數(shù)學建模第03章_數(shù)學規(guī)劃模型

1、第三章第三章 數(shù)學規(guī)劃模型數(shù)學規(guī)劃模型 1 奶制品的生產(chǎn)與銷售奶制品的生產(chǎn)與銷售 2 食譜問題食譜問題 y數(shù)學規(guī)劃模型數(shù)學規(guī)劃模型 實際問題中實際問題中的優(yōu)化模型的優(yōu)化模型mixgtsxxxxfzMaxMiniTn, 2 , 1, 0)(. .),(),()(1或x決策變量決策變量f(x)目標函數(shù)目標函數(shù)gi(x) 0約束條件約束條件多元函數(shù)多元函數(shù)條件極值條件極值 決策變量個數(shù)決策變量個數(shù)n和和約束條件個數(shù)約束條件個數(shù)m較大較大 最優(yōu)解在可行域最優(yōu)解在可行域的邊界上取得的邊界上取得 數(shù)數(shù)學學規(guī)規(guī)劃劃線性規(guī)劃線性規(guī)劃非線性規(guī)劃非線性規(guī)劃整數(shù)規(guī)劃整數(shù)規(guī)劃重點在模型的建立和結(jié)果的分析重點在模型的建

2、立和結(jié)果的分析不能用微分法求解不能用微分法求解。企業(yè)生產(chǎn)計劃企業(yè)生產(chǎn)計劃4.1 奶制品的生產(chǎn)與銷售奶制品的生產(chǎn)與銷售 空間層次空間層次工廠級：根據(jù)外部需求和內(nèi)部設備、人力、原料等工廠級：根據(jù)外部需求和內(nèi)部設備、人力、原料等條件，以最大利潤為目標制訂產(chǎn)品生產(chǎn)計劃；條件，以最大利潤為目標制訂產(chǎn)品生產(chǎn)計劃；車間級：根據(jù)生產(chǎn)計劃、工藝流程、資源約束及費車間級：根據(jù)生產(chǎn)計劃、工藝流程、資源約束及費用參數(shù)等，以最小成本為目標制訂生產(chǎn)批量計劃。用參數(shù)等，以最小成本為目標制訂生產(chǎn)批量計劃。時間層次時間層次若短時間內(nèi)外部需求和內(nèi)部資源等不隨時間變化，可若短時間內(nèi)外部需求和內(nèi)部資源等不隨時間變化，可制訂制訂單階段

3、生產(chǎn)計劃單階段生產(chǎn)計劃，否則應制訂多階段生產(chǎn)計劃。，否則應制訂多階段生產(chǎn)計劃。本節(jié)課題本節(jié)課題例例1 加工奶制品的生產(chǎn)計劃加工奶制品的生產(chǎn)計劃1桶牛奶 3公斤A1 12小時 8小時 4公斤A2 或獲利24元/公斤 獲利16元/公斤 50桶牛奶桶牛奶 時間時間480小時小時 至多加工至多加工100公斤公斤A1 制訂生產(chǎn)計劃，使每天獲利最大制訂生產(chǎn)計劃，使每天獲利最大 35元可買到元可買到1桶牛奶，買嗎？若買，每天最多買多少桶牛奶，買嗎？若買，每天最多買多少? 可聘用臨時工人，付出的工資最多是每小時幾元可聘用臨時工人，付出的工資最多是每小時幾元? A1的獲利增加到的獲利增加到 30元元/公斤，應否

4、改變生產(chǎn)計劃？公斤，應否改變生產(chǎn)計劃？ 每天：每天：1桶牛奶 3公斤A1 12小時 8小時 4公斤A2 或獲利24元/公斤 獲利16元/公斤 x1桶牛奶生產(chǎn)桶牛奶生產(chǎn)A1 x2桶牛奶生產(chǎn)桶牛奶生產(chǎn)A2 獲利獲利 243x1 獲利獲利 164 x2 原料供應原料供應 5021 xx勞動時間勞動時間 48081221 xx加工能力加工能力 10031x決策變量決策變量 目標函數(shù)目標函數(shù) 216472xxzMax每天獲利每天獲利約束條件約束條件非負約束非負約束 0,21xx線性線性規(guī)劃規(guī)劃模型模型(LP)時間時間480小時小時 至多加工至多加工100公斤公斤A1 50桶牛奶桶牛奶 每天每天模型分析與

5、假設模型分析與假設 比比例例性性 可可加加性性 連續(xù)性連續(xù)性 xi對目標函數(shù)的對目標函數(shù)的“貢獻貢獻”與與xi取值取值成正比成正比 xi對約束條件的對約束條件的“貢獻貢獻”與與xi取值取值成正比成正比 xi對目標函數(shù)的對目標函數(shù)的“貢獻貢獻”與與xj取值取值無關無關 xi對約束條件的對約束條件的“貢獻貢獻”與與xj取值取值無關無關 xi取值連續(xù)取值連續(xù) A1,A2每公斤的獲利是與各每公斤的獲利是與各自產(chǎn)量無關的常數(shù)自產(chǎn)量無關的常數(shù)每桶牛奶加工出每桶牛奶加工出A1,A2的數(shù)量和的數(shù)量和時間是與各自產(chǎn)量無關的常數(shù)時間是與各自產(chǎn)量無關的常數(shù)A1,A2每公斤的獲利是與相每公斤的獲利是與相互產(chǎn)量無關的常

6、數(shù)互產(chǎn)量無關的常數(shù)每桶牛奶加工出每桶牛奶加工出A1,A2的數(shù)量和的數(shù)量和時間是與相互產(chǎn)量無關的常數(shù)時間是與相互產(chǎn)量無關的常數(shù)加工加工A1,A2的牛奶桶數(shù)是實數(shù)的牛奶桶數(shù)是實數(shù) 線性規(guī)劃模型線性規(guī)劃模型模型求解模型求解 圖解法圖解法 x1x20ABCDl1l2l3l4l55021 xx48081221 xx10031x0,21xx約約束束條條件件50:211 xxl480812:212 xxl1003:13xl0:, 0:2514xlxl216472xxzMax目標目標函數(shù)函數(shù) Z=0Z=2400Z=3600z=c (常數(shù)常數(shù)) 等值線等值線c在在B(20,30)點得到最優(yōu)解點得到最優(yōu)解目標函數(shù)

7、和約束條件是線性函數(shù)目標函數(shù)和約束條件是線性函數(shù) 可行域為直線段圍成的凸多邊形可行域為直線段圍成的凸多邊形 目標函數(shù)的等值線為直線目標函數(shù)的等值線為直線 最優(yōu)解一定在凸多邊最優(yōu)解一定在凸多邊形的某個頂點取得。形的某個頂點取得。 模型求解模型求解 軟件實現(xiàn)軟件實現(xiàn) LINDO 6.1 max 72x1+64x2st2）x1+x2503）12x1+8x24804）3x1100end OBJECTIVE FUNCTION VALUE 1) 3360.000 VARIABLE VALUE REDUCED COST X1 20.000000 0.000000 X2 30.000000 0.000000

8、ROW SLACK OR SURPLUS DUAL PRICES 2) 0.000000 48.000000 3) 0.000000 2.000000 4) 40.000000 0.000000 NO. ITERATIONS= 2DO RANGE (SENSITIVITY) ANALYSIS? No20桶牛奶生產(chǎn)桶牛奶生產(chǎn)A1, 30桶生產(chǎn)桶生產(chǎn)A2，利潤，利潤3360元。元。 結(jié)果解釋結(jié)果解釋 OBJECTIVE FUNCTION VALUE 1) 3360.000 VARIABLE VALUE REDUCED COST X1 20.000000 0.000000 X2 30.000000

9、0.000000 ROW SLACK OR SURPLUS DUAL PRICES 2) 0.000000 48.000000 3) 0.000000 2.000000 4) 40.000000 0.000000 NO. ITERATIONS= 2原料無剩余原料無剩余時間無剩余時間無剩余加工能力剩余加工能力剩余40max 72x1+64x2st2）x1+x2503）12x1+8x24804）3x1100end三三種種資資源源“資源資源” 剩余為零的約束為緊約束（有效約束）剩余為零的約束為緊約束（有效約束） 結(jié)果解釋結(jié)果解釋 OBJECTIVE FUNCTION VALUE 1) 3360.00

10、0 VARIABLE VALUE REDUCED COST X1 20.000000 0.000000 X2 30.000000 0.000000 ROW SLACK OR SURPLUS DUAL PRICES 2) 0.000000 48.000000 3) 0.000000 2.000000 4) 40.000000 0.000000 NO. ITERATIONS= 2最優(yōu)解下最優(yōu)解下“資源資源”增加增加1單位時單位時“效益效益”的增的增量量 原料增加原料增加1單位單位, 利潤增長利潤增長48 時間增加時間增加1單位單位, 利潤增長利潤增長2 加工能力增長不影響利潤加工能力增長不影響利潤

11、影子價格影子價格 35元可買到元可買到1桶牛奶，要買嗎？桶牛奶，要買嗎？35 48, 應該買！應該買！ 聘用臨時工人付出的工資最多每小時幾元？聘用臨時工人付出的工資最多每小時幾元？ 2元！元！RANGES IN WHICH THE BASIS IS UNCHANGED: OBJ COEFFICIENT RANGES VARIABLE CURRENT ALLOWABLE ALLOWABLE COEF INCREASE DECREASE X1 72.000000 24.000000 8.000000 X2 64.000000 8.000000 16.000000 RIGHTHAND SIDE RA

12、NGES ROW CURRENT ALLOWABLE ALLOWABLE RHS INCREASE DECREASE 2 50.000000 10.000000 6.666667 3 480.000000 53.333332 80.000000 4 100.000000 INFINITY 40.000000最優(yōu)解不變時目標函最優(yōu)解不變時目標函數(shù)系數(shù)允許變化范圍數(shù)系數(shù)允許變化范圍 DO RANGE(SENSITIVITY) ANALYSIS? Yesx1系數(shù)范圍系數(shù)范圍(64,96) x2系數(shù)范圍系數(shù)范圍(48,72) A1獲利增加到獲利增加到 30元元/千克，應否改變生產(chǎn)計劃千克，應否改變生產(chǎn)

13、計劃 x1系數(shù)由系數(shù)由24 3=72增加增加為為30 3=90，在在允許范圍內(nèi)允許范圍內(nèi) 不變！不變！(約束條件不變約束條件不變)結(jié)果解釋結(jié)果解釋 RANGES IN WHICH THE BASIS IS UNCHANGED: OBJ COEFFICIENT RANGES VARIABLE CURRENT ALLOWABLE ALLOWABLE COEF INCREASE DECREASE X1 72.000000 24.000000 8.000000 X2 64.000000 8.000000 16.000000 RIGHTHAND SIDE RANGES ROW CURRENT ALLOW

14、ABLE ALLOWABLE RHS INCREASE DECREASE 2 50.000000 10.000000 6.666667 3 480.000000 53.333332 80.000000 4 100.000000 INFINITY 40.000000影子價格有意義時約束右端的允許變化范圍影子價格有意義時約束右端的允許變化范圍 原料最多增加原料最多增加10 時間最多增加時間最多增加53 35元可買到元可買到1桶牛奶，每天最多買多少？桶牛奶，每天最多買多少？最多買最多買10桶桶!(目標函數(shù)不變目標函數(shù)不變)例例2 奶制品的生產(chǎn)銷售計劃奶制品的生產(chǎn)銷售計劃 在例在例1基礎上深加工基礎上

15、深加工1桶桶牛奶牛奶 3千克千克A1 12小時小時 8小時小時 4公斤公斤A2 或或獲利獲利24元元/公斤公斤 獲利獲利16元元/公斤公斤 0.8千克千克B12小時小時,3元元1千克千克獲利獲利44元元/千克千克 0.75千克千克B22小時小時,3元元1千克千克獲利獲利32元元/千克千克 制訂生產(chǎn)計劃，使每天凈利潤最大制訂生產(chǎn)計劃，使每天凈利潤最大 30元可增加元可增加1桶牛奶，桶牛奶，3元可增加元可增加1小時時間，應否投小時時間，應否投資？現(xiàn)投資資？現(xiàn)投資150元，可賺回多少？元，可賺回多少？50桶牛奶桶牛奶, 480小時小時 至多至多100公斤公斤A1 B1，B2的獲利經(jīng)常有的獲利經(jīng)常有1

16、0%的波動，對計劃有無影響？的波動，對計劃有無影響？1桶桶牛奶牛奶 3千克千克 A1 12小時小時 8小時小時 4千克千克 A2 或或獲利獲利24元元/千克千克 獲利獲利16元元/kg 0.8千克千克 B12小時小時,3元元1千克千克獲利獲利44元元/千克千克 0.75千克千克 B22小時小時,3元元1千克千克獲利獲利32元元/千克千克 出售出售x1 千克千克 A1, x2 千克千克 A2， x3千克千克 B1, x4千克千克 B2原料原料供應供應 勞動勞動時間時間 加工能力加工能力 決策決策變量變量 目標目標函數(shù)函數(shù) 利潤利潤約束約束條件條件非負約束非負約束 0,61xx x5千克千克 A1

17、加工加工B1， x6千克千克 A2加工加工B26543213332441624xxxxxxzMax50436251xxxx48022)(2)(4656251xxxxxx10051 xx附加約束附加約束 5380 x.x64750 x.x 模型求解模型求解 軟件實現(xiàn)軟件實現(xiàn) LINDO 6.1 5043) 26251xxxx48022)(2)(4)3656251xxxxxx OBJECTIVE FUNCTION VALUE 1) 3460.800 VARIABLE VALUE REDUCED COST X1 0.000000 1.680000 X2 168.000000 0.000000 X3

18、19.200001 0.000000 X4 0.000000 0.000000 X5 24.000000 0.000000 X6 0.000000 1.520000ROW SLACK OR SURPLUS DUAL PRICES 2) 0.000000 3.160000 3) 0.000000 3.260000 4) 76.000000 0.000000 5) 0.000000 44.000000 6) 0.000000 32.000000 NO. ITERATIONS= 2600334) 26521xxxx44804624) 36521xxxxDO RANGE (SENSITIVITY) A

19、NALYSIS? No OBJECTIVE FUNCTION VALUE 1) 3460.800 VARIABLE VALUE REDUCED COST X1 0.000000 1.680000 X2 168.000000 0.000000 X3 19.200001 0.000000 X4 0.000000 0.000000 X5 24.000000 0.000000 X6 0.000000 1.520000ROW SLACK OR SURPLUS DUAL PRICES 2) 0.000000 3.160000 3) 0.000000 3.260000 4) 76.000000 0.0000

20、00 5) 0.000000 44.000000 6) 0.000000 32.000000 NO. ITERATIONS= 2結(jié)果解釋結(jié)果解釋每天銷售每天銷售168 千克千克A2和和19.2 千克千克B1， 利潤利潤3460.8（元）（元）8桶牛奶加工成桶牛奶加工成A1，42桶桶牛奶加工成牛奶加工成A2，將得到的將得到的24千克千克A1全部全部加工成加工成B1 除加工能力外均除加工能力外均為緊約束為緊約束結(jié)果解釋結(jié)果解釋 OBJECTIVE FUNCTION VALUE 1) 3460.800 VARIABLE VALUE REDUCED COST X1 0.000000 1.680000

21、X2 168.000000 0.000000 X3 19.200001 0.000000 X4 0.000000 0.000000 X5 24.000000 0.000000 X6 0.000000 1.520000ROW SLACK OR SURPLUS DUAL PRICES 2) 0.000000 3.160000 3) 0.000000 3.260000 4) 76.000000 0.000000 5) 0.000000 44.000000 6) 0.000000 32.000000增加增加1桶牛奶使利潤增桶牛奶使利潤增長長3.1612=37.925043)26251xxxx600334) 26521xxxx4增加增加1小時時間