第讲优化建模方法

1、2022/7/19数学(shxu)建模方法共四十四页2022/7/19 数学模型是对实际所研究问题(wnt)的一种抽象，基于数学理论和方法，把客观事物的本质属性与其内在联系刻画出来并用数学符号、数学关系式、数学命题、图形图表等来表示的一种表达形式。数学模型如，牛顿第二(d r) 定律：共四十四页2022/7/19数学(shxu)建模过程现实对象的信息数学模型的解答现实对象的解答数学模型表述(bio sh)（归纳）求解（演绎）解释验证现实对象与数学模型的关系共四十四页2022/7/19机理分析法：以经典数学(shxu)为工具，分析其内部的机理规律。统计分析法：以随机数学为基础，经过对统计数据进行

2、(jnxng)分 析，得到其内在的规律。如：多元统计分析。系统分析法：对复杂性问题或主观性问题的研究方法。把 定性的思维和结论用定量的手段表示出来。如：层次分析法。数学建模方法共四十四页2022/7/19建立(jinl)数学模型的方法层次(cngc)分析法最小二乘法差分法定性理论法优化法变分法回归分析法机理分析法统计分析法聚类分析法主成分分析法马尔科夫预测法系统分析法模糊数学法灰色系统法共四十四页2022/7/19优化方法(fngf)数据(shj)拟合方法差分方程方法层次分析方法共四十四页2022/7/19优化模型(mxng)共四十四页2022/7/19（一）优化模型的数学(shxu)描述下的

3、最大值或最小值，其中设计变量（决策变量）目标函数求函数在约束条件和可行域共四十四页2022/7/19“受约束于”之意共四十四页2022/7/19（1）非线性规划目标(mbio)函数和约束条件中，至少有一个非线性函数。共四十四页2022/7/19（2）线性规划(xin xn u hu)（LP） 目标函数和所有的约束条件都是设计(shj)变量的线性函数。共四十四页2022/7/19（3）二次规划(guhu)问题目标函数为二次函数，约束条件为线性约束共四十四页2022/7/19（二）建立优化模型(mxng)的一般步骤1.确定设计变量(binling)和目标变量(binling)；2.确定目标函数的表

4、达式；3.寻找约束条件。共四十四页2022/7/19选址(xun zh)问题聘用雇员问题投资问题产品配比问题指派问题平板车装箱问题（三）优化模型(mxng)举例共四十四页2022/7/19实例(shl)1 选址问题 一项工程有 个施工(sh gng)点，已知每个施工(sh gng)点对某种材料的需求为 （单位：吨），施工点的位置坐标为 （以公里记）， 。 现要设立 个料场，已知每个料场这种材料的最大容纳量为 (单位：吨)， 。 试确定这n个料场的位置坐标，及各料场向各施工点的材料运量，在保证施工需求的条件下，使材料运输的总吨公里最小。共四十四页2022/7/191.确定(qudng)设计变量和

5、目标变量：2.确定(qudng)目标函数的表达式： 设第j个料场的位置坐标为 ，第j个料场向第i个施工点的材料运量为 。 第j个料场到第i个施工点的吨公里数为 总吨公里数为共四十四页2022/7/19（1）施工地点(ddin)的需求：3.寻找(xnzho)约束条件（2）各料场的最大容量：（3）对运量的自然要求：共四十四页2022/7/19数学模型共四十四页2022/7/19问题(wnt)： 如果还要求(yoqi)每个施工点的R公里内至少有一个料场，数学模型又如何？共四十四页2022/7/19 邮局一周中每天需要(xyo)不同数目的雇员，设周一至少 人，周二至少 人， ，周日至少 人，又规定应聘

6、者需连续工作5天，问邮局每天聘用多少雇员才能既满足需求，又使聘用总人数最少。实例2 聘用(pn yn)雇员问题设邮局周一新聘用雇员为 ，周二新聘用雇员为 ，周日新聘用雇员为 ，则目标函数为共四十四页2022/7/19周一周二周三周四周五周六周日(zhu r)共四十四页2022/7/19数学模型共四十四页2022/7/19问题(wnt)： 上述指全时雇员(gyun)（每天工作8小时）。如果邮局也可聘用半时雇员（每天工作4小时，也需连续工作5天）。设全时和半时雇员的工资分别为每小时12元和10元，并且限制半时雇员的工作量不应超过总工作量的四分之一，问邮局如何安排聘用方案，使所付工资额最少。共四十四

7、页2022/7/19数学模型共四十四页项目A：若每年初投资一元，则两年后收回(shu hu)本利共 ；2022/7/19 现有一笔资金 ，今后5年内有以下项目的投资可供选择，问如何确定每年初这些(zhxi)项目的投资，使5年末的本利总额最大。实例3 投资问题项目B：只能在第2年初投资，第五年末收回本利的 倍，但投资额不能小于 ；项目D：每年初可购1年期债券，利率为 。项目C：只能在第3年初投资，第五年末收回本利的 倍，但投资额不能超过 ；共四十四页设 分别表示第 年初(ninch)这四个项目的投资额，第1年初(ninch)，第1年末，第2年初，第2年末，第3年初，第3年末，第4年初，第4年末，

8、共四十四页第1年初(ninch)，第1年末(nin m)，第2年初，第2年末，第3年初，第3年末，第4年初，第4年末，第5年初，第5年末，共四十四页共四十四页2022/7/19 某厂生产 种饲料 ，它们均由 种原料 配合而成， 在 中含量（百分比）的上限为 ，下限为 。若 的售价为 （元/千克(qink)）， 的成本为 （元/千克）， 的供应量不超过 ，其中实例4 产品(chnpn)配比问题 试确定各种饲料的产量及其原料配比，使工厂的利润最大。 设 饲料的产量为 ， 在 中的比例为 。共四十四页2022/7/19建模 设 饲料(slio)的产量为 ， 在 中的比例为 。1.确定设计(shj)变

9、量和目标变量：2.确定目标函数的表达式：利润= 总收入总成本 中 的含量：共四十四页2022/7/19（1）原料(yunlio)供应的约束：3.寻找(xnzho)约束条件（2）原料含量的约束：共四十四页2022/7/19数学模型共四十四页2022/7/19练习(linx) 指派问题 设有n项任务要分给n个人完成，每人(mi rn)完成一项。由于每个人的专长不同，完成任务所需的成本也不同。若第 i 个人完成第 j 个问题的成本为 Cij，见下表。问题是：如何分配这些工作任务，使总成本为最小。共四十四页2022/7/19 工作人员 123451127979289666371712149415146

10、61054107109表：每个人员(rnyun)的成本 共四十四页2022/7/19s.t.数学模型共四十四页 每辆平板车有10.2米长的地方装箱（像面包片那样），载重40吨。由于货运限制，对 三种(sn zhn)包装箱的装载有如下特殊要求：它们所占的空间（厚度）不得超过302.7厘米。试把包装箱装到平板车上，使浪费的空间最小。2022/7/19 要把7种规格的包装箱装到两辆铁路平板车上去，箱子(xing zi)的宽高相同，而厚度和重量不同，下表给出它们的厚度、重量与数量。讨论 平板车装箱问题厚度t（厘米）48.752.061.372.048.752.064.0重量w（千克）200030001

11、000500400020001000数量n8796648共四十四页可见，所有包装箱的厚度为27.495米，而两辆包装箱共有20.4米长的地方，显然(xinrn)不能全部装下。这就需要我们优化。设包装箱 装到平板车1,2的数量(shling)分别为 厚度函数： 共四十四页目标(mbio)函数： 约束条件： 厚度(hud)约束 重量约束 数量约束 特殊约束 共四十四页数学模型： 整数(zhngsh) 共四十四页2022/7/19年 份 题 目2004 年A题：发现黄球并定位B题：实用下料问题C题：售后服务数据的应用D题：研究生录取问题2005年A题：Highway Traveling time E

12、stimate and Optimal RoutingB题：空中加油C题：城市交通管理中的出租车规划 D题：仓库容量有限条件下的随机存贮管理 2006年A题：Ad Hoc网络中的区域划分和资源分配问题B题：确定高精度参数问题C题：维修线性流量阀时的内筒设计问题D题：学生面试问题2004年-2012年全国(qun u)研究生数学建模竞赛题目共四十四页2022/7/19年 份 题 目2007年A题：建立食品卫生安全保障体系数学模型及改进模型的若干理论问题B题：机械臂运动路径设计问题（机器人技术问题）C题：探讨提高高速公路路面质量的改进方案D题：邮政运输网络中的邮路规划和邮车调度2008年A题：汶川

13、地震中唐家山堰塞湖泄洪问题B题：城市道路交通信号实时控制问题C题：货运列车的编组调度问题D题：中央空调系统节能设计问题2004年-2012年全国研究生数学建模竞赛(jngsi)题目共四十四页2022/7/19 年 份 题 目2009年A题：我国就业人数或城镇登记失业率的数学建模B题：枪弹头痕迹自动比对方法的研究C题：多传感器数据融合与航迹预测D题：110警车配置及巡逻方案（论文研读1）2010年A题：确定肿瘤的重要基因信息B题：与封堵溃口有关的重物落水后运动过程的数学建模C题：神经元的形态分类和识别D题：特殊工件磨削加工的数学建模2011年A题：基于光的波粒二象性一种猜想的数学仿真B题：吸波材

14、料与微波暗室问题的数学建模C题：小麦发育后期茎秆抗倒性的数学模型D题：房地产行业的数学建模共四十四页2022/7/19 年 份 题 目2011年A题：基于光的波粒二象性一种猜想的数学仿真B题：吸波材料与微波暗室问题的数学建模C题：小麦发育后期茎秆抗倒性的数学模型D题：房地产行业的数学建模2012年A题：基因识别问题及其算法实现B题：基于卫星无源探测的空间飞行器主动段轨道估计与误差分析C题：有杆抽油系统的数学建模及诊断D题：基于卫星云图的风氏场（云导风）度量模型预算法探讨共四十四页内容摘要2022/1/30。2022/1/30。机理分析法：以经典数学为工具，分析其内部的机理规律。定性的思维和结论用定量的手段表示出来。设计(shj)变量（决策变量）。目标函数和约束条件中，至少有一个非线