数学建模-数学规划模型

常见数学建模模型一、线性规划模型线性规划是一种常用的数学建模方法，它通过建立线性函数和约束条件，寻找最优解。

线性规划可以应用于各种实际问题，如生产调度、资源分配、运输问题等。

通过确定决策变量、目标函数和约束条件，可以建立数学模型，并利用线性规划算法求解最优解。

二、整数规划模型整数规划是线性规划的一种扩展形式，它要求决策变量为整数。

整数规划模型常用于一些离散决策问题，如旅行商问题、装箱问题等。

通过引入整数变量和相应的约束条件，可以将问题转化为整数规划模型，并利用整数规划算法求解最优解。

三、非线性规划模型非线性规划是一类目标函数或约束条件中存在非线性项的优化问题。

非线性规划模型常见于工程设计、经济优化等领域。

通过建立非线性函数和约束条件，可以将问题转化为非线性规划模型，并利用非线性规划算法求解最优解。

四、动态规划模型动态规划是一种通过将问题分解为子问题并以递归方式求解的数学建模方法。

动态规划常用于求解具有最优子结构性质的问题，如背包问题、最短路径问题等。

通过定义状态变量、状态转移方程和边界条件，可以建立动态规划模型，并利用动态规划算法求解最优解。

五、排队论模型排队论是一种研究队列系统的数学理论，可以用于描述和优化各种排队系统，如交通流、生产线、客户服务等。

排队论模型通常包括到达过程、服务过程、队列长度等要素，并通过概率和统计方法分析系统性能，如平均等待时间、系统利用率等。

六、图论模型图论是一种研究图结构和图算法的数学理论，可以用于描述和优化各种实际问题，如网络优化、路径规划、社交网络等。

图论模型通过定义节点、边和权重，以及相应的约束条件，可以建立图论模型，并利用图算法求解最优解。

七、随机模型随机模型是一种考虑不确定性因素的数学建模方法，常用于风险评估、金融建模等领域。

随机模型通过引入随机变量和概率分布，描述不确定性因素，并利用概率和统计方法分析系统行为和性能。

八、模糊模型模糊模型是一种用于处理模糊信息的数学建模方法，常用于模糊推理、模糊控制等领域。

四类基本模型1 优化模型1.1 数学规划模型线性规划、整数线性规划、非线性规划、多目标规划、动态规划。

1.2 微分方程组模型阻滞增长模型、SARS 传播模型。

1.3 图论与网络优化问题最短路径问题、网络最大流问题、最小费用最大流问题、最小生成树问题(MST)、旅行商问题(TSP)、图的着色问题。

1.4 概率模型决策模型、随机存储模型、随机人口模型、报童问题、Markov 链模型。

1.5 组合优化经典问题● 多维背包问题(MKP)背包问题：n 个物品，对物品i ，体积为i w ，背包容量为W 。

如何将尽可能多的物品装入背包。

多维背包问题：n 个物品，对物品i ，价值为i p ，体积为i w ，背包容量为W 。

如何选取物品装入背包，是背包中物品的总价值最大。

多维背包问题在实际中的应用有：资源分配、货物装载和存储分配等问题。

该问题属于NP 难问题。

● 二维指派问题(QAP)工作指派问题：n 个工作可以由n 个工人分别完成。

工人i 完成工作j 的时间为ij d 。

如何安排使总工作时间最小。

二维指派问题（常以机器布局问题为例）：n 台机器要布置在n 个地方，机器i 与k 之间的物流量为ik f ，位置j 与l 之间的距离为jl d ，如何布置使费用最小。

二维指派问题在实际中的应用有：校园建筑物的布局、医院科室的安排、成组技术中加工中心的组成问题等。

● 旅行商问题(TSP)旅行商问题：有n 个城市，城市i 与j 之间的距离为ij d ，找一条经过n 个城市的巡回（每个城市经过且只经过一次，最后回到出发点），使得总路程最小。

● 车辆路径问题(VRP)车辆路径问题（也称车辆计划）：已知n 个客户的位置坐标和货物需求，在可供使用车辆数量及运载能力条件的约束下，每辆车都从起点出发，完成若干客户点的运送任务后再回到起点，要求以最少的车辆数、最小的车辆总行程完成货物的派送任务。

TSP 问题是VRP 问题的特例。

● 车间作业调度问题(JSP)车间调度问题：存在j 个工作和m 台机器，每个工作由一系列操作组成，操作的执行次序遵循严格的串行顺序，在特定的时间每个操作需要一台特定的机器完成，每台机器在同一时刻不能同时完成不同的工作，同一时刻同一工作的各个操作不能并发执行。

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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

美赛数学建模常用模型及解析
数学建模是数学与实际问题的结合，解决实际问题的具体数学模型是数学建模的核心。

以下是一些美赛中常用的数学模型及其解析。

1. 线性规划模型
线性规划模型是一种最常见的优化模型，它的目标是在给定的约束条件下，寻找一个线性函数的最大值或最小值。

线性规划模型可以用于解决资源分配、生产计划、运输优化等问题。

2. 整数规划模型
整数规划是线性规划的一个扩展，它要求决策变量只能取整数值。

整数规划模型可以应用于旅行商问题、装配线平衡问题等需要整数解决方案的实际问题。

3. 动态规划模型
动态规划是一种将多阶段决策问题转化为单阶段决策问题求解的方法。

动态规划模型可以用于解决背包问题、序列对齐问题等需要在不同阶段做出决策的问题。

4. 排队论模型
排队论模型用于分析系统中的排队现象，包括到达率、服务率、系统稳定性等指标。

排队论模型可以用于研究交通流量、电话系统、服务器排队等实际问题。

5. 随机过程模型
随机过程模型用于描述随机事件的演变过程，其中最常见的是马尔可夫链和布朗运动。

随机过程模型可以用于模拟金融市场、天气预测、股票价格等随机变化的问题。

这些模型只是数学建模中常用的几种类型，实际问题通常需要综合运用多种模型进行分析和求解。

对于每个具体的问题，需根据问题的特点和要求选择合适的数学模型，进行合理的建模和求解。

数学建模常用算法模型数学建模是将实际问题抽象为数学模型，并利用数学方法求解问题的过程。

在数学建模中，算法模型是解决问题的关键。

下面介绍一些常用的数学建模算法模型。

1.线性规划模型：线性规划是一种用于求解线性约束下的最优化问题的数学方法。

线性规划模型的目标函数和约束条件均为线性函数。

线性规划广泛应用于供需平衡、生产调度、资源配置等领域。

2.非线性规划模型：非线性规划是一种用于求解非线性目标函数和约束条件的最优化问题的方法。

非线性规划模型在能源优化调度、金融风险管理、工程设计等方面有广泛应用。

3.整数规划模型：整数规划是一种在决策变量取离散值时求解最优化问题的方法。

整数规划模型在网络设计、物流调度、制造安排等领域有广泛应用。

4.动态规划模型：动态规划是一种通过将问题分解为多个阶段来求解最优化问题的方法。

动态规划模型在资源分配、投资决策、路径规划等方面有广泛应用。

5.随机规划模型：随机规划是一种在目标函数和约束条件存在不确定性时求解最优化问题的方法。

随机规划模型在风险管理、投资决策、资源调度等方面有广泛应用。

6.进化算法模型：进化算法是一种通过模拟生物进化过程来求解最优化问题的方法。

进化算法模型包括遗传算法、粒子群算法、蚁群算法等，被广泛应用于参数优化、数据挖掘、机器学习等领域。

7.神经网络模型：神经网络是一种模仿人脑神经元连接和传递信息过程的数学模型。

神经网络模型在模式识别、数据分类、信号处理等领域有广泛应用。

8.模糊数学模型：模糊数学是一种用于处理不确定性和模糊信息的数学模型。

模糊数学模型在风险评估、决策分析、控制系统等方面有广泛应用。

除了以上常用的数学建模算法模型，还有许多其他的算法模型，如图论模型、动力系统模型、马尔科夫链模型等。

不同的问题需要选择合适的算法模型进行建模和求解。

数学建模算法模型的选择和应用需要根据具体的问题和要求进行。

数学建模与应用3规划模型的典型例题(1) 平板装货问题有七种规格的包装箱要装到两辆平板车上。

包装箱的宽和高是一样的，但厚度t (厘米)和重量w (公斤)是不同的。

下表给出了每种包装箱的厚度，重量以及数量。

每辆平板车有10.2米的地方可用来装包装箱(象面包片那样)，载重为40吨。

由于地区货运的限制，对C5, C6, C7类包装箱的总数有一个特别的限制：这三类包装箱所占空间(厚度)不能超过302.7厘米。

问题要求：设计一种装车方案，使剩余的空间最小。

•首先找到已知的参量o各类型的包装的厚度： \small t_i(i=1\dots7) 。

o各类型的包装的重量： \small w_i(i=1\dots7) 。

o各类型包装的件数： \small n_i(i=1\dots7) 。

o平板车的空间： \small Space=1020cm 。

o平板车的载重： \small Weight=40000kg 。

o三类包装箱所占的空间上限： \smallLimit=302.7 。

•设出需要使用的变量：o第一辆车上装载的各类型包装的数量： \smallx_i(i=1\dots7)o第二辆车上装载的各类型包装的数量： \smally_i(i=1\dots7)•明确问题的要求：\min\{2\times Space-\displaystyle\sum^{7}_{i=1}t_ix_i- \displaystyle\sum^{7}_{i=1}t_iy_i\}\\x_i+y_i\leq n_i(i=1\dots7)\\ ~~\\ \displaystyle\sum^{7}_{i=1}w_i(x_i+y_i)\leq40000\\ ~~\\\displaystyle \sum^{7}_{i=1}t_ix_i\leq1020\\ ~~\\\displaystyle \sum^{7}_{i=1}t_iy_i\leq1020\\ ~~\\\displaystyle \sum^{7}_{i=5}t_i(x_i+y_i)\leq302.7\\\displaystyle \sum^{7}_{i=1}w_i(x_i+y_i)\leq40000\\\displaystyle \sum^{7}_{i=1}t_ix_i\leq1020\\\displaystyle \sum^{7}_{i=1}t_iy_i\leq1020\\\displaystyle \sum^{7}_{i=5}t_i(x_i+y_i)\leq302.7\\model:!程序由model开始，由end结束;sets:!sets开始设置变量，endsets结束变量设置;num/1..7/:t,w,n,x,y;!定义5个数组分别为t,w,n,x,yendsetsdata:!数据设置由data开始，由enddata结束;t=48.7,52.0,61.3,72.0,48.7,52.0,64.0;w=2000,3000,10 00,500,4000,2000,1000;n=8,7,9,6,6,4,8;enddatamin=(1020 -@sum(num:t*x))+(1020-@sum(num:t*y));!说明需要优化的为min;!以下是进行条件限制的量@sum(num:t*x)<=1020;@sum(num:t*y)<=1020;@sum(num:w*x)< =40000;@sum(num:w*y)<=40000;@for(num(i):x(i)+y(i)<=n(i ));@sum(num(i)|i#ge#5#and#i#le#7:(x(i)+y(i))*t(i))<=30 2.7;@for(num:@gin(x));@for(num:@gin(y));end(2) 选修课策略问题某学校规定，运筹学专业的学生毕业时必须至少学习过两门数学课、三门运筹学课和两门计算机课。

20 12 ——20 13 学年第二学期合肥学院数理系实验报告 课程名称：数学模型实验项目：数学规划模型求解过程实验类别：综合性□设计性□验证性□专业班级： 10级数学与应用数学（1）班姓名：汪勤学号：1007021004 实验地点： 35#611 实验时间： 2013年4月25日指导教师：闫老师成绩：一.实验目的：了解线性规划的基本内容及求解的基本方法，学习MATLAB,LINDO,LINGO求解线性规划命令，掌握用数学软件包求解线性规划问题;了解非线性规划的基本内容，掌握数学软件包求解非线性规划问题。

二.实验内容：1、加工奶制品的生产计划问题一奶制品加工厂用牛奶生产A1、A2两种奶制品,1桶牛奶可以在设备甲上用12小时加工成3公斤A1,或者在设备乙上用8小时加工成4公斤A2。

根据市场需求,生产的A1、A2能全部售出,且每公斤A1获利24元 每公斤A2获利16元。

现在加工厂每天能得到50桶牛奶的供应,每天正式工人总的劳动时间为480小时,并且设备甲每天至多能加工100公斤A1,设备乙的加工能力没有限制。

试为该厂制定一个生产计划,使每天获利最大,并进一步讨论以下3个附加问题：(1)若用35元可以购买到1桶牛奶，应否作这项投资？若投资，每天最多购买多少桶牛奶？(2)若可以聘用临时工人以增加劳动时间，付给临时工人的工资最多是每小时几元？(3)由于市场需求变化，每公斤A1的获利增加到30元，应否改变生产计划？2、奶制品的生产销售计划问题第1题给出的A1，A2两种奶制品的生产条件、利润及工厂的“资源”限制全都不变。

为增加工厂的获利，开发了奶制品的深加工技术：用2小时和3元加工费，可将1千克A1加工成0.8千克高级奶制品B1，也可将1千克A2加工成0.75千克高级奶制品B2，每千克B1能获利44元，每千克B2能获利32元。

试为该厂制订一个生产销售计划，使每天的净利润最大，并讨论以下问题：(1)若投资30元可以增加供应1桶牛奶，投资3元可以增加1小时劳动时间，应否作这些投资？若每天投资150元 可赚回多少？(2)每公斤高级奶制品B1,B2的获利经常有10%的波动，对制订的生产销售计划有无影响？若每公斤B1的获利下降10%，计划应该变化吗？(3)若公司已经签订了每天销售10千克 A1的合同并且必须满足，该合同对公司的利润有什么影响？3、货机装运某架货机有三个货舱：前仓、中仓、后仓。

初中数学建模30种经典模型初中数学建模是培养学生综合运用数学知识解决实际问题的一种教学方法和手段。

以下是初中数学建模中的30种经典模型，并对每种模型进行简要介绍：1.线性规划模型：通过建立线性目标函数和线性约束条件，优化解决线性规划问题。

2.排队论模型：研究排队系统中的等待时间、服务能力等问题，以优化系统效率。

3.图论模型：利用图的概念和算法解决实际问题，如最短路径、网络流等。

4.组合数学模型：应用组合数学的方法解决实际问题，如排列组合、集合等。

5.概率模型：利用概率理论分析和预测事件发生的可能性和规律。

6.统计模型：收集、整理和分析数据，通过统计方法得出结论和推断。

7.几何模型：运用几何知识解决实际问题，如图形的面积、体积等。

8.算术平均模型：利用算术平均数来描述和分析数据的集中趋势。

9.加权平均模型：利用加权平均数考虑不同数据的重要性来得出综合结论。

10.正态分布模型：应用正态分布来描述和分析数据的分布情况。

11.投影模型：通过投影的方法解决几何体在平面上的投影问题。

12.比例模型：利用比例关系解决实际问题，如物体的放大缩小比例等。

13.数据拟合模型：根据已知数据点，通过曲线或函数拟合来推测未知数据点。

14.最优化模型：寻找最大值或最小值，优化某种指标或目标函数。

15.路径分析模型：研究在网络或图中找到最优路径的问题。

16.树状图模型：通过树状图的结构来描述和解决问题，如决策树等。

17.随机模型：基于随机事件和概率进行建模和分析。

18.多项式拟合模型：利用多项式函数对数据进行拟合和预测。

19.逻辑回归模型：通过逻辑回归分析，预测和分类离散型数据。

20.回归分析模型：分析自变量和因变量之间的关系，并进行预测和推断。

21.梯度下降模型：通过梯度下降算法来求解最优解的问题。

22.贪心算法模型：基于贪心策略解决最优化问题，每次选择当前最优解。

23.线性回归模型：通过线性关系对数据进行建模和预测。

24.模拟模型：通过构建模拟实验来模拟和分析实际情况。

实验05 数学规划模型㈡（2学时）（第4章数学规划模型）1.（求解）汽车厂生产计划（LP，整数规划IP）p101~102(1) (LP)在模型窗口中输入以下线性规划模型max z = 2x1 + 3x2 + 4x3s.t. 1.5x1 + 3x2 + 5x3≤ 600280x1 + 250x2 + 400x3≤ 60000x1, x2, x3≥ 0并求解模型。

★(1) 给出输入模型和求解结果（见[101]）：(2) (IP)在模型窗口中输入以下整数规划模型max z = 2x1 + 3x2 + 4x3s.t. 1.5x1 + 3x2 + 5x3≤ 600280x1 + 250x2 + 400x3≤ 60000x1, x2, x3均为非负整数并求解模型。

LINGO函数@gin见提示。

★(2) 给出输入模型和求解结果（见[102]模型、结果）：2.（求解）原油采购与加工（非线性规划NLP ，LP 且IP ）p104~107模型：已知 ⎪⎩⎪⎨⎧≤≤+≤≤+≤≤=)15001000(63000)1000500(81000)5000(10)(x x x x x xx c注：当500 ≤ x ≤ 1000时，c (x ) = 10 × 500 + 8( x – 500 ) = (10 – 8 ) × 500 + 8x112112221112212211112112122211122122max 4.8() 5.6()()500100015000.50.6,,,,0z x x x x c x x x x x x x x x x x x x x x x x x =+++-+≤++≤≤≥+≥+≥2.1解法1（NLP ）p104~106将模型变换为以下的非线性规划模型：1121122212311122122111121121222123122312311122122max4.8()5.6()(1086)50010000.50.6(500)0(500)00,,500,,,,0z x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x =+++-+++≤++≤≥+≥+=++-=-=≤≤≥LINGO 软件设置：局部最优解，全局最优解，见提示。

一、概述数学建模是数学与实际问题相结合的产物，通过建立数学模型来解决现实生活中的复杂问题。

Matlab作为一个强大的数学计算工具，在数学建模中具有重要的应用价值。

本文将介绍30种经典的数学建模模型，以及如何利用Matlab对这些模型进行建模和求解。

二、线性规划模型1. 线性规划是数学建模中常用的一种模型，用于寻找最优化的解决方案。

在Matlab中，可以使用linprog函数对线性规划模型进行建模和求解。

2. 举例：假设有一家工厂生产两种产品，分别为A和B，要求最大化利润。

产品A的利润为$5，产品B的利润为$8，而生产每单位产品A 和B分别需要8个单位的原料X和10个单位的原料Y。

此时，可以建立线性规划模型，使用Matlab求解最大化利润。

三、非线性规划模型3. 非线性规划是一类更加复杂的规划问题，其中目标函数或约束条件存在非线性关系。

在Matlab中，可以使用fmincon函数对非线性规划模型进行建模和求解。

4. 举例：考虑一个有约束条件的目标函数，可以使用fmincon函数在Matlab中进行建模和求解。

四、整数规划模型5. 整数规划是一种特殊的线性规划问题，其中决策变量被限制为整数。

在Matlab中，可以使用intlinprog函数对整数规划模型进行建模和求解。

6. 举例：假设有一家工厂需要决定购物哪种机器设备，以最大化利润。

设备的成本、维护费用和每台设备能生产的产品数量均为已知条件。

可以使用Matlab的intlinprog函数对该整数规划模型进行建模和求解。

五、动态规划模型7. 动态规划是一种数学优化方法，常用于多阶段决策问题。

在Matlab 中，可以使用dynamic programming toolbox对动态规划模型进行建模和求解。

8. 举例：考虑一个多阶段生产问题，在每个阶段都需要做出决策以最大化总利润。

可以使用Matlab的dynamic programming toolbox对该动态规划模型进行建模和求解。