数学模型第六讲整数规划模型与求解软件-2011.ppt

主讲人：周大勇 E-MAIL:理学院应用数学教研室,数学模型课程教学课件,版权所有：大连交通大学理学院应用数学教研室 Copyright 2011 Dalian Jiaotong University. All rights reserved.,2010-2011学年第二学期,第六讲 整数规划模型与0-1规划,时间：2011年3月24日 主讲人：周大勇 E-MAIL:,整数规划模型及其处理方法 0-1规划模型及其处理方法 数学软件求解上述模型分析,请各小组思考下列问题,数学规划模型的一般形式是什么？,E-mail:,常用的解决规划模型的软件有哪些？,规划模型构成及软件处理,实际问题中 的优化模型,x决策变量,f(x)目标函数,gi(x)0约束条件,数学规划,线性规划 非线性规划 整数规划,重点在模型的建立和结果的分析,E-mail:,处理软件,Lindo Lingo Matlab Mathematica,设每月生产小、中、大型汽车的数量分别为x1, x2, x3,汽车厂生产计划,模型建立,线性规划模型(LP),E-mail:,模型求解,3） 模型中增加条件：x1, x2, x3 均为整数，重新求解。,OBJECTIVE FUNCTION VALUE 1) 632.2581 VARIABLE VALUE REDUCED COST X1 64.516129 0.000000 X2 167.741928 0.000000 X3 0.000000 0.946237 ROW SLACK OR SURPLUS DUAL PRICES 2) 0.000000 0.731183 3) 0.000000 0.003226,结果为小数，怎么办？,1）舍去小数：取x1=64，x2=167，算出目标函数值z=629，与LP最优值632.2581相差不大。,2）试探：如取x1=65，x2=167；x1=64，x2=168等，计算函数值z，通过比较可能得到更优的解。,但必须检验它们是否满足约束条件。为什么？,请写出在Lindo软件的源程序,E-mail:,IP可用LINDO直接求解,整数规划(Integer Programming,简记IP),“gin 3”表示“前3个变量为整数”，等价于： gin x1 gin x2 gin x3,IP 的最优解x1=64，x2=168，x3=0，最优值z=632,max 2x1+3x2+4x3 st 1.5x1+3x2+5x3600 280x1+250x2+400x360000 end gin 3,OBJECTIVE FUNCTION VALUE 1) 632.0000 VARIABLE VALUE REDUCED COST X1 64.000000 -2.000000 X2 168.000000 -3.000000 X3 0.000000 -4.000000,IP 结果输出,E-mail:,其中3个子模型应去掉，然后逐一求解，比较目标函数值，再加上整数约束，得最优解：,方法1：分解为8个LP子模型,汽车厂生产计划-讨论,若生产某类汽车，则至少生产80辆，求生产计划。,x1,x2, x3=0 或 80,x1=80，x2= 150，x3=0，最优值z=610,LINDO中对0-1变量的限定： int y1 int y2 int y3,方法2：引入0-1变量，化为整数规划,M为大的正数，可取1000,OBJECTIVE FUNCTION VALUE 1) 610.0000 VARIABLE VALUE REDUCED COST X1 80.000000 -2.000000 X2 150.000000 -3.000000 X3 0.000000 -4.000000 Y1 1.000000 0.000000 Y2 1.000000 0.000000 Y3 0.000000 0.000000,若生产某类汽车，则至少生产80辆，求生产计划。,x1=0 或 80,最优解同前,E-mail:,NLP虽然可用现成的数学软件求解(如LINGO, MATLAB)，但是其结果常依赖于初值的选择。,方法3：化为非线性规划,非线性规划（Non- Linear Programming，简记NLP）,实践表明，本例仅当初值非常接近上面方法算出的最优解时，才能得到正确的结果。,若生产某类汽车，则至少生产80辆，求生产计划。,x1=0 或 80,E-mail:,分派问题,接力队选拔和选课策略,若干项任务分给一些候选人来完成，每人的专长不同，完成每项任务取得的效益或需要的资源就不同，如何分派任务使获得的总效益最大，或付出的总资源最少。,若干种策略供选择，不同的策略得到的收益或付出的成本不同，各个策略之间有相互制约关系，如何在满足一定条件下作出决择，使得收益最大或成本最小。,E-mail:,丁的蛙泳成绩退步到115”2；戊的自由泳成绩进步到57”5, 组成接力队的方案是否应该调整？,如何选拔队员组成4100米混合泳接力队?,混合泳接力队的选拔,5名候选人的百米成绩,穷举法：组成接力队的方案共有5!=120种。,E-mail:,目标函数,若选择队员i参加泳姿j 的比赛，记xij=1, 否则记xij=0,0-1规划模型,cij(秒)队员i 第j 种泳姿的百米成绩,约束条件,每人最多入选泳姿之一,每种泳姿有且只有1人,E-mail:,模型求解,最优解：x14 = x21 = x32 = x43 = 1, 其它变量为0; 成绩为253.2(秒)=413”2,MIN 66.8x11+75.6x12+87x13+58.6x14 + +67.4x51+71 x52+83.8x53+62.4x54 SUBJECT TO x11+x12+x13+x14 =1 x41+x42+x43+x44 =1 x11+x21+x31+x41+x51 =1 x14+x24+x34+x44+x54 =1 END INT 20,输入LINDO求解,甲 自由泳、乙 蝶泳、丙 仰泳、丁 蛙泳.,E-mail:,丁蛙泳c43 =69.675.2，戊自由泳c54=62.4 57.5, 方案是否调整？,敏感性分析？,乙 蝶泳、丙 仰泳、丁 蛙泳、戊 自由泳,IP规划一般没有与LP规划相类似的理论，LINDO输出的敏感性分析结果通常是没有意义的。,最优解：x21 = x32 = x43 = x54 = 1, 成绩为417”7,c43, c54 的新数据重新输入模型，用LINDO求解,指派(Assignment)问题：每项任务有且只有一人承担，每人只能承担一项，效益不同，怎样分派使总效益最大.,讨论,E-mail:,为了选修课程门数最少，应学习哪些课程 ？,选课策略,要求至少选两门数学课、三门运筹学课和两门计算机课,选修课程最少，且学分尽量多，应学习哪些课程 ？,E-mail:,0-1规划模型,决策变量,目标函数,xi=1 选修课号i 的课程（xi=0 不选）,选修课程总数最少,约束条件,最少2门数学课，3门运筹学课， 2门计算机课。,E-mail:,先修课程要求,最优解： x1 = x2 = x3 = x6 = x7 = x9 =1, 其它为0；6门课程，总学分21,0-1规划模型,约束条件,x3=1必有x1 = x2 =1,模型求解（LINDO）,E-mail:,学分最多,多目标优化的处理方法：化成单目标优化。,两目标(多目标)规划,讨论：选修课程最少，学分尽量多，应学习哪些课程？,课程最少,以学分最多为目标，不管课程多少。,以课程最少为目标，不管学分多少。,E-mail:,多目标规划,在课程最少的前提下以学分最多为目标。,最优解： x1 = x2 = x3 = x5 = x7 = x9 =1, 其它为0；总学分由21增至22。,注意：最优解不唯一！,LINDO无法告诉优化问题的解是否唯一。,可将x9 =1 易为x6 =1,E-mail:,多目标规划,对学分数和课程数加权形成一个目标，如三七开。,最优解： x1 = x2 = x3 = x4 = x5 = x6 = x7 = x9 =1， 其它为0；总学分28。,E-mail:,讨论与思考,最优解与1=0，2=1的结果相同学分最多,多目标规划,最优解与1=1，2=0的结果相同课程最少,E-mail:,“课程论文二”发布时间，请安静！,论文上交时间：2011年 9月 27 日,E-mail:,注意 （1）封面必须是打印版，格式已下发 （2）从摘要开始全部为手写稿。,课程论文评分标准,方法新颖巧妙，格式非常好 20分 模型建立，求解合理，格式很好 18-19分 模型建立，求解合理，格式规范 16-17分 模型建立，求解基本合理，格式一般 14-15分 模型建立，求解有问题，格式一般 12-13分 模型建立不正确，格式糟糕，态度有问题 0-6分,E-mail:,E-mail:,A题：营养配餐问题 每种蔬菜含有的营养素成份是不同的，从医学上知道，每人每周对每种营养成分的最低需求量。某医院营养室在制定下一周菜单时，需要确定表A-1中所列六种蔬菜的供应量，以便使费用最小而又能满足营养素等其它方面的要求。规定白菜的供应一周内不多于20 kg，其它蔬菜的供应在一周内不多于40kg，每周共需供应140kg蔬菜，为了使费用最小又满足营养素等其它方面的要求，试建立数学模型，说明在下一周内应当供应每种蔬菜各多少kg？,表A-1,E-mail:,B题 :广告竞争计划 某市场研究小组考虑下一步如何选择广告竞争计划，在进行大量的调查研究后，制定了各种可供选择的方案，