第六章多目标规划方法
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多目标规划的原理和多目标规划是一种优化方法,用于解决同时存在多个目标函数的问题。
与单目标规划不同,多目标规划的目标函数不再是单一的优化目标,而是包含多个决策者所关心的目标。
目标函数之间可能存在冲突和矛盾,因此需要找到一个平衡点,使得各个目标都能得到满意的结果。
1.目标函数的建立:多目标规划需要明确各个决策者所关心的目标,并将其转化为数学模型的形式。
目标函数可以是线性的、非线性的,也可以包含约束条件。
2.解集的定义:解集是指满足所有约束条件的解的集合。
在多目标规划中,解集通常是一组解的集合,而不再是单个的最优解。
解集可以是有限的或无限的,可以是离散的或连续的。
3.最优解的确定:多目标规划中的最优解不再是唯一的,而是一组解的集合,称为非劣解集。
非劣解集是指在所有目标函数下都没有其他解比其更好的解。
要确定最优解,需要考虑非劣解集中的解之间的关系,即解集中的解是否有可比性。
4.解的评价:首先需要定义一种评价指标来比较不同解之间的优劣。
常用的方法有加权法、广义距离法、灰色关联法等。
评价指标的选择应该能够反映出决策者对不同目标的重视程度。
5. Pareto最优解:对于一个多目标规划问题,如果存在一组解,使得在任意一个目标函数下都没有其他解比其更好,那么这组解就被称为Pareto最优解。
Pareto最优解是解集中最为重要的解,决策者可以从中选择出最佳的解。
6.决策者的偏好:在实际应用中,决策者对不同目标的偏好有时会发生变化。
因此,多目标规划需要考虑决策者的偏好信息,并根据偏好信息对解集进行调整和筛选。
多目标规划在解决实际问题中具有广泛的应用,尤其在决策支持系统领域发挥了重要作用。
它不仅能够提供一组有竞争力的解供决策者参考,还能够帮助决策者更好地理解问题的本质和各个目标之间的权衡关系。
多目标规划既可以应用于工程、经济、管理等领域的决策问题,也可以用于社会、环境等领域的问题求解。
总之,多目标规划通过将多个目标函数集成为一个数学模型,寻找一组最佳的解集,从而在多个目标之间实现平衡和协调。
题目二:多目标规划法的应用【摘要】多目标规划法是数学规划的一个分支,它也是运筹学中的一个重要分支,它是在线性规划的基础上,为解决多目标决策问题而发展起来的一种科学管理的数学方法,主要用于研究多于一个目标函数在给定区域上的最优化,又称多目标最优化。
众所周知,如今日常的管理工作面对的不仅仅是单一的目标决策优化问题,或多或少都涉及几个或者许多目标决策优化的问题。
【关键字】`运筹学,多目标规划方法,目标决策优目标规划是线性规划的一种特殊应用,能够处理单个主目标与多个目标并存,以及多个主目标与多个次目标并存的问题。
众所周知,如今日常的管理工作面对的不仅仅是单一的目标决策优化问题,或多或少都涉及几个或者许多目标决策优化的问题。
企业管理中经常碰到多目标决策的问题,企业拟订生产计划时,不仅要考虑总产值,而且要考虑利润、产品质量和设备利用率等。
有些目标之间往往互相矛盾。
例如,企业利润可能同环境保护目标相矛盾。
如何统筹兼顾多种目标,选择合理方案,是十分复杂的问题。
应用目标规划可能较好的解决这类问题。
目标规划的应用范围很广,包括生产计划、投资计划、市场战略、人事管理、环境保护、土地利用等。
一、多目标规划法概述与其背景(一)多目标规划法的定义多目标规划法是数学规划的一个分支,它也是运筹学中的一个重要分支,它是在线性规划的基础上,为解决多目标决策问题而发展起来的一种科学管理的数学方法,主要用于研究多于一个目标函数在给定区域上的最优化,又称多目标最优化。
(二)多目标规划标准型的特点与线性规划相比,多目标规划标准型的特点在于:1、偏差列向量。
Y−、Y+分别为负、正偏差列向量,各有m个元素(m是约束方程的个数)。
负偏差变量的经济含义为当实际值小于目标值时,实际值与目标值的偏差为负偏差,正偏差变量的经济含义与之恰恰相反。
2、价值系数行向量c。
c的元素最多不超过2m个,由目标优先权等级Pi 和目标优先权系数η组成,即c=(c1,c2,…,c2m),在多目标规划的目标函数中,出现的变量只能是偏差变量。
多目标规划求解方法介绍多目标规划(multi-objective programming,也称为多目标优化)是数学规划的一个分支,用于处理具有多个冲突目标的问题。
在多目标规划中,需要找到一组解决方案,它们同时最小化(或最大化)多个冲突的目标函数。
多目标规划已经在许多领域得到了应用,如工程、管理、金融等。
下面将介绍几种常见的多目标规划求解方法。
1. 加权和法(Weighted Sum Method):加权和法是最简单和最直接的多目标规划求解方法。
将多个目标函数通过赋予不同的权重进行加权求和,得到一个单目标函数。
然后使用传统的单目标规划方法求解该单目标函数,得到一个最优解。
然而,由于加权和法只能得到权衡过的解,不能找到所有的非劣解(即没有其他解比它更好),因此它在解决多目标规划问题中存在局限性。
2. 约束方法(Constraint Method):约束方法是将多目标规划问题转化为一系列带有约束条件的单目标规划问题。
通过引入额外的约束条件,限制目标函数之间的关系,使得求解过程产生多个解。
然后使用传统的单目标规划方法求解这些带有约束条件的问题,得到一组最优解。
约束方法可以找到非劣解集合,但问题在于如何选择合适的约束条件。
3. 目标规划算法(Goal Programming Algorithms):目标规划算法是特别针对多目标规划问题设计的一类算法。
它通过将多个目标函数转化为约束关系,建立目标规划模型。
目标规划算法可以根据问题的不同特点选择相应的求解方法,如分解法、交互法、加权法等。
这些方法与约束方法相似,但比约束方法更加灵活,能够处理更加复杂的问题。
4. 遗传算法(Genetic Algorithms):遗传算法是一种启发式的优化方法,也可以用于解决多目标规划问题。
它模仿自然界中的进化过程,通过不断地进化和迭代,从初始种群中找到优秀的个体,产生一个适应度高的种群。
在多目标规划中,遗传算法通过构建适应度函数来度量解的好坏,并使用交叉、变异等操作来产生新的解。
运营决策中的多目标规划方法在企业的运营管理中,多目标规划方法是一种重要的工具,用于帮助管理者在面对多个决策目标时做出最优的决策。
多目标规划方法可以更全面地考虑各种因素,并找到最佳的平衡点,以实现企业的战略目标和可持续发展。
多目标规划方法的核心思想是将复杂的决策问题转化为一个优化模型,然后通过运用数学方法和计算机技术,找到一组最优解,从而帮助决策者做出决策。
与传统的单目标规划方法不同,多目标规划方法可以同时考虑多个目标,并根据不同目标的重要性和约束条件,找到最佳的决策方案。
在运营决策中,多目标规划方法可以应用于多个方面。
它可以用于生产规划和调度。
生产过程中,往往需要考虑多个目标,如成本、产能、交货时间等。
使用多目标规划方法,可以根据不同的目标权重,找到最佳的生产计划,使得各个目标得到最大的满足。
多目标规划方法可以用于供应链管理。
供应链中的各个环节,包括供应商选择、物流规划、库存管理等,都需要考虑多个目标,如成本、可靠性、响应时间等。
通过运用多目标规划方法,可以平衡各个目标之间的矛盾,构建一个高效的供应链网络。
多目标规划方法还可以应用于项目管理。
在项目管理中,需要考虑时间、成本、质量等多个目标。
使用多目标规划方法,可以找到最佳的项目进度和资源分配方案,使项目能够按时、按质量完成。
在运用多目标规划方法时,决策者还需要注意一些关键点。
需要确定决策目标,明确各个目标的重要性和约束条件。
需要建立一个准确的模型,对各项因素进行量化和分析,以便进行计算和优化。
需要进行模型验证和灵敏度分析,以确保模型的可靠性和稳定性。
同时,多目标规划方法也面临一些挑战和局限性。
多目标规划方法在处理复杂的实际问题时,可能会面临计算复杂度的挑战。
需要运用高效的算法和计算机技术来求解问题。
多目标规划方法在设定目标权重时,往往需要依赖决策者的主观判断和经验。
如果目标权重设置不合理,可能导致决策结果的偏差。
总之,在运营决策中,多目标规划方法是一种有效的决策工具,可以帮助管理者在面对多个目标时做出最佳的决策。
处理多目标规划的方法1.约束法 1.1原理约束法又称主要目标法,它根据问题的实际情况.确定一个目标为主要目标,而把其余目标作为次要目标,并根据决策者的经验给次要的目标选取一定的界限值,这样就可以把次要目标作为约束来处理,从而就将原有多目标规划问题转化为一个在新的约束下,求主要目标的单目标最优化问题。
假设在p 个目标中,()1f x 为主要目标,而对应于其余(p-1)个目标函数()i f x 均可以确定其允许的边界值:(),2,3,...,ii i af b i p ≤≤=x 。
这样我们就可以将这()1p -个目标函数当做最优化问题的约束来处理,于是多目标规划问题转化称为单目标规划问题SP 问题:公式1()()()1min s.t.0(1,2,...,)(2,3,...,)i j j j f g i m a f b j p ⎧⎪≥=⎨⎪≤≤=⎩x x x上述问题的可行域为()(){}|0,1,2,...,;,2,3,...,i j j j R g i m a f b j p '=≥=≤≤=x x x2.评价函数法其基本思想就是将多目标规划问题转化为一个单目标规划问题来求解,而且该单目标规划问题的目标函数是用多目标问题的各个目标函数构造出来的,称为评价函数,例如若原多目标规划问题的目标函数为F(x),则我们可以通过各种不同的方式构造评价函数h(F(x)),然后求解如下问题:()()min s.t.h R⎧⎪⎨∈⎪⎩F x x 求解上述问题之后,可以用上述问题的最优解x *作为多目标规划问题的最优解,正是由于可以用不同的方法来构造评价函数,因此有各种不同的评价函数方法,下面介绍几种常用的方法。
评价函数法中主要有:理想点法、平方和加权法、线性加权和法、乘除法、最大最小法2.1理想点法考虑多目标规划问题:()()V-mins.t.0(1,2,...,)i g i m ⎧⎨≥=⎩F x x ,首先分别求解p 个单目标规划问题:()()min(1,2,...,)s.t.0(1,2,...,)i j f i p g j m ⎧=⎪⎨≥=⎪⎩x x令各个问题的最优解为*(1,2,...,)ii p =x ,而其目标函数值可以表示为:()*min ,1,2,...,i i Rf f i p ∈==x x其中:(){}|0(1,2,...,)jR g j m =≥=x x一般来说,不可能所有的*(1,2,...,)ii p =x 均相同,故其最优值*(1,2,...,)i f i p =组成的向量0***12[]T pfff =F 并不属于多目标规划的象集,所以0F 是一个几乎不可能达到理想点。