运筹学基础和应用胡运权主编哈工大出版社专业知识讲座.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,Page,*,文档来源于网络，文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。,绪 论,（1）运筹学简述,（2）运筹学的主要内容,（3）本课程的教材及参考书,（4）本课程的特点和要求,（5）本课程授课方式与考核,（6）运筹学在工商管理中的应用,本章主要内容：,运筹学简述,运筹学（Operations Research）,系统工程的最重要的理论基础之一，在美国有人把运筹学称之为管理科学(Management Science)。运筹学所研究的问题，可简单地归结为一句话：,“依照给定条件和目标，从众多方案中选择最佳方案”,故有人称之为最优化技术。,运筹学简述,运筹学的历史,“运作研究(Operational Research)小组”:解决复杂的战略和战术问题。例如：,如何合理运用雷达有效地对付德军德空袭,对商船如何进行编队护航，使船队遭受德国潜艇攻击时损失最少；,在各种情况下如何调整反潜深水炸弹的爆炸深度，才能增加对德国潜艇的杀伤力等。,运筹学的主要内容,数学规划（,线性规划、整数规划、目标规划,、动态规划等）,图论,存储论,排队论,对策论,排序与统筹方法,决策分析,本课程的教材及参考书,选用教材,运筹学基础及应用,胡运权主编 哈工大出版社,参考教材,运筹学教程,胡运权主编（第,2,版）清华出版社,管理运筹学,韩伯棠主编（第,2,版）高等教育出版社,运筹学,(,修订版,),钱颂迪主编 清华出版社,本课程的特点和要求,先修课：,高等数学，基础概率、线性代数,特点：,系统整体优化；多学科的配合；模型方法的应用,运筹学的研究的主要步骤：,真实系统,系统分析,问题描述,模型建立与修改,模型求解与检验,结果分析与实施,数据准备,本课程授课方式与考核,学科总成绩,平时成绩,（40）,课堂考勤,（50）,平时作业,（50）,期末成绩,（60）,讲授为主，结合习题作业,运筹学在工商管理中的应用,运筹学在工商管理中的应用涉及几个方面：,生产计划,运输问题,人事管理,库存管理,市场营销,财务和会计,另外，还应用于设备维修、更新和可靠性分析，项目的选择与评价，工程优化设计等。,运筹学在工商管理中的应用,Interface上发表的部分获奖项目,组织,应用,效果,联合航空公司,在满足乘客需求的前提下，以最低成本进行订票及机场工作班次安排,每年节约成本600万美元,Citgo石油公司,优化炼油程序及产品供应、配送和营销,每年节约成本7000万,AT&T,优化商业用户的电话销售中心选址,每年节约成本4.06亿美元，销售额大幅增加,标准品牌公司,控制成本库存（制定最优再定购点和定购量确保安全库存）,每年节约成本380万美元,法国国家铁路公司,制定最优铁路时刻表并调整铁路日运营量,每年节约成本1500万美元，年收入大幅增加。,Taco Bell,优化员工安排，以最低成本服务客户,每年节约成本1300万美元,Delta航空公司,优化配置上千个国内航线航班来实现利润最大化,每年节约成本1亿美元,“管理运筹学”软件介绍,“管理运筹学”2.0版包括：线性规划、运输问题、整数规划（0-1整数规划、纯整数规划和混合整数规划）、目标规划、对策论、最短路径、最小生成树、最大流量、最小费用最大流、关键路径、存储论、排队论、决策分析、预测问题和层次分析法，共15个子模块。,Chapter1 线性规划,(Linear Programming),LP,的数学模型,图解法,单纯形法,单纯形法的进一步讨论人工变量法,LP,模型的应用,本章主要内容：,线性规划问题的数学模型,1.规划问题,生产和经营管理中经常提出如何合理安排，使人力、物力等各种资源得到充分利用，获得最大的效益，这就是规划问题。,线性规划通常解决下列两类问题：,（1）当任务或目标确定后，如何统筹兼顾，合理安排，用最少的资源（如资金、设备、原标材料、人工、时间等）去完成确定的任务或目标,（2）在一定的资源条件限制下，如何组织安排生产获得最好的经济效益（如产品量最多、利润最大.）,线性规划问题的数学模型,例1.1 如图所示，如何截取x使铁皮所围成的容积最大？,x,a,线性规划问题的数学模型,例1.2,某企业计划生产甲、乙两种产品。这些产品分别要在A、B、C、D、四种不同的设备上加工。按工艺资料规定，单件产品在不同设备上加工所需要的台时如下表所示，企业决策者应如何安排生产计划，使企业总的利润最大？,设 备,产 品,A,B,C,D,利润（元）,甲,2,1,4,0,2,乙,2,2,0,4,3,有 效 台 时,12,8,16,12,线性规划问题的数学模型,解：设,x,1,、,x,2,分别为甲、乙两种产品的产量，则数学模型为：,max Z=2x,1,+3x,2,x,1,0,x,2,0,s.t.,2x,1,+2x,2,12,x,1,+2x,2,8,4x,1,16,4x,2,12,线性规划问题的数学模型,2.线性规划的数学模型由三个要素构成,决策变量,Decision variables,目标函数 Objective function,约束条件 Constraints,其特征是：,（1）问题的目标函数是多个决策变量的,线性,函数，通常是求最大值或最小值；,（2）问题的约束条件是一组多个决策变量的,线性,不等式或等式。,怎样辨别一个模型是线性规划模型？,线性规划问题的数学模型,目标函数：,约束条件：,3.线性规划数学模型的一般形式,简写为：,线性规划问题的数学模型,向量形式：,其中：,线性规划问题的数学模型,矩阵形式：,其中：,线性规划问题的数学模型,3.线性规划问题的标准形式,特点：,(1)目标函数求最大值（有时求最小值）,(2)约束条件都为等式方程，且右端常数项,b,i,都大于或等于零,(3)决策变量,x,j,为非负。,线性规划问题的数学模型,（2）如何化标准形式,目标函数的转换,如果是求极小值即 ，则可将目标函数乘以(-1)，可化为求极大值问题。,也就是：令 ，可得到上式。,即,若存在取值无约束的变量 ，可令,其中：,变量的变换,线性规划问题的数学模型,约束方程的转换：由不等式转换为等式。,称为松弛变量,称为剩余变量,变量 的变换,可令 ，显然,线性规划问题的数学模型,例1.3 将下列线性规划问题化为标准形式,用 替换 ，且,解:（）因为,x,3,无符号要求，即,x,3,取正值也可取负值，标准型中要求变量非负，所以,线性规划问题的数学模型,(2)第一个约束条件是“”号，在“”左端加入松驰变量,x,4,，,x,4,0,化为等式；,(3)第二个约束条件是“”号，在“”左端减去剩余变量,x,5,，,x,5,0；,(4)第3个约束方程右端常数项为-5，方程两边同乘以(-1),将右端常数项化为正数；,(5)目标函数是最小值，为了化为求最大值，令z=-z,得到max z=-z，即当z达到最小值时z达到最大值，反之亦然;,线性规划问题的数学模型,标准形式如下：,线性规划问题的数学模型,4.线性规划问题的解,线性规划问题,求解线性规划问题，就是从满足约束条件(2)、(3)的方程组中找出一个解，使目标函数(1)达到最大值。,线性规划问题的数学模型,可行解,：满足,约束条件,、,的解为可行解。所有可行解的集合为可行域。,最优解,：使目标函数达到最大值的可行解。,基：,设,A,为,约束条件,的,mn,阶系数矩阵,(m0,40,10,换出行,将3化为1,5/3,1,18,0,1/3,0,1/3,10,1,1/3,30,30,0,5/3,0,4/3,乘以1/3后得到,1,0,3/5,1/5,18,0,1,1/5,2/5,4,0,0,1,1,单纯形法的计算步骤,例1.9 用单纯形法求解,解：将数学模型化为标准形式：,不难看出,x,4,、x,5,可作为初始基变量，列单纯形表计算。,单纯形法的计算步骤,c,j,1,2,1,0,0,i,c,B,基变量,b,x,1,x,2,x,3,x,4,x,5,0,x,4,15,2,-3,2,1,0,0,x,5,20,1/3,1,5,0,1,1,2,1,0,0,0,x,4,2,x,2,20,x,2,2,1/3,1,5,0,1,20,75,3,0,17,1,3,1/3,0,9,0,2,25,60,x,1,1,1,0,17/3,1/3,1,25,0,1,28/9,-1/9,2/3,35/3,0,0,-98/9,-1/9,-7/3,单纯形法的计算步骤,学习要点：,1.,线性规划解的概念以及3个基本定理,2.熟练掌握单纯形法的解题思路及求解步骤,单纯形法的进一步讨论人工变量法,人工变量法：,前面讨论了在标准型中系数矩阵有单位矩阵，很容易确定一组基可行解。在实际问题中有些模型并不含有单位矩阵，为了得到一组基向量和初基可行解，在约束条件的等式左端加一组虚拟变量，得到一组基变量。这种人为加的变量称为人工变量，构成的可行基称为人工基，用大M法或两阶段法求解，这种用人工变量作桥梁的求解方法称为人工变量法。,单纯形法的进一步讨论人工变量法,例1.10 用大M法解下列线性规划,解：首先将数学模型化为标准形式,系数矩阵中不存在单位矩阵，无法建立初始单纯形表。,单纯形法的进一步讨论人工变量法,故人为添加两个单位向量，得到人工变量单纯形法数学模型：,其中：M是一个很大的抽象的数，不需要给出具体的数值，可以理解为它能大于给定的任何一个确定数值；再用前面介绍的单纯形法求解该模型，计算结果见下表。,单纯形法的进一步讨论人工变量法,c,j,3,2,-1,0,0,-M,-M,C,B,X,B,b,x,1,x,2,x,3,x,4,x,5,x,6,x,7,i,0,x,6,4,-4,3,1,-1,0,1,0,4,-M,x,5,10,1,-1,2,0,1,0,0,5,-M,x,7,1,2,-2,1,0,0,0,1,1,3-2M,2+M,-1+2M,-M,0,x,6,3,-6,5,0,-1,0,1,3/5,-M,x,5,8,-3,3,0,0,1,0,8/3,-1,x,3,1,2,-2,1,0,0,0,5-6M,5M,0,-M,0,0,2,x,2,3/5,6/5,1,0,1/5,0,-M,x,5,31/5,3/5,0,0,3/5,1,31/3,-1,x,3,11/5,2/5,0,1,2/5,0,5,0,0,0,0,2,x,2,13,0,1,0,1,2,3,x,1,31/3,1,0,0,1,5/3,-1,x,3,19/3,0,0,1,0,2/3,0,0,0,-5,-25/3,单纯形法的进一步讨论人工变量法,解的判别：,1）唯一最优解判别：最优表中所有非基变量的检验数非零,则线 规划具有唯一最优解。,2）多重最优解判别：最优表中存在非基变量的检验数为零,则线则性规划具有多重最优解（或无穷多最优解）。,3）无界解判别：某个,k,0且,a,ik,（,i,=1，2,m）则线性规划具有无界解。,4）无可行解的判断：当用大M单纯形法计算得到最优解并且存在,Ri,0时，则表明原线性规划无可行解。,5）退化解的判别：存在某个基变量为零的基本可行解。,单纯形法的进一步讨论人工变量法,单纯性法小结:,建,立,模,型,个 数,取 值,右 端 项,等式或,不等式,极大或极小,新加变量系数,两,个,三个,以上,x,j,0,x,j,无,约束,x,j,0,b,i,0,b,i,m,i,时，企业愿意购进这种资源，单位纯利为y,i,*,m,i,，则有利可图；如果y,i,*,m,i,则购进资源i，可获单位纯利y,i,*,m,i,若y,i,*,m,i,则转让资源i，可获单位纯利m,i,y,i,对偶问题的经济解释影子价格,3）影子价格在资源利用中的应用,根据对偶理论的互补松弛性定理:,Y,*,X,s,=0 ,Y,s,X,*,=0,表明生产过程中如果某种资源bi未得到充分利用时，该种资源的影子价格为0；若当资源资源的影子价格不为0时，表明该种资源在生产中已耗费完。,对偶问题的经济解释影子价格,4）影子价格对单纯形表计算的解释,单纯形表中的检验数,其中c,j,表示第j种产品的价格;表示生产该种产品所消耗的各项资源的影子价格的总和,即产品的隐含成本。,当产值大于隐含成本时，即 ，表明生产该项产品有利，可在计划中安排；否则 ，用这些资源生产别的产品更有利，不在生产中安排该产品。,对偶单纯形法,对偶单纯形法是求解线性规划的另一个基本方法。它是根据对偶原理和单纯形法原理而设计出来的，因此称为对偶单纯形法。不要简单理解为是求解对偶问题的单纯形法。,对偶单纯形法原理,对偶单纯形法基本思路：,找出一个对偶问题的可行基，保持对偶问题为可行解的条件下，判断X,B,是否可行（X,B,为非负），若否，通过变换基解，直到找到原问题基可行解（即X,B,为非负），这时原问题与对偶问题同时达到可行解，由定理4可得最优解。,对偶单纯形法,找出一个DP的可行基,LP是否可行,（X,B,0）,保持DP为可行解情况下转移到LP的另一个基本解,最优解,是,否,循,环,结束,对偶单纯形法,例2.9 用对偶单纯形法求解：,解:,（1）,将模型转化为求最大化问题，约束方程化为等式求出一组基本解，因为对偶问题可行，即全部检验数0（求max问题）。,对偶单纯形法,c,j,-9,-12,-15,0,0,0,b,c,B,x,B,x,1,x,2,x,3,x,4,x,5,x,6,0,x,4,-2,-2,-1,1,0,0,-10,0,x,5,-2,-3,-1,0,1,0,-12,0,x,6,-1,-1,-5,0,0,1,-14,(-9/-1.-12/-1.,-15/-5,),j,-9,-12,-15,0,0,0,0,对偶单纯形法,c,j,-9,-12,-15,0,0,0,b,c,B,x,B,x,1,x,2,x,3,x,4,x,5,x,6,0,x,4,-9/5,-9/5,0,1,0,-1/5,-36/5,0,x,5,-9/5,-14/5,0,0,1,-1/5,-46/5,-15,x,3,1/5,1/5,1,0,0,-1/5,14/5,(-30/-9,-45/-14,-15/-1),-6,-9,0,0,0,-3,42,c,j,-9,-12,-15,0,0,0,b,c,B,x,B,x,1,x,2,x,3,x,4,x,5,x,6,0,x,4,-9/14,0,0,1,-9/14,-1/14,-9/7,-12,x,2,9/14,1,0,0,-5/14,1/14,23/7,(,-3/-9,-45/-9,-33/-1),-15,x,3,1/14,0,1,0,1/14,-3/14,15/7,-3/14,0,0,0,-45/14,-33/14,对偶单纯形法,c,j,-9,-12,-15,0,0,0,c,B,x,B,x,1,x,2,x,3,x,4,x,5,x,6,b,-9,x,1,1,0,0,-14/9,1,1/9,2,-12,x,2,0,1,0,1,-1,0,2,-15,x,3,0,0,1,1/9,0,-2/9,2,0,0,0,-1/3,-3,-7/3,原问题的最优解为：X,*,=（2,2,2,0,0,0），Z,*,=72,其对偶问题的最优解为：Y,*,=（1/3,3,7/3），W,*,=72,对偶单纯形法,对偶单纯形法应注意的问题：,用对偶单纯形法求解线性规划是一种求解方法，而不是去求对偶问题的最优解,初始表中一定要满足对偶问题可行，也就是说检验数满足最优判别准则,最小比值中 的绝对值是使得比值非负，在极小化问题,j,0,，,分母,a,ij,0,这时必须取绝对值。在极大化问题中，,j,0,，,分母,a,ij,0,，,总满足非负，这时绝对值符号不起作用，可以去掉。如在本例中将目标函数写成,这里,j,0在求,k,时就可以不带绝对值符号。,对偶单纯形法,对偶单纯形法与普通单纯形法的换基顺序不一样，普通单纯形法是先确定进基变量后确定出基变量，对偶单纯形法是先确定出基变量后确定进基变量；,普通单纯形法的最小比值是 其目的是保证下一个原问题的基本解可行，对偶单纯形法的最小比值是,其目的是保证下一个对偶问题的基本解可行,对偶单纯形法在确定出基变量时，若不遵循,规则，任选一个小于零的,b,i,对应的基变量出基，不影响计算结果，只是迭代次数可能不一样。,本章小结,学习要点：,1.,线性规划解的概念以及3个基本定理,2.熟练掌握单纯形法的解题思路及求解步骤,Chapter3,运输规划,(Transportation Problem),运输规划问题的数学模型,表上作业法,运输问题的应用,本章主要内容：,运输规划问题的数学模型,例3.1 某公司从两个产地A,1,、A,2,将物品运往三个销地B,1,B,2,B,3,，各产地的产量、各销地的销量和各产地运往各销地每件物品的运费如下表所示，问：应如何调运可使总运输费用最小？,B1,B2,B3,产量,A1,6,4,6,200,A2,6,5,5,300,销量,150,150,200,运输规划问题的数学模型,解：产销平衡问题：总产量=总销量500,设 x,ij,为从产地A,i,运往销地B,j,的运输量，得到下列运输量表：,B1,B2,B3,产量,A1,x,11,x,12,x,13,200,A2,x,21,x,22,x,23,300,销量,150,150,200,Min C=6,x,11,+4,x,12,+6,x,13,+6,x,21,+5,x,22,+5,x,23,s.t.,x,11,+,x,12,+,x,13,=200,x,21,+,x,22,+,x,23,=300,x,11,+,x,21,=150,x,12,+,x,22,=150,x,13,+,x,23,=200,x,ij,0 (i=1、2；j=1、2、3）,运输规划问题的数学模型,运输问题的一般形式：产销平衡,A,1,、A,2,、A,m,表示某物资的m个产地；B,1,、B,2,、B,n,表示某物质的n个销地；a,i,表示产地A,i,的产量；,b,j,表示销地B,j,的销量；,c,ij,表示把物资从产地A,i,运往销地B,j,的单位运价。设,x,ij,为从产地A,i,运往销地B,j,的运输量，得到下列一般运输量问题的模型：,运输规划问题的数学模型,变化：,1）有时目标函数求最大。如求利润最大或营业额最大等；,2）当某些运输线路上的能力有限制时，在模型中直接加入约束条件（等式或不等式约束)；,3）产销不平衡时，可加入假想的产地（销大于产时）或销地（产大于销时）。,定理:,设有,m,个产地,n,个销地且产销平衡的运输问题，则基变量数为,m,+,n,-1。,表上作业法,表上作业法是一种求解运输问题的特殊方法，其,实质是单纯形法。,步骤,描述,方法,第一步,求初始基行可行解（初始调运方案）,最小元素法、元素差额法、,第二步,求检验数并判断是否得到最优解当非基变量的检验数,ij,全都非负时得到最优解，若存在检验数,ij,0，说明还没有达到最优，转第三步。,闭回路法和位势法,第三步,调整运量，即换基，选一个变量出基，对原运量进行调整得到新的基可行解，转入第二步,表上作业法,例3.2 某运输资料如下表所示：,单位 销地,运价,产地,产量,3,11,3,10,7,1,9,2,8,4,7,4,10,5,9,销量,3,6,5,6,问：应如何调运可使总运输费用最小？,表上作业法,解：第1步 求初始方案,方法1：最小元素法,基本思想是就近供应，即从运价最小的地方开始供应（调运），然后次小，直到最后供完为止。,B,1,B,2,B,3,B,4,产量,A,1,7,A,2,4,A,3,9,销量,3,6,5,6,3,11,3,10,1,9,2,7,4,10,5,8,3,4,1,6,3,3,表上作业法,总的运输费(31)+(64)+(43)+(12)+(310)+(35)=86元,元素差额法对最小元素法进行了改进，考虑到产地到销地的最小运价和次小运价之间的差额，如果差额很大，就选最小运价先调运，否则会增加总运费。例如下面两种运输方案。,8,5,10,2,1,20,15,15,15,5,10,总运费是,z,=108+52+151=105,最小元素法：,表上作业法,8,5,10,2,1,20,15,15,5,15,10,总运费,z,=105+152+51=85,后一种方案考虑到,C,11,与,C,21,之间的差额是82=6，如果不先调运,x,21,，到后来就有可能,x,11,0，这样会使总运费增加较大，从而先调运,x,21,，再是,x,22,，其次是,x,12,用元素差额法求得的基本可行解更接近最优解，所以也称为近似方案。,表上作业法,方法2：Vogel法,1）从运价表中分别计算出各行和各列的最小运费和次最小运费的差额，并填入该表的最右列和最下行。,B,1,B,2,B,3,B,4,产量,行差额,A,1,7,7,A,2,4,1,A,3,9,1,销量,3,6,5,6,列差额,2,5,1,3,3,11,3,10,1,9,2,7,4,10,5,8,表上作业法,2）再从差值最大的行或列中找出最小运价确定供需关系和供需数量。当产地或销地中有一方数量供应完毕或得到满足时，划去运价表中对应的行或列。,重复1)和2)，直到找出初始解为至。,B,1,B,2,B,3,B,4,产量,行差额,A,1,7,7,A,2,4,1,A,3,9,1,销量,3,6,5,6,列差额,2,5,1,3,3,11,3,10,1,9,2,7,4,10,5,8,5,表上作业法,单位 销地,运价,产地,产量,行差额,3,11,3,10,7,1,9,2,8,4,7,4,10,5,9,销量,3,6,5,6,列差额,7,1,1,3,5,2,1,5,表上作业法,单位 销地,运价,产地,产量,行差额,3,11,3,10,7,1,9,2,8,4,7,4,10,5,9,销量,3,6,5,6,列差额,7,1,3,5,2,7,5,3,表上作业法,单位 销地,运价,产地,产量,行差额,3,11,3,10,7,1,9,2,8,4,7,4,10,5,9,销量,3,6,5,6,列差额,1,1,3,5,1,5,3,6,3,1,2,该方案的总运费:,(13)(46)(35)(210)(18)(35)85元,表上作业法,第2步 最优解的判别（检验数的求法）,求出一组基可行解后，判断是否为最优解，仍然是用检验数来判断，记,x,ij,的检验数为,ij,由第一章知，求最小值的运输问题的最优判别准则是：,所有非基变量的检验数都非负，则运输方案最优,求检验数的方法有两种：,闭回路法,位势法（,）,表上作业法,闭回路的概念,为一个闭回路，集合中的变量称为回路的顶点，相邻两个变量的连线为闭回路的边。如下表,表上作业法,例下表中闭回路的变量集合是,x,11,x,12,x,42,x,43,x,23,x,25,x,35,x,31,共有8个顶点，这8个顶点间用水平或垂直线段连接起来，组成一条封闭的回路。,B,1,B,2,B,3,B,4,B,5,A,1,X,11,X,12,A,2,X,23,X,25,A,3,X,31,X,35,A,4,X,42,X,43,一条回路中的顶点数一定是偶数，回路遇到顶点必须转90度与另一顶点连接，表33中的变量,x,32,及,x,33,不是闭回路的顶点，只是连线的交点。,表上作业法,闭回路,B,1,B,2,B,3,A,1,X,11,X,12,A,2,A,3,X,32,X,33,A,4,X,41,X,43,例如变量组 不能构成一条闭回路，但,A,中包含有闭回路,变量组 变量数是奇数，显然不是闭回路，也不含有闭回路；,表上作业法,用位势法对初始方案进行最优性检验：,1）由,ij,=C,ij,-（,U,i,+V,j,）计算位势U,i,，V,j,，因对基变量而言有,ij,=0，,即C,ij,-（,U,i,+V,j,）=0，令U,1,=0,2）再由,ij,=C,ij,-（,U,i,+V,j,）计算非基变量的检验数,ij,B,1,B,2,B,3,B,4,U,i,A,1,A,2,A,3,Vj,3,11,3,10,1,9,2,7,4,10,5,8,4,3,6,3,1,3,0,-1,-5,3,10,2,9,（1）,（2）,（1）,（-1）,（10）,（12）,当存在非基变量的检验数,kl,0，说明现行方案为最优方案，否则目标成本还可以进一步减小。,表上作业法,当存在非基变量的检验数,kl,0,且,kl,=min,ij,时，令X,kl,进基。从表中知可选X,24,进基。,第3步 确定换入基的变量,第4步 确定换出基的变量,以进基变量,x,ik,为起点的闭回路中，标有负号的最小运量作为调整量,，,对应的基变量为出基变量，并打上“”以示换出作为非基变量。,表上作业法,B,1,B,2,B,3,B,4,U,i,A,1,A,2,A,3,Vj,3,11,3,10,1,9,2,7,4,10,5,8,4,3,6,3,1,3,(),(),(),(),调整步骤为：,在进基变量的闭回路中标有正号的变量加上调整量,，标有负号的变量减去调整量,，其余变量不变，得到一组新的基可行解。然后求所有非基变量的检验数重新检验。,1,2,5,表上作业法,当所有非基变量的检验数均非负时，则当前调运方案即为最优方案，如表此时最小总运费：,Z=,(13)(46)(35)(210)(18)(35)85元,B,1,B,2,B,3,B,4,U,i,A,1,A,2,A,3,Vj,3,11,3,10,1,9,2,7,4,10,5,8,5,3,6,3,1,2,0,-2,-5,3,10,3,9,（0）,（2）,（2）,（1）,（12）,（9）,表上作业法,表上作业法的计算步骤：,分析实际问题列出产销平衡表及单位运价表,确定初始调运方案（最小元素法或Vogel法）,求检验数（位势法）,所有检验数0,找出绝对值最大的负检验数，用闭合回路调整，得到新的调运方案,得到最优方案，算出总运价,表上作业法,表上作业法计算中的问题：,（1）若运输问题的某一基可行解有多个非基变量的检验数为负，在继续迭代时，取它们中任一变量为换入变量均可使目标函数值得到改善，但通常取,ij,0中最小者对应的变量为换入变量。,（2）无穷多最优解,产销平衡的运输问题必定存最优解。如果非基变量的,ij,0，则该问题有无穷多最优解。,表上作业法,退化解：,表格中一般要有(m+n-1)个数字格。但有时在分配运量时则需要同时划去一行和一列，这时需要补一个0，以保证有(m+n-1)个数字格作为基变量。一般可在划去的行和列的任意空格处加一个0即可。,利用进基变量的闭回路对解进行调整时，标有负号的最小运量（超过2个最小值）作为调整量，选择任意一个最小运量对应的基变量作为出基变量，并打上“”以示作为非基变量。,表上作业法,销地,产地,B,1,B,2,B,3,B,4,产量,A,1,16,A,2,10,A,3,22,销量,8,14,12,14,12,4,11,4,8,3,10,2,9,5,11,6,(0),(2),(9),(2),(1),(12),8,12,4,2,8,14,如下例中,11,检验数是 0，经过调整，可得到另一个最优解。,表上作业法,销地,产地,B,1,B,2,B,3,B,4,产量,A,1,7,A,2,4,A,3,9,销量,3,6,5,6,20,11,4,4,3,1,3,7,7,8,2,10,6,3,4,1,6,0,6,在,x,12,、,x,22,、x,33,、x,34,中任选一个变量作为基变量，例如选,x,34,例：用最小元素法求初始可行解,运输问题的应用,求极大值问题,目标函数求利润最大或营业额最大等问题。,运输问题的应用,求解方法：,将极大化问题转化为极小化问题。设极大化问题的运价表为,C,，用一个较大的数,M,（,M,max,c,ij,）去减每一个,c,ij,得到矩阵C,，其中,C,=（,M,c,ij,）0,将,C,作为极小化问题的运价表，用表上用业法求出最优解。,运输问题的应用,例3.3 下列矩阵,C,是,A,i,（I=1，2，3）到,B,j,的吨公里利润,运输部门如何安排运输方案使总利润最大.,销地,产地,B,1,B,2,B,3,产量,A,1,2,5,8,9,A,2,9,10,7,10,A,3,6,5,4,12,销量,8,14,9,运输问题的应用,销地,产地,B,1,B,2,B,3,产量,A,1,2,5,8,9,A,2,9,10,7,10,A,3,6,5,4,12,销量,8,14,9,得到新的最小化运输问题，用表上作业法求解即可。,运输问题的应用,产销不平衡的运输问题,当总产量与总销量不相等时,称为不平衡运输问题,.,这类运输问题在实际中常常碰到,它的求解方法是将不平衡问题化为平衡问题再按平衡问题求解。,当产大于销时，即：,数学模型为：,运输问题的应用,由于总产量大于总销量，必有部分产地的产量不能全部运送完，必须就地库存，即每个产地设一个仓库，,假设该仓库为一个虚拟销地B,n+1,，,b,n+,1,作为一个虚设销地,B,n,+1,的销量(即库存量)。各产地,A,i,到,B,n,+1,的运价为零，即,C,i,n,+1,=0,（,i=,1，,m,）。则平衡问题的数学模型为：,具体求解时,只在运价表右端增加一列,B,n,+1,，运价为零,销量为,b,n,+1,即可,运输问题的应用,当销大于产时，即：,数学模型为：,由于总销量大于总产量,故一定有些需求地不完全满足,这时虚设一个产地A,m+1,，产量为：,运输问题的应用,销大于产化为平衡问题的数学模型为：,具体计算时，在运价表的下方增加一行A,m+1,，运价为零。产量为a,m+1,即可。,运输问题的应用,例3.4 求下列表中极小化运输问题的最优解。,B1,B2,B3,B4,a,i,A1,5,9,2,3,60,A2,-,4,7,8,40,A3,3,6,4,2,30,A4,4,8,10,11,50,b,j,20,60,35,45,180,160,因为有：,运输问题的应用,所以是一个产大于销的运输问题。表中A,2,不可达B,1,，用一个很大的正数M表示运价C,21,。虚设一个销量为b,5,=180-160=20，C,i5,=0，i=1,2,3,4，表的右边增添一列，得到新的运价表。,B1,B2,B3,B4,B5,a,i,A1,5,9,2,3,0,60,A2,M,4,7,8,0,40,A3,3,6,4,2,0,30,A4,4,8,10,11,0,50,b,j,20,60,35,45,20,180,运输问题的应用,下表为计算结果。可看出：产地A4还有20个单位没有运出。,B1,B2,B3,B4,B5,Ai,A1,35,25,60,A2,40,40,A3,10,20,30,A4,20,10,20,50,Bj,20,60,35,45,20,180,运输问题的应用,3.生产与储存问题,例3.5 某厂按合同规定须于当年每个季度末分别提供10、15、25、20台同一规格的柴油机。已知该厂各季度的生产能力及生产每台柴油机的成本如右表。如果生产出来的柴油机当季不交货，每台每积压一个季度需储存、维护等费用0.15万元。试求在完成合同的情况下，使该厂全年生产总费用为最小的决策方案。,季度,生产能力/台,单位成本/万元,25,10.8,35,11.1,30,11,10,11.3,运输问题的应用,解：,设,x,ij,为第 i 季度生产的第 j 季度交货的柴油机数目，那么应满足：,交货：,x,11,=10,生产：,x,11,+,x,12,+,x,13,+,x,14,25,x,12,+,x,22,=15,x,22,+,x,23,+,x,24,35,x,13,+,x,23,+,x,33,=25,x,33,+,x,34,30,x,14,+,x,24,+,x,34,+,x,44,=20,x,44,10,把第 i 季度生产的柴油机数目看作第 i 个生产厂的产量；把第 j 季度交货的柴油机数目看作第 j 个销售点的销量；设cij是第i季度生产的第j季度交货的每台柴油机的实际成本，应该等于该季度单位成本加上储存、维护等费用。可构造下列产销平衡问题：,运输问题的应用,j,i,产量,10.8,10.95,11.1,11.25,25,M,11.10,11.25,11.40,35,M,M,11.00,11.15,30,M,M,M,11.30,10,销量,10,15,25,20,100,70,由于产大于销，加上一个虚拟的销地D，化为平衡问题，即可应用表上作业法求解。,运输问题的应用,该问题的数学模型：,Min f=10.8,x,11,+10.95,x,12,+11.1,x,13,+11.25,x,14,+11.1,x,22,+11.25,x,23,+11.4,x,24,+11.0,x,33,+11.15,x,34,+11.3,x,44,j,i,D,产量,10.8,10.95,11.1,11.25,0,25,M,11.10,11.25,11.40,0,35,M,M,11.00,11.15,0,30,M,M,M,11.30,0,10,销量,10,15,25,20,30,100,100,运输问题的应用,j,i,D,产量,10,15,0,25,0,5,30,35,25,5,30,10,10,销量,10,15,25,20,30,100,100,最优生产决策如下表，最小费用z773万元。,Chapter4 整数规划,(Integer Programming),整数规划的特点及应用,分支定界法,分配问题与匈牙利法,本章主要内容：,整数规划的特点及应用,整数规划（简称：IP）,要求一部分或全部决策变量取整数值的规划问题称为整数规划。不考虑整数条件，由余下的目标函数和约束条件构成的规划问题称为该整数规划问题的松弛问题。若该松弛问题是一个线性规划，则称该整数规划为整数线性规划。,整数线性规划数学模型的一般形式：,整数规划的特点及应用,整数线性规划问题的种类：,纯整数线性规划：指全部决策变量都必须取整数值的整数线性规划。,混合整数线性规划：决策变量中有一部分必须取整数值，另一部分可以不取整数值的整数线性规划。,0-1,型整数线性规划：决策变量只能取值,0,或,1,的整数线性规划。,整数规划的特点及应用,整数规划的典型例子,例4.1 工厂A,1,和A,2,生产某种物资。由于该种物资供不应求，故需要再建一家工厂。相应的建厂方案有A,3,和A,4,两个。这种物资的需求地有B,1,B,2,B,3,B,4,四个。各工厂年生产能力、各地年需求量、各厂至各需求地的单位物资运费c,ij,，见下表：,B1,B2,B3,B4,年生产能力,A1,2,9,3,4,400,A2,8,3,5,7,600,A3,7,6,1,2,200,A4,4,5,2,5,200,年需求量,350,400,300,150,工厂A3或A4开工后，每年的生产费用估计分别为1200万或1500万元。现要决定应该建设工厂A3还是A4，才能使今后每年的总费用最少。,整数规划的特点及应用,解：这是一个物资运输问题，特点是事先不能确定应该建A3还是A4中哪一个，因而不知道新厂投产后的实际生产物资。为此，引入0-1变量：,再设x,ij,为由A,i,运往B,j,的物资数量，单位为千吨；z表示总费用，单位万元。,则该规划问题的数学模型可以表示为：,整数规划的特点及应用,混合整数规划问题,整数规划的特点及应用,例4.2 现有资金总额为B。可供选择的投资项目有n个，项目j所需投资额和预期收益分别为a,j,和c,j,（j1,2,.,n），此外由于种种原因，有三个附加条件：,若选择项目,1,，就必须同时选择项目,2,。反之不一定,项目,3,和,4,中至少选择一个；,项目,5,6,7,中恰好选择,2,个。,应该怎样选择投资项目，才能使总预期收益最大。,整数规划的特点及应用,解：对每个投资项目都有被选择和不被选择两种可能，因此分别用0和1表示，令x,j,表示第j个项目的决策选择，记为：,投资问题可以表示为：,整数规划的特点及应用,例4.3 指派问题或分配问题。人事部门欲安排四人到四个不同岗位工作，每个岗位一个人。经考核四人在不同岗位的成绩（百分制）如表所示，如何安排他们的工作使总成