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7+ 3 27 − 5 3 x= ≈ 4.37, y = ≈ 3.06 2 6
由此得N(4.37,3.06), 由此得N(4.37,3.06), M(4.36, 0), 这时的水管 总长度为8.83. 总长度为8.83.
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5. 利用Lingo求解 利用Lingo求解
利用Lingo建模求解, 利用Lingo建模求解, 设N(x,y),M(m,0), 则只需求x,y,m使NA+NB+NM最小, AB的 则只需求x,y,m使NA+NB+NM最小, 将AB的 坐标代入, 得如下程序. 坐标代入, 得如下程序. MODEL: MIN=@SQRT((x-1)^2+(y-5)^2)+@SQRT((xMIN=@SQRT((x-1)^2+(y-5)^2)+@SQRT((x6)^2+(y-4)^2)+@SQRT((x-m)^2+(y6)^2+(y-4)^2)+@SQRT((x-m)^2+(y-0)^2); END 运行得出的结果与4一致, 表明4 运行得出的结果与4一致, 表明4中的结 果已经是优化到最佳状态了. 果已经是优化到最佳状态了.
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iБайду номын сангаас=1
i
c(i,j)为决策变量, 可编制如下程序: 为决策变量, MODEL: SETS: demand/1..6/:a,b,d; supply/1..2/:x,y,e; link(demand,supply):c; ENDSETS DATA: a=1.25,8.75,0.5,5.75,3,7.25; !需求点的位置; !需求点的位置; b=1.25,0.75,4.75,5,6.5,7.75; d=3,5,4,7,6,11; e=20,20; !供需量及日储量; !供需量及日储量; x,y=5,1,2,7; ENDDATA
1 A B D 1.25 1.25 3 2 8.75 0.75 5 3 0.50 4.75 4 4 5.75 5.00 7 5 3.00 6.50 6 6 7.25 7.75 11
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1. 料场位置确定时的最少运量
设第i个工地的坐标为( i,b 设第i个工地的坐标为(ai,bi), 水泥用量 为di, 第j个两个临时料场的坐标为(xj,yj), 个两个临时料场的坐标为( j,y 水泥日储量为ej, 从第j个料场运到第i 水泥日储量为ej, 从第j个料场运到第i个工 地的水泥为c 地的水泥为c(i,j), 则有如下数学模型
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6. 优化效果比较
设计方 案编号 水管总 长度 每次优 化比例 与最长 水管比 1 11.4 2 11.07 3 10.4 5 10.3 4 9.1 6 8.85 7 8.83 0.23%
2.89% 6.05% 0.96% 11.65% 2.75%
2.89% 8.77% 9.65% 20.18% 22.37% 22.54%
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2. 对称点连线法建模
如果水管 必须分别从 水厂铺设, 水厂铺设, 则 1中的(3)、(4) 中的(3)、 不合要求, 不合要求, 但 (1)、(2)中的 (1)、(2)中的 铺设方法也 不是最佳的. 不是最佳的.
y
A(1,5) B(6,4)
O
W A1 M B1
x
B'(6,4)
图2 对称点法
6
利用光行最速原理求解:如图2 利用光行最速原理求解:如图2, 先作点B关于X轴的对称点B'(6,先作点B关于X轴的对称点B'(6,-4), 再作 线段AB'交 轴于点W, 以点W 线段AB'交X轴于点W, 以点W为自来水 厂的位置, 水管按折线AWB铺设成V 厂的位置, 水管按折线AWB铺设成V型, 所用水管总长为10.30, 该结果优于(1)、 所用水管总长为10.30, 该结果优于(1)、 (2)、(3)方法.但还不如(4)中方法好. (2)、(3)方法.但还不如(4)中方法好. 应该说,许多中学数学教师认为, 2中的模型已经是最优了,未参加过数 学建模培训的大学生基本上都是给出这 个答案. 个答案.
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由费尔马点性质可知, ANM=∠ 由费尔马点性质可知, ANM=∠BNM= 120度, 120度 从而∠ANP=∠BNQ=30度 从而∠ANP=∠BNQ=30度, 由
PN NQ = cot 30°, = cot 30° AP BQ
列出方程组得 x −1 6− x = 3, = 3, 5− y 4− y 求解得
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[OBJ] MIN=@SUM(link(i,j): c(i,j)* @SQRT ((x(j)-a(i))^2+(y(j)((x(j)-a(i))^2+(y(j)-b(i))^2)); @FOR(demand(i):[DEMAND_CON] @SUM(supply(j):c(i,j)) =d(i);); !需求约束; !需求约束; @FOR(supply(j):[SUPPLY_CON] @SUM(demand(i):c(i,j)) <=e(j); ); !供应约束; !供应约束; @FOR(supply: @BND(0.5,X,8.75); @BND(0.75,Y,7.75); ); END 运行结果, 最小运量为136.2275. 运行结果, 最小运量为136.2275.
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3. 利用费尔马点建模
在2中W点建立水厂, 改进水管铺设方 点建立水厂, 法.
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y A(1,5) B(6,4) N
O
A1
W
图3 费尔马点法
B1
x
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如图3,取△ABW的费尔马点N, 如图3,取△ABW的费尔马点N, 在 W处建厂, 先铺设总水管至N再分别铺设 处建厂, 先铺设总水管至N 到A、B, 这时的水管总长度为8.85, 比前 这时的水管总长度为8.85, 几种方案都更优. 几种方案都更优. 当然, 也可在W点取水, 而在N 当然, 也可在W点取水, 而在N点建 立水厂进行净化处理后再分别输送到A 立水厂进行净化处理后再分别输送到A、 B, 水管总长度不变. 水管总长度不变.
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4. 改进费尔马点建模
即便是参加过数学建模培训的大学生, 即便是参加过数学建模培训的大学生,通 常也会认为3中的解就是最优解了. 常也会认为3中的解就是最优解了. 但只要注意 到NW并不与x轴垂直就会想到还可通过改变水 NW并不与x 厂位置进一步优化. 移动W 点使NW 与 轴垂直, 厂位置进一步优化 . 移动 W 点使 NW与 x 轴垂直 , 则水管总长还会变小, 但随着W点的移动, 则水管总长还会变小, 但随着W点的移动,相应 地N又不是新位置的△ABW的费尔马点了, 进一 又不是新位置的△ABW的费尔马点了, 步改变N点的位置, 又改变W点的位置, 步改变N点的位置, 又改变W点的位置, …, 如此 下去, 何时才是最优解呢? 下去, 何时才是最优解呢?
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y A(1,5) B(6,4) P N Q
x O A1 W M B1
图4 改进费尔马点法
如图4, 设水厂的位置建在点M 如图4, 设水厂的位置建在点M处, 显然M应在 显然M A1与B1之间, 设N(x,y)为△ABM的费尔马点, 则只 A1与B1之间, N(x,y)为△ABM的费尔马点, 有当MN⊥ 轴时, 才可能使AN+BN+MN达到最短, 有当MN⊥X轴时, 才可能使AN+BN+MN达到最短, 于是设点M的坐标为M(x,0).过点N作直线PQ∥ 于是设点M的坐标为M(x,0).过点N作直线PQ∥X轴 交AA1于P、交BB1于Q. AA1于 、交BB1于
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2. 自动选择新料场的最少运量 自动选择新料场的最少运量
在1中,设工地及水泥用量不变, 料场选在 中,设工地及水泥用量不变, 何处可使总运量最少?能节约多少吨公里数? 模型同1, 但从已知数据中去掉xi及yi而把 模型同1, 但从已知数据中去掉xi及yi而把 c(i,j)及xj,yj均当成决策变量. c(i,j)及xj,yj均当成决策变量. 其程序只需从第一 个程序中去掉x,y=5,1,2,7;并添加@for(supply: 个程序中去掉x,y=5,1,2,7;并添加@for(supply: @free(x);@free(Y);即可. 运行结果, @free(x);@free(Y);即可. 运行结果, 新料场坐标 为(3.25,7.25), (5.65,7.75), 最小运量为85.26604, 最小运量为85.26604, 节约的吨公里数为50.9615. 节约的吨公里数为50.9615.
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问题2 问题2 选址问题的优化
某公司有6 某公司有6个建筑工地要开工,每个工地的位 置(用平面坐标表示, 距离单位:km)及水泥日用量 用平面坐标表示, 距离单位:km)及水泥日用量 (单位:t)如下表,而在P(5,1)及Q(2,7)处有两个临 单位:t)如下表,而在P(5,1)及Q(2,7)处有两个临 时料场, 日储量各有20t, 如何安排运输, 时料场, 日储量各有20t, 如何安排运输, 可使总的吨 公里数最小? 公里数最小?
利用LINGO软件优化数学模型 软件优化数学模型 利用
邓 磊 西南大学 数学与统计学院 2011年 2011年4月15日 15日
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提 纲
问题1 问题1 合建水厂问题的优化 问题2 问题2 选址问题的优化
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问题1 问题1 合建水厂问题的优化
在河边(X轴)有两座城市A 在河边(X轴)有两座城市A、B, 其坐 标分别是A(1,5), 标分别是A(1,5), B(6,4), 现要合建一个自来 水厂, 向它们供水. 水厂, 向它们供水.试设计自来水厂的位置以 及铺设水管的方法, 及铺设水管的方法, 使所铺设的水管总长度 为最短. 为最短. 这个问题实际上也是一个选址问题, 这个问题实际上也是一个选址问题, 通 过对几种选址方案的比较而得出最佳方案. 过对几种选址方案的比较而得出最佳方案.