第00章绪论-运筹学

组织 联合航空公司
Citgo 石油 荷马特发展公司
AT&T 标准品牌公司
施乐公司 宝洁公司 法国国家铁路 Delta 航空公司
应用
Interfaces 期刊号
满 足 乘客 需 求前 提下 , 以最 低成 本 进行 订票 及 安 排 机场工作班次
1-2/1986
优化炼油程序及产品供应、配送及营销
1-2/1987
Merit 青铜制品公司
安装统计销售预测和成品库存管理系统，改进客户 服务
1-2/2000 1-2/1993
第一年 7.5 亿
更优的服务
1.2 运筹学的模型
• 三种基本形式：形象模型、模拟模型、符号或数学模型 • 构模的方法和思路
– 直接分析法、类比法、数据分析法、实验分析法、构想法 • 模型的一般数学表现形式
秘密备忘录中的纳尔森（Nelson）秘诀： 预期参加战斗的英国舰队：40艘。法国—西班牙联合舰队：46艘。预计联合舰队战斗队形 一字横列。 英国舰队的战斗队形与任务：分成两个主纵列及一个小纵列。 主纵列1：16艘，由纳尔森亲自指挥，拦腰将法国——西班牙联合舰队切为两段，并攻击联 合舰队的中间部分。 主纵列2：16艘，由英国海军中将科林伍德指挥，从联合舰队后半部再切断，分割并攻击后 部12艘。 小纵列：8艘，在中心部分附近攻击其先头部分的3-4艘。
优化商业区和办公楼销售程序
1-2/1987
优化商业用户的电话销售中心选址
1-2/1990
控制成品库存（制定最优再订购点和订购量，确保 安全库存） 通过战略调整，缩短维修机器的反应时间和改进维 修人员的生产率
重新设计北美生产和分销系统以降低成本并加快了 市场进入速度
12/1981 11/1975 1-2/1997
1805年10月21日，这场海上大战爆发了。英国是纳尔森亲自统帅的地中海舰队，由 27艘战舰组成；另外一方是由费伦纽夫（Villenuve）率领的法国——西班牙联合舰队， 共有33艘战舰。
海战结果：法国——西班牙联合舰队以惨败告终：联合舰队司令费伦纽夫连同12艘 战舰被俘，8艘沉没，仅13艘逃走，人员伤亡7000人。而英国战舰没有沉没，人员伤亡 1663人，但是，作为统帅的纳尔森阵亡。
英国要求，美国派MORSE率领一个小组去协助。MORSE经过多方实地考察，最后提 出了两条重要建议：
1.将反潜攻击由反潜潜艇投掷水雷，改为飞机投掷深水炸弹。起爆深度由100米左 右改为25米左右。即当潜艇刚下潜时攻击效果最佳。(提高效率4-7倍)
2.运送物资的船队及护航舰队编队，由小规模多批次，改为加大规模、减少批次， 这样，损失率将减少。（25%下降到10%） 丘吉尔采纳了MORSE的建议，最终成功地打破封锁，并重创了德国潜艇。MORSE同 时获得英国和美国的最高勋章。
齐王 田忌
上 中 下
上
(-1,1) (-1,1) (-1,1)
中
(1,-1) (-1,1) (-1,1)
下
(1,-1) (1,-1) (-1,1)
• 这样搭配起来就有 36种对赛的格局。其中齐王赢三千金的格局有 6 种，赢一 千金的格局有 24 种，只有 6 种才反输一千金。因此，从总的来看，田忌输 的概率为六分之五。赢的概率只有六分之一。
★大西洋反潜战（1942年）
1942年，美国大西洋舰队反潜战官员W.D.BAKER舰长请求成立反潜战运筹组，麻省 理工学院的物理学家P.W.MORSE被请来担任计划与监督。
MORSE 出色的工作之一，是协助英国打破了德国对英吉利海峡的封锁。1941-1942 年，德国潜艇严密封锁了英吉利海峡，企图切断英国的“生命线”。海军几次反封锁，均不 成功。
劳动力
设备
原材料 单位产品利润／（元
／单位ຫໍສະໝຸດ Baidu量）
产品A 1小时／单位产量 2工时／单位产量 １公斤／单位产量
4
产品B 1工时／单位产量 2工时／单位产量 １公斤／单位产量
5
资源限额 45工时 80工时 90公斤
１.如何用数学的方法描述此类生产规划问题？ ２.总利润如何描述？ ３.影响决策的因素有哪些？
运筹学
讲授：毕德春
绪论
1.1 运筹学概述
★丁谓修宫
宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中曾记载过这样一个故事：宋真宗大中祥符年间，京城 汴梁（今河南开封市）曾发生一场大火。一夜之间，整个皇宫的楼台殿阁被烧成一片废墟瓦 砾。灾后，真宗皇帝赵恒任命晋国公丁渭为修葺使，主持修复皇宫的工程。朝中大臣莫不认 为这是一项耗资巨大，旷日持久的工程。可是丁渭却欣然承诺。他接受使命后，“患取土远 ”而首先下令挖宫前的大街取土，不几天大街就成了一条宽大的水渠。于是，他下令将汴水 引入这条水渠，用“竹水筏和船”运输建筑材料“入至宫门”。皇宫修复后，又将瓦砾灰壤 填入沟中，“复为街衢”，结果，不仅“省费以万亿计”，而且还大大加快了工程进度。
制定最优铁路时刻表并调整铁路日运营量
1-2/1998
进行上千个国内航线的飞机优化配置来最大化利润 1-2/1994
每年节支 （美元）
600 万
7000 万 4000 万 4.06 亿 更多销售
380 万
生产率提高 50% 以上
2亿
1500 万 更多年收入
1亿
IBM
重组全球供应链，保持最小库存同时满足客户需求
运筹学小组 运筹学研究室 应用运筹学经验交流会议 全国运筹学专业学术会议 全国运筹学专业学术会议 成立中国运筹学学会
运筹学定义
运筹学是以数学为主要技术手段，综合应用经济学、军事学、心理 学、社会学、物理学、化学及工农业生产的一些理论和方法，对实际 问题找出最优的或满意的决策方案的一门边缘性的、综合性的应用科 学。
1.４运筹学分支
• 线性规划 • 整数线性规划 • 图与网络分析 • 存贮模型 • 排队论
• 对策论 • 排序与统筹方法 • 决策论 • 动态规划 • 预测
学习运筹学:
▪注重于学以致用的原则 ▪结合实际问题建立运筹学模型 ▪解决问题的方案或模型的解
例：人员安排问题
医院护士24小时值班，每次值班8小时。不同时段需要的护士人数不等。据 统计：
序号
时段
最少人数
1
06—10
60
2
10—14
70
3
14—18
60
4
18—22
50
5
22—02
20
6
02—06
30
目标函数：min Z=x1+x2+x3+x4+x5+x6 约束条件： x1+x2 ≥70
x2+x3 ≥60 x3+x4 ≥50 x4+x5 ≥20 x5+x6 ≥30 非负性约束：xj ≥0,j=1,2,…6
1.2 运筹学的模型
目标是使产品销售的总利润最大：
z=4x1+5x2
影响决策的因素有哪些：
x1+x2≤45 2x1+x2 ≤80 x1+3x2 ≤90 x1 ≥ 0,x2 ≥ 0
1.2 运筹学的模型
Max z=4x1+5x2
x1+x2≤45
St.
2x1+x2 ≤80
x1+3x2 ≤90
x1 ≥ 0,x2 ≥ 0
– 评价准则 U=f(xi,yi,§k) – 约束条件 g( xi,yi,§k) ≥0 – 其中xi为可控变量， yi为已知参数， §k为随机因素
1.2 运筹学的模型
某工厂生产经理正面临如何安排生产A、B两种产品的问题。已知产品A、B都是热销 产品。生产单位产品的利润与所需的劳动力、设备台时及原材料的消耗，如下表所示。如 果你是该工厂的生产经理，你将如何安排以使得该厂获利最大？
田忌在好友、著名的军事谋略家孙膑的指导下，以以下安排：
齐王 上
中
下
田忌 下
上
中
最终净胜一局，赢得1000金。
★特拉法加尔（Trafalgar）海战和纳尔森（Nelson）秘诀
19世纪中叶，法国拿破伦统帅大军要与英国争夺海上霸主地位，而实施这一战略的最 主要的关键是消灭英国的舰队。英国海军统帅、海军中将纳尔森亲自制定了周密的战术方 案。
50元/张
3小时/把 1小时/把 30元/把
可供量 120小时/月
50小时/月
问该厂如何安排生产才能使每月销售收入最大? 解：1.确定决策变量： 设 x1为桌子生产量, x2为椅子生产量 2.确定目标函数： max. z=50x1+30x2 3.确定约束方程： 木工约束： 4x1+3x2≤ 120 油漆工约束： 2x1+x2≤ 50
英国舰队： 主 纵 列2 （16 艘）
（12 艘）
主
小
纵
纵
列1 列
（16 艘） （8 艘）
（3-4 艘）
联合舰队
（23 艘）
（46 艘）
用兰彻斯特N2定律可以对“纳尔森（Nelson）秘诀”进行分析： 设双方单个战斗单位的战斗力相同，则有：
英国舰队：402=1600 联合舰队：462=2116 此时联合舰队占优势，设想联合舰队全歼英国舰队后，联合舰队还有5161/2=23艘。 将联合舰队拦腰切断，23+23=46，是将联合舰队实力减弱的最小分割法。此时，联 合舰队的实力为：232+232=1058 而英国舰队的实力为：（16+16）2+82=1088，已略占有优势。 在英国舰队两个主纵列共32艘，攻击联合舰队的后一半23艘，此时， 英国舰队实力：（16+16）2=322=1064 联合舰队的实力为：232 =529 英国舰队已占有优势。在全歼联合舰队后部后，英国舰队两个主纵列还可以保留： （1064-529）1/2 =5161/2=23艘，再与小纵列中舰队联合对联合舰队前部作战还占 有优势。即在最坏情况下，“纳尔森（Nelson）秘诀”也可以使英国舰队获得胜利。
运筹学（Operational Research）
怎样把事情做到最好
“夫运筹帷幄之中，决胜于千里之外”
史记《张良传》
运筹学在管理中的应用:
•生产计划：生产作业的计划、日程表的编排、合理下料、配料问题、物 料管理等，追求利润最大化和成本最小化。 •库存管理：多种物资库存量的管理，库存方式、库存量等 •运输问题：确定最小成本的运输线路、物资的调拨、运输工具的调度以 及建厂地址的选择等。 •人事管理：对人员的需求和使用的预测，确定人员编制、人员合理分配， 建立人才评价体系等。 •市场营销：广告预算、媒介选择、定价、产品开发与销售计划制定等 •财务会计：预测、贷款、成本分析、定价、证券管理、现金管理等。
★田忌赛马
战国时期齐威王常邀武臣田忌赛马赌金，双方约定每方出上马、中马、下马 各一匹各赛一局，每局赌注是黄金一千两。
由于田忌的马比齐王同等级的马都要略逊一筹，而在头一轮的比赛中，双方 都是用同等级的马进行对抗，所以齐王很快赢了全部三场，得到了三千两黄 金。
• 田忌的军师孙膑得知后，进行了分析：齐王和田忌出马的对策各有六种，假 设胜者表示 1，负者表示-1 分，胜负按照(田忌,齐王)方式表示，则有
1.3 运筹学的工作步骤
• 提出问题 • 建立模型 • 设计算法 • 整理数据 • 求解模型 • 评价结果
提出问题 建立模型 设计算法
整理数据 求解模型 评价结果
Yes 简化？
No
No 满意？
例：一个最大化问题
某家具厂生产桌子和椅子两种家具，有关资料如下表：
木工 油漆工 售价
桌子
椅子
4小时/张
2小时/张
运筹学发展三阶段：
•创建时期（45年至50年代初）
1948年 1948年 1950年 1952年 1947年 50年代初
英国成立“运筹学”俱乐部 麻省理工学院 介绍运筹学 伯明翰大学开设运筹学课程 卡斯大学 设立运筹学硕士和博士学位 丹捷格 提出单纯形法 计算机求解线性规划获得成功
•成长时期（50年代初至50年代末）
多个国家成立运筹学会，多种运筹学刊物问世 1957年 在牛津大学召开第一次国际运筹学会议 1959年 成立国际运筹学联合会
•迅速发展时期（60年代以来）
运筹学进一步分为各个分支，更多运筹学出版物 运筹学课程纳入教学计划
我国运筹学发展历程：
•1956年 •1958年 •1960年 •1962年 •1978年 •1980年