运筹学讲义LPILP
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第一章 线性规划【教学内容】线性规划模型,图解法,可行区域的几何结构,基本可行解及线性规划的基本定理,单 纯形方法,单纯形表,两阶段法,关于单纯形方法的几点说明,对偶线性规划,对偶理论, 对偶单纯形法,求解线性规划问题的几个常用软件。
【教学要求】要求学生理解线性规划的标准形式,能熟练的将一般的线性规划问题化为标准形式;掌 握图解法,能用单纯形法求解线性规划问题;掌握灵敏度分析方法,能够建立线性规划模型 及用常用软件求解线性规划问题。
【教学重点】线性规划模型,图解法,单纯形方法,单纯形表,两阶段法,对偶线性规划,对偶单纯 形法,灵敏度分析。
【教学难点】基本可行解及线性规划的基本定理,单纯形方法,对偶线性规划,对偶理论,对偶单纯 形法。
第一节 线性规划模型线性规划(Linear Programming , 简记为 LP )问题研究的是在一组线性约束条件下一个线 性函数最优问题。
§1.1 线性规划问题举例例 1.1.1 某工厂用 3 种原料 3 2 1 , , P P P 生产 3 种产品 3 2 1 , , Q Q Q 。
已知单位产品所需原 料数量如表 1.1.1 所示,试制订出利润最大的生产计划。
453 单位产品的利润(千元)20005 2 800 4 2 0 P 2 1500 0 3 2 P 1 原料可用量Q 3Q 2 Q 1 单位产品所需产品原料数量(kg)原料3P 3表 1.1.1分析 设产品 j Q 的产量为 j x 个单位, 3 , 2 , 1 = j ,它们受到一些条件的限制。
首先, 它们不能取负值,即必须有 3 , 2 , 1 , 0 = ³ j x j ;其次,根据题设,三种原料的消耗量分别不 能超过它们的可用量,即它们又必须满足:1223 123 231500 24800 3252000 x x x x x x x +£ ì ï+£ í ï ++£ î我们希望在以上约束条件下,求出 3 2 1 , , x x x ,使总利润 3 2 1 4 5 3 x x x z + + = 达到最大, 故求解该问题的数学模型为:123 12 23 123 max 354 231500 24800 .. 3252000 0,1,2,3j z x x x x x x x s t x x x x j =++ +£ ì ï +£ ï í++£ ï ï ³= î 类似这样的问题非常多。
OPERATIONS RESEARCH运筹学Ⅰ——怎样把事情做到最好第一章绪论♦1.1题解Operations 汉语翻译工作、操作、行动、手术、运算Operations Research日本——运用学港台——作业研究中国大陆——运筹学Operational Research原来名称,意为军事行动研究——历史渊源绪论♦1.2 运筹学的历史早期运筹思想:田忌赛马丁渭修宫沈括运粮Erlang 1917 排队论Harris 1920 存储论Levinson 1930 零售贸易康脱洛维奇1939 LP绪论♦1.2运筹学的历史军事运筹学阶段德军空袭防空系统Blackett运输船编队空袭逃避深水炸弹轰炸机编队绪论♦1.2运筹学的历史管理运筹学阶段战后人员三分:军队、大学、企业大学:课程、专业、硕士、博士企业:美国钢铁联合公司英国国家煤炭局运筹学在中国:50年代中期引入华罗庚推广优选法、统筹法中国邮递员问题、运输问题1.3学科性质▪应用学科▪Morse&Kimball定义:运筹学是为决策机构在对其控制的业务活动进行决策时提供的数量化为基础的科学方法。
▪Churchman定义:运筹学是应用科学的方法、技术和工具,来处理一个系统运行中的问题,使系统控制得到最优的解决方法。
▪中国定义:运筹学是应用分析、试验、量化的方法,对经济管理系统中人力、物力、财力等资源进行统筹安排,为决策者提供有依据的最优方案,以实现最有效的管理。
1.4定性与定量♦例:店主进货♦两者都是常用的决策方法♦定性是基础,定量是工具,定量为定性服务。
♦定性有主观性也有有效性,定量有科学性也有局限性。
管理科学的发展,定量越来越多。
但定量不可替代定性。
1.5运筹学的模型♦模型:真实事物的模仿,主要因素、相互关系、系统结构。
♦形象模型:如地球仪、沙盘、风洞♦模拟模型:建港口,模拟船只到达。
学生模拟企业管理系统运行。
♦数学模型:用符号或数学工具描述现实系统。
第一章绪论一运筹学的发展历史1学科起源:二战期间英美等国军事部门集中多学科人员,研究提高武器系统效能,如反空袭雷达控制系统,使雷达和高炮相配合。
诺将物理学家布莱克特(Blackett)领导研究小组“Operational Research”,多学科构成(布莱克特马戏团)。
战争结束后专家转移到企业和院校——学科形成。
2我国古代的运筹思想:齐王赛马——齐王“上中下”,田忌“下上中”丁渭修皇宫——北宋真宗宰相丁渭(澶chan州之盟的主和派),主持皇宫失火后的修复。
宫前大街取土、引汴河运料、完工后回填废土。
3我国近代以来:50年代开始钱学森、许志国等引进运筹学理论,华罗庚教授回国后从事优选法和统筹法研究推广(烧茶壶的故事)4翻译:来自汉高祖“夫运筹帷幄之中,决胜千里之外,吾不如子房;填国家,抚百姓,给饷馈,不绝粮道,吾不如萧何;连百万之众,战必胜,攻必取,吾不如韩信。
”台湾地区直译为“运作研究”。
二运筹学的特点运筹学存在多种定义,如“依照给定目标和条件,从众多方案中选择最优方案的最优化技术”,学科特点:最优化、定量化1 多种专家的协作2 科学的方法:从实际情况出发,通过假设的模型打到一个符合实际的结论3 目的在于解决实际问题。
4 需要系统的信息资料5 需要建立模型——运筹学的核心问题就是通过合适的模型分析系统的未来情况6 对于复杂问题,需要计算机三运筹学的模型运筹学的主要特点是通过模型来描述和分析所认定范围内的系统状态。
分析过程包括:1 系统分析和问题描述。
认定问题的实质——社会经济问题复杂性、不可重复性,不同于具有可控性的物理模型(提高企业效益:开发市场?增加设备?加强研发?)。
明确系统的主要目标(利润最大化、市场占有率最大化、销售收入最大化?GDP增长、可持续协调增长?)、找出系统主要变量和参数、变化范围、相互关系及其对目标的影响。
分析问题的可行性:技术可行性—有无现成的运筹学方法?经济可行性—研究的成本和预期的效果,考虑运筹决策的时间和代价,要对研究问题的深度和广度作出一定限制操作可行性—研究人员的配备2 建立数学模型——要尽可能简单;要能完整的描述所研究的系统。
运筹学课程讲义第一部分 线性规划 第一章 线性规划的基本性质 1.1 线性规划的数学模型一、 线性规划问题的特点胜利家具厂生产桌子和椅子两种家具。
桌子售价50元/个,椅子售价30元/个。
生产桌子和椅子需木工和油漆工两种工种。
生产一个桌子需要木工4小时,油漆工2小时。
生产一个椅子需要木工3小时,油漆工1小时。
该厂每月可用木工工时为120小时,油漆工工时为50小时。
问该厂如何组织生产才能使每月的销售收入最大?213050m ax x x z +=⎪⎩⎪⎨⎧≥≤+≤+0,50212034212121x x x x x x 例:某工厂生产某一种型号的机床。
每台机床上需要 2.9m 、2.1m 、1.5m 的轴,分别为1根、2根和1根。
这些轴需用同一种圆钢制作,圆钢的长度为74m 。
如果要生产100台机床,问应如何安排下料,才能用料最省?二、 数学模型的标准型 1. 繁写形式 2. 缩写形式 3. 向量形式 4. 矩阵形式三、 任一模型如何化为标准型?1. 若原模型要求目标函数实现最大化,如何将其化为最小化问题?2. 若原模型中约束条件为不等式,如何化为等式?3. 若原模型中变量x k 是自由变量,如何化为非负变量?4. 若原模型中变量x j 有上下界,如何化为非负变量?⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≥≤-=--≤+--≥-+----=无约束321321321321321,0,052010651535765max x x x x x x x x x x x x x x x z 令'''3'3''3'331'1,0,,,Z Z x x x x x x x =-≥-=-=⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≥-=+-++=+-+-=+-+-+--+-++-=0,,,,,,,5201010651533507765min 7654''3'32'17''3'32'15''3'32'164''3'32'1765''3'32'1'x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Mx Mx x x x x x z 1. 2图解法该法简单直观,平面作图适于求解二维问题。
运筹学讲义运筹学讲义引⾔1.年轻的学科:20世纪30年代,英国,美国,加拿⼤等在防空作战研究上提出的⼀种⽅法。
当时叫operational research,缩写为O.R. 是⼀门年轻的学科。
我国是在56年在中科院⼒学研究所成⽴运筹⼩组,80年成⽴运筹学会。
2。
应⽤数学:包括⼩到⽇常⽣活,如出门买东西的线路选择,⼤到国民经济建设优化组合,⽆处不在。
例如,我国北宋时代,丁渭修皇宫P 1。
3。
讲授内容:ch1.§1~5;ch3; ch7;ch8;ch12;ch13.第⼀章线性规划及单纯型法运筹学的⼀⼤分⽀是数学规划,⽽线性规划⼜是数学规划的重要组成部分。
线性规划(linear programming 简写LP )也是运筹学最基本的内容。
相对于其他运筹学分⽀,LP 理论完善,⽅法简单,应⽤⼴泛,是任何运筹分⽀⾸先要阐明的基本知识。
§1 LP 问题及其数学模型⼀. 问题的提出及建模例1 美佳公司计划制造Ⅰ,Ⅱ两种家电产品。
已知各制造⼀件事分别占⽤的设备A ,B 的台时、调试时间、调试⼯序及每天可⽤于这两种家电的能⼒、各出售⼀件时的获利情况,如表1-1所⽰。
问该公司应各制造两种家电各多少件,使获利最⼤?解:设制造Ⅰ,Ⅱ产品数量为1x ,2x .则利润 z=21x +2x问题是:在现有设备、调试能⼒的限制下,如何确定产量1x ,2x .可使利润最⼤?我们把它数学化:⽬标函数:z max =21x +2x约束条件≥≤+≤+≤)4(0,)3(5)2(2426)1(1552121212x x x x x x x其中(1)~(3)资源限制,(4)为⾮负限制。
下⾯从数学的⾓度来归纳线性规划的模型特点:(1)每⼀个问题都有⼀组变量——称之为决策变量,⼀般记为1x ,2x …n x 。
对决策变量的每⼀组值:Tn x x x ),,()0()0(2)0(1 代表了⼀种决策⽅案。
通常要求决策变量取值⾮负,即0≥j x (j =1,2,…n ).⾮负约束调试能⼒限制设备A 的限制设备B 的限制(2)每个问题都有决策变量须满⾜的⼀组约束条件——线性的等式或不等式。