优化模型与AMPL
优化模型与AML课件
# 加工时间 #单位产量 #单位利润
var x{i in P}>=0;
#生产计划
maximize profit: sum{i in P}L[i]*Q[i]*x[i];
subject to raw: sum{i in P}x[i] <=50; subject to time:sum{i in P}T[i]*x[i]<=480; subject to capacity: Q[first(P)]*x[first(P)]<=100;
优化模型与AML
MATLAB优化工具箱能求解的优化模型
优化工具箱3.0 (MATLAB 7.0 R14)
连续优化
离散优化
纯0-1规划 bintprog 一般IP(暂缺)
无约束优化
约束优化
非线性 极小 fminunc
非光滑(不பைடு நூலகம் 微)优化
fminsearch
线性规划 linprog
二次规划 quadprog
优化模型与 AMPL
优化模型与AML
优化模型和算法的重要意义
最优化: 在一定条件下，寻求使目标最大(小)的决策
最优化是工程技术、经济管理、科学研究、社 会生活中经常遇到的问题, 如: 结构设计 资源分配 生产计划 运输方案
解决优化问题的手段 • 经验积累，主观判断 • 作试验，比优劣 • 建立数学模型，求解最优策略
数学规划
g j ( x) 0, j 1,..., l x D n
连 • 线性规划(LP) 目标和约束均为线性函数
续 优
• 非线性规划(NLP) 目标或约束中存在非线性函数
化 ✓ 二次规划(QP) 目标为二次函数、约束为线性
• 整数规划(IP) 决策变量(全部或部分)为整数
AMPL优化计算
CPLEX操作範例下載:Step1.到/DOWNLOADS/cplex80.htmlStep2.找到Downloading the CPLEX 8.0 Student Editionfor Windows users new to AMPLStep3.下載amplcml.zip回電腦解壓縮即可使用.student editions version除了variables跟constrains只能設300個之外其功能與正式版相同範例:以解決Maximizing Profits Problem為例問題:假設一週工作40小時,求如何分配才能獲取最大利益Maxmize 25X B+30X cSubject to (1/200) X B+(1/140)X c≦400≦X B≦60000≦X C≦4000Step1:在下載下來的amplcml資料夾下新增”prod0.mod”檔案,並開啟編輯打入並存檔.Step2:打開amplcml資料夾,並執行資料夾下的”sw.exe”Step3:打入”ampl”後按enterStep4 :打入‘’model prod0.mod;’’按enter在打入’’solve;’’即可解出此ILP的最佳解192000Step5:利用display指令看XB與XC需設多少才能求得最佳解打入”display XB, XC;”,按enter打入”quit;”按enter即可離開.以上為最簡單的形式,但是如果遇到產品數目或constrain變多,編輯起來會相當麻煩,,所以利用設一些代數符號來解決變數或條件變多所產生的問題.利用代數來解決的步驟如下:Step1:在下載下來的amplcml資料夾下新增” prod.mod”檔案,並開啟編輯Step2:在下載下來的amplcml資料夾下新增” prod.dat”檔案,並開啟編輯打開amplcml資料夾,並執行資料夾下的”sw.exe”Step4:打入”ampl”後按enterStep5:打入”model prod.mod;”按enterStep6:打入”data prod.dat;”按enterStep7:打入”solve;”按enter,即可得最佳解192000Step8:打入”display X;”看bands跟coils應設為多少才能求得最佳解附錄A---如何讓你的mod跟dat看起來更親切參數可設一些更有意義的名稱mod:可寫成dat可寫成瞧,不是變親切多了嗎?附錄B---指令打的很累怎麼辦還是一樣要打,但是可將指令結合一起執行如要打model prod.mod;data prod.dat;solve;可打成model prod.mod; data prod.dat; solve;。
最小生成树问题的ampl实际案例
最小生成树问题的AMPL实际案例导言在图论中，最小生成树指的是在一个连接了所有节点的图中，找到一棵权重之和最小的树。
最小生成树问题被广泛应用于网络设计、电路布线、城市规划等领域。
AMPL（A Mathematical Programming Language）是一种用于数值分析和优化的高级建模语言。
本文将通过一个具体的案例，探讨如何使用AMPL解决最小生成树问题。
案例背景假设我们有一个城市网络，城市之间通过道路连接。
我们希望使用最小的成本来连接所有城市，以便人们可以在城市之间通行。
问题分析我们可以将城市网络表示为一个带权重的图，其中城市是节点，道路是边，道路的权重表示建造和维护道路的成本。
我们的目标是找到一个最小生成树，即在图中选择一些边，使得所有的城市都能够通过这些边连通，并且这些边的权重之和最小。
数学建模为了使用AMPL解决最小生成树问题，我们需要将问题建模成一个线性规划模型。
首先，我们定义一些变量： - x ij表示边(i,j)是否被选择，如果被选择则取值为1，否则取值为0。
- c ij表示边(i,j)的权重。
然后，我们需要定义一些约束条件： - 每个城市必须通过某条边连接到最小生成=1，其中j表示与城市i相连的边树中的其他城市。
对于每个城市i，我们有∑x ijj(i,j)。
- 最小生成树中不能形成环。
对于每个子集S，使得S中的城市通过(i,j)连≤|S|−1。
接到最小生成树中的其他城市，我们有∑x ij(i,j)⊆S最后，我们需要定义目标函数： - 目标函数是最小化边的权重之和。
我们有min∑c ijx ij。
i,jAMPL代码下面是用AMPL建模的代码：set Cities; # 定义城市集合param c{Cities, Cities} >= 0; # 定义边的权重矩阵var x{Cities, Cities} binary; # 是否选择边minimize Total_Cost: sum{i in Cities, j in Cities} c[i,j] * x[i,j];subject to Connectedness{i in Cities}:sum{j in Cities} x[i,j] = 1;subject to No_Cycles{S in subset(Cities)}:sum{(i,j) in (S cross S)} x[i,j] <= card(S) - 1;结果分析通过运行AMPL代码，我们可以得到最小生成树的解。
ampl建模语言数学语言
ampl建模语言数学语言AMPL建模语言是一种用于数学建模和优化问题的高级编程语言。
它提供了一种简洁而灵活的语法，使得用户能够轻松地表达复杂的数学模型和约束条件。
AMPL不仅可以用于线性规划、非线性规划和整数规划等优化问题的建模，还支持混合整数规划、多目标规划和约束规划等高级问题。
AMPL建模语言采用了类似数学符号的语法，使得用户可以直观地描述数学模型。
AMPL中的变量可以表示为可行解空间中的点，而约束条件可以表示为变量之间的关系。
用户只需编写一些简单的语句，就可以定义变量、约束条件和目标函数，并直接求解最优解。
为了更好地展示AMPL建模语言的特点和应用，下面将以一个实际问题为例来进行详细的讲解。
假设我们有一家制造公司，生产两种产品A和产品B。
产品A的利润为5美元，产品B的利润为8美元。
每天制造产品A需要2个单位的材料、3个单位的人工，而制造产品B需要4个单位的材料、5个单位的人工。
公司每天分别有10个单位的材料和15个单位的人工可用。
现在我们的目标是最大化每天的利润。
我们可以用AMPL建模语言来解决这个问题。
首先，我们需要定义相关的变量和参数。
我们可以使用set关键字来定义产品的集合，使用param关键字来定义每种产品的利润、材料消耗和人工消耗。
代码如下：```set Products;param profit{Products};param material{Products};param labor{Products};```接下来，我们可以定义决策变量。
决策变量表示每天制造的产品数量，我们可以使用var关键字来定义。
代码如下：```var produce{Products} >= 0;```然后，我们需要定义约束条件。
约束条件表示每天可用的材料和人工的限制。
我们可以使用subject to关键字来定义约束条件。
代码如下：```subject to material_limit:sum{i in Products} material[i] * produce[i] <= 10;subject to labor_limit:sum{i in Products} labor[i] * produce[i] <= 15;```最后，我们定义目标函数，即每天的利润。
ampl中表示乘方的符号
ampl中表示乘方的符号
AMPl中表示乘方的符号是'^'。
AMPL是一种高级语言，主要用于数
学优化领域的问题建模和求解。
AMPl中的乘方符号'^'可以用于指数运算和幂次运算。
例如，2^3表
示2的3次幂，即2的立方。
此外，AMPl还支持乘方的运算优先级，即乘方运算的优先级高于加减乘除运算。
除了乘方符号，AMPl还支持许多其他数学运算符号，例如加减乘除符号、大于等于符号、小于等于符号等等。
这些符号的使用可以使数学
模型更加直观和易于理解。
AMPl因其易于使用和高效求解的特点，被广泛应用于各种数学优化问题的求解，例如线性规划、非线性规划、整数规划等等。
此外，AMPl 还可以与其他编程语言和求解器配合使用，从而实现更加多样化的问
题求解。
总之，AMPl中乘方符号'^'的使用方便快捷，为数学问题建模和求解
提供了更加便利的工具。
AMPl的广泛应用和强大的求解能力，使其成为数学优化领域不可或缺的工具。
数学建模实验一： 数学规划模型AMPL求解
实验一： 数学规划模型AMPL 求解一、实验目的1.熟悉启动AMPL 的方法。
2.熟悉SCITE 编辑软件的运行。
3.熟悉AMPL 基本编程。
4.熟悉AMPL 求解数学规划模型的过程。
二、实验原理1. AMPL 的启动与运行一奶制品加工厂用牛奶生产A1和A2两种奶制品，1桶牛奶可以在甲类设备上用12小时加工成3公斤A1或者在乙类设备上用8小时加工成4公斤A2，且都能全部售出，且每公斤A1获利24元，每公斤A2获利16元。
先加工厂每天能得到50桶牛奶的供应，每天工人总的劳动时间为480小时，并且甲类设备每天至多加工100公斤A1，乙类设备的加工能力没有限制，试为该厂制定一个计划，使每天的获利最大。
建模：决策变量：x 1桶牛奶生产A1 ，x 2桶牛奶生产A2 目标函数： 约束条件：AMPL 安装与设置（Windows 下）：（1）下载ampl.zip ，限制版本，带求解器cplex （解线性规划），minos （解线性或非线性规划，默认求解器）；（2）把ampl.zip 解压至一个目录下，然后找到ampl.exe 文件所在的目录，称为ampl 根目录，比如C:\ampl ；（3）把ampl 根目录设置到Windows 路径上，方法：鼠标右击我的电脑---属性—高级---点击环境变量出现环境变量窗口，在图下方的系统变量窗口找到Path 变量，把C:\ampl 增加在变量值后面（注意前面加分号），如下图；216472x x z Max +=12,0x x ≥13100x ≤12128480x x +≤1250x x +≤（1）下载文本编辑器Scite.rar并解压到安装目录，双击scite.exe,得到如下界面（2）建立模型文件：在空白窗口中输入如下代码，语言选项选择AMPL，保存为milk.modset Products ordered; #产品集合param Time{i in Products }>0; #加工时间param Quan{i in Products}>0; #单位产量param Profit{i in Products}>0; #单位利润var x{i in Products}>=0; #决策变量maximize profit: sum{i in Products} Profit [i]* Quan [i]*x[i];subject to raw: sum{i in Products}x[i] <=50;subject to time:sum{i in Products}Time[i]*x[i]<=480;subject to capacity: Quan[first(Products)]*x[first(Products)]<=100;（2）建立数据文件：新建文件, 输入如下代码, 保存为milk.datset Products:=A1 A2;param Time:=A1 12 A2 8;param Quan:=A1 3 A2 4;param Profit:=A1 24 A2 16;(3) 建立批处理文件：新建文件, 输入如下代码, 保存为milk.runmodel milk.mod;data milk.dat;option solver cplex;solve;display x;注意：模型文件、数据文件和批处理文件的文件名应该相同，保存在同一文件夹。
简单的优化模型
整数规划模型的求解方法
穷举法
通过列举所有可能的解来找出最优解。适用于小规模问题，但对于 大规模问题效率低下。
分支定界法
通过不断分割问题空间并排除不可能的解来逼近最优解。适用于大 规模问题，但需要较高的计算复杂度。
启发式算法
通过设计一些启发式规则来加速搜索过程，如贪心算法、遗传算法等 。适用于一些特定类型的问题，但可能无法保证找到全局最优解。
通过动态规划可以求解资源分配问题 ，如任务调度、生产计划等，以实现 资源利用的最优化。
背包问题
通过动态规划可以求解0/1背包问题 、完全背包问题等，避免重复计算物 品的价值和重量。
05
模拟退火算法
模拟退火算法的定义与特点
定义
模拟退火算法是一种启发式搜索算法 ，通过模拟物理退火过程来寻找问题 的最优解。
运输问题
线性规划模型可以用于解决运输问题，如货 物运输、车辆调度等。
投资组合优化
线性规划模型可以用于优化投资组合，降低 风险并提高收益。
03
整数规划模型
整数规划模型的定义与特点
定义
整数规划是一种特殊类型的线性规划，其中一部分或全部变量被约束为整数。
特点
整数规划的变量取值范围受到限制，通常用于解决资源分配、组合优化等问题 。
特点
遗传算法具有全局搜索能力，能够处理多维、非线性、非凸问题；同时，它还具有很好的鲁棒性和自适应性，能 够处理大规模、复杂的问题。
遗传算法的求解方法
编码方式
遗传算法需要对问题 进行编码，通常采用 二进制编码、实数编 码等。
适应度函数
适应度函数用于评估 个体的优劣，根据问 题的不同，适应度函 数也会有所不同。
简单优化模型的特点
AI模型的超参数调整与优化
AI模型的超参数调整与优化是一个关键步骤，它可以帮助提高模型的性能和准确性。
以下是一些常见的超参数调整和优化的方法：1. 模型架构选择：选择适合任务的模型架构，例如深度学习模型、神经网络等。
2. 学习率：学习率是模型在训练过程中更新的权重速度。
过高的学习率可能导致模型过拟合，而过低的学习率可能导致模型训练速度慢。
通常可以使用动量（Momentum）或小批量梯度下降（Mini-Batch Gradient Descent）来调整学习率。
3. 批量大小：批量大小是指每次训练时使用的样本数量。
增加批量大小可以提高模型的训练速度，但也可能导致过拟合。
4. 正则化：正则化是一种防止模型过拟合的技术，它可以限制模型的复杂度。
常见的正则化方法包括L1正则化和L2正则化。
5. 早停法：早停法是一种根据模型在验证集上的表现来调整超参数的方法。
当模型在验证集上的性能达到最佳时，可以停止训练并提前结束迭代。
6. 过采样和欠采样：过采样和欠采样是数据预处理阶段常用的方法，它们可以帮助平衡训练数据集，从而提高模型的泛化能力。
7. 交叉验证：交叉验证是一种评估模型性能的方法，它可以帮助确定模型的准确性。
通过将数据集分为多个子集，并对每个子集使用不同的测试集，可以评估模型的泛化能力。
除了上述方法外，还可以使用机器学习库中的优化工具和库进行超参数调整和优化，例如TensorFlow、PyTorch等。
这些工具提供了强大的优化算法和模型评估方法，可以帮助我们更快速地找到最优的超参数组合。
在进行超参数调整和优化时，需要不断地尝试和调整不同的参数组合，并进行评估和比较，以找到最优的超参数组合。
此外，还可以使用机器学习领域中的一些常见的优化技巧和方法，例如随机搜索、网格搜索等，以提高搜索效率和质量。
优化模型与AMPL
假设：料场 和工地之间 有直线道路
1)现有 2 料场，位于 A (5, 1), B (2, 7), 记(xj,yj),j=1,2, 日储量 ej 各有 20 吨。
目标： 制定每天的供应计划，即从 A, B 两料场分别向
各工地运送多少吨水泥，使总的吨公里数最小。
决策变量：ci j (料场j到工地i的 运量）~12维
?线性规划lp目标和约束均为线性函数决策变量全部或部分为整数整数线性规划ilp整数非线性规划inlp纯整数规划pip混合整数规划mip一般整数规划01?非线性规划nlp目标或约束中存在非线性函数次规划qp目标为二次函数约束为线性?整数规划ip整数规划优化模型的简单分类和求解难度优化连续优化整数规划线性规划二次规划非线性规划问题求解的难度增加常用优化软件matlab优化工具箱mathematic的优化功能excel软件的优化功能amplminoscplexmatlab优化工具箱能求解的优化模型获利24元公斤获利16元公斤每天
x2 A
l1 B l2 C Z=3360 l3
Max z 72x1 64x2
z=c (常数) ~等值线
0
l5
Z=0
x1 D Z=2400
在B(20,30)点得到最优解 最优解一定在凸多边 形的某个顶点取得。
目标函数和约束条件是线性函数 可行域为直线段围成的凸多边形 目标函数的等值线为直线
LP的约束和目标函数均为线性函数 2维 可行域 线段组成的凸多边形 目标函数 等值线为直线 n维 超平面组成的凸多面体 等值线是超平面
AMPL: display raw, time, capacity; aw = 48 time = 2 capacity = 0
AMPL: display raw.down, raw.up,raw.current, raw.slack; raw.down = 43.3333 raw.up = 60 raw.current = 50 raw.slack = 0 影子价格有意义时约束右端的允 许变化范围;原料最少到43.3,最 大到60, slack=0意为原料用完.
简述优化模型的标准形式,类别
简述优化模型的标准形式,类别优化模型是数学规划中的一个重要概念，用来描述在给定的约束条件下，寻找最优解的问题。
优化模型的标准形式有助于简化问题的表示和求解过程，方便研究者和决策者进行分析和决策。
优化模型的标准形式分为线性规划和非线性规划两类，线性规划是指目标函数与约束条件均为线性的情况，非线性规划则是指至少存在一个非线性的约束条件或目标函数。
在本文中，我们将主要讨论线性规划的标准形式。
线性规划的标准形式可以用如下数学表示来描述：\[\begin{align*}\text{max/min} \quad &C^T \cdot X \\\text{s.t.} \quad &A \cdot X \leq B \\&X \geq 0\end{align*}\]其中，$C^T$ 是一个列向量，表示线性目标函数的系数，$X$ 是一个列向量，表示决策变量，$A$ 是一个矩阵，表示约束条件的系数，$B$ 是一个列向量，表示约束条件的右侧常数项。
线性规划的标准形式中，存在两种约束条件，一种是小于等于约束，用符号 $\leq$ 表示；另一种是大于等于约束，用符号$\geq$ 表示。
再者，$X \geq 0$ 中的 $X$ 表示决策变量必须非负。
通过线性规划的标准形式，我们可以明确目标函数、约束条件和决策变量之间的关系。
目标函数用来描述问题中要优化的目标，约束条件表示问题中存在的限制条件，决策变量表示可以进行决策和调整的变量。
对于线性规划问题，目标函数和约束条件都是线性的，这使得问题的求解较为简单和高效。
线性规划可以应用于各个领域，如运输问题、资源分配问题、生产计划问题等，具有广泛的应用价值。
在线性规划的标准形式中，目标函数可以是求最大值或最小值，这取决于实际问题的需求。
约束条件可以包含等式约束和不等式约束，通过这些约束条件，可以限制决策变量的取值范围。
决策变量必须非负的约束条件则反映了实际问题中决策变量的实际意义。
OPL的定义和制作方法
OPL的定义和制作方法OPL（Optimization Programming Language）是一种用于数学优化的编程语言。
它是IBM ILOG CPLEX优化软件的一部分，受到了数学编程语言AMPL的启发，旨在通过简化优化模型的表达来提高求解效率。
OPL语言结合了高层的模型表达能力和低层的求解控制能力，使得用户能够使用简单的模型表示来描述复杂的优化问题，并利用CPLEX求解器来高效地求解这些问题。
OPL的制作方法可以分为以下几个步骤：1.建立模型：首先，确定优化问题的目标函数和约束条件，并将其转化为数学模型。
OPL语言支持多种类型的变量和约束，例如整数、二进制和连续变量，以及线性和非线性约束。
2.编写OPL脚本：使用OPL语言编写脚本来描述优化模型。
OPL脚本包含用于定义变量、约束和目标函数的语句，以及用于控制求解过程的语句。
OPL语言提供了丰富的语法和函数库，使得用户能够方便地表示复杂的优化模型。
3.调用CPLEX求解器：将编写好的OPL脚本与CPLEX求解器进行连接，并调用求解器以求解优化问题。
CPLEX求解器使用高效的数学优化算法来求解模型，并提供详细的求解报告和结果。
4.分析结果：分析并解释求解结果，评估模型的性能和可行性。
根据需要，可以对模型进行进一步调整和优化，以改进问题的求解效果。
总之，OPL的定义和制作方法涉及确定优化问题、建立数学模型、编写OPL脚本、调用CPLEX求解器以及分析求解结果等步骤。
OPL语言提供了简单而强大的工具，使得用户能够高效地描述和求解复杂的数学优化问题。
ampl中的临时变量定义_解释说明以及概述
ampl中的临时变量定义解释说明以及概述1. 引言1.1 概述在进行数学建模和优化领域的研究和应用过程中，临时变量定义是一项重要的技术工具。
在AMPL（即A Mathematical Programming Language）中，临时变量定义被广泛使用来在数学模型中引入临时性的变量，并为模型的求解提供更大的灵活性和可读性。
1.2 文章结构本文将详细介绍ampl中的临时变量定义，包括其定义与作用、语法规则以及示例说明。
其次，文章将解释说明临时变量定义的优势与适用场景，包括提升灵活性和可读性、考虑内存和性能方面因素以及在不同问题领域中的应用案例分析。
然后，本文将提供实践环境下的临时变量定义技巧与建议，涵盖命名规范与风格指南、谨慎使用临时变量的注意事项与陷阱警示，以及最佳实践分享和经验总结。
最后，文章将给出结论部分总结主要观点和发现，并展望或提出对未来研究和应用前景的建议。
1.3 目的本文旨在为读者全面地介绍ampl中临时变量定义的相关内容，使读者能够理解其定义与作用、语法规则以及示例说明，并提供临时变量定义在实践环境中的优势与适用场景方面的解释和说明。
同时，本文还将为读者提供一些实践环境下使用临时变量的技巧与建议，以帮助读者更好地应用该技术工具。
最后，通过总结主要观点和发现，并展望未来研究和应用前景，本文旨在为读者提供一个全面了解和深入理解ampl中临时变量定义的文章。
2. ampl中的临时变量定义2.1 定义与作用在AMPL（A Mathematical Programming Language）中，临时变量是在模型求解过程中用于暂时存储计算结果或参与计算的变量。
它们被称为临时变量，因为它们无需提前声明或固定赋值，而是根据需要动态创建并进行使用。
临时变量的作用主要有两个方面。
首先，它们可以用于在模型求解过程中保存和操作局部数据，以便进行复杂的计算或优化任务。
其次，临时变量可以帮助提高代码的可读性和灵活性，通过定义易于理解和维护的临时变量名称来增强代码逻辑的清晰性。
优化模型常用的方法
优化模型常用的方法以优化模型常用的方法为标题，写一篇文章。
在机器学习和深度学习领域，模型优化是一个非常重要的任务。
通过优化模型，我们可以提高模型的性能，使其能够更好地适应训练数据和测试数据。
本文将介绍一些常用的模型优化方法，并详细解释它们的原理和应用。
1. 学习率调整学习率是模型训练过程中一个非常重要的超参数。
合适的学习率可以加快模型的收敛速度，而过大或过小的学习率都会导致模型性能下降。
常用的学习率调整方法有学习率衰减、学习率预热和学习率自适应。
学习率衰减可以在训练过程中逐渐减小学习率，以保证模型在接近收敛时更加稳定。
学习率预热可以在训练初期使用较小的学习率，然后逐渐增加学习率，以加速模型的收敛。
学习率自适应方法则是根据模型的表现动态调整学习率，常见的方法有动量法和自适应学习率方法（如Adagrad、RMSprop和Adam）。
2. 权重初始化权重初始化是模型训练的第一步，合适的权重初始化可以帮助模型更快地收敛和更好地适应数据。
常用的权重初始化方法有随机初始化、预训练初始化和Xavier初始化。
随机初始化是一种简单的方法，将权重初始化为随机值。
预训练初始化是指使用预训练的模型参数来初始化权重。
Xavier初始化是一种通过考虑输入和输出节点数量的方法来初始化权重，以保证网络的稳定性和收敛性。
3. 正则化正则化是一种常用的模型优化方法，通过在损失函数中加入正则化项来惩罚模型的复杂度，以防止过拟合。
常用的正则化方法有L1正则化和L2正则化。
L1正则化通过在损失函数中加入权重绝对值的和来惩罚大的权重，从而使模型更稀疏。
L2正则化通过在损失函数中加入权重平方的和来惩罚大的权重，从而使模型的权重更加平滑。
4. 批归一化批归一化是一种常用的模型优化方法，通过对每个批次的输入数据进行归一化来加速模型的训练和提高模型的性能。
批归一化可以使模型更加稳定，减少内部协变量偏移问题。
在卷积神经网络中，批归一化通常在卷积层和激活函数之间进行操作。
优化模型的原理与应用
优化模型的原理与应用1. 优化模型的概述优化模型是一种数学模型，目的是通过最大化或最小化某个目标函数，找到最优解或次优解。
在不同的领域中，优化模型都有广泛的应用，如工程、经济、管理等。
本文将介绍优化模型的原理和常见的应用场景。
2. 优化模型的原理优化模型的原理是基于数学规划的思想，主要包括以下几个方面： - 定义目标函数：根据具体问题的需求，定义一个目标函数，可以是最大化或最小化某个变量或一组变量。
- 约束条件：将问题分析为一组约束条件，这些条件必须在优化模型中得到满足。
- 变量定义：确定参与优化的变量，这些变量可以是连续的、整数的或是二进制的。
- 模型求解：通过数学方法，求解出能够最大化或最小化目标函数的变量值。
3. 优化模型的应用场景优化模型可以应用于多个领域，下面是一些常见的场景： ### 3.1 生产优化 - 生产线优化：通过优化生产线上的各个环节，实现生产效率的最大化。
- 生产调度优化：通过合理安排生产任务的优先级和时间，达到生产成本的最小化。
### 3.2 物流优化 - 路线优化：优化物流配送路径，减少运输时间和成本。
- 仓储优化：通过合理的仓储布局和库存管理，提高物流效率。
### 3.3 资源分配优化 - 人力资源优化：通过合理分配人员到不同任务中，实现人力资源利用率的最大化。
- 资金分配优化：通过优化资金投资组合，实现资金风险的最小化。
### 3.4 销售优化 - 客户分析优化：通过数据分析和模型建立，实现客户精细化管理和营销策略优化。
- 定价优化：通过分析市场需求和竞争情况，优化产品定价策略。
### 3.5 运筹学优化 - 排队论优化：通过优化队列排队系统，实现顾客等候时间的最小化。
- 存货控制优化：通过合理的存货管理和补货策略，减少存货积压和缺货情况。
4. 优化模型的工具和框架为了更高效地建立和求解优化模型，现有许多优化模型的工具和框架，如下所示： - Excel Solver：Excel自带的插件，适用于简单的优化问题。
ampl建模语言数学语言
ampl建模语言数学语言Ampl建模语言是一种广泛应用于数学规划问题的高级建模语言，它被广泛用于各种优化问题的建模与求解。
本文将对Ampl建模语言的特点、语法和应用进行详细介绍。
Ampl建模语言具有简洁、灵活和强大的特点，能够很好地描述各种数学规划问题。
它提供了丰富的数学函数和算子，方便用户进行数学计算和逻辑推理。
同时，Ampl还支持多种数据类型和数据结构，如整数、实数、数组等，以满足不同问题的需求。
在Ampl建模语言中，用户可以通过定义决策变量、约束条件和目标函数来建立数学模型。
决策变量用于描述问题中的可调整参数，约束条件用于限制决策变量的取值范围，目标函数用于衡量决策变量的优劣。
通过对这些要素的定义和组织，可以将实际问题转化为数学模型，并使用Ampl求解器进行求解。
在Ampl建模语言中，可以使用丰富的运算符和函数进行数学计算和逻辑推理。
例如，可以使用加减乘除运算符进行基本的数学运算，使用逻辑运算符进行逻辑判断，使用条件语句和循环语句实现复杂的逻辑控制。
此外，Ampl还提供了众多的数学函数，如对数函数、指数函数、三角函数等，以便用户在建模过程中进行各种数学运算和变换。
Ampl建模语言广泛应用于各个领域的优化问题，如供应链管理、生产调度、人员调度等。
通过使用Ampl建模语言，用户可以将实际问题转化为数学模型，并利用Ampl求解器对模型进行求解。
其强大的建模能力和高效的求解算法，能够帮助用户在最短的时间内获得最优解决方案。
总之，Ampl建模语言是一种强大且灵活的数学建模语言，它能够帮助用户解决各种优化问题。
通过合理利用Ampl建模语言的特点和语法，用户能够准确描述问题、高效求解模型，从而得到最佳的解决方案。
希望本文能够对Ampl建模语言的使用有所帮助，让读者更好地理解和应用该语言。
常见优化模型范文
常见优化模型范文在机器学习和数据科学领域，优化模型是指通过改进模型的性能和效率来提高预测准确度的过程。
常见的优化模型方法包括参数调整、特征选择、数据预处理、模型集成和深度学习等。
1. 参数调整（Hyperparameter Tuning）：模型的参数通常是由用户手动设置的，不同的参数组合可能会对模型的性能产生显著影响。
通过尝试不同的参数组合，可以确定最佳的参数组合，进而优化模型的性能。
2. 特征选择（Feature Selection）：在建模过程中，往往存在大量的特征（变量），其中一些特征可能对模型的性能没有显著贡献甚至可能带来噪声。
特征选择是指从所有可能特征中选择出最重要的特征，以减少模型的复杂性并提高稳定性。
3. 数据预处理（Data Preprocessing）：数据预处理是指在建模之前对原始数据进行清洗、转换和规范化等操作。
常见的数据预处理方法包括缺失值处理、异常值处理、标准化、归一化等。
4. 模型集成（Model Ensemble）：模型集成是指将多个模型的预测结果进行组合以获得更好的性能。
常见的模型集成方法包括投票法、平均法、堆叠法等。
5. 深度学习（Deep Learning）：深度学习是一种机器学习方法，通过模拟人脑中的神经网络结构来构建模型。
深度学习模型通常具有多个隐藏层，并且大部分情况下需要大量的训练数据和计算资源。
6. 梯度下降（Gradient Descent）：梯度下降是一种优化算法，通过计算目标函数的梯度来迭代地调整模型的参数。
梯度下降在神经网络和线性回归等模型中被广泛应用。
7. 正则化（Regularization）：正则化是一种惩罚高复杂度模型的方法，以避免过拟合。
常见的正则化方法包括L1正则化、L2正则化等。
8. 交叉验证（Cross Validation）：交叉验证是一种评估模型性能的方法，通过将数据集划分为训练集和验证集，在多个数据划分上进行训练和验证，以减少模型对特定数据样本的依赖。
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1)现有 2 料场，位于 A (5, 1), B (2, 7), 记(xj,yj),j=1,2, 日储量 ej 各有 20 吨。
目标：制定每天的供应计划，即从 A,
B 两料场分别 向各工地运送多少吨水泥，使总的吨公里数最小。
决策变量：ci j (料场j到工地i的 运量）~12维
线性规划模型(LP) 用例中数 据计算， 最优解为
数据文件文件, 用文本编辑器编辑,保存为milk.dat
set P:=A1 A2; param T:=A1 12 A2 8; param Q:=A1 3 A2 4;
param L:=A1 24 A2 16;
批处理文件, 用文本编辑器编辑,保存为milk.run
model milk.mod; data milk.dat; option solver cplexamp; solve;
运行求解
AMPL: milk.run
CPLEX 11.0.0: optimal solution; objective 3360 2 dual simplex iterations (1 in phase I) x [*] := A1 20 A2 30 ;
灵敏度分析
AMPL: display x.rc, x.down, x.up;
12x1 8x2 480
约束条件
劳动时间 加工能力 非负约束
3x1 100 x1 , x2 0
线性 规划 模型 (LP)
AMPL程序 模型文件, 用文本编辑器编辑,保存为milk.mod
set P ordered; param T{i in P}>0; param Q{i in P}>0; param L{i in P}>0; var x{i in P}>=0; #产品集合 # 加工时间 #单位产量 #单位利润 #生产计划
x1 x2 x5 x6 x7 50 xi Z ， x1 x2 x3 x6 x7 50 即为非负整数 x1 x2 x3 x4 x7 50 x1 x2 x3 x4 x5 80 x2 x3 x4 x5 x6 90 x3 x4 x5 x6 x7 80
局部最优解与整体最优解
f(x)
x1
* o x2
x
• 局部最优解 (Local Optimal Solution, 如 x1 ) • 整体最优解 (Global Optimal Solution, 如 x2 )
优化模型的 简单分类
数学规划 连 续 优 化 离 散 优 化
min s.t.
f ( x) hi ( x) 0, i 1,...,m g j ( x ) 0, j 1,...,l xD
x.rc x.down x.up A1 0 64 96 A2 0 48 72 ;
:=
x.rc最优解下“资源”增加1单位时 “ 效益”的增量; x.down,x.up最优解 不变时目标函数系数允许变化范围 影子价格 原料增加1单位, 利润增长48; 时间增加1单位, 利润增长2; 加工能力增长不影响利润
模型求解
x1 x2 50
图解法
约 l2 : 12x1 8x2 480 束 12x1 8x2 480 l4 条 3x1 100 l3 : 3x1 100 件 c l4 : x1 0, l5 : x2 0 x1 , x2 0 目标 函数
l1的蛙泳成绩退步到1’15”2；戊的自由泳成绩进 步到57”5, 组成接力队的方案是否应该调整？ 穷举法：组成接力队的方案共有5!=120种。
0-1规划模型 cij(秒)~队员i 第j 种泳姿的百米成绩
cij j=1 j=2 j=3 j=4 i=1 66.8 75.6 87 58.6 i=2 57.2 66 66.4 53 i=3 78 67.8 84.6 59.4 i=4 70 74.2 69.6 57.2 i=5 67.4 71 83.8 62.4
min
j 1 i 1 2
2
6
cij [( x j ai ) 2 ( y j bi ) 2 ]1 / 2
s.t.
c
j 1 6 i 1
ij d i ,
i 1,...,6
c
ij e j ,
j 1,2
i ci1 （料场 A） c i 2 （料场 B）
1 3 0
2 5 0
整数规划
模型(IP)
0-1规划 －混合泳接力队的选拔
5名候选人的百米成绩
蝶泳 仰泳 蛙泳 自由泳 甲 1’06”8 1’15”6 1’27” 58”6 乙 57”2 1’06” 1’06”4 53” 丙 1’18” 1’07”8 1’24”6 59”4 丁 1’10” 1’14”2 1’09”6 57”2 戊 1’07”4 1’11” 1’23”8 1’02”4
x2 A
l1 B l2 C Z=3360 l3
Max z 72x1 64x2
z=c (常数) ~等值线
0
l5
Z=0
x1 D Z=2400
在B(20,30)点得到最优解 最优解一定在凸多边 形的某个顶点取得。
目标函数和约束条件是线性函数 可行域为直线段围成的凸多边形 目标函数的等值线为直线
LP的约束和目标函数均为线性函数 2维 可行域 线段组成的凸多边形 目标函数 等值线为直线 n维 超平面组成的凸多面体 等值线是超平面
有 最 优 解 （ Optimal ）
无
最 优 (Unbounded)
解
二次规划模型－例：产销计划问题
某厂生产两个牌号的同一种产品，如何确定产量使利润最大
假设A 假设B
产销平衡
牌号 产量 成本 价格 x1 c1 p1 甲 x2 c2 p2 乙
p随x (两种牌号)增加而减小，呈线性关系
p1 b1 a11 x1 a12 x2 , b1 , a11 , a12 0, a11 a12
决策变量：周一至周日每天(新)聘用人数 x1, x2,x7 目标函数：7天(新)聘用人数之和 约束条件：周一至周日每天需要人数
聘用方案
连续工作5天
min s.t.
设系统已进入稳态（不是开始的几周）
周一工作的应是(上)周四至周一聘用的 x4 x5 x6 x7 x1 50
z x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x1 x4 x5 x6 x7 50
3 0 4
4 7 0
5 0 6
6 1 10
总吨公里数为136.2
选址问题：NLP
2）改建两个新料场，需要确定新料场位置(xj,yj)和 运量cij ，在其它条件不变下使总吨公里数最小。
min
j 1 i 1 2
2
6
cij [( x j ai ) 2 ( y j bi ) 2 ]1 / 2
优化模型与 AMPL
优化模型和算法的重要意义
最优化: 在一定条件下，寻求使目标最大(小)的决策 最优化是工程技术、经济管理、科学研究、社 会生活中经常遇到的问题, 如: 结构设计 资源分配 生产计划 运输方案
解决优化问题的手段
• 经验积累，主观判断
• 作试验，比优劣 • 建立数学模型，求解最优策略
决策变量： ci j，(xj,yj)~16维
s.t.
c
j 1 6 i 1
ij d i ,
i 1,...,6
非线性规划模型
(NLP)
c
ij e j ,
j 1,2
整数规划 - 例: 聘用方案
某服 务 部门 一 周中 每 天 需 要 不 同 数 目的 雇 员：周一到周四每天至少 50 人，周五和周日 每天至少 80 人，周六至少 90 人。 现规定应聘者需连续工作 5 天，试确定聘用 方案，即周一到周日每天聘用多少人，使在 满足需要的条件下聘用总人数最少。
p2 b2 a21 x1 a22 x2 , b2 , a21 , a22 0, a22 a21
b1 100, a11 1, a12 0.1
b2 280, a21 0, a22 2
目标
x1 , x2
利润最大
max z ( x1 , x2 ) ( p1 c1 ) x1 ( p2 c2 ) x2
优化问题的一般形式
优化问题三要素：决策变量；目标函数；约束条件 目标函数 约 束 条 件
min s.t.
决策变量
f ( x) hi ( x) 0, i 1,...,m g j ( x ) 0, j 1,...,l xD
n
• 无约束优化(没有约束)与约束优化(有约束) • 可行解（只满足约束）与最优解(取到最优值)
AMPL: display raw, time, capacity; aw = 48 time = 2 capacity = 0
AMPL: display raw.down, raw.up,raw.current, raw.slack; raw.down = 43.3333 raw.up = 60 raw.current = 50 raw.slack = 0 影子价格有意义时约束右端的允 许变化范围;原来最少到43.3,最 大到60, slack=0意为原料用完.
（100-x1-0.1 x2-2）x1 +（280-0.2x1-2x2-3）x2 =98 x1 + 277 x2 － x12 － 0.3 x1 x2 － 2x22 =
约束
x1 + x2 ≤100 x1 ≤ 2 x2 x1 , x2 ≥ 0
二次规划模型(QP)
若还要求产量为整数，则是整数二次规划模型(IQP)
非线性规划模型－例：选址问题