优化建模练习题解答

例1 (任务分配问题)某车间有屮、乙两台机床，可用于加工三种工件。假定这两台车床的可用台时数分别为800和900,三种工件的数量分别为400、600和500,且已知用不同车床加工单位数量不同工件所需的台时数和加工费用如下表。问怎样分配车床的加工任务，才能既满足加工工件的要求，乂使加工费用最低？

解：设在甲车床上加工工件1、2、3的数量分别为在乙车床上加工工件1、2、3

的数量分别为七，召,心。建立以下线性规划模型：

nin z = 13斗 + 9x2 + 10x3 + llx4 + 12x5 + 8x6

x{ + x4 = 400

x2 + x5 = 600

+ x6 = 500

0.4Xj +1」兀+x3 <800 0.5X4+l.2x s + 1.3X6 < 900

兀n0J = 12 …,6

例2某厂每日8小时的产量不低于1800件。为了进行质量控制，计划聘请两种不同水平的检验员。一级检验员的标准为：速度25件/小时，正确率98眾计时工资4元/小时；二级检验员的标准为：速度15件/小时，正确率95%, II-时工资3元/小时。检验员每错检一次，工厂要损失2元。为使总检验费用最省，该工厂应聘一级、二级检验员各儿名？解：设需要一级和二级检验员的人数分别为州宀人,则应付检验员的工资为:

8x4xx t +8X3XX2 =32召 + 24 x2

因检验员错检而造成的损失为：

(8x25x2% XX] +8x15 x5%xx2)x2 = 8x)+12x2

故LI标函数为：

nin z = (32X] +24x?) + (8X] +12吃)=40“ +36x2

约束条件为：

8x25xx t +8xl5xx2 > 1800

8x25xx, <1800

8X15XX2 S1800

%! >0,x2 > 0

线性规划模型:

min z = 40X] + 36x2

5X[ + 3X 2 > 45 x. <9 s.t.

x 2

Xi > 0,x 2 > 0

例3投资问题

某单位有一批资金用于四个工程项□的投资，用于各工程项口时所得到得净收益(投入 资金的白分比)如下表所示：

由于某种原因，决定用于项LI A 的投资不大于其它各项投资之和；而用于项UB 和C 的 投资要大于项目D 的投资。试确定使该单位收益最大的投资分配方案。

解：用羽宀宀，兀分别代表用于项SJA 、B 、C 和D 的投资百分数，由于各项目的投资百分数

之和必须等于100%,所以x }+x 2+x 3+x 4=\ 9 据题意，可以建立下面的数学模型：

max z =0.15召 + O.lx 2 + (LOS® + 0.

12X 4

.V|

< x 2 +x % > x 4

X, + x 2+ x 3 + A 4 = 1

4 > 0,

例4裁料问题

在某建筑工程施工中需要制作10000套钢筋，每套钢筋111 2. 9m. 2・lm 和l ・5m 三种不同 长度的钢筋各一根组成，它们的直径和材质相同。LI 前在市场上采购到的同类钢筋的长度每 根均为7. 4m,问应购进多少根7.4m 长的钢筋才能满足工程的需要？

解：首先分析共有多少种不同的套裁方法，该问题的可能材料方案如表所示。

设以“（匸1, 2, 8）表示按笫i 种裁料方案下料的原材料数量，则可得该问题的数学模型

为:

niii z = x x + x 2 + x 3 + x 4 + x 5 + x 6 + x y +

2xj + x2 + + x4 > 10000

2X2+ X3+3X5+2X6 + x7 > 10000 s』.<

X] + 勺 + 3X4+2X6+3x? + 4x g > 10000

X； > 0,整数

例5工作人员计划安排问题

某昼夜服务的公共交通系统每天各时间段（每4小时为一个时间段）所需的值班人数如表所示，这些值班人员在某一时段开始上班后要连续工作8个小时（包括轮流用膳时间），问该公交系统至少需要多少名工作人员才能满足值班的需要？

解：设A; （/=1, 2, 6）为第：个时段开始上班的人员数，据题意建立下面的数学模型:

nin z = £ + Ji? + X3 + X4 + X5 + 兀6

x6 + Xj = 60

X] + 尤2 = 70

x2 + x3 = 60

s』・]勺+ x4 = 50

x4 + x5 = 20

例6 厂址选择问题

考虑A、B、C三地，每地都出产一定数量的原料，也消耗一定数量的产品（见表9-15） o 已知制成每吨产品需3吨原料，各地之间的距离为：A-B： 150km, A-C： 100km, B-C： 200km。假定每万吨原料运输lkm的运价是5000元，每万吨产品运输lkm的运价是6000元。由于地区条件的差异，在不同地点设厂的生产费用也不同。问究竟在哪些地方设厂，规模多大，才能使总费用最小？另外，由于其它条件限制，在B处建厂的规模（生产的产品数量）不能超过5万吨。

表A、B、C三地出产原料、消耗产品情况表

C240100

解：令心为山i地运到J地的原料数量（万吨），y”为山i地运往丿•地的产品数量（万吨），。•二1,2, 3 （分别对应A、B、C三地）。根据题意，可以建立问题的数学模型（其中目标函数包括原材料运输费、产品运输费和生产费）：

min z=75X12 + 50x B + 75x21 + 1 OOx23 + 50x3l +1 OOx32

+150〉、］ + 240V12 + 210y21 +120）® +160y31 + 220y32

“2 + 册3 + 3戸i + 3y12 - x21一x31 < 20

勺1 + 勺3 + 3〉‘2I + 3）‘22 一“2 一< 1 6

X31 + X32 + 3）5 + 3力2 —坷3 — X23 < 24

sJ.

y2i + $22 s 5

>'11 + >'2! +>*31 =7

丿12 +）‘22 +『32 =13

例7生产计划的最优化问题

某工厂生产A和B两种产品，它们需要经过三种设备的加工，其工时如表9-16所示。设备一、二和三每天可使用的时间分别不超过12、10和8小时。产品A和B的利润随市场的需求有所波动，如果预测未来某个时期内A和B的利润分别为4和3千元/吨，问在那个时期内，每天应安排产品A、B各多少吨，才能使工厂获利最大？

产品设备一设备二设备三

A （小时/吨）334

B （小时/吨）432

设备每天最多可工作

12108

时数（小时）

解：设每天应安排生产产品A和B分别为小吨和七吨，山题意建立下面的数学模型:

nnx z = 4%| + 3X2

3x, + 4X2 S 12

3“ + 3X2 < 10

4X| + 2X2 < 8