绪论(运筹学)-PPT课件.ppt

运运 筹筹 学学 Operational Research 石河子大学商学院石河子大学商学院 佟佟 永永 鹏鹏 1第一章第一章 绪绪 论论o运筹学的起源与运筹学的起源与发发展展o运筹学在管理中的运筹学在管理中的应应用用o运筹学的定运筹学的定义义与学科分支介与学科分支介绍绍o运筹学分析思路运筹学分析思路o运筹学模型与运筹学模型与应应用用o运筹学运筹学软软件件2一、运筹学的起源与一、运筹学的起源与发发展展古代运筹学的思想：古代运筹学的思想：o宋真宗年宋真宗年间间，因遭雷，因遭雷击击使皇城失火被焚，皇帝命宰使皇城失火被焚，皇帝命宰相丁渭主持修复。丁渭提出：将相丁渭主持修复。丁渭提出：将宫宫前大街开挖成河，前大街开挖成河，取土取土烧砖烧砖，引汴水入，引汴水入宫宫，水运建材。，水运建材。宫宫修复，以修复，以废废砖烂砖烂瓦填平河沟，修复瓦填平河沟，修复宫宫前大街。前大街。这样这样，挖河解决，挖河解决了就地取土、方便运了就地取土、方便运输输、清理、清理废废墟三个墟三个问题问题，一，一举举三得。省三得。省时时、省工、省、省工、省钱钱。o田忌（田忌（齐齐王）王）赛马赛马3o运筹学学科的正式发展来自二战，战争是最能激发才智的场所，参与各方无不想方设法以获取胜利。o第二次世界大战中，英美成立的Operational Research小组，研究进攻和防御中如何运作。n反潜深水炸弹的合理爆炸深度，使德国潜艇被摧毁数量上升400n研究船在受到敌机攻击时如何转弯。中弹数由47降到29。4o制造原子弹的曼哈顿工程中，由于涉及到数万项具体研究项目，组织者用网络图的方式完整表现整个项目的要求，以方便进行计划和控制，网络计划首次得到采用。o在复杂的阿波罗登月计划中，进一步发展网网络计络计划划评审评审技技术术。5o二战后在经济管理中的应用o随着工业大规模化的出现，运筹学的方法及思想开始涉入政府管理、工业生产及社会经济等许多领域，并在其应用中开始发展壮大。6运筹学的运筹学的发发展展o19441944年，年，冯冯诺诺依曼依曼(Von Neumann(Von Neumann，电电子子计计算机之父算机之父)，摩，摩根斯坦根斯坦(OMorgenstern)(OMorgenstern)的的对对策策论论与与经济经济行行为为o19471947年年George DantgigGeorge Dantgig的解的解线线性性规规划划问题问题的的单纯单纯形法形法o19391939年年苏联苏联康托洛康托洛维维奇提出的奇提出的类类似似线线性性规规划的模型，以及划的模型，以及“解乘数法解乘数法”。19601960年年发发表最佳表最佳资资源利用的源利用的经济计经济计算算一一书书，获诺贝获诺贝尔尔经济经济学学奖奖。o二二战战后，后，兰兰德公司等将运筹学用于研究德公司等将运筹学用于研究战战略略问题问题，并，并带动带动了在工了在工业业农业农业、经济经济、社会、社会问题问题中德中德应应用。用。o在复在复杂杂的阿波的阿波罗罗登月登月计计划中，划中，进进一步一步发发展网展网络计络计划划评审评审技技术术。7运筹学研究的运筹学研究的发发展展o运筹学学会：运筹学学会：n英（英（19481948），美（），美（19521952），法（），法（19561956），日、印（），日、印（19571957），），中（中（19801980）。）。o到到20052005年有年有4848个国家和地区成立运筹学会。个国家和地区成立运筹学会。o国国际际运筹学运筹学联联合会合会(IFORS)(IFORS)，1959,451959,45国家的学会，国家的学会，2500025000会会员员，www.ifors.org/o欧洲运筹学会欧洲运筹学会(EUROAssociation of European Operational Research Societies within IFORS)，1975，www.euro-online.org/o亚亚太运筹学会太运筹学会(APORSAssociation of Asian Pacific Operational Research Societies)，1985年，年，www.apors.ms.unimelb.edu.au/o中国运筹学会中国运筹学会（ORSCThe Operations Research Society of China），），1980， Research，是一门应用科学。从从实际实际出出发发解决解决实际问题实际问题的方法。的方法。”o“运筹学是一门应用科学，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定量依据。”13o管理百科全书的定定义义：运筹学是应用分析、试验、量化的方法，对管理系统中人力、物力、财力等资源进行统筹安排，为决策者提供有依据的最最优优方案方案，以实现最有效的管理。o简言之，运筹学是利用数学工具来解决管理问题的学科。14定定义义要点与思考：要点与思考：o要点：要点：n对象：系统n任务：决策n主体：决策者n手段：资源配置n标准：优化，有效n方法：量化，模型n工具：IT技术，硬件、软件o思考：思考：n范围不限“经济管理”；社会、自然n“最优”与满意解；“最有效”与风险15Operations Research的中文翻的中文翻译译o“运用研究”我国1956年前曾用“运用学”的名字。o“作业研究”我国台湾沿用的名字o“运筹学”1957年中国大陆开始用，出自史记.高祖本记，“夫运筹帷幄之中，决胜千里之外”。16相关的基本概念：相关的基本概念：o管理与决策o定性分析与定量分析o定量分析的类型统计学、运筹学、管理信息系统o狭义“管理科学”：运筹学o广义“管理科学”：管理中的数量分析方法o中国国家自然科学基金委员会下设的“管理科学部”17运筹学的分支运筹学的分支o针对不同问题，运筹学发展起不同的解决方法，具体包括：n规规划划论论：o线线性性规规划划o整数整数规规划划o动态规动态规划划o非非线线性性规规划划n运筹学运筹学专题专题：o图图与网与网络络模型模型o排排队队与与统统筹方法筹方法o存存贮贮模型模型o决策决策论论o对对策策论论（博弈（博弈论论）o决策分析决策分析o预测预测理理论论与模型与模型o投入投入产产出理出理论论18四、运筹学的主要分析思路四、运筹学的主要分析思路o运筹学研究的主要特点：运筹学研究的主要特点：科学性、实践性、系统性、综合性o运筹学的基本思路运筹学的基本思路：针对特定管理问题，建立数学模型，然后分析求解，最后应用。o运筹学研究的主要步骤：定义问题收集数据构造模型模型验证与修改系统分析问题描述执行方案模型求解与检验结果分析反馈与评估19运筹学的工作步运筹学的工作步骤骤：o提出和形成问题n目标、约束、可控变量，有关资料o建立模型 n形象模型n模拟模型n符号与数学模型o求解o解的检验o解的控制与调整o解的实施20五、运筹学模型与运用五、运筹学模型与运用模型分模型分类类：o（1）按照呈现和表达的方式：实物模型、符号模型、计算机模型等；o（2）按描述方法的特点：描述性模型、规范化模型、启发式模型等；o（3）按模型参数和变量的性质：确定性模型、随机性模型；o（4）按时间因素：静态模型、动态模型。21运筹学模型运筹学模型o运筹学一般结构：优化模型或者说，最优化模型 例如，规划问题：max(或或min)目目标标函数函数 s.t.约约束条件束条件o在经济学中常见的，厂商理论中，在成本约束下最大化利润，消费者理论中，在预算约束下最大化效用函数。22建模案例建模案例oKlingman等人将管理科学技术应用到Citgo石油公司，为该公司每年节省7000万美元，是管理科学成功应用的一个典范例子oCitgo公司是Southland公司1983年购买的一个炼油和营销公司，目标是让它成为一个下游的汽油分销网络，然而Citgo原来主业是炼油，对分销业务并不熟悉，结果是1984年损失了5千万美元，Southland公司聘请了Klingman为首的运筹学专家小组对Citgo进行诊断，结果使1985年税前利润达到了7千万美元。23建模案例建模案例o建模七步（炼油厂分析）：n第一步，定第一步，定义问题义问题：Klingman团队首先分析了Citgo的查尔斯湖的炼油厂，发现了多方面的问题，没有把握住成本节省的机会，没有生产正确的混合产品，没有充分利用自己的资源，数据收集机制也不合理；n第二步，收集数据：第二步，收集数据：团队主要关注以下数据，oCitgo的产品是如何产生于资源（各种石油产品）的；o生产每种产品需要的能源；o投入产出之间的关系；o维持和管理费用。n第三步，构造模型：第三步，构造模型：团队建立了一个大型的线性规划模型来描述炼油厂的整体生产过程，其中描述了技术关系，生产能力限制，质量标准限制等等。24建模案例建模案例o建模七步（炼油厂分析）：n第四步，第四步，验证验证模型：模型：为了验证模型，收集了查尔斯湖炼油厂一个月的投入和产出数据，利用投入数据计算出来的模型预测产出和实际产出进行比较，经过模型调整，最后相差不大。n第五步，第五步，计计算算结结果：果：该厂原来有一个线性规划软件，研究小组使用了当时最先进的线性规划软件包作为替代，以便每天都可以进行大规模的计算，得到的结果非常详细。n第六步，提交第六步，提交报报告：告：线性规划软件具有更为友好的用户界面，让实际操作人员很快就理解和掌握了其使用方法。n第七步，投入使用：第七步，投入使用：投入实用后，模型被用来每天决定当天的生产方案。Citgo的工作人员很快就发现，该模型对于他们制定日常的生产计划非常有用，对产品质量和产量、劳动力效率、设备维护水平等都产生了很好的效果，大大节省了成本。在这样做之前，Citgo在和其他75家炼油厂的评比中，六项关键指标仅处于38到58位。优化之后的1985年，Citgo提高到了20到30位。25建模案例建模案例o建模七步（供给分销网络系统）：n第一步，定第一步，定义问题义问题：在研究之前，Citgo主要集中在炼油业务上，母公司希望Citgo放更多精力在下游的营销业务上，从生产性企业转向营销型企业，这需要考虑以下问题：从何处购买原油？在何处销售产品？应制定何种价格？应保有多少存货？如此等等。n第二步，收集数据：第二步，收集数据：研究者建立了一个数据库来跟踪销售、存货和交易，应用回回归归分析分析（计量经济和统计技术）来预测Citgo每种产品的批发价格和批发需求。n第三步，构造模型：第三步，构造模型：研究小组建立了“最小成本网络流”模型，以确定11周的供给、营销和分销策略，这一模型可以表现为一种网络图，这样每个人都可一目了然，很直观。n第四步，模型第四步，模型验证验证：预测模块反复调整以适应新的数据。26建模案例建模案例o建模七步（供给分销网络系统）：n第五步，第五步，计计算算结结果：果：网络图的最低成本很容易计算，在计算机上3000个方程和15000决策变量的问题求解也仅需要数秒而已。n第六步，提交第六步，提交报报告：告：Klingman的团队向Citgo及其母公司汇报了自己的网络模型，其直观和求解的方便性给客户留下了很深的印象，不光是提供了一个定量模型的解，也让他们能更清楚把握整个营销网络的构成和运转机理。n第七步，投入使用：第七步，投入使用：使这个项目得到成功的最关键因素是Citgo母公司总裁由始至终的强力支持，他找来了运筹学小组，从收集数据到最后的应用，他提供了关键性的支持，最后营销网络的实用需要组织结构上的变化，例如需要指定一个新的副总裁来负责营销网络的构造和运转，这都离不开高层的强力支持。27运筹学运筹学应应用用o一家公司的总经理说，它的助手是一位MBA的学生，该学生把学到的运筹学知识应用到公司的业务中，针对公司的设备分销工作，建立了一个存储模型，理顺了公司的业务关系，经过三个月的实践，降低了销售成本，为公司节省了35万多元。同时他又说了一个令人深思的问题，该公司的领导成员中学习过运筹学的占一半以上，但为什么在以前没有人把运筹学用到管理实践中呢？28原因是：o以往所学的运筹学停留在基本概念、基本理论的基础上，重点放在严密的定理证明和繁琐的计算上，而不是应用上。o更重要的是，求解运筹学的工具得到了质的发展。29六、运筹学工具六、运筹学工具软软件件oExcel 2000(Optimization option):在进行数据的原始录入、整理、处理基础上可进行模型的构造和求解。o缺点是，对于处理大规模问题速度不够快，结果精确度也不够。30运筹学工具运筹学工具软软件件o处理大规模复杂问题可以采用专用软件：nLindo or Lingo package，求解线性规划问题；nEureka软件，求解非线性规划问题；nStatistics软件，处理与随机现象有关的问题；nMatlab软件，求解各种复杂的数学问题;nERP;n其他。31