Chapter01-绪论运筹学

1、运筹学Operations Research,杨雯 博士 深圳大学管理学院 Office No.: 2422,Operations Research,Chapter 1. Introduction,About me ,1981,1999,湖南,北京,2003,2010,北京,香港城 市大学,2006,深圳 华为,2014,深圳 大学,Chapter 1. Introduction,第一章. 绪论,Operations Research,Chapter 1. Introduction,什么是 运筹学?,What is Operations Research?,Chapter 1. Introdu

2、ction,交通控制问题,What is Operations Research?,港口调度问题,What is Operations Research?,最短路和最长路问题,What is Operations Research?,生产制造的优化问题,What is Operations Research?,厂址选择问题,What is Operations Research?,?,运筹学,排课问题,What is Operations Research?,供应链管理问题,汽车装配问题,银行运作问题,机场物流问题,医疗问题,军事问题,其它管理优化问题,What is Operations R

3、esearch?,一笔画游戏,一笔画游戏,什么是运筹学? Operations Research 运用(运作)研究 管理科学,What is Operations Research?,Chapter 1. Introduction,什么是运筹学？ 是一门应用学科，它 广泛应用现有的科学技 术知识和数学方法解决 实际中提出的专门问 题，为决策者选择最优 决策提供量化依据。,What is Operations Research?,Chapter 1. Introduction,制定决策,运用定量分析来改善决策的制定,What is Operations Research?,Chapter 1.

4、Introduction,运筹学问题和朴素的运筹学思想，可以追溯到古代.,如：田忌赛马；丁渭修复皇宫等.,运筹学诞生的三个来源：军事、管理和经济。,孙武：运筹为计，知人善用，应敌为变；,运筹学发展简史,1. 运筹学的军事起源 我国先秦时期的诸子著作中,就存在许多朴素的运筹思想. 春秋时期（公元前770年公元前476年）军事家孙武, 孙子兵法。,运筹学发展简史,在国外，运筹学思想方法也可追溯到很早以前. 阿基米德、达芬奇、伽利略都研究过作战问题.,运筹学发展简史,第一次世界大战期间 1914-1916，英国的F.W.Lanchester的若干军事论文 研究战争的胜负同兵力多寡、火力强弱之间的关系

5、。 这种动态关系后来被人们称为兰彻斯特方程。 爱迪生解决反潜战的“战术对策演示盘” 反潜战的研究项目：汇编各项典型统计数据，用于选择回避或击毁潜艇的最佳方法，使用战术对策演示盘“解决受潜艇攻击问题。”,运筹学发展简史,第二次世界大战期间 鲍德西（Bawdsey）雷达站的研究“布莱克特马戏团”的出色工作 项目的巨大实际价值；明确的目标；整体化的思想；数量化的分析；多学科协同；最优化的结果；简明朴素的表达。 大西洋反潜战Morse 小组的重要工作 协助英国打破德国对英吉利海峡的海上封锁 英国战斗机中队援法决策,运筹学发展简史,战争结束时，英美及加拿大军队中工作的运筹学工作人员已超过了700人. 正

6、是由于战争需要的促进，以及大批著名科学家的参与，运筹学得到迅速发展. 第二次世界大战期间的军事运筹问题及其解决方法，具有如下的特点： （1） 数据是实践中的真实数据； （2） 解决问题的人员组成是多学科的； （3） 处理问题的方法渗透着物理学的思想.,运筹学发展简史,第二次世界大战结束后，英国军方的一份总结报告曾说：“这种有资深科学家进行的，改善海军技术和物质运作的科学方法，被称为运筹学”，“和以往的历次战争相比，这次战争更是新的技术策略和反策略的较量我们在几次关键战役中加快了反应速度，运筹学使我们赢得了胜利.”,运筹学发展简史,第二次世界大战后，运筹学从单纯军事和战争中的应用研究，扩展到经济

7、和管理领域，并形成了自己的理论与方法. 1947年， G.B. Dantzig提出单纯形法，里程碑 1948年，美国麻省理工学院率先开设了运筹学课程，许多大学群起效法，内容也日益丰富. 1950年，美国出版了第一份运筹学杂志； 1951年美国的莫尔斯等著的运筹学方法一书出版。,运筹学发展简史,运筹学的管理起源 运筹学的第二个起源是管理. 第一次世界大战前就已经发展成熟的古典管理学派，对运筹学的产生和发展影响很大. 1911年，F.W.Taylor，（美国人，科学管理之父)，科学管理原理。,运筹学发展简史,与泰勒同时代的，对管理改革作出贡献的还有一些学者，其中具有代表性的人物有：HenryLGa

8、ntt，1861-1919Frank Gilbreth，1868 - 1924,运筹学发展简史,甘特曾是泰勒的亲密合作者，科学管理运动的先驱之一.1902年至1919年期间，他作为一个独立开业的咨询师进行工作，并在哈佛大学、耶鲁大学、哥伦比亚大学等著名高校任教. 甘特的贡献主要有以下几点： 1提出了一种“工资任务加奖金”的工资制度. 21903年，发明了“甘特图”（也称黑道图）.至今还在实践中使用，并发展为统筹方法. 3强调管理民主和重视人的领导方式.,运筹学发展简史,弗兰克杰尔布雷斯夫妇，他们以进行动作研究而著称，比较有影响的著作有：动作研究（1911年）、科学管理入门（1912年）以及疲劳

9、研究（1916年）等.他们的研究比泰勒的研究更为细致和广泛，其重要贡献在以下几方面： 1提出动作研究和动作经济原理. 2疲劳研究. 3注意到了工作、工人和环境之间的相互影响.,运筹学发展简史,Henry Ford，1863 - 1947，创造了第一条流水生产线汽车流水线，从而提高了整个企业的生产效率，使成本明显降低.,福特为了利于企业向大生产发展，进行了多方面 的标准化工作，包括：产品系列化，零件规格化， 工厂专业化，机器及工具专用化，作业专门化.,运筹学发展简史,3. 运筹学的经济学起源,运筹学的第三个来源是经济学的研究. 经济学理论对运筹学的影响是和数理经济学学派紧密联系的. 数理经济学对

10、运筹学，特别是对线性规划的影响： Qusnay，1758年，经济表 Walras，经济平衡问题。,运筹学发展简史,1928年，Von Neumann, “二人零和对策”，对策论；1932年，又提出了广义经济平衡模型。 1939年，康托洛维奇，生产组织和计划中的数学方法。,运筹学发展简史,诺贝尔经济学奖从1969年首发至今的57位获奖者中就有多位是运筹学家。,1975年诺贝尔经济学奖授给了库普曼和康脱罗维奇，以表彰首先将线性规划与经济问题相联系而做出的贡献； 1994年诺贝尔经济学奖授给了三位博弈论专家：纳什、泽尔腾、海萨尼。博弈论已经成为当代经济学的基石。 2005年以色列经济学家罗伯特-奥曼

11、和美国经济学家托马斯-斯切林，因“通过博弈论分析加强了我们对冲突和合作的理解”所作出的贡献而获奖。,运筹学发展简史,1948年美国麻省理工学院把运筹学作为一门课程介绍； 1947年丹齐克(G.B.Danzig)在研究美国空军资源的优化配 置时提出了线性规划及其通用解法 单纯形法; 50年代初用电子计算机求解线性规划获得成功; 1951年莫尔斯(P.M.Morse)和金博尔(G.E.KimbaU)合著的 “运筹学方法”一书正式出版。,1从1945年到50年代初，被称为创建时期。,特点：从事研究的人数不多，范围较小，人员从军事转为 民用。,所有这些，标志运筹学这门学科的基本形成。,运筹学发展简史,

12、50年代末，美国大约有半数的大公司在自己的经营管理中应用运筹学，如用于制订生产计划、物资储备、资源分配、设备更新等方面酌决策。 有更多刊物、学会出现。 1957年在英国牛津大学召开了第一次国际运筹学会议。 1959年成立国际运筹学联合会。,250年代初到50年代末，被认为是其成长时期。,特点：电子计算机技术的迅速发展，使得运筹学中一些方法如单纯形法、动态规划方法等，得以用来解决实际管理系统中的优化问题促进了运筹学的推广应用。,运筹学发展简史,3自60年代以来，是其迅速发展和开始普及的时期。,第三代电子数字计算机的出现，促使运筹学得以用来研究一些大的复杂的系统，如城市交通、环境污染、国民经济计划

13、等。,特点：运筹学进一步细分为各个分支，专业学术团体的迅速增多，更多期刊的创办，运筹学书籍的大量出版以及更多学校将运筹学课程纳入教学计划之中。,运筹学发展简史,我国于上世纪50年代开始研究运筹学。,50年代中期由钱学森、许国志等教授由西方引入； 投入产出表、质量管理的研究和应用开展较早； 1970年后，华罗庚教授在全国范围内推广统筹法和优选法，一大批数学家开始研究运筹学； 中国运筹学会于1980年成立，1982年作为正式成员加入了国际运筹学联合会（IFORS）。 某些分支的研究达到当时国际水平。,运筹学发展简史,管理者在组织内制定决策，数据、模型与决策的目的是在科学、符合逻辑和合理的基础上制定

14、决策,What is Data, Model and Decision?,Chapter 1. Introduction,运筹学的方法论,Chapter 1. Introduction,模型的概念 模型是一件实际事物或情况的代表或抽象。实际事物是A，若B能够真实地描述A，则称B为A的模型 运筹学模型的一般形式,运筹学的模型方法,Chapter 1. Introduction,X 可控系统变量或决策变量 不可控系统变量或环境变量 F（X，） 系统性能或有效性度量 D X 的可行域 例：零售商店问题 可控变量：订货点，库存控制水平，盘点周期 不可控变量：顾客到达间隔或需求,运筹学的模型方法,Cha

15、pter 1. Introduction,模型的种类 一般分类 形象模型：把实际事物的尺寸加以改变（放大或缩小），看起来和实际的东西基本相似的模型 抽象模型：用符号、图表等来描述客观事物所建立起来的模型。如模拟模型、数学模型、概念模型,运筹学的模型方法,Chapter 1. Introduction,模拟模型：如地图的等高线、地图的颜色、飞机风洞试验、模拟驾驶等 数学模型：用数学符号建立起来的通过等式和不等式以及图表、框图等来描述实际事物的特征或内在关系的模型 概念模型：世界能源模型,运筹学 绪论,运筹学的模型方法,Chapter 1. Introduction,增加分析的速度、抽象性和 变化

16、的方便性,增加现实性和费用,运筹学的模型方法,Chapter 1. Introduction,模型的种类 按变量的性质分类 确定性模型 随机性模型,运筹学 绪论,运筹学的模型方法,Chapter 1. Introduction,生产管理 交通网络 物流配送 市场营销 项目评价 等等,运筹学的应用,Chapter 1. Introduction,Chapter 1. Introduction,囚徒困境 (博弈论),两个小偷甲和乙联手作案，因私入民宅被警方抓住但未获证据。警方将两人分别置于两间房间分开审讯，政策是若一人招供但另一人未招，则招者立即被释放，未招者判入狱10年；若二人都招，则两人各判刑

17、8年；若两人都不招，则未获证据但因私入民宅各拘留1年。将这些数据列表如下：,运筹学问题,100套钢材,运筹学问题,低损耗用料,2.1m,2.1m,1.5m,1.5m,1.5m,2.9m,原材料7.6m，如何截取使得用料最省？,项目A：每年年初都可投资，历时2年，于次年末能收回本利120%,运筹学问题,投资组合问题,今后5年内可投资项目如下,项目B：每年年初都可投资，历时3年，投资后第3年末能收回本利130%,项目C：每年年初都可投资，历时4年，投资后第4年末能收回本利140%,项目D：每年年初都可购买公债，于当年末归还，加利5%,哥尼斯堡七桥问题(图论),D,A,C,B,桥所连接的地区视为点,

18、每一座桥视为一条线,如何才能在所有桥都恰巧只走一遍的前提下，回到原出发点?,运筹学问题,1,2,3,4,5,6,7,1,2,3,4,5,6,7,生活中的运筹,择业中的抉择 时间安排 路线安排 电梯调度 荔园小巴调度,运筹学问题,运筹学问题,一个阐述管理科学方法的例子 Special Products Break-Even Analysis (特殊产品公司的盈亏平衡分析),A Case Study,The Special Products Company produces expensive and unusual gifts. (特殊产品公司生产昂贵而不常见的礼品) The latest ne

19、w-product proposal is a limited edition grandfather clock. (最新的产品计划是限量版落地摆钟) Data (数据): If they go ahead with this product, a fixed cost of $50,000 is incurred. (生产这种产品的固定成本是$50,000) The variable cost is $400 per clock produced. (每个摆钟的变动成本是$400) Each clock sold would generate $900 in revenue. (每售出一个

20、摆钟将产生$900的收益) A sales forecast will be obtained. (销售预测可以获得),Special Products Break-Even Analysis,Chapter 1. Introduction,Should they produce the clocks, and if so, how many? 特殊产品公司应该生产这种摆钟吗？如果要生产，应该生产多少？,Special Products Break-Even Analysis,Chapter 1. Introduction,Expressing the Problem Mathematical

21、ly (数学描述),Decision variable (决策变量): Q = Number of grandfather clocks to produce (产量) Costs (成本): Fixed Cost = $50,000 (if Q 0) (固定成本) Variable Cost = $400 Q (变动成本) Total Cost (总成本) = 0, if Q = 0 $50,000 + $400 Q, if Q 0 (固定成本+变动成本),Special Products Break-Even Analysis,Chapter 1. Introduction,Profit

22、(利润): Profit = Total revenue Total cost 利润=总收益-总成本 Profit = 0, if Q = 0 Profit = $900Q ($50,000 + $400Q) = $50,000 + $500Q, if Q 0,原来如此,Special Products Break-Even Analysis,Chapter 1. Introduction,Special Products Break-Even Analysis,Chapter 1. Introduction,Here we see the impact of changing the fix

23、ed cost to $75,000. 固定成本变为$75,000将会带来什么变化?,Special Products Break-Even Analysis,Chapter 1. Introduction,Special Products Break-Even Analysis,Chapter 1. Introduction,Special Products Break-Even Analysis,Chapter 1. Introduction,OR还真是有用！能够帮我分析和解决实际问题，使我的决策更加科学,A Case Study,Chapter 1. Introduction,规划论 线

24、性规划()：第2-5章 非线性规划 整数规划 动态规划 图与网络分析() ：第6、7章,运筹学的内容,Chapter 1. Introduction,排队论() ：第14章 存储论 对策论 决策论() ：第12章 系统仿真,运筹学的内容,Chapter 1. Introduction,OR要贯彻Interdisciplinary的原则 OR与应用学科的结合 OR与工具学科的结合: System Engineering; System Analysis; AHP 应用OR的几个新方向 OR与企业、政府部门决策者的合作 计算机技术的应用 发展DSS,运筹学的展望,Chapter 1. Introd

25、uction,教材 数据、模型与决策（第二版），(美)弗雷德里克S.希利尔(Frederick S.Hillier)等著，任建标译，中国财政经济出版社, 2004 参考书 钱颂迪等，运筹学， 清华大学出版社，1990 管理运筹学，韩达卫，大连理工大学出版社，2002 Data, models and decisions: the fundamentals of management science. Dimitris Bertsimas, Robert M. Freund著. 数据、模型与决策: 管理科学的基础. Beijing: 中信出版社 , 2002 Practical Manageme

26、nt Science: Spreadsheet Modeling and Applications,Wayne L. Winston, Duxbury Press, 2000,教材及参考书,Chapter 1. Introduction,杂志 Operations Research Management Science Interfaces J. Of Operational Research 运筹学杂志 管理科学学报 系统工程理论与实践 运筹学与管理科学学会(INFORMS) Management Science Operations Research Interface 国际运筹学联盟(IFORS),运筹学杂志,Chapter 1. Introduction, 主要用途 信息发布平台(教学公告、运筹前沿) 交流平台(BBS) 教学资源平台(课程描述，课件，试题，试卷，案例，运筹工具，学生作业，学生作品，毕业论文，教学录像) 教学实践平台(案例教学，课程实验，实践在线) 网上自测系统,我们的运筹学网站,Chapter 1. Introduction,授课：16周 复习与答疑：1周 课程实验：课后练习与指导 考试：平时成绩(考勤、作业等)占30%，期末考试成绩（闭卷）占70%,教学安排,Chapter 1. Introduction,学