运筹学习题解答(chap5 目标规划)

《运筹学》第五章习题及答案《运筹学》第五章习题1．思考题（1）试述动态规划的“最优化原理”及它同动态规划基本方程之间的关系。

（2）动态规划的阶段如何划分？（3）试述用动态规划求解最短路问题的方法和步骤。

（4）试解释状态、决策、策略、最优策略、状态转移方程、指标函数、最优值函数、边界函数等概念。

（5）试述建立动态规划模型的基本方法。

（6）试述动态规划方法的基本思想、动态规划的基本方程的结构及正确写出动态规划基本方程的关键步骤。

2．判断下列说法是否正确（1）动态规划分为线性动态规划和非线性动态规划。

（2）动态规划只是用来解决和时间有关的问题。

（3）对于一个动态规划问题，应用顺推法和逆推法可能会得到不同的最优解。

（4）在用动态规划的解题时，定义状态时应保证各个阶段中所做的决策的相互独立性。

（5）在动态规划模型中，问题的阶段等于问题的子问题的数目。

（6）动态规划计算中的“维数障碍”，主要是由于问题中阶段数的急剧增加而引起的。

3．计算下图所示的从A到E的最短路问题4．计算下图所示的从A到E的最短路问题5．计算从A到B、C、D的最短路线。

已知各线段的长度如下图所示。

6．设某油田要向一炼油厂用管道供应油料，管道铺设途中要经过八个城镇，各城镇间的路程如下图所示，选择怎样的路线铺设，才使总路程最短？7．用动态规划求解下列各题（1）．222211295m a x x x x x z-+-=；???≥≤+0,52121x x x x；（2）．33221m a x x x x z=???≥≤++0,,6321321x x x x x x；8．某人外出旅游，需将3种物品装入背包，但背包重量有限制，总重量不超过10千克。

物品重量及其价值等数据见下表。

试问每种物品装多少件，使整个背包的价值最大？913千克。

物品重量及其价值的关系如表所示。

试问如何装这些物品，使整个背包价值最大？10量和相应单位价值如下表所示，应如何装载可使总价值最大？303011底交货量，该厂的生产能力为每月600件，该厂仓库的存货能力为300件，又每生产100件产品的费用为1000元。

第一章 线性规划及单纯形法一、写出下列线性规划的标准形式，用单纯形法求解，并指出其解属于哪种情况。

1、P55,1.3(a)21510m ax x x Z +=⎪⎩⎪⎨⎧≥≤+≤+0x ,x 8x 2x 59x 4x 3.t .s 212121 解：将模型化为标准型21510x x Z Max +=⎪⎩⎪⎨⎧≥=++=++0,,,825943..4321421321x x x x x x x x x x t s 单纯形表如下因所有检验数0j ≤σ，已达最优解，最优解是)2,1(*=X ，最优目标值为2。

由检验数的情况可知，该问题有唯一最优解。

2、 P55,1.3(b)21x x 2Z m ax +=s.t⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≥≤+≤+≤0,524261552121212x x x x x x x解：将模型化为标准型21x x 2Z Max +=t s . ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≥=++=++=+0x ,...,x ,x ,5x x x ,24x x 2x 6,15x x 552152142132 单纯形表如下因所有检验数0j ≤σ，已达最优解，最优解是)0,0,2,2,2(X *=，最有目标值为217。

由检验数的情况可知，该问题有唯一最优解。

3、3212x x x Z Min -+=，t s . ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≥≤++≤+-≤-+0,,,5,822,422321321321321x x x x x x x x x x x x 解：将模型化为标准型：3212x x x Z Min -+=t s . ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≥=+++=++-=+-+0,,,5,822,422321632153214321x x x x x x x x x x x x x x x 用单纯形法迭代最优解为（0，0，4），最优值为-4。

4、43213x x x x Z Min +++=t s . ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≥=++=++-0,,,,,63,4224321421321x x x x x x x x x x 解：因为所有检验数均已非负，故已是最优解，最优解为（0，2，0，4），--10分最优目标值：6Z =*。

第五章线性规划线性规划是运筹学的一个基本分支，其应用极其广泛，其作用已为越来越多的人所重视。

§5.1线性规划问题在各类经济活动中，经常遇到这样的问题：在生产条件不变的情况下，如何通过统筹安排，改进生产组织或计划，合理安排人力、物力资源、组织生产过程，使总的经济效益最好。

这样的问题常常可以化成或近似地化成所谓的“线性规划”(Linear Programming,简记为LP)问题。

本节先举例介绍线性规划问题，然后给出线性规划问题的一般形式、规范形式和标准形式定义及其矩阵向量表达式，并证明三种形式的LP问题是等价的。

§5.1.1线性规划问题举例下面我们举几个例子.例5.1:某工厂用3种原料P1，P2，P3生产3种产品Q1，Q2，Q3。

已知的生产条件如表5.1所示，试制订出总利润最大的生产计划。

表5.1单位产品所需原材料的数量(千克)原产品原材料可用量料Q1Q2Q3(千克/日)P1*******P2024800P3*******单位产品的利润(万元)354分析设产品Q j的日产量为x j个单位，j=1,2,3.它们受到一些条件的限制:首先，它们不能取负值，即x j≥0,j=1,2,3;其次，三种原12第五章线性规划料的日消耗量分别不能超过它们的日可用量，即：2x 1+3x 2≤15002x 2+4x 3≤8003x 1+2x 2+5x 3≤2000我们希望在这些约束条件下，求x 1，x 2，x 3，使其总利润z =3x 1+5x 2+4x 3达到最大。

故求解该问题的数学模型为max z =3x 1+5x 2+4x 3s.t. 2x 1+3x 2≤15002x 2+4x 3≤8003x 1+2x 2+5x 3≤2000x j ≥0,j =1,2,3(5.1)例5.2:运输问题一个制造厂要把若干单位的产品从A 1，A 2两个仓库发送到零售点B 1,B 2,B 3，B 4。

仓库A i 能供应产品的数量为a i ,i =1,2；零售点B j 所需产品的数量为b j ,j =1,2,3,4。

运筹学第五、六、七、八章答案5.2 用元素差额法直接给出表5-53及表5-54下列两个运输问题的近似最优解．表5-53 B1 B2 B3 B4 B5 Ai A1 19 16 10 21 9 18 A2 14 13 5 24 7 30 A3 25 30 20 11 23 10 A4 7 8 6 10 4 42 Bj 15 25 35 20 5 表5-54 B1 B2 B3 B4 Ai A1 5 3 8 6 16 A2 10 7 12 15 24 A3 17 4 8 9 30 Bj 20 25 10 15 【解】表5-53。

Z=824 表5-54 Z=495 5.3 求表5-55及表5-56所示运输问题的最优方案．（1）用闭回路法求检验数（表5-55）表5-55 B1 B2 B3 B4 Ai A1 10 5 2 3 70 A2 4 3 1 2 80 A3 5 6 4 4 30 bj 60 60 40 20 （2）用位势法求检验数（表5-56）表5-56 B1 B2 B3 B4 Ai A1 9 15 4 8 10 A2 3 1 7 6 30 A3 2 10 13 4 20 A4 4 5 8 3 43 bj 20 15 50 15 【解】（1） (2) 5.4 求下列运输问题的最优解（1）C1目标函数求最小值；（2）C2目标函数求最大值 15 45 20 40 60 30 50 40 (3)目标函数最小值,B1的需求为30≤b1≤50, B2的需求为40，B3的需求为20≤b3≤60,A1不可达A4 ，B4的需求为30．【解】（1）（2）（3）先化为平衡表 B11 B12 B2 B31 B32 B4 ai A1 4 4 9 7 7 M 70 A2 6 6 5 3 3 2 20 A3 8 8 5 9 9 10 50 A4 M 0 M M 0 M 40 bj 30 20 40 20 40 30 180 最优解： 5.5（1）建立数学模型设xij(I=1,2,3;j=1,2)为甲、乙、丙三种型号的客车每天发往B1，B2两城市的台班数，则 (2)写平衡运价表将第一、二等式两边同除以40，加入松驰变量x13,x23和x33将不等式化为等式，则平衡表为： B1 B2 B3 ai 甲乙丙 80 60 50 65 50 40 0 0 0 5 10 15 bj 10 15 5 为了平衡表简单，故表中运价没有乘以40，最优解不变（3）最优调度方案：即甲第天发5辆车到B1城市，乙每天发5辆车到B1城市，5辆车到B2城市，丙每天发10辆车到B2城市，多余5辆，最大收入为 Z=40（5×80+5×60+5×50+10×40）=54000（元） 5.6（1）设xij为第i月生产的产品第j月交货的台数，则此生产计划问题的数学模型为（2）化为运输问题后运价表（即生产费用加上存储费用）如下，其中第5列是虚设销地费用为零，需求量为30。

第五章 目标规划§5.1重点、难点提要一、目标规划的基本概念与模型特征 （1）目标规划的基本概念。

当人们在实践中遇到一些矛盾的目标，由于资源稀缺和其它原因，这些目标可能无法同时达到，可以把任何起作用的约束都称为“目标”。

无论它们是否达到，总的目的是要给出一个最优的结果，使之尽可能接近制定的目标。

目标规划是处理多目标的一种重要方法，人们把目标按重要性分成不同的优先等级，并对同一个优先等级中的不同目标赋权，使其在许多领域都有广泛应用。

在目标规划中至少有两个不同的目标；有两类变量：决策变量和偏差变量；两类约束：资源约束（也称硬约束）和目标约束（也称软约束）。

（2）模型特征。

目标规划的一般模型：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=≥=≥==-+=≤⎪⎭⎫ ⎝⎛+=+-=+-===++--∑∑∑∑.,,2,1;0,;,,2,10,,2,1,,2,1..)(min 1111K k d d n j x K k g d d x c m i b x a t s d d P Z k k j n j k k k j kj i nj j ij Lr K k k rk k rk r ωω 其中r P 为目标优先因子，+-rk rk ωω,为目标权系数，+-k k d d ,为偏差变量。

1）正、负偏差变量,i i d d +-。

正偏差变量i d +表示决策值超过目标值的部分；负偏差变量i d -表示决策值未达到目标值的部分。

因为决策值不可能既超过目标值同时又未达到目标值，所以有0i i d d +-⨯=。

2）硬约束和软约束。

硬约束是指必须严格满足的等式约束和不等式约束；软约束是目标规划特有的。

我们可以把约束右端项看成是要努力追求的目标值，但允许发生正、负偏差，通过在约束中加入正、负偏差变量来表示努力的结果与目标的差距，于是称它们为目标约束。

3）优先因子与权系数。

一个规划问题通常有若干个目标，但决策者在要求达到这些目标时，是有主次或缓急之分的。