数学建模运筹学模型一
- 格式:docx
- 大小:30.15 KB
- 文档页数:3
数学建模方法模型一、统计学方法1 多元回归1、方法概述:在研究变量之间的相互影响关系模型时候用到。
具体地说:其可以定量地描述某一现象和某些因素之间的函数关系,将各变量的已知值带入回归方程可以求出因变量的估计值,从而可以进行预测等相关研究。
2、分类分为两类:多元线性回归和非线性线性回归;其中非线性回归可以通过一定的变化转化为线性回归,比如:y=lnx可以转化为y=u u=lnx来解决;所以这里主要说明多元线性回归应该注意的问题。
3、注意事项在做回归的时候,一定要注意两件事:(1)回归方程的显著性检验(可以通过 sas 和 spss 来解决)(2)回归系数的显著性检验(可以通过 sas 和 spss 来解决)检验是很多学生在建模中不注意的地方,好的检验结果可以体现出你模型的优劣,是完整论文的体现,所以这点大家一定要注意。
4、使用步骤:(1)根据已知条件的数据,通过预处理得出图像的大致趋势或者数据之间的大致关系; (2)选取适当的回归方程;(3)拟合回归参数;(4)回归方程显著性检验及回归系数显著性检验(5)进行后继研究(如:预测等)2 聚类分析1、方法概述该方法说的通俗一点就是,将n个样本,通过适当的方法(选取方法很多,大家可以自行查找,可以在数据挖掘类的书籍中查找到,这里不再阐述)选取m 聚类中心,通过研究各样本和各个聚类中心的距离Xij,选择适当的聚类标准,通常利用最小距离法(一个样本归于一个类也就意味着,该样本距离该类对应的中心距离最近)来聚类,从而可以得到聚类结果,如果利用sas软件或者spss软件来做聚类分析,就可以得到相应的动态聚类图。
这种模型的的特点是直观,容易理解。
2、分类聚类有两种类型:(1)Q型聚类:即对样本聚类;(2)R型聚类:即对变量聚类;通常聚类中衡量标准的选取有两种:(1)相似系数法(2)距离法聚类方法:(1)最短距离法(2)最长距离法(3)中间距离法(4)重心法(5)类平均法(6)可变类平均法(8) 利差平均和法在具体做题中,适当选区方法;3、注意事项在样本量比较大时,要得到聚类结果就显得不是很容易,这时需要根据背景知识和相关的其他方法辅助处理。
1第二章、运筹学建模方法综述2定义问题和收集数据 数学建模模型求解 检验模型 准备应用模型 实施3运筹学研究小组首先要做的是研究相关系统,并使被研究的问题得到明确的说明。
包括确定合适的目标、实际的限制条件、研究领域和组织的其他领域间的相互关系、可选择的行动路线、制定决策的时间限制等。
2.1定义问题和收集数据4针对美国企业的大量调查发现,管理层趋向于采取满意利润目标和其他目标相结合的方式代替长期收益最大化。
典型地,其他目标包括维持稳定收益、增加市场份额、实现产品多样化、维持稳定价格、提高员工士气、维持企业的家族控制以及提高企业声望。
另外,存在包含与盈利动机不相吻合的社会责任的其他考虑。
2.1定义问题和收集数据5商业企业一般涉及以下五个方面所用者(股东等),追求盈利员工,期望合理工资水平上的稳定雇佣 客户,期望以合理的价格获得可靠的产品 供应商,期望声誉以及产品的合理出售价格政府以及国家,期望公正的税收和考虑国家利益6例:在为旧金山警察局所开展的运筹学研究中,建立了一个优化调度和配置巡警的计算机系统。
这个新系统每年为警察局节约1100万美元,同时增加了300万美元的交通管理收入,并且将反映时间减少了20%。
在评估该项研究的合适目标时,确定了三个基本目标:(1). 维持高水平的居民安全(2). 维持高水平的警员士气(3). 最小化运作成本7收集数据通常,研究小组会花费大量的时间收集问题的数据。
大部分数据既用于获得对问题的充分理解,又为下一阶段研究建立的数学模型提供所需的输入。
82.2 数学建模商业问题的数学模型,是描述问题实质的方程和相关数学表达式的系统。
n 个相关的可量化的决策,称为决策变量(decision variables)(x 1, x 2, …x n )绩效(如收益)的合理度量被表示成这些决策变量的数学函数(例如,P =3x 1+2x 2+…+5x n ),这个函数称为目标函数(objective function)9 任何对决策变量值的约束也能够被数学表示,通常是通过等式或不等式(例如:x 1+3x 1x 2+2x 2≤10),这些用于限制的数学表达式称为约束(constraints)。
《数学建模(一)》课程教学大纲课程名称:数学模型Mathematical Modeling课程编码:07241506 课程类型:专业必修课或选修课课程性质:数学应用课适用范围:适合于修过高等数学的任何专业学时数:36 先修课程:高等数学考核方式:考查或考试制定单位:数学与信息科学学院制定日期:2008年4月执笔者:冯永平一、教学大纲说明(一)课程的地位、作用和任务随着科学技术和计算机的迅速发展,数学向各个领域的广泛渗透已日趋明显,数学不仅在传统的物理学、电子学和工程技术领域继续发挥着重要的作用,而且在经济、人文、体育等社会科学领域也成为必不可少的解决问题的工具。
因此,设立数学建模课程是课程的主要目的是:提高学生的数学素质和应用数学知识解决实际问题的能力,大力培养应用型人才。
本课程是沟通实际问题与数学工具之间联系的必不可少的桥梁。
将数学方法应用到任何实际问题中去,主要是通过机理分析,根据客观事物的性质分析因果关系,在适当的假设条件下,利用合适的数学工具得到描述其特征的数学模型。
学习本课程的大部分内容只需要大学的微积分、线性代数、概率论等基本数学知识。
教材选用的是高教出版社出版,姜启源主编的《数学模型》等教材。
(二)教学目的及要求逐步培养学生利用数学工具解决实际问题的能力。
能够将实际问题“翻译”为数学语言,并予以求解,然后再解释实际现象,甚至应用于实际。
培养学生的综合能力,包括创造、数学、计算机应用、应变、写作、自学、领导等能力以及团队精神和献身精神等。
最终提高学生的数学素质和应用数学知识解决实际问题的能力。
掌握:应用数学解决实际问题。
理解:各种模型适用范围、条件和运用。
了解:数学建模的综合能力。
(三)课程教学方法与手段本课程的教学采用讲授、讨论、多媒体和实验等方法。
教师讲授约占75%,10%为讨论课,15%为实验课。
讲授时可用多媒体或黑板,讨论课内容由教师提出,实验课主要是数学软件的上机实践。
(四)课程教学与其它课程的联系数学模型涉及到微积分、线性代数、微分方程、概率统计和运筹学等,因此在高等数学教学时应注意包含这些内容,否则要在讲授本课程时补上。
数学建模一周论文论文题目:基于运输问题的数学模型姓名1:学号:姓名2:学号:姓名3:学号:专业:班级:指导教师:2011年12 月29 日(十五)、已知某运输问题的产销平衡表与单位运价表如下表所示(1)求最优调拨方案;(2)如产地的产量变为130,又B地区需要的115单位必须满足,试重新确定最优调拨方案。
一论文摘要一般的运输问题就是要解决把某种产品从若干个产地调运到若干个销地,在每个产地的供应量与每个销地的需求量已知,并知道各地之间的运输单价的前提下,如何确定一个使得总的运输费用最小的方案的问题。
本论文运用线性规划的数学模型来解决此运输问题中总费用最小的问题。
引入x变量作为决策变量,建立目标函数,列出约束条件,借助MATLAB软件进行模型求解运算,得出其中的最优解,使得把某种产品从3个产地调运到5个销地的总费用最小。
针对模型我们探讨将某产品从3个产地调运到5个销地的最优调拨方案,通过运输问题模,得到模型Z=1011x+1512x+2013x+2014x+4015x+2021x+4022x+1523x+3024x minx+3031x+3532x+4033x+5534x+2535x+3025Z=并用管理运筹学软件软件得出最优解为:min关键词:运输模型最优化线性规划二.问题的重述和分析A(i=1,2,3)和五个销地j B(j=1,2,3,4,5),已知产地i A的产量有三个产地is和销地j B的销量j d,和将物品从产地i运到销地j的单位运价ij c,请问:i将物品从产地运往销地的最优调拨方案。
A,2A,3A三个产地的总产量为50+100+150=300单位;1B,我们知道,1B,3B,4B,5B五个销地的总销量为25+115+60+30+70=300单位,总2A,2A,3A的产量全产量等于总销量,这是一个产销平衡的运输问题。
把产地1B,2B,3B,4B,5B,正好满足这三个销地的需要。
先将安排的部分配给销地1运输量列如下表中:三.模型的假设与符号说明1.模型的假设①每一个产地都有一个固定的供应量,所有的供应量都必须配送到各个销地;②每一个销地都有一个固定的需求量,整个需求量都必须由产地满足;③从任何一个产地到任何一个销地的物品运输成本和所运输的数量成线性比例关系;④这个成本就等于运输的单位成本乘以运输的数量。
运筹学运输问题例题数学建模运筹学是一门研究如何在有限的资源和多种约束条件下,寻求最优或近似最优解的科学。
运输问题是运筹学中的一个重要分支,它主要研究如何把某种商品从若干个产地运至若干个销地,使总的运费或总的运输时间最小。
本文将介绍运输问题的数学建模方法,以及用表上作业法求解运输问题的步骤和技巧。
同时,本文还将给出几个典型的运输问题的例题,帮助读者理解和掌握运输问题的求解过程。
运输问题的数学建模运输问题可以用以下的数学模型来描述:设有m 个产地(或供应地),分别记为A 1,A 2,…,A m ,每个产地i 的产量(或供应量)为a i ;有n 个销地(或需求地),分别记为B 1,B 2,…,B n ,每个销地j 的需求量为b j ;从产地i 到销地j 的单位运费(或单位运输时间)为c ij ;用x ij 表示从产地i 到销地j 的运量,则运输问题可以归结为以下的线性规划问题:其中,目标函数表示总的运费或总的运输时间,约束条件表示每个产地的供应量必须等于其产量,每个销地的需求量必须等于其销量,以及每条运输路线的运量不能为负数。
在实际问题中,可能出现以下几种情况:产销平衡:即∑m i =1a i =∑n j =1b j ,也就是说总的供应量等于总的需求量。
这种情况下,上述数学模型可以直接应用。
产大于销:即∑m i =1a i >∑n j =1b j ,也就是说总的供应量大于总的需求量。
这种情况下,可以增加一个虚拟的销地,其需求量等于供需差额,且其与各个产地的单位运费为零。
这样就可以把问题转化为一个产销平衡的问题。
产小于销:即∑m i =1a i <∑n j =1b j ,也就是说总的供应量小于总的需求量。
这种情况下,可以增加一个虚拟的产地,其产量等于供需差额,且其与各个销地的单位运费为零。
这样也可以把问题转化为一个产销平衡的问题。
弹性需求:即某些销地对商品的需求量不是固定不变的,而是随着商品价格或其他因素而变化。
数学建模常用模型及代码
一.规划模型
1.线性规划
线性规划与非线性规划问题一般都是求最大值和最小值,都是利用最小的有限资源来求最大利益等,一般都利用lingo工具进行求解。
点击进入传送门
2.整数规划
求解方式类似于线性规划,但是其决策变量x1,x2等限定都是整数的最优化问题。
传送门
3. 0-1规划
决策变量只能为0或者为1的一类特殊的整数规划。
n个人指派n项工作的问题。
传送门
4.非线性规划
目标函数或者存在约束条件函数是决策变量的非线性函数的最优化问题。
传送门
5.多目标规划
研究多于一个的目标函数在给定区域上的最优化。
把求一个单目标,在此单目标最优的情况下将其作为约束条件再求另外一个目标。
传送门
6.动态规划
运筹学的一个分支。
求解决策过程最优化的过程。
传送门
二. 层次分析法
是一种将定性和定量相结合的,系统化的,层次化的分析方法,主要有机理分析法和统计分析法。
传送门
三.主成分分析
指标之间的相关性比较高,不利于建立指标遵循的独立性原则,指标之间应该互相独立,彼此之间不存在联系。
传送门。
产品生产规划某医院为病人配制营养餐要使用到两种食品A 和B ,每种食品A 含蛋白质50g ,钙400mg , 热量1000单位,价值14元;食品B 含蛋白质60g ,钙200mg ,热量800单位,价值8元.若病人每天需从食物中获取蛋白质,钙及热量分别为55g ,800mg 和3000单位,问如何选购食品才能在满足营养要求条件下使花费最小?试组建线性规划模型并求解后回答:(1)问题的最优方案及最优值分别是甚麽?最优方案是否有选择余地? (2)各种营养要求的满足情况怎样?若限制蛋白质摄入量不超过100单位,会出现甚麽问题?解:本题属于简单的线性规划模型的建立与求解问题,并要求作出一点模型分析工作.按要求,先来建立模型,根据题设,设购买两种食品分别为21,x x (kg ),则有总花费数额函数21814x x z +=,自然我们希望求出这样的21,x x 取值,使得函数z 取最小值.可以写为min 21814x x z +=. 又根据营养最低要求,应有蛋白质需求条件: ,55605021≥+x x 钙的需求条件: 40080020021≥+x x , 热量的需求条件: ,3000800100021≥+x x 非负性条件: .0≥j x将上述条件合在一起,即可获得本问题的线性规划模型如下:m i n 21814x x z+= ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧..t s ,0,30008001000,800200400,556050212121≥≥+≥+≥+j x x x x x x x利用图解法易于得到其最优解为),310,31(*=X 即食品A 购买31(kg ),B 购买310(kg ),最低花费=*z 394元.由此可回答所提问题:(1)最优解与最优目标值如上所述,最优方案无选择余地,因为最优解点是在后两个约束条件直线的交点上,而不是在可行域的某条边界线段上.(2)钙和热量需求得到满足(最低量),蛋白质需求超最低标准3485个单位.以上结论是将最优解代入各个约束条件得到的.若限制蛋白质摄入量不超过100单位,则第一个约束条件应修改为,55605010021≥+≥x x在原来的求解图上加上条件,100605021≤+x x 则可见可行域不存在,故无解.2.某工厂生产两种产品A 、B 分两班生产,每周生产总时间为80小时,两种产品的预测销售量、生产率和赢利如下表(1)充分利用现有能力,避免设备闲置; (2)周加班时间限制在10小时以内;(3)两种产品周生产品量应满足预测销售,满足程度的权重之比等于它们单位利润之比;(4)尽量减少加班时间. 解: (1)建立模型设:①每班上班时间为8小时,在上班时间内只能生产一种产品; ②周末加班时间内生产哪种产品不限; ③生产A 产品用x 班,生产B 产品用y 班,周加班时生产A 产品用x 1小时,生产B 产品用y 1小时.则有⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧≥≤+=++≤+≤+=+且为整数0,,,101:2148:987084581011111111y x y x y x x x y y x x y y y x(2)求解现在求满足(1)中第2,3个方程可看出:8≤x ,5≥y ; 将(1)中的第1个方程代入第4个方程得:1179720128y x y -+= 现在就是在满足5≤y ,1011≤+y x 条件下,使上式两端的取值尽量接近.显然5=y ,01=x ,101=y因此 5=x制定方案为,生产A ,B 两种产品所占总时间各一半,周加班10小时全用于生产产品B .运输规划问题现要从两个仓库(发点)运送库存原棉来满足三个纺织厂(收点)的需要,数据如下表,试问在保证各纺织厂的需求都得到满足的条件下应采取哪个运输方案,才能使总运费达到最小?(运价(元/吨)如下表)解:题意即要确定从i 号仓库运到j 号工厂的原棉数量。
运筹学模型(一)
本章重点:
线性规划基础模型、目标规划模型、运输模型及其应用、图论模型、最小树问题、最短路问题
复习要求:
1.进一步理解基本建模过程,掌握类比法、图示法以及问题分析、合理假设的内涵.
2.进一步理解数学模型的作用与特点.
本章复习重点是线性规划基础模型、运输问题模型和目标规划模型.具体说来,要求大家会建立简单的线性规划模型,把实际问题转化为线性规划模型的方法要掌握,当然比较简单.运输问题模型主要要求善于将非线性规划模型转化为运输规化模型,这种转化后求解相当简单.你至少把一个很实际的问题转化为用表格形式写出的模型,至于求解是另外一回事,一般不要求.目标模型一般是比较简单的线性规模模型在提出新的要求之后转化为目标规划模型.另外,关于图论模型的问题涉及到最短路问题,具体说来用双标号法来求解一个最短路模型.这之前恐怕要善于将一个实际问题转化为图论模型.还有一个最小数的问题,该如何把一个网络中的最小数找到.另外在个别场合可能会涉及一笔划问题.
1.营养配餐问题的数学模型
或更简洁地表为
其中的常数C j 表示第j 种食品的市场价格,a ij 表示第j 种食品含第i 种营养的数量,b i 表示人或动物对第i 种营养的最低需求量.
2.合理配料问题的数学模型
有m 种资源B 1,B 2,…,B m ,可用于生产n 种代号为A 1,A 2,…,A n 的产品.单位产品A j 需用资源B i 的数量为a ij ,获利为C j 单位,第i 种资源可供给总量为b i 个单位.问如何安排生产,使总利润达到最大?
设生产第j 种产品x j 个单位(j =1,2,…,n ),则有
或更简单地写为
3.运输问题模型
运输问题也是一种线性规划问题,只是决策变量设置为双下标变量.假如问题具有m 个产地和n 个销地,第i 个产地用A i 表示,其产量为a i (i =1,2,…,m ),第j 个销地用B j 表示,其销量为b j (j =1,2,…,n ),从A i 运往B j 的运价为c ij , 而
∑∑===m i n j j i b a 11表示产销平衡.那么产销平衡运输问题的一般模型可以写成为 4.目标规划模型
某工厂生产代号为Ⅰ、Ⅱ的两种产品,这两种产品都要经甲、乙两个车间加工,并经检验与销售两部门处理.已知甲、乙两车间每月可用生产工时分别为120小时和150小时,每小时费用分别为80元和20元,其它数据如下表
表4-1
问题分析与模型假设
经与工厂总经理交谈,确定下列几条:
p 1: 检验和销售费每月不超过4600元;
p 2: 每月售出产品I 不少于50件;
p 3: 两车间的生产工时充分利用(重要性权系数按两车间每小时费用比确定);
p 4:甲车间加班不超过20小时;
p 5:每月售出产品Ⅱ不少于80件;
p 6:两车间加班总时数要有控制(对权系数分配参照第三优先级).
模型建立
设x 1,x 2分别为产品Ⅰ和Ⅱ的月产量,先建立一般约束条件组,依题设
4600305021≤+x x 检验销售费用
802≥x 120221≤+x x 设d 1表检验销售费偏差,则希望+1d 达最小,有
,11+d p 相应的目标约束为
+--++1121305d d x x = 4600; 2d 表产品I 售量偏差,则希望-2d 达最小,有,2
2-d p 相应的目标约束 以d 3、d 4表两车间生产工时偏差,则由于充分利用,故希望--43
,d d 达最小,考虑到费用比例为80:20=4:1,有
)4(433--+d d p .相应的目标约束应为 12023321=-+++-d d x x 和+--++44213d d x x =150,
以d 5表甲车间加班偏差,则有
,54+d p 相应目标约束为 20553=-++-+d d d ,
以d 6表产品Ⅱ售量偏差,则希望-6d 达最小,有相应约束为
80662=-++-d d x .
最后优先级p 6可利用+++43
d d 表示,考虑到权系数,有),4(436+++d d p 其目标约束由于利用超生产工时,已在工时限制中体现,于是得到该问题的目标规划模型为
5.最小树问题
一个图中若有几个顶点及其边的交替序列形成闭回路,我们就说这个图有圈;若图中所有连顶点间都有边相接,就称该图是连通的;若两个顶点间有不止一条边连接,则称该图具有多重边. 一个图被称为是树.
意味着该图是连通的无圈的简单图.
在具有相同顶点的树中,总赋权数最小的树称为最小树.
最小树的求法有两种,一种称为“避圈法”,一种是“破圈法”,两法各具优缺点,它们具有共同的特征——去掉图中的圈并且每次都是去掉圈中边权较大的边.
6.最短路问题的数学模型
售出量
两车间总工时
最短路问题一般描述如下:在一个图(或者说网络)中,给定一个始点v s 和一个终点v t ,求v s 到v t 的一条路,使路长最短(即路的各边权数之和最小).
狄克斯屈()双标号法
该法亦称双标号法,适用于所有权数均为非负(即一切0≥ij w w ij 表示顶点v i 与v j 的边的权数)的网络,能够求出网络的任一点v s 到其它各点的最短路,为目前求这类网络最短路的最好算法.
该法在施行中,对每一个点v j 都要赋予一个标号,并分为固定标号P (v j )和临时标号T (v j )两种,其含义如下:
P (v j )——从始点v s 到v j 的最短路长;
T (v j )——从始点v s 到v j 的最短路长上界.
一个点v j 的标号只能是上述两种标号之一.若为T 标号,则需视情况修改,而一旦成为P 标号,就固定不变了. 开始先给始点v s 标上P 标号0,然后检查点v s ,对其一切关联边(v s , v j )的终点v j ,给出v j 的T 标号w ij ;再在网络的已有T 标号中选取最小者,把它改为P 标号.以后每次都检查刚得到P 标号那点,按一定规则修改其一切关联边终点的T 标号,再在网络的所有T 标号中选取最小者并把它改为P 标号.这样,每次都把一个T 标号点改为P 标号点,因为网络中总共有n 个结点,故最多只需n -1次就能把终点v t 改为P 标号.这意味着已求得了v s 到v t 的最短路.
狄克斯屈标号法的计算步骤如下:
1°令S ={v s }为固定标号点集,}{\s v V S =为临时标号点集,再令0)(=i v P ,S v t ∈;
2°检查点v i ,对其一切关联边(v i , v j )的终点S v j
∈,计算并令 3°从一切S v j ∈中选取并令
选取相应的弧(v i , v r ).再令
4°若∅=S ,则停止,)(j v P 即v s 到v j 的最短路长,特别)(t v P 即v s 到v t 的最短路长,而已选出的弧即
给出v s 到各点的最短路;否则令i r
v v ⇒,返2°. 注意:若只要求v s 到某一点v t 的最短路,而没要求v s 到其他各点的最短路,则上述步骤4°可改为 4°若r = t 则结束,)(r v P 即为所求最短路长;否则令i r v v ⇒,返2°.。