数学建模期中作业
数学建模作业
题目在5.6节人口预测和控制模型中,总和出育率)(t β和生育模式),(t r h 是两种控制人口增长的手段。
试说明我国目前的人口政策,如提倡一对夫妇只生一个孩子、晚婚晚育,以及生育第二胎的一些规定,可以怎样通过这两种手段加以实施。
摘 要针对中国人口的实际特点,建立人口分布函数。
收集数据得到中国人口随年份变化的增长率,解决中国人口中短期和长期的人口预测与控制问题。
首先,将人口的预测问题转化为对出生率的预测,通过对数据的分析研究,发现影响人口增长的主要因素可归结为出生率及生育模式的变化,并依次建立不同参数随时间变化的递推数学模型从而讨论各个参数对人口增长的影响。
利用Gamma 函数拟合死亡率对年龄的分布,建立人口分布函数模型,由于概率分布是相对稳定的。
所以对人口预测而言其结果具有可控性,由此可以为我国的计划生育政策作出贡献。
关键词:人口控制;人口分布函数;生育模式一、问题重述在5.6节人口预测和控制模型中,总和出育率)(t β和生育模式),(t r h 是两种控制人口增长的手段。
试说明我国目前的人口政策,如提倡一对夫妇只生一个孩子、晚婚晚育,以及生育第二胎的一些规定,可以怎样通过这两种手段加以实施。
二、问题分析据了解,我国人口总数占世界人口总数的22%,居世界第一,虽然在二十世纪八十年代就已经开始控制人口,但人口增长的脚步依然没有停下,人口老年化问题也越来越严重,所以现在开始提倡一对夫妻只能生一个孩子、晚婚晚育以及定下了一些关于第二胎的政策。
所以,考虑用微分方程中生育率和生育模式来求解问题。
三、模型假设1.时刻t 年龄小于r 的人口2.在社会安定的局面下和不太长的时间里,死亡率大致与时间无关3.无重大天灾人祸,死亡率出生率大致与时间无关。
4.人口统计数据不存在大的误差。
四、符号说明1.人口分布函数记作),(t r F ;2.婴儿的出生率记为)(),0(t f t p =;3.时刻t 、年龄r 的人的死亡率记为),(t r μ;4.dr t r p t r ),(),(μ表示时刻t 年龄在[]dr r r +,内单位时间的死亡人数;5.)(0r p 是人口调查得到的已知函数;6.婴儿的出生率记为)(t f ;五、模型建立由问题假设我们可以得到各个年龄段的人口数,即人口分布函数为: ds t s p t r F r⎰=0),(),(由于在社会安定的局面下和不太长的时间里,死亡率大致与时间无关,于是可近似的假设)(),(r t r μμ=因为)(0r p 与)(r μ可由人口统计数据得到,所以),(t r μ可由)0,(r μ粗略估计,为了预测和控制人口的发展状况,我们需要关注和可以用作控制的就是婴儿的出生率)(t f ,因此我们主要通过讨论)(t f 来研究人口的研究与控制。
数学建模期中考试题目
A题血管的三维重建断面可用于了解生物组织、器官等的形态。
例如,将样本染色后切成厚约1μm的切片,在显微镜下观察该横断面的组织形态结构。
如果用切片机连续不断地将样本切成数十、成百的平行切片,可依次逐片观察。
根据拍照并采样得到的平行切片数字图象,运用计算机可重建组织、器官等准确的三维形态。
假设某些血管可视为一类特殊的管道,该管道的表面是由球心沿着某一曲线(称为中轴线)的球滚动包络而成。
例如圆柱就是这样一种管道,其中轴线为直线,由半径固定的球滚动包络形成。
现有某管道的相继100张平行切片图象,记录了管道与切片的交。
图象文件名依次为0.bmp、1.bmp、…、 99.bmp,格式均为BMP,宽、高均为512个象素(pixel)。
为简化起见,假设:管道中轴线与每张切片有且只有一个交点;球半径固定;切片间距以及图象象素的尺寸均为1。
取坐标系的Z轴垂直于切片,第1张切片为平面Z=0,第100张切片为平面Z=99。
Z=z切片图象中象素的坐标依它们在文件中出现的前后次序为(-256,-256,z),(-256,-255,z),…(-256,255,z),(-255,-256,z),(-255,-255,z),…(-255,255,z),……( 255,-256,z),( 255,-255,z),…(255,255,z)。
试计算管道的中轴线与半径,给出具体的算法,并绘制中轴线在XY、YZ、ZX平面的投影图。
第2页是100张平行切片图象中的6张,全部图象请从网上()下载。
关于BMP图象格式可参考:1. 《Visual C++数字图象处理》第12页2.3.1节。
何斌等编著,人民邮电出版社,2001年4月。
2. /home/mxr/gfx/2d/BMP.txtB题露天矿生产的车辆安排钢铁工业是国家工业的基础之一,铁矿是钢铁工业的主要原料基地。
许多现代化铁矿是露天开采的,它的生产主要是由电动铲车(以下简称电铲)装车、电动轮自卸卡车(以下简称卡车)运输来完成。
经济数学建模作业及答案
2、如果连续复利时,以什么利率才能使本金在8年内变成3倍?1、在每半年复利一次的情况下,以8%的利率,需要经过多长时间才能使现值增到2.5倍?3、连续收益流量每年按80万元持续5年,若以年利率5%贴现,其现值应是多少?T=11.68年r=13.73%55%00S 80353.92t e dt -==⎰8003S S re =4、某汽车使用寿命为10年,若购买此车需35000元,若租用此车每年租金为7200元,若资金的年利率为14%,按连续复利计算,问买车与租车哪一种方式合算。
计算租车资金流量总值的现值,然后与购买费相比。
租车租金流量总值的现值为所以买车比租车合算。
002.5S S +=2T0.08(1)2101014141172003875635000i i i i i S e e -%-%==≈>=∑∑5、一商家销售某种商品的价格满足关系x p 2.07-=(万元/吨),x 为销售量(单位:吨);商品的成本函数是C =3x +1(万元)。
(1) 若每销售一吨商品,政府要征税t (万元),求该商家获最大利润时商品的销售量;(2) t 为何值时,政府税收总额最大。
6、已知某企业生产的商品的需求弹性为1.2,如果该企业准备明年将价格降低15%,问这种商品的销量预期会增长多少?总收益会增长多少?2'5(2) 10 0 22T tx t t T t ==-=⇒=R18%,3%R Q Q∆∆==令2(70.2)31(4)0.21Px C Tx x x tx t x x --=----=---'''5()0,()0102L x L x x t=<⇒=-(1)利润L(x)=7、某消费者打算购买两种商品q 1和q 2,他的预算约束是240元,两种商品的单价分别是10元和2元,其效用函数为U=q 1q 2,消费者的最优商品组合是什么?一元钱的边际效用是多少?8、效用函数U (q 1,q 2) 应满足的条件是以下的A,B 之一:A. U (q 1,q 2) =c 所确定的函数q 2=q 2(q 1)单调减、下凸;0,0,0,0,0.B 21222221221>∂∂∂<∂∂<∂∂>∂∂>∂∂q q Uq U q U q U q U AB ⇒证明:对U (q ,q 2) =c 两端求q 1的一阶导和二阶导12102240q q +=1212MU MU P P =1212,60q q ==解建立方程组得解出一元钱边际效用为610、在确定性存贮模型中,在费用中增加购买货物本身的费用,确定不允许缺货的最优订货周期和订货批量。
数学建模期中
数学建模期中测验人行走时作的功是抬高人体重心所需势能和两腿运动所需动能之和。
试建立模型讨论在作功最小的准则下每秒走几步最合适(匀速行走)。
(1)、设腿长l ,步长s ,证明人体重心在行走时升高2/8()s l s l δ≈<。
(2)、将腿看成均匀直杆,行走看作腿绕腰部的转动。
设腿的质量为m ,行走速度为v ,证明单位时间所需的动能为2/6mv s 。
(3)、设人体质量为M ,证明在速度v 一定时每秒行走mlMg n 43=步作功最小。
实际上,4,1M l m m≈≈,分析这个结果合理吗?(4)、将(2)的假设修改为:腿的质量集中在脚部,行走看作脚的直线运动。
证明结果应为n =。
分析这个结果是否合理。
模型假设:(1)匀速行走(2)将腿视为均匀直杆,行走看作腿绕腰部的转动 (3)人的腿长应大于行走时的步长。
符号说明:(1)设腿长l ,步长s (s<l ):(2)人行走时人体重心升高δ,腿的质量m ,行走速度v; (3)人体质量M ,每秒行走步n 。
模型建立如图,通过近似图形分析和直角三角形性质易知人重心在行走时升高。
所以,动能增加的同时重力势能也会增加。
由此,可以对问题进行求解。
模型求解:(1)、设人体重心升高为δ,则可得到:()212241cos lsl l l l --=-=θδ当/s l 较小时,则可以得到:ls82≈δ(2)、将腿看作均匀直杆,行走看作腿绕腰部的转动设腿的质量为m ,行走速度为v 则脚部角速度w /v l = 单位时间的步数w = v /s 腿的转动惯量为: 2213l m I xdx ml l==⎰所以,单位时间行走所需的动能为: 32126e v m v W Iwss==(3)、由第(1)问证明的ls82≈δ,则可知:单位时间内使身体重心升高所作的功即重力势能,所以重心升高做的功为lMgsv sv Mg W 8==δδ所以单位时间内所走的总功为:lM g s v smv W W W e 863+=+=δ将 sv n =代入,可得:)186(2nlMg n m vW ⨯+⨯=于是当v 一定时,mlMg n 43=可使W 最小设M m≈4,1l =m 代入上式得:n = 5~6一般情况下,人的步行速度不可能每秒五步,所以这个结果不合理。
数学建模作业题+答案
数学建模MATLAB 语言及应用上机作业11. 在matlab 中建立一个矩阵135792468101234501234A ⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥-----⎢⎥⎣⎦答案:A = [1,3,5,7,9;2,4,6,8,10;-1,-2,-3,-4,-5;0,1,2,3,4]2. 试着利用matlab 求解出下列方程的解(线性代数22页例14)123412423412342583692254760x x x x x x x x x x x x x x +-+=⎧⎪--=⎪⎨-+=-⎪⎪+-+=⎩ 答案:A=[2 ,1,-5,1;1,-3,0,-6;0,2,-1,2;1,4,-7,6]; B=[8;9;-5;0]; X=A\B 或A=[2,1,-5,1;1,-3,0,-6;0,2,-1,2;1,4,-7,6] b=[8,9,-5,0]' X=inv(A)*b3. 生成一个5阶服从标准正态分布的随机方阵,并计算出其行列式的值,逆矩阵以及转置矩阵。
答案:A=randn(5) det(A) inv(A) A'4. 利用matlab 求解出110430002A -⎡⎤⎢⎥=-⎢⎥⎢⎥⎣⎦的特征值和特征向量。
答案:A=[-1,1,0;-4,3,0;0,0,2] [V,D]=eig(A)5.画出衰减振荡曲线3sin3t y et -=在[0,4]π上的图像。
要求,画线颜色调整为黑色,画布底面为白色。
(在实际中,很多打印机时黑白的,因此大多数作图要考虑黑白打印机的效果。
) 给出恰当的x ,y 坐标轴标题,图像x 轴的最大值为4π。
6. 生成一个0-1分布的具有10个元素的随机向量,试着编写程序挑选出向量中大于0.5的元素。
数学建模和Matlab 上机作业2(2016-9-20)跟老师做(不用整合进作业中):上机演示讲解:函数,递归的两个例子的写法。
附:1. Fibonacci Sequence (斐波那契数列)在数学上,费波那西数列是以递归的方法来定义: F1= 1;F2= 1;F (n )=F (n-1)+F (n-2) 2. 阶乘举例:数学描述:n!=1×2×……×n ;计算机描述:n!=n*(n-1)!自己做(需要整合进作业中,提交到系统中):1. 写一个m 文件完成分值百分制到5分制的转换(即输入一个百分制,转换后输出一个5级对应的得分,联系条件控制语句)。
数学建模作业(1)
数学建模作业(1)
数模
数模
1.学校共学校共1000名学生,235人住在宿名学生,人住在A宿名学生人住在人住B宿舍人住在C宿舍舍,333人住宿舍,432人住在宿舍人住宿舍,人住在宿舍.学生们要组织一个10人的委员会人的委员会,学生们要组织一个人的委员会,试用下列办法分配各宿舍的委员数:列办法分配各宿舍的委员数:(1)按比例分配取整数的名额后,剩下的名按比例分配取整数的名额后,按比例分配取整数的名额后额按惯例分给小数部分较大者。
额按惯例分给小数部分较大者。
(2)用Q值方法。
值方法。
用值方法
数模
如果委员会从10人增至人如果委员会从人增至15人,用以上人增至2种方法再分配名额。
将2种方法两次分配种方法再分配名额。
种方法再分配名额种方法两次分配的结果列表比较。
的结果列表比较。
(3)你能提出其它的方法吗?用你的方你能提出其它的方法吗?你能提出其它的方法吗法分配上面的名额。
法分配上面的名额。
数模
2.考察模拟水下爆炸的比例模型.爆炸物质量m,在距爆炸点距离r处设置仪器,接收到的冲击波压强为p,记大气初始压强p0,水的密度ρ,水的体积弹性模量k,用量纲分析法已经得到
p0ρrp=p0(,)km3
数模
设模拟实验与现场的p0,ρ,k相同,而爆炸物模型的质量为原模型的1/1000.为了使实验中接收到与现场相同的压强p,问实验时应如何设置接收冲击波的仪器,即求实验仪器与爆炸点之间的距离是现场的多少倍?
p0,ρ,k。
数学建模期中
姓名:李春学号:201201050117《数学模型》期中作业利用层次分析法解决买手机方法的选择:一:层次结构图二、各层元素相对上一层元素的权重,求出各方案的总权重:1. 功能:价格= 2 : 3功能:A : B : C=1 :3 : 2价格:A : B : C=3:1:1W A=2/5×1/6+3/5×3/5=2/30+9/25=160/375W B=2/5×1/2+3/5×1/5=120/375W C=2/5×1/3+3/5×1/5=95/375因此,根据功能和价格时去Lenovo为最优方案。
2. 功能:外观= 1 : 3功能:A : B : C = 1 : 3 : 2外观:A : B : C = 2 : 2 : 1W A=1/4×1/6+3/4×2/5=82/240W B=1/4×3/6+3/4×2/5=102/240W C=1/4×2/6+3/4×1/5=56/240因此,根据功能和价格时去Oppo为最优方案。
3. 功能:品牌= 3 : 2功能:A:B:C=1:3:2品牌:A:B:C=1:2:3W A=3/5×1/6+2/5×1/6=3/30+2/30=5/30W B=3/5×3/6+2/5×2/6=9/30+4/30=13/30W C=3/5×2/6+2/5×3/6=6/30+6/30=12/30因此,根据功能和品牌时去Oppo为最优方案。
4、价格:外观= 1 : 1价格:A :B:C = 3 : 1 : 1外观:A:B:C = 2 : 2 : 1W A=1/3×3/5+2/3×2/5=3/15+4/15=7/15W B=1/3×1/5+2/3×2/5=1/15+4/15=5/15W C=1/3×1/5+2/3×1/5=1/15+2/15=3/15因此,根据价格和外观时去Lenovo为最优方案。
数学建模作业及答案
数学建模作业姓名:叶勃学号:班级:024121一:层次分析法1、 分别用和法、根法、特征根法编程求判断矩阵1261/2141/61/41A ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦11/2433217551/41/711/21/31/31/52111/31/5311A ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦的特征根和特征向量(1)冪法求该矩阵的特征根和特征向量 程序为:#include<iostream> #include<math.h> using namespace std;#define n 3 //三阶矩阵#define N 20 #define err 0.0001 //幂法求特征值特征向量 void main(){cout<<"**********幂法求矩阵最大特征值及特征向量***********"<<endl; int i,j,k;double A[n][n],X[n],u,y[n],max;cout<<"请输入矩阵:\n"; for(i=0;i<n;i++) for(j=0;j<n;j++)cin>>A[i][j]; //输入矩阵 cout<<"请输入初始向量:\n"; for(i=0;i<n;i++)cin>>X[i]; //输入初始向量 k=1; u=0;while(1){ max=X[0]; for(i=0;i<n;i++) {if(max<X[i]) max=X[i]; //选择最大值 }for(i=0;i<n;i++)y[i]=X[i]/max; for(i=0;i<n;i++)X[i]=0;for(j=0;j<n;j++)X[i]+=A[i][j]*y[j]; //矩阵相乘}if(fabs(max-u)<err){cout<<"A的特征值是 :"<<endl; cout<<max<<endl; cout<<"A的特征向量为:"<<endl; for(i=0;i<n;i++) cout<<X[i]/(X[0]+X[1]+X[2])<<" ";cout<<endl;break;}else{if(k<N) {k=k+1;u=max;} else {cout<<"运行错误\n";break;}}} }程序结果为:(2)和法求矩阵最大特征值及特征向量程序为:#include<stdio.h>#include<iostream>#include<math.h> using namespace std;#define n 3 //三阶矩阵#define N 20void main(){int i,j,k;double A[n][n],w[n],M[n],u[n],W[n][n],max;cout<<"********和法求矩阵的特征根及特征向量*******"<<endl;cout<<"请输入矩阵:\n";for(i=0;i<n;i++)for(j=0;j<n;j++)cin>>A[i][j]; //输入矩阵 //计算每一列的元素和M[0]=0;M[1]=0;M[2]=0;for(i=0;i<n;i++)for(j=0;j<n;j++){M[i]+=A[j][i];}//将每一列向量归一化for(i=0;i<n;i++)for(j=0;j<n;j++){W[j][i]=A[j][i]/M[i];}//输出按列归一化之后的矩阵Wcout<<"按列归一化后的矩阵为:"<<endl;for(i=0;i<n;i++)for(j=0;j<n;j++){cout<<W[i][j]<<" ";if(j==2)cout<<endl;} //求特征向量w[0]=0;w[1]=0;w[2]=0;for(i=0;i<n;i++)for(j=0;j<n;j++){w[i]+=W[i][j];}cout<<"特征向量为:"<<endl; for(i=0;i<n;i++){u[i]=w[i]/(w[0]+w[1]+w[2]);cout<<u[i]<<" "<<endl;}//求最大特征值max=0;for(i=0;i<n;i++){w[i] = 0;for(j=0;j<n;j++){w[i] += A[i][j]*u[j];}}for(i = 0;i < n;i++){max += w[i]/u[i];}cout<<"最大特征根为:"<<endl;cout<<max/n<<endl; }运行结果为:(3)根法求矩阵最大特征值及特征向量:程序为:#include<stdio.h>#include<iostream>#include<math.h>using namespace std;#define n 3 //三阶矩阵#define N 20void main(){int i,j;double A[n][n],w[n],M[n],u[n],W[n][n],max;cout<<"********根法求矩阵的特征根及特征向量*******"<<endl; cout<<"请输入矩阵:\n";for(i=0;i<n;i++)for(j=0;j<n;j++)cin>>A[i][j]; //输入矩阵//计算每一列的元素和M[0]=0;M[1]=0;M[2]=0;for(i=0;i<n;i++)for(j=0;j<n;j++){M[i]+=A[j][i];}//将每一列向量归一化for(i=0;i<n;i++)for(j=0;j<n;j++){W[j][i]=A[j][i]/M[i];}//输出按列归一化之后的矩阵Wcout<<"按列归一化后的矩阵为:"<<endl;for(i=0;i<n;i++)for(j=0;j<n;j++){cout<<W[i][j]<<" ";if(j==2)cout<<endl;}//求特征向量//w[0]=A[0][0];w[1]=A[0][1];w[2]=A[0][2];w[0]=1;w[1]=1;w[2]=1;for(i=0;i<n;i++){for(j=0;j<n;j++){w[i]=w[i]*W[i][j];}w[i]=pow(w[i], 1.0/3);}cout<<"特征向量为:"<<endl;for(i=0;i<n;i++){u[i]=w[i]/(w[0]+w[1]+w[2]);cout<<u[i]<<" "<<endl;}//求最大特征值max=0;for(i=0;i<n;i++){w[i] = 0;for(j=0;j<n;j++){w[i] += A[i][j]*u[j];}}for(i = 0;i < n;i++){max += w[i]/u[i];}cout<<"最大特征值为:"<<endl; cout<<max/n;}运行结果为:2、编程验证n阶随机性一致性指标RI:运行结果:3、考虑景色、费用、居住、饮食、旅途五项准则,从桂林、黄山、北戴河三个旅游景点选择最佳的旅游地。
数学建模作业---优化模型
P104页,复习题题目:考虑以下“食谱问题":某学校为学生提供营养套餐,希望以最小的费用来满足学生对基本营养的需求按照营养学家的建设,一个人一天要对蛋白质,维生素A和钙的需求如下:50g蛋白质、4000IU维生素A和1000mg的钙,我们只考虑以不食物构成的食谱:苹果,香蕉,胡萝卜,枣汁和鸡蛋,其营养含量见下表。
制定食谱,确定每种食物的用量,以最小费用满足营养学家建议的营养需求,并考虑:(1)对维生素A的需求增加一个单位时是否需要改变食谱?成本增加多少?如果对蛋白质的需求增加1g呢?如果对钙的需求增加1mg呢?(2)胡萝卜的价格增加Ⅰ角时,是否需要改变食谱?成本增加多少?问题分析:(1)此优化问题的目标是使花费最小.(2)所做的决策是选择各种食物的用量,即用多少苹果,香蕉,胡萝卜,枣汁,鸡蛋来制定食谱。
(3)决策所受限制条件:最少应摄入的蛋白质、维生素和钙的含量(4)设置决策变量:用x1表示苹果的个数、x2表示香蕉的个数、x3表示胡萝卜的个数、x4表示枣汁的杯数量、x5表示鸡蛋的个数(5)x1个苹果花费10·x1角x2个香蕉花费15·x2角x3个胡萝卜花费5·x3角x4杯枣汁花费60·x4角x5个鸡蛋花费8·x5角目标函数为总花费金额:z=10·x1+15·x2+5·x3+60·x4+8·x5 (角)(6)约束条件为:最少摄入蛋白质的含量:0.3x1+1.2x2+0.7x3+3.5x4+5.5x5≥50最少摄入维生素A的含量:73x1+96x2+20253x3+890x4+279x5≥4000最少摄入钙的含量:10x1+15x2+5x3+60x4+8x5≥1000非负约束:x 1,x 2,x 3,x 4,x 5≥0优化模型:minz =10x 1+15x 2+5x 3+60x 4+8x 5s.t. 0.3x 1+1.2x 2+0.7x 3+3.5x 4+5.5x 5≥5073x 1+96x 2+20253x 3+890x 4+279x 5≥4000 9.6x 1+7x 2+19x 3+57x 4+22x 5≥1000 x 1,x 2,x 3,x 4,x 5≥0由线性规划模型的定义,容易得到线性规划的性质:1. 比例性 每个决策变量的对目标函数的“贡献”与该决策变量的取值成正比;每个决策变量对每个约束条件右端项的“贡献”,与该决策变量的取值成正比.2. 可加性 各个决策变量对目标函数的“贡献”,与其他决策变量的取值无关;各个决策变量对每个约束条件右端项的“贡献”,与其他决策变量的取值无关.3. 连续性 每个决策变量的取值是连续的. 考察本题,实际上隐含下面的假设 :1.购买苹果、香蕉、胡萝卜、枣汁、鸡蛋每个(杯)的花费是与各自的用量无关的常数;苹果、香蕉、胡萝卜、枣汁、鸡蛋每个(杯)所包含的蛋白质、维生素、钙的含量是与各自的用量无关的常数.(线性规划性质1—比例性)2.购买苹果、香蕉、胡萝卜、枣汁、鸡蛋每个(杯)的花费是与它们相互间用量无关的常数;苹果、香蕉、胡萝卜、枣汁、鸡蛋每个(杯)所包含的蛋白质、维生素A 、钙的含量是与它们相互间的用量无关的常数. (线性规划性质2—可加性)3. 购买苹果、香蕉、胡萝卜、枣汁、鸡蛋的数量都是实数. (线性规划性质3—连续性) 模型求解:(决策变量是5维的,不适用图解法求解模型)软件求解:线性规划模型:min z=10x1+15x2+5x3+60x4+8x5s.t. 0.3x1+1.2x2+0.7x3+3.5x4+5.5x5≥5073x1+96x2+20253x3+890x4+279x5≥40009.6x1+7x2+19x3+57x4+22x5≥1000x1,x2,x3,x4,x5≥0模型全局最优解:(Global optimal solution)x1=0x2=0x3=49.38272x4=0x5=2.805836z的最优值为269.3603角用LINGO 软件求解,得到如下输出:结果分析:1. 3个约束条件的右端项可视为3种资源:蛋白质含量、维生素A 含量、钙含量.LINGO 的输出项Row Slack or Surplus ,给出了3种资源在最优解下的剩余.2.目标函数可视为“支出(成本)”,紧约束的“资源”增加1单位时,“支出”的增加由LINGO 的输出项 Dual Price 给出。
数学建模作业完整版
数学建模作业HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】《数学建模》作业学号姓名工作量 100 %专业所属学院指导教师二〇一七年六月数学建模作业第一部分:请在以下两题中任选一题完成(20 分)。
1、(马王堆一号墓入葬年代的测定建模问题)湖南省长沙市马王堆一号墓于 1972 年 8 月发掘出土,其时测得出土的木炭标本中碳-14 平均原子蜕变数为次/分钟,而新烧成的同种木材的木炭标本中碳-14(C-14)原子蜕变数为次/分钟. 又知碳-14 的半衰期为 5730 年,试推断该一号墓入葬的大致年代。
问题分析:放射性元素衰变的速度是不受环境影响的,它总是和该元素当前的量成正比,运用碳—14测定文物或化石年代的方法是基于下面的理由:(1)宇宙射线不断轰击大气层,使大气层中产生碳—14而同时碳—14又在不断衰变,从而大气层中碳—14含量处于动态平衡中,且其含量自古至今基本上是不变的;(2)碳—14被动植物体所吸收,所以活着的生物体由于不断的新陈代谢,体内的碳—14也处于动态平衡中,其含量在物体中所占的百分比自古至今都是一样的;(3)动植物的尸体由于停止了从环境中摄取碳—14,从而其体内碳—14含量将由于衰变的不断减少,碳定年代法就是根据碳—14的减少量来判断物体的大致死亡时间。
模型建立设t 时刻生物体中碳—14的含量为x (t ),放射性物质的半衰期(即放射性物质的原子数衰减一半所需的时间)为T ,生物体死亡时间为t0,则由放射性物质衰变规律得数学模型⎪⎩⎪⎨⎧=-=,)(,00x t x x dtdx λ ① 其中0>λ称为衰变系数,由放射性物质所决定,x 0为生物体在死亡时刻t 0时的碳—14含量。
模型求解对所得的一阶线性微分方程模型①采用同变量分离法求解,得 e x t t x t )(00)(--=λ??由于T t t =-0时,有 0021)()(x T t x t x =+=??代入上式,有 T e T 2ln ,212==-λ????? 所以得 ? T t t e x t x )(2ln 00)(--= ②这就是生物体中碳—14的含量随时间衰变的规律,由之易解得 )()(ln 2ln 00t x t x T t t =- ③ 将所得的数学模型的一般解应用于本例,此时以T=5730,37.380=x (新木炭标准中碳—14原子蜕变数),X(1972)=(出土的木炭标本中碳—14原子蜕变数) 代入到③式,得 ?209578.2937.38ln 2ln 57300≈=-t t 年 于是得??1232095197220950-=-=-≈t t 年结果表明,马王堆墓入葬年代大约在公元前123年左右的西汉中期,该结论与马王堆出土文物的考证结果相一致。
数学建模作业_动态规划求解指派问题
3 问题的伪代码实现
1 设 k 的初始值为 1; 2 写出 X k ,即第 k 阶段决策变量可能的取值,特别地, X 1 ={1,2, 。 。 。 ,n}。 3 对每一个 sk ,计算 sk g1 (sk 1 , xk 1 ) sk 1 {xk 1. j} ,及 d ( sk , xk ) ; 4 计算 f k ( sk ) ; 5 若 X k 为空,转到第 6 步,否则,k++,转回执行第 2 步。 6 最优指派决策为 f k ( sk ) ,根据 f k ( sk ) 写出最优指派方案{ xkj }。 7 程序算法复杂度:是 O(V*E*E)
其中“ - ”表示集合的差运算。 (4)指派问题指标递归方程:
f k (sk ) min{ f k (sk , xk ) | xk X k } , f k (sk , xk ) d k (sk , d k ) f k 1 ( g1 (sk 1 , xk 1 )) , f 0 (s0 ) 0, k 1,2,..., n.
float costforout[101][101]; int matrixsize; int personnumber; int jobnumber; }matrix; matrix sb; int result[501][2]; void twozero(matrix &sb); void judge(matrix &sb,int result[501][2]); void refresh(matrix &sb); void circlezero(matrix &sb); matrix input(); void output(int result[501][2],matrix sb); void zeroout(matrix &sb); matrix input() { matrix sb; int m; int pnumber,jnumber; int i,j; float k; char w; printf("指派问题的动态规划解法:\n\n"); printf("按最大价值分配请输入 1;最小价值分配请输入 0:\n"); scanf("%d",&m); while (m!=1&&m!=0) { printf("请输入 1 或 0:\n"); scanf("%d",&m); } printf("请输入可分配总人数(介于 1 和 100 之间):\n"); scanf("%d",&pnumber); while(pnumber<1 || pnumber>100) { printf("请输入合法数据:\n"); scanf("%d",&pnumber); } printf("请输入工作数(介于 1 和 100 之间):\n"); scanf("%d",&jnumber); while(jnumber<1 || jnumber>100) { printf("请输入合法数据:\n");
《数学建模与数学实验》期中测试题答案
《数学建模与数学实验》期中测试题(开卷)答案:一.答:答:1. 命令窗口:(Command window)MATLAB的主要交互窗口。
用于输入MATLAB 命令、函数、数组、表达式等信息,并显示图形以外的所有计算结果。
还可在命令窗口输入最后一次输入命令的开头字符或字符串,然后用↑键调出该命令行。
MATLAB是标准的Windows界面,可利用菜单中的命令完成对工作窗口的操作。
其命令行功能键和快捷键与Windows 的一般应用程序相似2.工作空间窗口:(Workspace Window)用于储存各种变量和结果的空间,显示变量的名称、大小、字节数及数据类型,对变量进行观察、编辑、保存和删除。
(图示、操作演示)。
临时变量不占空间,为了对变量的内容进行观察、编辑与修改,可以用三种方法打开内存数组编辑器。
*双击变量名;*选择该窗口工具栏上的打开图标;*鼠标指向变量名,点击鼠标右键,弹出选择菜单,然后选项操作。
3.当前目录浏览器:(Current Directory)用于显示及设置当前工作目录,同时显示当前工作目录下的文件名、文件类型及目录的修改时间等信息。
只有在当前目录或搜索路径下的文件及函数可以被运行或调用。
4.命令历史窗口:(Command History)记录已运行过的MATLAB命令历史,包括已运行过的命令、函数、表达式等信息,可进行命令历史的查找、检查等工作,也可以在该窗口中进行命令复制与重运行。
二.答:a=eye(4);b=magic(4);c=zeros(4);v=[1 2 3 4];d=diag(v,0);e=rand(2,4);f=ones(2,4);g=1:3:30;g=g';h=0.1:0.1:1;h=h';i=[a,b;c,d;e,f];j=[i,g,h]三.答;绘制二维图形的一般步骤1.数据准备。
如x=pi*(0:100)/100; y=sin(x).*sin(9*x);2.选定图形窗及子图位置。
数学建模作业
输油管的布置1问题的提出某油田计划在铁路线一侧建造两家炼油厂,同时在铁路线上增建一个车站,用来运送成品油;由于这种模式具有一定的普遍性,油田设计院希望建立管线建设费用最省的一般数学模型与方法;1. 针对两炼油厂到铁路线距离和两炼油厂间距离的各种不同情形,提出你的设计方案;在方案设计时,若有共用管线,应考虑共用管线费用与非共用管线费用相同或不同的情形;2. 设计院目前需对一更为复杂的情形进行具体的设计;两炼油厂的具体位置由附图所示,其中A厂位于郊区图中的I区域,B厂位于城区图中的II区域,两个区域的分界线用图中的虚线表示;图中各字母表示的距离单位:千米分别为a = 5,b = 8,c = 15,l = 20;若所有管线的铺设费用均为每千米万元; 铺设在城区的管线还需增加拆迁和工程补偿等附加费用,为对此项附加费用进行估计,聘请三家工程咨询公司其中公司一具有甲级资质,公司二和公司三具有乙级资质进行了估算;估算结果如下表所示:工程咨询公司公司一公司二公司三附加费用万元/千米21 24 20请为设计院给出管线布置方案及相应的费用;3. 在该实际问题中,为进一步节省费用,可以根据炼油厂的生产能力,选用相适应的油管;这时的管线铺设费用将分别降为输送A 厂成品油的每千米万元,输送B 厂成品油的每千米万元,共用管线费用为每千米万元,拆迁等附加费用同上;请给出管线最佳布置方案及相应的费用;2假设与分析假设A,B 两厂不共用的管道长分别为1f 、2f 千米,而A 、B 两厂共用管道长为3f ;路径如图所示:设A 点的坐标是a,0,B 点的坐标是l,b,车站的坐标是1x ,0,管道的交点坐标是11,y x ,假设B 路途中的一点的坐标是,c 2y ;而A 厂、B 厂、及A 、B 共用管道的价格分别为1p 、2p 、3p ;要使总费用最低,则目标函数 min Z=1f 1p +2f 2p +3f 3p 在满足:1f =2121)(y a x -+ 2f =21221)()(y y x c -+-+222)()(b b c l -+- 3f =1y 1x ,1y ,2y ≥0 的条件下有最优解;而题设的第二问中,A,B 两厂由于区域不同,B 厂额外加了附加费用;设附加费为4p ,由于公司一具有甲级资质,估算更近似,故4p =21.故可设途中E 点所在处的虚线为两区域交线;BE 路径设为22f ,EH 路径设为21f ,2f =21f +22f ;则由题意可知:a=5 ; b=8 ; c=15 ; l=20 ;1p =2p =3p =题二; 1p = , 2p =, 3p =题三 3模型的建立与求解 1题二的模型为: 目标函数:min Z=2121)5(y x -++21221)()15(y y x -+-++2122)8(25y -+ +1y.⎪⎩⎪⎨⎧≤≤≤≤≤≤8050150211y y x 利用matlab 优化工具向求解得: 1x = , 1y = , 2y = , 最优值为.见源程序1即H,,E15,即A 厂B 厂分别单独铺设到H,然后再共用管道,而B 厂单独铺设时先铺设到点E15,再从此点往H 点铺设,则最小费用为万元;源程序1::function f=funxf=sqrtx1^2+5-x2^2+sqrt15-x1^2+x3-x2^2+sqrt25+8-x3^2+x2;MATLAB 输入程序: x0=160/13;0;19/4; A=; B=; Aeq=; beq=; vlb=0 0 0; vub=15 5 8;x,fval=fmincon'tlxz',x0,A,B,Aeq,beq,vlb,vub2题三的模型为: 目标函数:min Z=2121)5(y x -++21221)()15(y y x -+-++2122)8(25y -+ +1y.⎪⎩⎪⎨⎧≤≤≤≤≤≤8050150211y y x 利用matlab 优化工具向求解得: 1x = , 1y = , 2y =. , 最优值为.见源程序2即H,E15,为即A 厂B 厂分别单独铺设到E,干后再共用管道,而B 厂单独铺设时先铺设到点E15,再从此点往H 点铺设,则最小费用为万元;源程序2:function f=funxf =sqrtx1^2+5-x2^2+sqrt15-x1^2+x3-x2^2+27sqrt25+8-x3^2+x2; MATLAB输入程序:x0=160/13;0;19/4;A=;B=;Aeq=;beq=;vlb=0 0 0;vub=15 5 8;x,fval=fmincon'tlxz',x0,A,B,Aeq,beq,vlb,vub。
数学建模期中考试
数学建模期中作业论文Thesis of Mid-term examination of mathematical modeling学院: 理学院专业: 09信息与计算科学3班学号: 093209 姓名:赵旭学号: 0932097 姓名:焦雅学号: 0932098 姓名:李开所得税交纳点选址的数学模型试题:所得税交纳点选址所得税管理部门计划对某个城市的所得税交纳点网络进行重新设计。
下图是该城市主要区和主要道路的示意图。
区旁边的黑体数字表示该区居民数目,单位为千人。
在连区之间的弧上标出了它们之间的距离,单位为千米(斜体字)。
为覆盖整个城市,所得税管理部门决定在三个区设置纳税点。
请建立数学模型给出三个纳税点安排的最佳方案。
摘要所得税管理部门计划对某个城市的所得税交纳点网络进行重新设计。
如图所示,区旁边的黑体数字表示该区居民数目,单位为千人。
在连区之间的弧上标出了它们之间的距离,单位为千米(斜体字)。
为覆整个城市,所得税管理部门决定在三个区设置纳税点。
首先我们将问题参数化,建立数学模型。
然后利用穷举法计算出每个点到所指定的三个纳税点的距离,再利用弗洛依德算法得出距离矩阵,并结合math lab等程序(C语言、Lingo),得出其与人数加权后的距离矩阵。
最后得出在1,6,和11 设置纳税点为最佳。
1,2,5,7区的居民去1区的纳税点缴税,3,4,6,9 区的居民去6 区的纳税点缴税,8,10,11,12区的居民去11区的纳税点缴税。
我们的模型虽然简单,但合理、实用,可以被各领域针对自己的情况应用到工作计划中去,指导他们的实际工作。
模型的总体假设1.假设纳税点集中在每个区的中心;2.假设限定每个区的居民只能到一个纳税点缴税;3.假设三个纳税点之间无特定联系;4.不考虑“道路难度系数”(即实际路程、地面情况及障碍物等);5.不考虑路程与时间的关系(即选出的是人数和距离加权后最小的纳税点,而非时间最短);6.不考虑居民的迁入迁出,即假定该区居民数目稳定;7.不考虑居民的主观因素(如个人偏好,或者因最近纳税点人多而临时改变纳税点等);模型的建立与求解◆第一步:模型的建立根据假设一,每个纳税点集中在每个区的中心,可能的位置有12种,则三个纳税点的组合至多有312c=12*11*10/6=220个。
数学建模作业(商人过河问题)
数学建模作业(四)——商人过河问题一.问题描述有四名商人各带一名仆人过河,但船最多能载二人,商人已获得仆人的阴谋:在河的任一岸,只要仆人数超过商人数,仆人会将商人杀死并窃取财物且安排如何乘船的权力掌握在商人手中。
试为商人制定一个安全过河的方案。
二.解决方案用递归的源程序如下:开始时商人,强盗所在的河的这边设为0状态,另一边设为1状态(也就是船开始时的一边设为0,当船驶到对岸是设为1状态,在这两个状态时,都必须符合条件)#include <stdlib.h>struct node /*建立一个类似栈的数据结构并且可以浏览每一个数据点*/ {int x;int y;int state;struct node *next;};typedef struct node state;typedef state *link;link PPointer1=NULL;link PPointer2=NULL;int a1,b1;int a2,b2;/*栈中每个数据都分为0,1状态*/void Push(int a,int b,int n){link newnode;newnode=(link)malloc(sizeof(state));newnode-> x=a;newnode-> y=b;newnode-> state=n;newnode-> next=NULL;if(PPointer1==NULL){PPointer1=newnode;PPointer2=newnode;}else{PPointer2-> next=newnode;PPointer2=newnode;}}void Pop()/*弹栈*/{link pointer;if(PPointer1==PPointer2){free(PPointer1);PPointer1=NULL;PPointer2=NULL;}pointer=PPointer1;while(pointer-> next!=PPointer2)pointer=pointer-> next;free(PPointer2);PPointer2=pointer;PPointer2-> next=NULL;}int history(int a,int b,int n) /*比较输入的数据和栈中是否有重复的*/ {link pointer;if(PPointer1==NULL)return 1;else{pointer=PPointer1;while(pointer!=NULL){if(pointer-> x==a&&pointer-> y==b&&pointer-> state==n)return 0;pointer=pointer-> next;}return 1;}}int judge(int a,int b,int c,int d,int n)/*判断这个状态是否可行,其中使用了history函数*/{if(history(a,b,n)==0) return 0;if(a> =0&&b> =0&&a <=3&&b <=3&&c> =0&&d> =0&&c <=3&&d <=3&&a+c==3&&b+d==3){switch(n){case 1:{if(a==3){Push(a,b,n);return 1;}else if(a==0){Push(a,b,n);return 1;}else if(a==b){Push(a,b,n);return 1;}else return 0;}case 0:{if(a==3){Push(a,b,n);return 1;}else if(a==0){Push(a,b,n);return 1;}else if(a> =b){Push(a,b,n);return 1;}else return 0;}}}else return 0;}int Duhe(int a,int b,int n)/*递归法解决商人渡河问题,如果这一个状态符合*/ {/*则判断下一个状态,直至问题解决*/ if(a==0&&b==0) return 1;if(n==0)/*判断0状态时,商匪状态是否符合要求*/{if(judge(a-1,b-1,4-a,4-b,1)){if(Duhe(a-1,b-1,1)==1)return 1;}if(judge(a,b-2,3-a,5-b,1)){if(Duhe(a,b-2,1)==1)return 1;}if(judge(a-2,b,5-a,3-b,1)){if(Duhe(a-2,b,1)==1)return 1;if(judge(a-1,b,4-a,3-b,1)){if(Duhe(a-1,b,1)==1)return 1;}if(judge(a,b-1,3-a,4-b,1)){if(Duhe(a,b-1,1)==1)return 1;}else{Pop(0);return 0;}}if(n==1)/*判断0状态时,商匪状态是否符合要求*/{if(judge(a+1,b+1,2-a,2-b,0)){if(Duhe(a+1,b+1,0)==1)return 1;}if(judge(a,b+2,3-a,1-b,0)){if(Duhe(a,b+2,0)==1)return 1;}if(judge(a+2,b,1-a,3-b,0)){if(Duhe(a+2,b,0)==1)return 1;}if(judge(a+1,b,2-a,3-b,0)){if(Duhe(a+1,b,0)==1)return 1;}if(judge(a,b+1,3-a,2-b,0))if(Duhe(a,b+1,0)==1)return 1;}else{Pop(1);return 0;}}return 0;}main(){link pointer;Push(3,3,0);Duhe(3,3,0);pointer=PPointer1;while(pointer!=NULL){printf( "%d,%d---%d\n ",pointer-> x,pointer-> y,pointer-> state);pointer=pointer-> next;}getch();}。
数学建模作业-人口增长模型
论文结构合理,模型建立详细,思想明确,论述清楚程序和拟合是文章的亮点,模型建立完了没有做误差分析,如果补完整是一篇很不错的文章。
摘要•随着科学技术的发展,国内资金积累量在不断增加,但是中国人口近几年还是呈增加的趋势,这样就会影响人均收入。
由于国民收入是资金积累的一部分,国民收入变化可以反映资金积累的变化。
因此研究资金积累、国民收入与人口增长的关系可以转化成研究资金积累与人口增长的关系。
若国民平均收入与按人口平均资金积累成正比,说明仅当资金积累的相对增长率大于人口的相对增长率时,国民平均收入才是增长的。
所以认识资金积累与人口增长的关系,对国民平均收入的增长有重大意义。
本文通过微分方程建立三个模型,即人口Malthus模型、资金积累指数模型、资金积累增长率与人口增长率的二次曲线模型。
通过资金积累与人口增长的关系来分析国民平均收入。
关键词:资金积累人口增长国民平均收入资金积累增长率人口增长率一、问题的重述资金积累、国民收入、与人口增长的关系:(1)若国民平均收入x与按人口平均资金积累y成正比,说明仅当总资金积累的相对增长率k大于人口的相对增长率r时,国民平均收入才是增长的. (2)作出k(x)和r(x)的示意图,分析人口激增会引起什么后果.二、问题分析人均国民收入主要与国家资金总积累量和总人口数有关,若总人口数的增长率大于资金积累增长率,则增长的资金不能使每一位国民增加收入,只能使少量国民收入增加,因此,总体来说,国家人均收入实际上是减少的。
三、模型假设假设总资金增长和人口增长均为指数增长,资金积累增长率和人口增长率为二次曲线模型。
四、符号说明a为国民收入在总资金积累中所占比例;y(t)为总资金积累量;N(t)为总人口数;Nm为人口的峰值;x(t) 为人均国民收入;r 为人口增长率;k 为资金积累增长率。
五、模型的建立与求解(1)人口增长模型曲线如图1所示:图1通过图形,用MATLAB 编程可建立指数增长模型6110)()(⨯+=⨯tet N αα 其中0127.01=α 0058.02=α(2)总资金积累模型曲线如图2所示:图2由曲线可知资金增长是呈指数整长的并通过MATLAB编程得到指数模型:y(t)=(0.001+e x003.0) 106。
数学建模作业(一)1
第一题: 某班共45人,要去离校7.7千米的风景区旅游。
学校派了一辆可坐12人的校车接送。
为了尽快又同时到达目的地,校车分段分批接送学生。
已知校车速度为每小时70千米,学生步行的速度为每小时5千米。
如果上午七点出发,问最快什么时候全班同时到达目的地?(班长作为联系人要始终跟车)
第二题:某人为了锻炼身体,每天早晨坚持晨跑30分钟, 其中从A到B为800米上坡路,从B到C为1000米平路。
问在30分钟内跑完1800米,怎样安排跑步计划,才能使锻炼效果最佳?(即总疲劳程度伟为最低)
第三题:一辆小汽车与一辆大卡车在一段狭路上相遇,只有倒车才能继续通行。
如果小汽车的速度为大卡车的3倍,两车倒车的速度是各自正常速度的1/5,在这段狭路上,小汽车需倒车的路程是大卡车需倒车路程的4倍。
那么,为了使后通过狭路的那辆车尽早地通过这段狭路,问怎样倒车较为合理?
第四题:某人在一家公司工作,目前年薪为1万元。
老板说,现在有两种方案可供选择:第一种,每一年加1000元;第二种,每半年加300元。
试问:
(1)如果你在该公司工作5年,用哪一种方案收入高?
(2)如果你在该公司工作5年,将第二种方案中的每半年加300元改为a元时,那一种方案收入高?
(3)如果你在该公司工作n年,用哪一种方案收入高?
第五题:一个直角走廊宽为1.5米,有一辆转动灵活的平板水平推车,宽为1米,长为2.2米,问能否将其推过直角走廊?说明理由。
期中数学建模
某货车公司生产2种型号货车:甲型和乙型,为完成这两种车 型生产,公司设有4个车间。这些车间的月生产能力如表所示:
车间 冲压车间 发动机装配车间 甲型车装配车间 乙型车装配车间 甲 2500 3300 2250 - 乙 3500 1667 - 1500
在上表中,对冲压车间和发动机装配车间来讲,分别表示 单位生产某一车型时的月生产能力。如果同时生产两种车型, 生产的数量应相应减少。例如,对发动机装配车间而言,单生 产甲型时,月生产能力为3300辆。若同时要生产乙型时,甲的 产量应相应减少,即每生产1辆乙型,相应地,在原来产量的基 础上,甲型的产量减少2辆。冲压车间的情况也类似。
当前的市场情况是:甲型售价为2100元,乙型为2000元, 当前的市场情况是:甲型售价为2100元,乙型为2000元, 且在这样的价格下,不管生产多少辆货车,都能售出。 根据前6个月的销售情况,甲型的销售为每月333辆,乙型 根据前6个月的销售情况,甲型的销售为每月333辆,乙型 为每月1500辆。此时,乙型装配车间和发动机车间已在满负荷 为每月1500辆。此时,乙型装配车间和发动机车间已在满负荷 情况下运行,而冲压车间和甲型装配车间能力还未充分发挥出 来。在这种生产水平下的标准成本如表所示:
上半年度的收入报表(千元) 上半年度的收入报表(千元) 销售额 出售产品的成本 毛收益( 毛收益(Gross Margin) ) 销售、 销售、行政和其他费用 税前纯收入 所得税 税后纯收入
在每月举行的计划会议上, 在每月举行的计划会议上,公司总裁对上半年的报表中所列出的经营情 况甚为不满。 况甚为不满。 销售部门经理认为,销售甲型货车无利可图,一次建议甲型货车停产。 销售部门经理认为,销售甲型货车无利可图,一次建议甲型货车停产。 财务部门经理认为,甲型货车销售量太小, 财务部门经理认为,甲型货车销售量太小,因此分摊给每辆车的固定成 本大。因此,应增加甲型货车的产量,与此同时,适当减少乙型货车的产量。 本大。因此,应增加甲型货车的产量,与此同时,适当减少乙型货车的产量。 生产部门经理认为,在不减少乙型货车产量的情况下,以适当的价格, 生产部门经理认为,在不减少乙型货车产量的情况下,以适当的价格, 通过其他厂商的协作,即外包加工,增加发动机的装配能力, 通过其他厂商的协作,即外包加工,增加发动机的装配能力,从而增加甲型 的产量,这也许是最好的方案。 的产量,这也许是最好的方案。 现在公司总裁要求研究以下问题: 现在公司总裁要求研究以下问题: A. 在现有条件下,考虑: 在现有条件下,考虑: 1) 在现有资源的条件下,怎样安排生产最为合理? 在现有资源的条件下,怎样安排生产最为合理? 2) 如果可以通过“外包加工”增加发动机的装配能力,怎样的“外 如果可以通过“外包加工”增加发动机的装配能力,怎样的“ 包加工”费是可以接受的? 包加工”费是可以接受的? B. 考虑用加班的方法来提高发动机装配车间的生产能力。假设加班后, 考虑用加班的方法来提高发动机装配车间的生产能力。假设加班后, 发动机装配能力的增加相当于2000辆甲型货车,而直接劳动力费用提高 %, 辆甲型货车, 发动机装配能力的增加相当于 辆甲型货车 而直接劳动力费用提高50%, 加班的固定管理费用为40000元,可变的管理费用仍保持原来数值。问:加班 加班的固定管理费用为 元 可变的管理费用仍保持原来数值。 的方法是否值得采用? 的方法是否值得采用?
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数学建模与数学实验期中作业11级数学与应用数学一班第七组成员:候桂英杨白囡李明香杨志雄输油管道的设计摘要“输油管的布置”数学建模的目的是设计最优化的路线,建立一条费用最省的输油管线路,但是不同于普遍的最短路径问题,该题需要考虑多种情况,例如,城区和郊区费用的不同,采用共用管线和非公用管线价格的不同等等。
我们基于最短路径模型,对于题目实际情况进行研究和分析,对三个问题都设计了合适的数学模型做出了相应的解答和处理。
问题一:此问只需考虑两个加油站和铁路之间位置的关系,根据位置的不同设计相应的模型,设计了一种改进的最短路径模型,因此只需一个未知变量便可以列出最短路径函数;在考虑到共用管线价格差异的情况下,则需要建立两个未知变量,带入已知常量,可以解出变量的值。
问题二:此问给出了两个加油站的具体位置,并且增加了城区和郊区的特殊情况,我们进一步改进数学模型,输油管在城区和郊区的铺设将不会是直线方式。
在郊区的路线依然可以采用问题一的改进最短路径模型,基于该模型,我们只需设计两个变量就可以列出最低费用函数,利用Lingo解出最小值,问题三:该问的解答方法和问题二类似,但是由于A管线、B管线、共用管线三者的价格均不一样,我们利用问题二中设计的数学模型,以铁路为横坐标,城郊交汇为纵坐标建立坐标轴,增加了一个变量,建立了最低费用函数,并且利用Lingo解出了最低费用和路径坐标。
关键字:最短路径、最小费用、数学模型油田计划在铁路线一侧建造两家炼油厂,同时在铁路线上增建一个车站,用来运送成品油。
由于这种模式具有一定的普遍性,考虑两个加油站和铁路之间位置的关系,根据位置的不同设计相应的模型,设计一种改进的最短路径模型,以此达到费用最少的目的。
1、针对两炼油厂到铁路线距离和两炼油厂间距离的各种不同情形,设计最优方案。
在方案设计时,若有共用管线,需要考虑共用管线费用与非共用管线费用相同或不同的情形。
2、目前需对一更为复杂的情形进行具体的设计。
两炼油厂的具体位置由附图所示,其中A厂位于郊区(图中的I区域),B厂位于城区(图中的II区域),两个区域的分界线用图中的虚线表示。
图中各字母表示的距离(单位:千米)分别为a = 5,b = 8,c = 15,l = 20。
此时所有管线的铺设费用均为每千米7.2万元。
铺设在城区的管线还需增加拆迁和工程补偿等附加费用,为对此项附加费用进行估计,聘请三家工程咨询公司(其中公司一具有甲级资质,公司二和公司三具有乙级资质)进行了估算。
估算结果如下表所示:设计管线布置方案并计算相应的费用。
3、在实际问题中,为进一步节省费用,根据炼油厂的生产能力,选用相适应的油管。
这时的管线铺设费用将分别降为输送A厂成品油的每千米5.6万元,输送B厂成品油的每千米6.0万元,共用管线费用为每千米7.2万元,拆迁等附加费用同上。
给出管线最佳布置方案及相应的费用。
二、符号说明问题一:要考虑有和没有共用管线,还要考虑共用管线与非共用管线费用相同和不同两种情况。
同时还要考虑两个工厂是否在铁路的同一侧,如果两个工厂在铁路的同一侧那么一定没有共用管线。
不在铁路的同一侧那么就要考虑有和没有共用管线这个问题。
计算共用管线的长度时,用光学原理,把一个工厂当作光源发射一束光经过一个平面的反射通过另一个工厂,这样能够保证路线最短。
这个平面与铁路的距离即为共用管线的长度。
同时与这个平面的交点就是两厂的管线的交点。
当共用管线与非共用管线费用不相同时可以通过建立方程组来解答。
当共用管线与非共用管线费用不相同时要建立方程组来计算其最小费用从而来确定方案的可行性,共用管线与非共用管线长度作为变量来控制总费用,那么我们就可以列出一个方程组,从而在变量的约束条件下可以确定最小费用。
问题二:把这个问题分两部分来考虑,即市区和郊区分两个部分,火车站建立在郊区费用要小得多,郊区共用管线与非共用管线的费用相同所以可以用最短路径的方法来考虑,同时又要求费用最小,可以解出最低费用及对应的铺设线路。
问题三:通过建立坐标系设两个点的坐标,同时也是表达管线的长度,然后再与各自的费用之积确定总的费用,从而算出两点的坐标值。
即确定了管线的路线。
四、模型的建立与求解针对问题一:我们假设了以下两种情况1、两厂分别在铁路的两侧如下图: 那么连接两厂A 、B 与铁路的交点C 即为火车站的位置。
当两厂位于铁路的同一侧时,此时要分有公用管线与没有公用管线两种情况。
(1)、当没有公用管线时,此时找出两厂与铁路交点连线的最近路线即可,如图:过铁路作A 厂的对称点A ’,连接A ’B 与铁路交于一点C ,该点C 即为火车站的位置。
(2)、当有共用管线时又要分为共线管线费用与非共线管线费用相同与不同两种情况: ①当共线管线与非共线管线相同时,费用为m 万元/千米如图所示:假设共线管线的长度为h ,A 厂到铁路的距离为a ,B 厂到铁路的距离为b ,则总的管线长度为:h l h b h a L ++-+-=22)]()[( )0(b h ≤≤则总费用: m L W ⨯=1②当共线管线与非共线管线不同时,共用管线费用为m 万元/千米 ,非共用管线费用为n 万元/千米,如图所示:总费用为:n y b x l x y a y m W ⨯-+-++-+⨯=))()()((2222 其中l x ≤≤0),max (0b a y ≤≤实际的费用可以根据已知道的常量a 、b 、l 再结合x 、y 的取值范围可以得出最小费用。
针对问题二:因为在城区和郊区铁路管线的费用相同,但城区要增加拆迁和工程补偿等费用,因此城区和郊区要分为两部分来考虑。
我们考虑三家咨询公司给出的三个方案,我们考虑到甲级资质和乙级资质的评估准确性,首先排除掉公司二的预算,对于公司一和公司三的预算,我们将分别求出最小费用,考察两者的差别(1)共用管道在郊区如图所示:EO模型如下:()min 7.221AO OE OF EB =⨯++++⨯EB ;AO =OE =;EB =;OF y =; 0200808x y z ≤≤≤≤≤≤ 程序求解如下:min =7.2*(AO+OE+OF+EB)+21*EB; AO=@sqrt (x^2+(y-5)^2); OE=@sqrt ((x-15)^2+(y-z)^2); OF=y;EB=@sqrt ((20-15)^2+(8-z)^2);@bnd (0,x,20);@bnd (0,y,8);@bnd (0,z,8);运行结果为:Local optimal solution found.Objective value: 280.1771 Infeasibilities: 0.000000 Total solver iterations: 214Variable Value Reduced Cost AO 6.303818 0.000000 OE 11.01669 0.000000 OF 1.848091 0.000000 EB 5.041247 0.000000 X 5.459266 0.000000 Y 1.848091 0.000000 Z 7.356437 0.000000Row Slack or Surplus Dual Price 1 280.1771 -1.000000 2 0.000000 -7.200000 3 0.000000 -7.200000 4 0.000000 -7.2000005 0.000000 -28.20000即最少费用约为280万元。
(2)共用管道在城区如图所示:EO()()min 7.221;AE OE OF OB OE OF OB =⨯++++⨯++AE =OE =;OF y =OB =1520;08;08;x y z ≤≤≤≤≤≤由Lingo 运行结果总费用W2比W1还大,所以选择共用管道在郊区费用比较少。
针对问题三:我们采用问题二中的设计方案一图与问题二中的(1)同,即共用管道在郊区。
模型如下;()min 5.6 6.07.221;;020;08;08.AO OE EB OF EB AO OE OF y EB x y z =⨯+⨯++⨯+⨯====≤≤≤≤≤≤五、模型评价从实际的生活出发输油管道是石油生产过程中的重要环节,是石油工业的动脉。
在石油的生产过程中,至始至终都离不开输油管道。
我们可以把石油的生产过程简单的表示为:油→ 计量站→ 井联合站→ 转油站→ 矿场油库→ 炼油厂→ 用户从油井出来的油气通过管道输送到计量站,经过计量后又由管道输送往联合站,在联合站生产出合格的原油,合格原油通过管道和转油站输到矿场油库或外输到管道首站,通过长输原油管道输到炼油厂加工精练,生产出各种产品,通过成品油管道或铁路、公路、水路将各种产品送往用户,其中成品油管道就需要用到管道的布置设计。
优点:模型使问题由复杂变简单,方便运输,提高输油效率,规划线路。
管线布置和规划及相应的费用减到最小,在不同的环境下用这种环境中的最优模型,方便快捷,节约开支,使实际问题更加精确。
同时对于题目的三个问题都设计了合适的模型,并且当给出具体数值的时候能够给出足够精确的解,具有一定的普遍性。
缺点:该模型在提出的时候有部分因素没有考虑进来,例如管线接头处的费用,以及工作工程中的一些意外情况等,使得该模型在实际应用中会缺少精确性。
六、参考文献【1】赵静但琦《数学建模与数学实验》第三版高等教育出版社 2008年1月【2】曹戈《MATLAB教程及实训》机械工业出版社 2008年5月【3】邬学军周凯《数学建模竞赛辅导教程》浙江大学出版社 2009年1月。