2012-4-15
数学建模之整数规划
整数规划模型（IP）
如果一个数学规划的某些决策变量或全部决策 变量要求必须取整数，则称这样的问题为整数规 划问题，其模型称为整数规划模型。 如果整数规划的目标函数和约束条件都是线性 的，则称此问题为整数线性规划问题.
松弛问题最优解满足整数要求，则该最优解为整数 规划最优解；
数学建模之整数规划
整数线性规划的求解方法
从数学模型上看整数规划似乎是线性规划的 一种特殊形式，求解只需在线性规划的基础上，通 过舍入取整，寻求满足整数要求的解即可。 但实际上两者却有很大的不同，通过舍入得到
的解（整数）也不一定就是最优解，有时甚至不能
1 xj 0
选中第j个项目投资 不 选中第j个项目投资
max Z 160 x 1 210 x 2 60 x 3 80 x 4 180 x 5 210 x 1 300 x 2 150 x 3 130 x 4 260 x 5 600 x x2 x3 1 1 x3 x4 1 x x 1 5 x1 , x 2 , x 3 , x 4 , x 5 0 或 1
1 2
14 x1 9 x 2 51 6 x1 3 x 2 1 x1 , x 2 0
数学建模之整数规划
用图解法求出最优解 x1＝3/2, x2 = 10/3 且有 z = 29/6 现求整数解（最优解）： 如用“舍入取整法”可得到4 个点即(1，3) (2，3) (1，4) (2，4)。显然，它们都不可能 是整数规划的最优解。
数学建模之整数规划
例5 固定费用问题
整数规划
Integer Programming
数信学院 任俊峰
2012-4-15
数学建模之整数规划
整数规划模型（IP）
如果一个数学规划的某些决策变量或全部决策 变量要求必须取整数，则称这样的问题为整数规 划问题，其模型称为整数规划模型。 如果整数规划的目标函数和约束条件都是线性 的，则称此问题为整数线性规划问题.
松弛问题最优解满足整数要求，则该最优解为整数 规划最优解；
数学建模之整数规划
整数线性规划的求解方法
从数学模型上看整数规划似乎是线性规划的 一种特殊形式，求解只需在线性规划的基础上，通 过舍入取整，寻求满足整数要求的解即可。 但实际上两者却有很大的不同，通过舍入得到
的解（整数）也不一定就是最优解，有时甚至不能
1 xj 0
选中第j个项目投资 不 选中第j个项目投资
max Z 160 x 1 210 x 2 60 x 3 80 x 4 180 x 5 210 x 1 300 x 2 150 x 3 130 x 4 260 x 5 600 x x2 x3 1 1 x3 x4 1 x x 1 5 x1 , x 2 , x 3 , x 4 , x 5 0 或 1
1 2
14 x1 9 x 2 51 6 x1 3 x 2 1 x1 , x 2 0
数学建模之整数规划
用图解法求出最优解 x1＝3/2, x2 = 10/3 且有 z = 29/6 现求整数解（最优解）： 如用“舍入取整法”可得到4 个点即(1，3) (2，3) (1，4) (2，4)。显然，它们都不可能 是整数规划的最优解。
数学建模之整数规划
例5 固定费用问题
管理运筹学第四章整数规划与指派问题
货物运输路线选择案例
案例描述
某物流公司需要为其客户提供从起点到终点的货物运 输服务。在运输过程中，有多种可能的路线可以选择 ，每条路线都有不同的运输成本和时间。此外，客户 对货物的运输时间和成本也有一定的要求。
整数规划应用
该案例可以通过整数规划来解决。首先，将每条路线的 选择定义为整数决策变量，1表示选择该路线，0表示 不选择。然后，根据每条路线的运输成本和时间，构建 目标函数，即最小化总运输成本和时间。接下来，根据 客户的要求和路线的特点，构建约束条件，如运输时间 限制、成本限制和路线连通性等。最后，使用整数规划 求解算法，找到满足所有约束条件的最优路线组合，即 最小化总运输成本和时间的路线选择方案。
展望
未来，整数规划与指派问题将在更多领域得到应用和推广 ，为实际问题的解决提供更加有效的方法和工具。同时， 随着相关技术的不断发展，整数规划与指派问题的求解方 法将更加高效和精确，为相关领域的发展提供更加有力的 支持。
THANKS
感谢观看
要点一
Xpress
Xpress是一款功能强大的数学优化求 解器，适用于线性规划、整数规划等 多种问题。它提供了丰富的算法和工 具，支持大规模问题的求解和分析。
要点二
LINGO
LINGO是一款易于使用的数学优化建 模工具，具有直观的语法和丰富的函 数库。它可以帮助用户快速构建和求 解线性规划、整数规划等问题，并提 供详细的解决方案和报告。
原理
通过添加割平面约束条件，逐 步缩小问题的可行域，从而找 到整数最优解。
添加割平面
根据松弛问题的最优解，构造 一个割平面约束条件，添加到 原问题中。
迭代
重复添加割平面和求解新问题 的步骤，直到找到整数最优解 或确定无整数最优解为止。
3整数规划模型
2）模型建立。
决策变量：用表示按第种模式切割的原料钢管的根 数，显然它们应当是非负整数。
目标函数：以切割后剩余的总余料量最少为目标， 则由表3.1可得
z1=3x1+x2+3x3+3x4+x5+x6+3x7 以切割原料钢管的总根数最少为目标，则有
z2=x1+x2+x3+x4+x5+x6+x7
下面分别在这两种目标下求解。
用Lindo软件求解
例3.2 合理下料问题
某钢管零售商从钢管厂家进货，将钢管按照顾客的要求 切割后售出，从钢管厂进货时得到的原料钢管都是19m.
1）现有一客户需要50根4m、20根6m和15根8m的钢 管，应如何下料最节省？
1）问题的分析。
首先，应当确定哪些切割模式是可行的。所谓一个 切割模式，是指按照客户需要在原料上安排切割的一 种组合。例如：我们可以将19m的钢管切割成3根4m的 钢管，余料为7m；或者将19m的钢管切割成4m、6m 和8m的钢管各1根，余料为1m。显然，可行的切割模 式是很多的。
解 设购买远程、中程、短程客机的数量分别为x1、x2 和x3架，问题的数学模型为 max z 420x1 300x2 230x3, s.t. 6300x1 5000x2 3500x3 75000,
x1 x2 x3 30, 54 3 x1 3 x2 x3 40, x1, x2 , x3 0, x1, x2 , x3均为整数。
3 整数规划模型
在一个数学规划模型中，如果它的某些决策变量或 全部变量要求取整数时，就称这个数学规划模型为整 数规划模型。整数规划模型可分为整数线性规划模型 与整数非线性规划模型。整数规划又分为整数规划、 混合整数规划及0-1规划。
决策变量：用表示按第种模式切割的原料钢管的根 数，显然它们应当是非负整数。
目标函数：以切割后剩余的总余料量最少为目标， 则由表3.1可得
z1=3x1+x2+3x3+3x4+x5+x6+3x7 以切割原料钢管的总根数最少为目标，则有
z2=x1+x2+x3+x4+x5+x6+x7
下面分别在这两种目标下求解。
用Lindo软件求解
例3.2 合理下料问题
某钢管零售商从钢管厂家进货，将钢管按照顾客的要求 切割后售出，从钢管厂进货时得到的原料钢管都是19m.
1）现有一客户需要50根4m、20根6m和15根8m的钢 管，应如何下料最节省？
1）问题的分析。
首先，应当确定哪些切割模式是可行的。所谓一个 切割模式，是指按照客户需要在原料上安排切割的一 种组合。例如：我们可以将19m的钢管切割成3根4m的 钢管，余料为7m；或者将19m的钢管切割成4m、6m 和8m的钢管各1根，余料为1m。显然，可行的切割模 式是很多的。
解 设购买远程、中程、短程客机的数量分别为x1、x2 和x3架，问题的数学模型为 max z 420x1 300x2 230x3, s.t. 6300x1 5000x2 3500x3 75000,
x1 x2 x3 30, 54 3 x1 3 x2 x3 40, x1, x2 , x3 0, x1, x2 , x3均为整数。
3 整数规划模型
在一个数学规划模型中，如果它的某些决策变量或 全部变量要求取整数时，就称这个数学规划模型为整 数规划模型。整数规划模型可分为整数线性规划模型 与整数非线性规划模型。整数规划又分为整数规划、 混合整数规划及0-1规划。
整数线性规划问题
实 例
1
某人出国留学打点行李，现有三个旅行包，容积大小分别为1000毫升、1500毫升和2000毫升，根据需要列出需带物品清单，其中必带物品共有7件，其体积大小分别为400、300、150、250、450、760、190（单位毫升）。尚有10件可带可不带物品，如果不带将在目的地购买，通过网络查询可以得知其在目的地的价格（单位美元）。这些物品的容量及价格分别见下表，试给出一个合理的安排方案把物品放在三个旅行包里。
单价
销地
厂址
生产能力
建设费用
销量
设： xij 表示从工厂i 运往销地j 的运量(i=1.2…m、j=1.2…n), 在Ai 建厂 又设 yi＝ （i=1.2…m） 不在Ai 建厂 模型：
（3）0－1整数规划问题
现有资金总额为B。可供选择的投资项目有n个，项目j所需投资额和预期收益分别为aj和cj（j＝1,2,..,n），此外由于种种原因，有三个附加条件： 若选择项目1，就必须同时选择项目2。反之不一定 项目3和4中至少选择一个； 项目5,6,7中恰好选择2个。 应该怎样选择投资项目，才能使总预期收益最大？
一位旅行者出发前准备在自己的背包里 携带必需的物品,已知可供选择的物品有n种, 第j种物品的重量为 公斤,其价值为 ,若 背包所带物品的总重量不得超过b公斤,问他 应如何选择所带物品，以使总价值最大。
物品
1 2 … j … n
方式
数学模型表示为： 设：xj 表示用Bj (j=1.2…n) 种方式下料根数
混合整数规划问题
某公司计划在m个地点建厂，可供选择的地点有A1,A2…Am ，他们的生产能力分别是a1,a2,…am（假设生产同一产品）。第i个工厂的建设费用为fi (i=1.2…m), 又有n个地点B1,B2, … Bn 需要销售这种产品，其销量分别为b1.b2…bn 。从工厂运往销地的单位运费为Cij。试决定应在哪些地方建厂，即满足各地需要，又使总建设费用和总运输费用最省？
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1997 B - Mix Well for Fruitful Discussions
• Small group meetings for the discussion of important issues, particularly long- range planning, are gaining popularity. It is beliurage productive discussion and that a dominant personality will usually control and direct the discussion. Thus, in corporate board meetings the board will meet in small groups to discuss issue before meeting as a whole. These smaller groups still run the risk of control by a dominant personality. In an attempt to reduce this danger it is common to schedule several sessions with a different mix of people in each group. A meeting of An Tostal Corporation will be attended by 29 Board Members of which nine are in-house members (i.e., corporate employees). The meeting is to be an all-day affair with three sessions scheduled for the morning and four for the afternoon. Each session will take 45 minutes, beginning on the hours from 9:00 A.M. to 4:00 P.M., with lunch scheduled at noon. Each morning session will consist of six discussion groups with each discussion group led by one of the corporation's six senior officers. None of these officers are board members. Thus each senior officer will lead three different discussion groups. The senior officers will not be involved in the afternoon sessions and each of these sessions will consist of only four different discussion groups. The president of the corporation wants a list of board-member assignments to discussion groups for each of the seven sessions. The assignments should achieve as much of a mix of the members as much as possible. The ideal assignment would have each board member with each other board member in a discussion group the same number of times while minimizing common membership of groups for the different sessions. The assignments should also satisfy the following criteria: For the morning sessions, no board member should be in the same senior officer's discussion group twice. No discussion group should contain a disproportionate number of in-house members. Give a list of assignments for members 1-9 and 10-29 and officers 1-6. Indicate how well the criteria in the previous paragraphs are met. Since it is possible that some board members will cancel at the last minute or that some not scheduled will show up, an algorithm that the secretary could use to adjust the assignments with an hour's notice would be appreciated. It would be ideal if the algorithm could also be used to make assignments for future meetings involving different levels of participation for each type of attendee
• Small group meetings for the discussion of important issues, particularly long- range planning, are gaining popularity. It is beliurage productive discussion and that a dominant personality will usually control and direct the discussion. Thus, in corporate board meetings the board will meet in small groups to discuss issue before meeting as a whole. These smaller groups still run the risk of control by a dominant personality. In an attempt to reduce this danger it is common to schedule several sessions with a different mix of people in each group. A meeting of An Tostal Corporation will be attended by 29 Board Members of which nine are in-house members (i.e., corporate employees). The meeting is to be an all-day affair with three sessions scheduled for the morning and four for the afternoon. Each session will take 45 minutes, beginning on the hours from 9:00 A.M. to 4:00 P.M., with lunch scheduled at noon. Each morning session will consist of six discussion groups with each discussion group led by one of the corporation's six senior officers. None of these officers are board members. Thus each senior officer will lead three different discussion groups. The senior officers will not be involved in the afternoon sessions and each of these sessions will consist of only four different discussion groups. The president of the corporation wants a list of board-member assignments to discussion groups for each of the seven sessions. The assignments should achieve as much of a mix of the members as much as possible. The ideal assignment would have each board member with each other board member in a discussion group the same number of times while minimizing common membership of groups for the different sessions. The assignments should also satisfy the following criteria: For the morning sessions, no board member should be in the same senior officer's discussion group twice. No discussion group should contain a disproportionate number of in-house members. Give a list of assignments for members 1-9 and 10-29 and officers 1-6. Indicate how well the criteria in the previous paragraphs are met. Since it is possible that some board members will cancel at the last minute or that some not scheduled will show up, an algorithm that the secretary could use to adjust the assignments with an hour's notice would be appreciated. It would be ideal if the algorithm could also be used to make assignments for future meetings involving different levels of participation for each type of attendee