运筹学中整数规划问题的近似算法
运筹学 第05章 整数规划与分配问题
1
整数规划问题的提出
0 xj 1 表示项目j不被选中 表示项目j被选中 ( j 1,2,3,4,5)
解：决策变量：设
目标函数：期望收益最大
max z 10 x1 8 x 2 7 x3 6 x 4 9 x5
约束条件：投资额限制条件 6x1+4x2+2x3+4x4+5x515 项目A、C、E之间必须且只需选择一项：x1+x3+x5=1 项目B、D之间必须且只需选择一项：x2+x4=1 项目C的实施要以项目D的实施为前提条件： x3 x4 归纳起来，其数学模型为：
n
(i 1,2, , m) ( j 1,2, , n)
2
整数规划问题的分类
根据变量取整数的情况，将整数规划分为：
（1）纯整数规划，所有变量都取整数.
（2）混合整数规划，一部分变量取整数,一部分变量取实数 （3）0-1整数规划 ,所有变量均取0或1
2
整数规划问题的求解思考
1
整数规划问题与其松弛问题
2
匈牙利法
例：用匈牙利法求解下列指派问题，已知效率矩阵分别如下：
任务 A 2 10 9 7 B 15 4 14 8 C 13 14 16 11 D 4 15 13 9
人员
甲 乙 丙 丁
2
匈牙利法
2 10 9 7
15 4 14 8
13 14 16 11
4 15 13 9
例：其中（2，2）（3，1）点为最大值，Z=4。常用的求解整数规划的方法有： 割平面法和
分支定界法，对于0－1规划问题采用隐枚举法和匈牙利法。
3
分派问题与匈牙利法
1
运筹学整数规划
运筹学整数规划运筹学是研究在资源有限的条件下，如何进行决策和优化的一门学科。
整数规划是运筹学中的一个重要分支，它解决的是决策变量必须为整数的问题。
整数规划在实际问题中具有广泛的应用，如生产计划、设备配置、选址问题等。
整数规划问题的数学模型可以表示为：max/min c^T xs.t. Ax ≤ bx ≥ 0x ∈ Z其中，c是目标函数的系数矩阵，x是决策变量的向量，A是约束条件的系数矩阵，b是约束条件的向量，Z表示整数集合。
整数规划问题与线性规划问题相似，但整数规划问题的约束条件多了一个整数限制，使得问题的解空间变得更为复杂。
由于整数规划问题的NP-hard性质，求解整数规划问题是一项困难的任务。
求解整数规划问题的常用方法有分支定界法、割平面法和启发式算法等。
分支定界法是一种穷举搜索的方法，它通过将整数规划问题不断分割成更小的子问题，从而逐步搜索解空间，直到找到最优解。
分支定界法对于规模较小的问题比较有效，但对于大规模复杂问题，效率较低。
割平面法是一种通过添加新的约束条件来减少解空间的方法。
它利用线性松弛问题（将整数约束条件放宽为线性约束条件）的解来构造有效的割平面，从而逐步缩小解空间，找到最优解。
割平面法通常比分支定界法更有效，但对于某些问题，可能需要添加大量的割平面才能收敛到最优解。
启发式算法是一种基于经验和启发式搜索的方法。
它通过设置初始解、搜索策略和邻域搜索等步骤，来快速找到近似最优解。
常见的启发式算法有遗传算法、模拟退火算法和禁忌搜索算法等。
启发式算法虽然不能保证找到全局最优解，但能够在可接受的时间内找到较优解。
综上所述，整数规划作为运筹学中的重要分支，解决的是决策变量必须为整数的问题。
整数规划问题具有广泛的应用，但由于其NP-hard性质，求解过程较为困难。
常用的求解方法包括分支定界法、割平面法和启发式算法等。
这些方法各有优劣，根据具体问题的特点选择合适的方法进行求解。
运筹学中的整数规划问题分析
运筹学中的整数规划问题分析运筹学是运用数学和定量分析方法，通过对系统的建模和优化，来解决实际问题的学科。
其中整数规划是运筹学中的一个重要分支，它在许多实际情况中得到广泛应用。
本文将对整数规划问题进行分析，并探讨其解决方法与应用领域。
一、整数规划问题定义及特点整数规划是一类线性规划问题的扩展，其目标函数和约束条件中的变量取值限定为整数。
通常，整数规划问题可以形式化表示为：Max/Min Z = c₁x₁ + c₂x₂ + ... + cₙxₙs.t.a₁₁x₁ + a₁₂x₂ + ... + a₁ₙxₙ ≤ b₁a₂₁x₁ + a₂₂x₂ + ... + a₂ₙxₙ ≤ b₂...aₙ₁x₁ + a₂₂x₂ + ... + aₙₙxₙ ≤ bₙx₁, x₂, ..., xₙ ∈ Z其中，Z为目标函数值，x₁, x₂, ..., xₙ为待求解的整数变量，c₁, c₂, ..., cₙ为目标函数的系数，aᵢₙ为约束条件的系数，b₁, b₂, ..., bₙ为约束条件的右端常数。
整数规划问题的特点在于整数约束条件的引入，使其解空间变得有限，增加了问题的复杂性。
与线性规划问题相比，整数规划问题更接近实际情况，能够更准确地描述和解决很多实际问题。
二、整数规划问题的解决方法解决整数规划问题的方法主要有以下几种：穷举法、剪枝法、分支定界法、动态规划法等。
具体使用哪种方法需要根据问题的规模和特点来确定。
1. 穷举法是最简单直观的方法，通过枚举搜索整数解空间中的每一个可能解来寻找最优解。
然而，由于整数解空间往往非常大，这种方法在实际问题中往往是不可行的。
2. 剪枝法是一种通过对解空间进行剪枝操作，减少搜索空间的方法。
通过合理选择剪枝条件，可以避免对明显无解的解空间进行搜索，从而提高求解效率。
3. 分支定界法是一种将整数规划问题不断分解为子问题，并对子问题进行界定的方法。
通过不断缩小问题规模，并计算上下界确定最优解的位置，可以有效地求解整数规划问题。
运筹学中整数规划问题的近似算法
运筹学中整数规划问题的近似算法近似算法在运筹学中整数规划问题的解决中起着重要的作用。
整数规划问题是指决策变量为整数的最优化问题，它在实际问题中具有广泛的应用，如物流配送、生产调度以及网络优化等领域。
然而，由于整数规划问题的困难性，寻求精确解的方法可能需要耗费大量的时间和计算资源。
因此，近似算法成为一种有效的求解整数规划问题的方式。
一、整数规划问题的定义与特点整数规划问题可以定义为在约束条件下，目标函数为整数线性函数的最优化问题。
它与线性规划问题相比，多了一个要求决策变量为整数的限制条件。
这使得整数规划问题的解空间不连续，增加了问题的难度。
二、整数规划问题的近似算法分类在运筹学领域，有多种近似算法被提出来解决整数规划问题。
根据算法的思想和方法，这些算法可以分为以下几类：1. 分支定界算法分支定界算法是一种广泛运用于整数规划问题求解的近似算法。
该算法的基本思想是通过将整数规划问题分解为多个子问题，并对每个子问题进行线性规划求解。
通过对每个子问题的目标函数值进行判断和优化，最终得到整数规划问题的近似解。
2. 近似拉格朗日算法近似拉格朗日算法是一种基于拉格朗日乘子法的近似算法。
该算法的核心思想是通过求解相应的拉格朗日松弛问题来逼近整数规划问题的最优解。
这种方法可以有效地简化整数规划问题的复杂度，提高问题求解的效率。
3. 启发式算法启发式算法是一种利用经验或专业知识来指导求解过程的近似算法。
它不保证可以找到问题的最优解，但可以快速找到较好的解。
常见的启发式算法包括遗传算法、模拟退火算法和蚁群算法等。
三、近似算法的优缺点近似算法在解决整数规划问题中具有以下优点：1. 时间复杂度低：与精确算法相比，近似算法可以大大减少计算时间，加快问题的求解速度。
2. 解的质量较高：虽然近似算法不能保证找到问题的最优解，但通常能够找到接近最优解的较好解。
然而，近似算法也存在一些缺点：1. 解的质量不能保证：近似算法在求解整数规划问题时，无法提供问题的最优解。
求解整数规划问题的分支定界法
求解整数规划问题的分支定界法整数规划问题是运筹学和数学中非常重要的一个分支，它本身又有着非常广泛的应用，例如资源分配、制造流程规划等等。
但是，由于整数规划问题的复杂性，导致绝大部分问题都是NP困难问题，即使运用最先进的算法，也很难找到一个高效的解决方案。
然而，分支定界法就是其中一种能够求解整数规划问题的有效方法。
一、什么是整数规划整数规划是指在线性规划（LP）问题的基础上，需要将变量的取值限制为整数类型（不是实数类型），其数学描述如下所示：$$\begin{aligned} \max \ \ & c^Tx \\s.t. \ \ & Ax \leq b\\& x_i\in\mathbb{Z} \ \ (i=1,2,...,n)\end{aligned}$$其中$c,x, b$以及 $A$分别是问题中的参数，表示目标函数的系数、变量向量、约束条件以及约束矩阵。
二、什么是分支定界法分支定界法，又被称为分支剪枝法，是求解整数规划问题的一个常用方法。
它的核心思想在于，将整数规划问题分解为多个子问题，并通过将问题空间不断地分割，不断缩小问题的范围，从而找到最优解。
分支定界法大致分为以下几个步骤：（1）确定目标函数与约束条件，即整数规划问题的数学模型；（2）运用松弛法将整数规划问题转化为线性规划问题，从而求解该线性规划问题及其最优解；（3）根据最优解的情况，判断该最优解是否为整数解，如果不是，则选择其中一个变量进行分支（通常是将其约束为下取整和上取整）；（4）根据变量的分支，得到两个新的整数规划问题，需要分别对其进行求解；（5）执行步骤（3）和（4），直到分支出的所有问题均已求解完毕，即得到原问题的最优解。
三、分支定界法的优缺点分支定界法虽然是一种有效的求解整数规划问题的方法，但是也有其优点和缺点。
优点：（1）能够精确求解整数规划问题。
（2）适用于各种规模的整数规划问题，虽然时间复杂度大，但是运作效率相对较高。
运筹学大M法
运筹学大M法运筹学大M法是一种经典的运筹学方法，在数学建模中被广泛应用。
它的全称是Mixed Integer Linear Programming，即混合整数线性规划，主要解决的是有约束条件下的最优化问题。
运筹学大M法使用了约束条件、决策变量和目标函数三个要素，可以用数学形式进行表示和求解。
假设我们有一组决策变量x1,x2,...,xn，它们需要满足一些约束条件，同时要最大化或最小化目标函数f(x1,x2,...,xn)。
在大M法中，我们将相应的约束条件用等式或不等式进行表示：等式约束条件：a1*x1 + a2*x2 + ... + an*xn = b目标函数：max[f(x1,x2,...,xn)] 或 min[f(x1,x2,...,xn)]在这里，a1,a2,...,an，c1,c2,...,cn和b,d都是确定的常数。
同时，决策变量xi也可以是整数或者二进制变量。
为了求解这个最优化问题，我们需要首先将不等式约束式转化为等式形式。
在这个过程中，我们需要加入一些松弛变量（也叫做slack变量）来确保约束条件可以满足。
假设第i个不等式为：然后我们将这个不等式转化成等式形式：其中，s1是松弛变量。
类似地，我们可以将每个不等式约束条件都转化成等式形式。
在这个过程中，我们需要加入一些约束条件来限制决策变量xi的取值。
如果xi可以为任意实数，那么我们不需要这些额外的约束条件。
但是，如果xi是整数或者二进制变量，我们需要加入一些约束条件来限制它们的取值范围。
为了限制整数变量xi的取值范围，我们通常会引入两个新的变量：yi和zi。
yi表示xi是否等于下限值，zi表示xi是否等于上限值。
我们可以通过以下约束条件来实现这一点：xi >= li*yi其中，li是xi的下限，ui是xi的上限。
因此，如果yi=1，那么xi的取值就是li；如果zi=1，那么xi的取值就是ui。
如果既不是yi=1，也不是zi=1，那么xi就可以取任意整数值。
求解整数规划的方法
求解整数规划的方法整数规划是一种最优化问题，其解决方案限制了决策变量必须取整数值。
整数规划的应用非常广泛，涉及到许多实际问题，如制造业生产调度、物流优化、资源分配等。
在本文中，我们将介绍几种常用的整数规划方法。
一、分支定界法分支定界法是一种常用的整数规划求解方法，它通过不断将解空间分割为子问题并求解这些子问题，最终找到整数规划的最优解。
具体步骤如下：1. 初始时，将整数规划问题转化为一个线性规划问题，并求解线性规划问题的松弛解。
2. 如果松弛解满足整数约束条件，则找到一个整数解，更新当前最优解。
3. 如果松弛解不满足整数约束条件，则选择一个变量将其分割为两个子问题，并分别求解这两个子问题。
4. 对每个子问题，递归地应用上述步骤，直到找到一个整数解或者确定当前子问题的上界小于当前最优解。
5. 最终，得到整数规划的最优解。
分支定界法的优点是能够保证找到最优解，但其缺点是计算复杂度较高，特别是在问题规模较大时，会导致计算时间过长。
二、整数规划的近似算法当整数规划问题规模较大时，找到精确解的计算复杂度可能变得非常高，此时可以考虑使用近似算法来求解。
近似算法的思想是通过放松整数约束条件，将整数规划问题转化为一个线性规划问题，并对线性规划问题进行求解。
然后，根据线性规划问题的解，对整数规划问题进行修正，得到整数规划问题的一个近似解。
三、割平面法割平面法是一种常用的整数规划求解方法，它通过添加一系列线性不等式（割平面）来逐步减小可行解空间，最终找到整数规划的最优解。
具体步骤如下：1. 初始时，将整数规划问题转化为一个线性规划问题，并求解线性规划问题的松弛解。
2. 如果松弛解满足整数约束条件，则找到一个整数解，更新当前最优解。
3. 如果松弛解不满足整数约束条件，则根据当前松弛解所对应的目标函数值，添加一系列线性不等式（割平面）来限制可行解空间。
4. 对添加了割平面约束的线性规划问题，继续求解，并更新最优解。
5. 重复以上步骤，直到找到一个整数解或者确定当前问题的上界小于当前最优解。
运筹学中的线性规划与整数规划算法
运筹学中的线性规划与整数规划算法运筹学是一门研究如何有效地做出决策的学科，它集合了数学、计算机科学和经济学等多个学科的理论和方法。
其中，线性规划和整数规划是运筹学中最常用的一类问题求解方法。
本文将重点讨论运筹学中的线性规划和整数规划算法。
线性规划是一种通过线性数学模型来实现决策优化的方法。
在线性规划中，目标函数和约束条件都是线性关系。
目标函数表示要优化的目标，约束条件则限制了决策变量的取值范围。
线性规划的基本思想是通过调整决策变量的取值，使得目标函数达到最大或最小值。
线性规划的求解方法主要有两种：单纯形法和内点法。
单纯形法是一种通过在顶点间移动来寻找最优解的方法。
它从一个可行解开始，然后通过交替移动到相邻的顶点来逐步优化目标函数值。
而内点法则是一种通过将目标函数与约束条件转化为一组等价的非线性方程组，通过迭代方法逼近最优解的方法。
内点法相对于单纯形法而言，在求解大规模问题时速度更快。
整数规划是线性规划的一个扩展，它要求决策变量只能取整数值。
整数规划问题更接近实际问题，因为很多情况下我们只能从离散的选择中进行决策。
然而，整数规划的求解难度要远远高于线性规划。
因为整数规划问题的解空间是离散的，不再是连续的顶点，这导致了求解整数规划的困难。
为了解决整数规划问题，提出了许多算法，其中最著名的是分支定界法和割平面法。
分支定界法是一种通过将整数规划问题分解为一系列线性规划子问题来求解的方法。
它通过将整数规划问题不断分解为子问题，并利用线性规划的求解方法求解子问题。
割平面法则是一种在单纯形法的基础上引入额外的不等式约束来加强整数规划问题的求解方法。
割平面法通过将不等式约束添加到线性规划模型中，逐步缩小解空间，最终找到整数规划问题的最优解。
除了分支定界法和割平面法之外，还有一些其他的整数规划求解方法，如启发式算法和元启发式算法。
启发式算法是一种基于经验和启发知识的求解方法，它通过模拟生物进化、社会行为等过程来搜索整数规划问题的解。
运筹学的优化算法
运筹学的优化算法运筹学是一门研究如何对复杂问题进行优化的学科，通过利用数学、统计学和计算机科学等方法，运筹学可以帮助解决各种决策和优化问题。
在该领域中，存在着许多不同的优化算法，下面将介绍其中几种常见的算法。
1. 线性规划（Linear Programming，LP）：线性规划是一种常见的数学规划方法。
它的目标是优化一个线性目标函数，同时满足一组线性约束条件。
通过将问题转化为标准形式（即将约束条件和目标函数都表示为线性等式或不等式），线性规划可以使用诸如单纯形法、内点法等算法进行求解。
2. 整数规划（Integer Programming，IP）：整数规划是一种在线性规划的基础上，引入了变量为整数的约束条件。
这样的问题更具挑战性，因为整数约束使得问题成为NP困难问题。
针对整数规划问题，常用的方法包括分支定界法、回溯法、割平面法等。
3. 非线性规划（Nonlinear Programming，NLP）：与线性规划不同，非线性规划的目标函数或约束条件至少有一个是非线性的。
非线性规划的求解需要使用迭代算法，例如牛顿法、拟牛顿法、遗传算法等。
这些算法通过逐步优化解来逼近最优解。
4. 动态规划（Dynamic Programming，DP）：动态规划通过将问题分解为子问题，并使用递归方式求解子问题，最终建立起最优解的数学模型。
动态规划方法常用于具有重叠子问题和最优子结构性质的问题。
例如，背包问题、最短路径问题等。
5. 启发式算法（Heuristic Algorithm）：启发式算法是一种近似求解优化问题的方法，它通过启发式策略和经验知识来指导过程，寻找高质量解而不必找到最优解。
常见的启发式算法包括模拟退火算法、遗传算法、粒子群算法等。
6. 蒙特卡洛模拟（Monte Carlo Simulation）：蒙特卡洛模拟是一种基于概率的数值模拟方法，用于评估随机系统中的不确定性和风险。
它通过生成大量随机样本，并使用这些样本的统计特征来近似计算数学模型的输出结果。
运筹学中的线性规划与整数规划
运筹学中的线性规划与整数规划在运筹学中，线性规划和整数规划是两个常用且重要的数学模型。
它们被广泛应用于资源分配、生产调度、物流管理等问题的决策过程中。
本文将介绍线性规划和整数规划的基本概念、数学模型以及求解方法。
一、线性规划线性规划是一种通过线性关系来描述问题的数学模型。
它的目标是在给定的约束条件下，找到使目标函数达到最优的决策变量取值。
线性规划模型一般可以表示为如下形式：Max/Min Z = c₁x₁ + c₂x₂ + ... + cₙxₙs.t. a₁₁x₁ + a₁₂x₂ + ... + a₁ₙxₙ ≤ b₁a₂₁x₁ + a₂₂x₂ + ... + a₂ₙxₙ ≤ b₂...aₙ₁x₁ + aₙ₂x₂ + ... + aₙₙxₙ ≤ bₙx₁, x₂, ..., xₙ ≥ 0其中，Z表示目标函数值，c₁, c₂, ..., cₙ表示目标函数的系数，x₁, x₂, ..., xₙ为决策变量，a₁₁, a₁₂, ..., aₙₙ为约束条件的系数，b₁,b₂, ..., bₙ为约束条件的右侧常数。
线性规划的求解方法主要有两类：图形法和单纯形法。
图形法适用于二维问题，通过绘制目标函数和约束条件在坐标系中的图形，找到交点来确定最优解。
而单纯形法适用于多维问题，通过迭代计算，逐步接近最优解。
二、整数规划整数规划是线性规划的一种特殊情况，它要求决策变量的取值必须为整数。
整数规划模型可以表示为如下形式：Max/Min Z = c₁x₁ + c₂x₂ + ... + cₙxₙs.t. a₁₁x₁ + a₁₂x₂ + ... + a₁ₙxₙ ≤ b₁a₂₁x₁ + a₂₂x₂ + ... + a₂ₙxₙ ≤ b₂...aₙ₁x₁ + aₙ₂x₂ + ... + aₙₙxₙ ≤ bₙx₁, x₂, ..., xₙ ∈ Z其中，Z表示目标函数值，c₁, c₂, ..., cₙ表示目标函数的系数，x₁, x₂, ..., xₙ为整数决策变量，a₁₁, a₁₂, ..., aₙₙ为约束条件的系数，b₁, b₂, ..., bₙ为约束条件的右侧常数。
运筹学实验6整数规划
实验六、用EXCEL 求解整数规划用单纯形法求解线性规划问题，最优解可能是整数，也可能不是整数，但在很多实际问题中，要求全部或部分变量的取值必须是整数，如所求的解是安排上班的人数，按某个方案裁剪钢材的根数，生产设备的台数等等。
对于整数解的线性规划问题，不是用四舍五入或去尾法对线性规划的非整数解加以处理都能解决的，而要用整数规划的方法加以解决，如分枝定界法和割平面算法。
这些算法比单纯形法更为复杂，因此，一般的学习者要想掌握整数规划的数学算法有一定的困难。
然而事实上，由于Excel 的[工具][规划求解]可以求解整数规划问题，所以，对于一个真正有志于运用运筹学方法解决生产经营中问题的管理者来说，算法将不是障碍因素。
一、实验目的1、 掌握如何建立整数线性规划模型，特别是0～1逻辑变量在模型中的应用。
2、 掌握用Excel 求解整数线性规划模型的方法。
3、 掌握如何借助于Excel 对整数线性规划模型进行灵敏度分析，以判断各种可能的变化对最优方案产生的影响。
4、 读懂Excel 求解整数线性规划问题输出的运算结果报告和敏感性报告。
二、 实验内容1、 整数规划问题模型该问题来自于《运筹学基础及应用》（第四版）胡运权主编P126习题4.13,题目如下: 需生产2000件某种产品，该种产品可利用A 、B 、C 、D 设备中的任意一种加工，已知每种设备的生产准备结束费用、生产该产品时的单件成本以及每种设备限定的最大加工数量（件）如表1所示，问企业应该如何安排设备生产该产品才能使得总的生产成本最少，试建立该问题的数学模型并求解。
该产品可以利用四种不同的设备加工，由于采用不同的设备加工需要支付不同的准备结束费用，而如果不采用某种设备加工，是不需要支付使用该设备的准备结束费用的，所以必须借助于逻辑变量来鉴定准备结束费用的支付。
再设，种设备加工的产品数量为利用第设;4,3,2,1=j j x j⎪⎩⎪⎨⎧=>=）种设备生产（即，若不使用第）种设备生产（即若使用第000,1j j i x j x j y 4,3,2,1=j则问题的整数规划模型为：43214321281624207008009801000min x x x x y y y y z +++++++=⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧==≥≤≤≤≤=+++4,3,2,110,01600120010009002000..443322114321j y x y x y x y x y x x x x x t s j j，或2、 [工具][规划求解]命令求解下面我们用Excel 中的[工具][规划求解]对该问题进行求解。
管理运筹学第四章整数规划与指派问题
货物运输路线选择案例
案例描述
某物流公司需要为其客户提供从起点到终点的货物运 输服务。在运输过程中，有多种可能的路线可以选择 ，每条路线都有不同的运输成本和时间。此外，客户 对货物的运输时间和成本也有一定的要求。
整数规划应用
该案例可以通过整数规划来解决。首先，将每条路线的 选择定义为整数决策变量，1表示选择该路线，0表示 不选择。然后，根据每条路线的运输成本和时间，构建 目标函数，即最小化总运输成本和时间。接下来，根据 客户的要求和路线的特点，构建约束条件，如运输时间 限制、成本限制和路线连通性等。最后，使用整数规划 求解算法，找到满足所有约束条件的最优路线组合，即 最小化总运输成本和时间的路线选择方案。
展望
未来，整数规划与指派问题将在更多领域得到应用和推广 ，为实际问题的解决提供更加有效的方法和工具。同时， 随着相关技术的不断发展，整数规划与指派问题的求解方 法将更加高效和精确，为相关领域的发展提供更加有力的 支持。
THANKS
感谢观看
要点一
Xpress
Xpress是一款功能强大的数学优化求 解器，适用于线性规划、整数规划等 多种问题。它提供了丰富的算法和工 具，支持大规模问题的求解和分析。
要点二
LINGO
LINGO是一款易于使用的数学优化建 模工具，具有直观的语法和丰富的函 数库。它可以帮助用户快速构建和求 解线性规划、整数规划等问题，并提 供详细的解决方案和报告。
原理
通过添加割平面约束条件，逐 步缩小问题的可行域，从而找 到整数最优解。
添加割平面
根据松弛问题的最优解，构造 一个割平面约束条件，添加到 原问题中。
迭代
重复添加割平面和求解新问题 的步骤，直到找到整数最优解 或确定无整数最优解为止。
运筹学算法的使用方法
运筹学算法的使用方法运筹学是一门研究如何通过数学模型和优化方法来解决实际问题的学科。
它涉及到许多算法和技巧，可以帮助我们在各种场景下进行决策和规划。
本文将介绍几种常用的运筹学算法及其使用方法，帮助您更好地应用运筹学于实际问题中。
一、线性规划线性规划是运筹学中最基本也是最常用的方法之一。
它的目标是在给定的约束条件下，寻找使目标函数最大化或最小化的最佳决策方案。
线性规划的模型可以表示为以下形式：max/min Z = c₁x₁ + c₂x₂ + … + cₙxₙsubject to:a₁₁x₁ + a₁₂x₂ + … + a₁ₙxₙ ≤ b₁a₂₁x₁ + a₂₂x₂ + … + a₂ₙxₙ ≤ b₂…aₙ₁x₁ + aₙ₂x₂ + … + aₙₙxₙ ≤ bₙx₁, x₂, …, xₙ ≥ 0其中，x₁, x₂, …, xₙ为待决策的变量，c₁, c₂, …, cₙ为目标函数的系数，a₁₁, a₁₂, …, aₙₙ为约束条件的系数，b₁, b₂, …, bₙ为约束条件的边界。
要求解线性规划问题，可以使用单纯形法、内点法等算法。
二、整数规划整数规划是线性规划的一种扩展形式，它要求变量的取值必须是整数。
整数规划广泛应用于许多实际问题，如生产计划、货物配送、员工排班等。
解决整数规划问题的算法主要包括分支定界法、割平面法、动态规划法等。
这些算法可以将整数规划问题转化为线性规划问题，并通过逐步迭代来搜索最优解。
三、网络流优化网络流优化是研究网络中最大吞吐量、最短路径、最小费用等问题的一类方法。
它可以应用于交通路网规划、电力调度、物流配送等领域。
在网络流优化中，常用的算法有最小费用流算法、最大流算法、最小费用最大流算法等。
这些算法可以帮助我们找到网络中的最优方案，并且具有良好的可扩展性和效率。
四、排队论排队论是研究排队系统的数学模型和解决方法的学科。
它可以应用于餐厅、银行、交通等场景中的排队问题。
排队论的模型包括顾客到达模型、服务模型和排队模型。
运筹与优化— 整数规划建模方法
j 1
n
s.t
i1
xij
1,
j V
(2)
xij S 1,
S V , 2 S n 1
(3)
iS jS
xij 0, 1
二、典型整数规划问题建模方法
3、指派问题
混合游泳接力接力队的选拔
甲
乙
丙
蝶泳 仰泳 蛙泳 自由泳
1’06”8 1’15”6 1’27” 58”6
57”2 1’06” 1’06”4 53”
14
二、典型整数规划问题建模方法
Page 15
• 记为赋权图G=(V,E)，V为顶点集，E为边集，各顶点间的距 离dij已知。设
xij
1 , 0,
若i, j 在回路路径上
其他
则经典的TSP可写为如下的数学规划模型：
nn
min Z
dij xij
i 1 j 1
n
xij 1,
i V
(1)
5
应用统计 微积分；线性代数
6
计算机模拟
计算机编程
7
计算机编程
8
预测理论
应用统计
9
数学实验 微积分；线性代数
模型求解:
最优解： x1 = x2 = x3 = x6 = x7 = x9 =1, 其它为0；6门 课程，总学分21（注意：最优解可能不唯一！）
约束条件：先修课程要求 x3=1必有x1 = x2 =1
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max z 20x1 10x2
5x1 4x2 24 2x1 5x2 13 x1, x2 0, x1, x2整数
• 用单纯形法解得：x1 4.8, x2 0, z 96
一、概述
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整数规划问题的近似算法设计与分析
整数规划问题的近似算法设计与分析整数规划问题是数学规划中的一种重要问题，在实际应用中具有广泛的应用价值。
然而，由于整数规划问题的求解过程中涉及到的变量必须取整数值，导致问题变得相当复杂。
为了解决这一类问题，许多学者提出了近似算法，并对其进行了深入的研究与分析。
一、背景介绍整数规划是一类在约束条件下需要寻找整数解的优化问题。
它具有许多重要的应用，例如任务分配、旅行商问题、资源分配等。
然而，由于整数规划问题是NP困难问题，因此很难找到多项式时间复杂度的精确求解算法。
为了解决这一问题，近似算法成为了一种有效的解决方案。
二、贪心算法贪心算法是一种常用的近似算法，它的基本思想是通过每一步的局部最优选择来达到整体的最优解。
在整数规划问题中，贪心算法可以通过将实数解取整来求得整数解。
然而，贪心算法并不能保证找到最优解，只能得到一个近似解。
三、基于松弛线性规划的算法基于松弛线性规划的算法是另一种常见的近似算法。
它的思想是先对整数规划问题进行线性规划松弛，得到一个最优解，然后通过某种方法将松弛解转化为整数解。
这种方法通常需要额外的约束条件或启发式算法来保证最优解的整数性。
四、近似比分析对于设计的近似算法，我们需要对其性能进行评估。
常用的评估指标是近似比，即算法得到的解与最优解之间的差距。
近似比可以用一个常数来表示，例如2-近似算法表示算法得到的解与最优解之间的差距不超过最优解的两倍。
五、应用案例整数规划问题的近似算法在实际应用中取得了显著的成果。
以任务分配问题为例，通过设计有效的近似算法，可以实现任务与资源之间的快速匹配，提高工作效率。
类似地，旅行商问题的近似算法可以帮助旅行商优化路径规划，减少时间与成本。
六、总结与展望整数规划问题的近似算法在实际应用中具有重要的意义。
贪心算法和基于松弛线性规划的算法是常用的近似算法，它们分别通过局部最优和线性规划松弛来求解整数规划问题。
近似比分析是评估算法性能的重要工具，可以帮助我们了解算法的效果与性能。
运筹学中的线性规划和整数规划
运筹学中的线性规划和整数规划运筹学是一门涉及决策分析、优化、模型构建和仿真等知识领域的学科，应用广泛，如供应链管理、交通规划、制造业生产、金融投资等方面。
其中，线性规划和整数规划是运筹学中最为基础和重要的优化技术，被广泛应用于各个领域。
一、线性规划线性规划是一种在一组线性约束条件下，求解线性目标函数极值问题的数学方法。
在生产、运输、选址等问题中，线性规划都有着重要的应用。
其数学模型可以表示为：$\max c^Tx$$s.t. Ax \leq b,x\geq 0$其中$c$为目标函数的向量，$x$为决策变量向量，$A$为约束矩阵，$b$为约束向量，$c^Tx$表示目标函数的值，$\leq$表示小于等于。
如果目标函数和约束都是线性的，则可以通过线性规划的求解方法来确定决策变量的最优值。
线性规划的求解方法一般分为单纯形法和内点法两种方法。
单纯性法是线性规划中最为常用的方法，通过对角线交替调整，逐步从可行解中寻找最优解，收敛速度较快，但是存在不稳定的情况。
内点法是近年来发展起来的用于求解大规模线性规划问题的数值方法，其核心思想是迭代求解一系列线性方程组，每次保持解在可行域内部，直到找到最优解为止。
这种方法对大规模问题求解能力强，使用较多。
二、整数规划整数规划是线性规划的升级版，它要求决策变量必须取整数值。
整数规划在很多实际问题中都有着重要的应用，比如很多生产过程中需要将生产数量取整数，物流路径问题需要选取整数条路径等。
与线性规划不同的是，整数规划是NP难问题，没有一种有效的算法能够完全解决所有的整数规划问题。
因此，通常需要采用分支定界、割平面等方法来求解。
分支定界是一种常用的整数规划求解方法。
它通过将整数规划问题分为多个子问题，依次求解这些子问题并优化当前最优解，以逐步逼近最优解。
割平面法则是在分支定界方法的基础上加入约束条件，使得求解过程更加严格化，最终得到更好的结果。
总的来说，运筹学中线性规划和整数规划是不可或缺的优化工具，我们可以通过理论和实践加深对它们的理解。
整数规划的特点及应用
整数规划的特点及应用整数规划是运筹学中的一种优化方法，它是线性规划问题的一种扩展形式。
与线性规划相比，整数规划要求变量的取值必须为整数。
整数规划具有以下几个特点：1. 计算复杂度高：整数规划问题通常是NP-hard问题，即在多项式时间内无法找到最优解，只能采用近似算法进行求解。
这是因为整数规划问题中整数约束的引入使得问题的解空间呈离散形式，导致搜索空间大大增加。
2. 解空间离散：整数规划问题的解空间是离散的，通过枚举搜索过程来寻找最优解。
在搜索的过程中，需要遍历所有可能的整数解，所以解的数量随着问题规模的增大指数增加。
3. 解空间约束：整数规划中的整数变量需要满足约束条件，这些条件可能是线性不等式、等式约束或者非线性约束。
这些约束条件限制了整数规划问题的解空间，使得问题的求解变得更有挑战性。
整数规划在实际应用中具有广泛的应用领域，以下是几个常见的应用场景：1. 生产计划：在企业的生产计划中，为了最大程度地满足需求并降低生产成本，往往需要考虑许多约束条件，如产能约束、人力资源约束等。
整数规划可以用来优化生产计划，确保每个生产批次的选择都是整数数量，以便满足实际生产需求。
2. 设备配置：在一些需要配置设备的问题中，整数规划可以帮助企业确定最佳设备配置方案。
比如，在供应链中，如何最优地安排仓库、生产设备等资源的配置，以降低运营成本和提高服务质量，整数规划可以提供有效的优化算法。
3. 项目调度：在项目管理过程中，整数规划可以用于确定最优的项目调度方案。
通过考虑项目的资源约束、任务优先级、工期等因素，整数规划可以帮助确定任务的调度顺序，以最小化项目的总工期或成本。
4. 网络设计：在网络设计中，如何选择最佳的网络节点位置、链路配置以及网络容量规划等问题，可以通过整数规划来解决。
整数规划可以帮助确定网络节点的选择，以最大化网络的覆盖范围或服务质量。
5. 旅行商问题：旅行商问题是一个经典的整数规划问题，它研究的是如何确定一条最短路径，使得旅行商可以依次访问多个城市而不重复，并最终回到起点。
运筹学——0-1整数规划
(1,0,0) (1,0,1) (1,1,0) (1,1,1)
0’’ -2 3 1 6
1
.2
.3
Z .4 足 值 no no no no
最优解(X2,X1,X3) =（0，1，1） Z=8 实际只计算了16次
例2
求下列问题：
Max Z=3x1+ 4x2 + 5x3 + 6x4 s.t. 2x1+ 3x2 + 4x3 + 5x4 15
0-1规划应用
华美公司有5个项目被列入投资计划，各项目 的投资额和期望的投资收益见下表： 项目 投资额(万元) 投资收益(万元) 1 210 150
2
3 4 5
300
100 130 260
210
60 80 180
该公司只有600万元资金可用于投资， 由于技术原因，投资受到以下约束： 在项目1、2和3中必须有一项被选中；
0-1 规划及其解法
0-1 规划在线性整数规划中具有重要地位。 定理：任何整数规划都可以化成0-1规划。 一般地说，可把整数x变成(k+1)个0-1变量公 式为：x=y0+2y1+22y2+….2kyk 若x上界为U，则对0<x<U,要求k满足2k+1 U+1.
由于这个原因，数学界曾纷纷寻找“背包问 题”解的方法，但进展缓慢。
xi=1或0
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解：由于目标函数中变量x1, x2 , x4 的系数均为负数， 可作如下变换：
令 x1 ＝1－ x1′ , x2 =1- x2′, x3= x3′, x4 =1- x4′带入原题 中，但需重新调整变量编号。令 x3′ = x1′, x4′ = x2′得到下式。
数学与优化理论如何利用数学寻求最优解
数学与优化理论如何利用数学寻求最优解数学与优化理论是一门研究如何寻找最优解的学科。
在现实世界中，我们经常面临各种问题，例如如何最大化利润、最小化成本、最优化资源分配等等。
然而，这些问题往往很复杂，无法通过直觉或试错的方法找到最佳解决方案。
这时候，数学与优化理论的方法就能派上用场了。
一、线性规划线性规划是优化问题中最基本的形式之一。
它的数学模型可以表示为：maximize c^T xsubject to Ax ≤ bx ≥ 0其中，c、x和b是向量，A是一个矩阵。
这个模型的目标是找到一个向量x，使得c^T x的值最大，并且满足约束条件Ax ≤ b和x ≥ 0。
线性规划的求解方法有很多，其中最著名的是单纯形法。
单纯形法利用了凸优化的原理，通过迭代的方式逐步接近最优解。
它的优势在于适用于大多数线性规划问题，并且可以在多项式时间内求解。
二、非线性规划非线性规划是一类更一般的优化问题，它的数学模型可以表示为： minimize f(x)subject to g_i(x) ≤ 0, i = 1,…, mh_j(x) = 0, j = 1, …, p其中，f(x)、g_i(x)和h_j(x)是定义在R^n上的函数。
这个模型的目标是找到一个向量x，使得f(x)的值最小，并且满足约束条件g_i(x) ≤ 0和h_j(x) = 0。
非线性规划是一个更复杂的问题，没有像单纯形法那样的通用算法可以求解。
不过，有一些有效的数值方法可以用来求解特定类型的非线性规划问题。
例如，梯度下降法和牛顿法等都是常用的非线性规划求解方法。
三、整数规划整数规划是一类特殊的优化问题，它的变量只能取整数值。
这类问题在实际应用中非常常见，例如旅行商问题（Traveling Salesman Problem）和背包问题（Knapsack Problem）等。
整数规划的数学模型可以表示为：minimize c^T xsubject to Ax ≤ bx ≥ 0x为整数整数规划是一个NP-hard问题，意味着在多项式时间内不能找到最优解。
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运筹学中整数规划问题的近似算法运筹学是一门研究如何在有限资源下做最优决策的学科，其中整数规划是其中一种重要的决策方法。
整数规划问题是指在线性规划问题的基础上，对决策变量的取值加以限定，限定为整数值。
整数规划问题在实际应用中非常常见，例如优化生产计划、物流配送、资源分配等。
然而，整数规划问题的解空间通常是离散的，由于整数规划问题的NP难解性质，寻找准确解的效率很低，因此近似算法成为解决整数规划问题的重要手段。
一、近似算法的概念
近似算法是指在可接受的误差范围内，通过有效的计算方法得到问题的近似最优解。
在整数规划问题中，近似算法主要通过松弛约束条件、局部搜索等方法寻找问题的近似解。
二、近似算法的分类
近似算法可以根据问题的特性和解决方法的不同进行分类，下面介绍几种常见的近似算法。
1. 线性松弛算法（Linear Relaxation）
线性松弛算法是整数规划问题中常用的近似算法之一。
该算法的基本思想是将整数规划问题的整数约束放宽为实数约束，得到一个线性规划问题。
然后通过求解线性规划问题的松弛解，并将松弛解的整数部分作为整数规划问题的一个近似解。
2. 近似局部搜索算法（Approximate Local Search）
近似局部搜索算法通过在整数规划问题的解空间中进行局部搜索，
通过一系列的改进和优化策略来逐步提高解的质量。
该算法在每一步
都根据某种准则选择当前最优解，并通过局部搜索来寻找局部最优解。
然后，通过重复进行局部搜索和改进操作，逐渐向全局最优解靠近。
3. 启发式算法（Heuristic Algorithm）
启发式算法是一种基于经验和直觉的算法，通过在可行解空间中搜
索一组近似解，并根据某种评价准则选择最优解。
在解决整数规划问
题时，启发式算法通过寻找有效的近似解，来替代寻找准确解，从而
节省计算资源和时间。
三、近似算法的应用案例
近似算法在实际问题中有广泛的应用，下面以物流配送问题为例，
介绍近似算法的应用。
假设某物流公司需要将一批货物从仓库分配到多个客户，其中仓库
和客户的位置已知，货物的需求和供应量也已知。
目标是找到一种最
优的配送方案，使得总配送距离最短。
针对这个问题，可以使用整数规划模型进行建模，并通过近似算法
来寻找最优解。
其中线性松弛算法可以将整数规划问题转化为线性规
划问题，通过求解线性规划问题得到最短配送距离，即为近似最优解。
另外，近似局部搜索算法和启发式算法也可以在该问题中应用。
近
似局部搜索算法通过多次局部搜索来逐渐改进配送方案，从而得到接
近最优解的近似解。
而启发式算法则可以通过启发式规则和策略，快
速搜索整数规划问题的解空间，并找到较好的近似解。
四、近似算法的优缺点
近似算法作为解决整数规划问题的方法，具有以下优点和缺点。
优点：
1. 近似算法相对于准确解算法，具有更高的计算效率和较低的计算
复杂度；
2. 近似算法的实现相对简单，可以通过调整参数或改进算法来优化
解的质量；
3. 近似算法通常能够在合理的时间内找到较接近最优解的近似解。
缺点：
1. 近似算法得到的解通常只是问题的近似最优解，并不能保证得到
问题的准确最优解；
2. 近似算法在解决某些特定问题时，可能会受到问题的特性和解决
方法的影响；
3. 近似算法需要合理的参数选择和启发式规则，否则可能会得到较
差的近似解。
综上所述，近似算法在解决整数规划问题中具有重要的作用。
通过
合适的近似算法，可以在可接受的计算时间内找到问题的近似最优解，从而在实际应用中发挥重要的作用。
未来随着计算机技术的不断发展
和近似算法的改进，相信近似算法在整数规划问题中将会有更广泛的应用。