运筹学PPT 第四章 线性整数规划
运筹学-整数规划与分配问题PPT
但 z=13 不是最优。实际问题的
最优解为(4 , 1)这时 z*= 14。
逻辑(0-1)变量在建立数学模型中的作用
1. m 个约束条件中只有 k 个起作用
设 m 个约束条件可以表示为:
n
aijxj bi (i1, ,m)
j1
定义逻辑变量
1,假定第 i 个约束条件不起作用 yi 0,假定第 i 个约束条件起作用
第四章 整数规划与分配问题
整数规划的特点及作用 分配问题与匈牙利法 分枝定界法 割平面法 应用举例
1 整数规划的特点及应用
在实际问题中,全部或部分变量取值必须是整数。比如人 或机器是不可分割的,选择地点可以设置逻辑变量等。
在一个线性规划问题中要求全部变量取整数值的,称纯整
数线性规划或简称纯整数规划;只要求一部分变量取整 数值的,称为混合整数规划。
如果完成任务的效率表现为资源消耗,考虑的是如何分配 任务使得目标极小化;如果完成任务的效率表现为生产效 率的高低,则考虑的是如何分配使得目标函数极大化。
在分配问题中,利用不同资源完成不同计划活动的效率常
用表格形式表示为效率表,表格中数字组成效率矩阵。
例2. 有一份说明书,要分别翻译成英、日、德、俄 四种文字,交甲、乙、丙、丁四个人去完成。因各人专长 不同,使这四个人分别完成四项任务总的时间为最小。效 率表如下:
又设 M 为任意大的正数,则约束条件可以改写为:
n
aijxj
bi Myi
j1
y1 y2 ym mk
2. 约束条件的右端项可能是 r 个值中的某一个
n
即
aijxj b1或b2或或br
j1
定义逻辑变量:
yi 10, ,假 其定 它约束右端项b为 i
《整数线性规划》PPT课件_OK
br br fr br br
整数可行解
xr arj x j br jN
最优基可行解
xr arj x j br jN
xr arj x j br 56 jN
minc x Ax b
s.t.x 0, x为整数
min c x
Ax b
s.t.xr
xij 1,0;i 1,2...1, 7, j 1,2,3 21
• 约束
包裹容量限制
必带物品限制 选带物品限制
17
ci xij rj ; j 1,2,3
i 1
3
xij 1;i 1,2...,7
j 1
3
xij 1;i 8,2...1, 7
j 1
22
• 目标函数—未带物品购买费用最小
3
1 xij ;i 8,2...1, 7 j 1
v1, v2 ,...,vn cij
vi vj
12
模型
• 变量—是否从i第个城市到第j个城市
x 1,0; • 约束 每个城市只能到达一次、离开一ij次
n
xij 1;i 1,2,...n
j0
n
xij 1; j 1,2,...n
13
i0
• 避免出现断裂 每个点给个位势 除了初始点外要求前点比后点大
支其中无最优解
41
初始分支为可行解 集,初始界为无穷大
判 定是否 分支集
空
是停止 当前最好解 为最优解
选一分支写出并求解 放松问题,同时从分 支集中删除该分支
否
判
是
定是否
为整数
42
解
判定最
优值是否
小于
否
当前界
是
运筹学课件PPT课件
整数规划的解法
总结词
整数规划的解法可以分为精确解法和近似解法两大类。
详细描述
整数规划的解法可以分为两大类,一类是精确解法,另一类是近似解法。精确解法包括割平面法、分支定界法等, 这些方法可以找到整数规划的精确最优解。而近似解法包括启发式算法、元启发式算法等,这些方法可以找到整 数规划的近似最优解,但不一定能保证找到最优解。
模拟退火算法采用Metropolis准则来 判断是否接受一个较差解,即如果新 解的能量比当前解的能量低,或者新 解的能量虽然较高但接受的概率足够 小,则接受新解。
模拟退火算法的应用
01
模拟退火算法在旅行商问题中得到了广泛应用。通过模拟退火算 法,可以求解旅行商问题的最优解,即在给定一组城市和每对城 市之间的距离后,求解访问每个城市恰好一次并返回出发城市的 最短路径。
动态规划的解法
确定问题的阶段和状态
首先需要确定问题的阶段和状态,以便将问 题分解为子问题。
建立状态转移方程
根据问题的特性,建立状态转移方程,描述 状态之间的转移关系。
求解子问题
求解每个子问题,并存储其解以供将来使用。
递推求解
从最后一个阶段开始,通过递推方式向前求 解每个阶段的最优解。
动态规划的应用
线性规划的解法
单纯形法
01
单纯形法是求解线性规划问题的经典方法,通过迭代过程逐步
找到最优解。
对偶理论
02
对偶理论是线性规划的一个重要概念,它通过引入对偶问题来
简化求解过程。
分解算法
03
分解算法是将大规模线性规划问题分解为若干个小问题,分别
求解后再综合得到最优解。
线性规划的应用
生产计划
线性规划可以用于生产计划问题, 通过优化资源配置和生产流程, 提高生产效率和利润。
管理运筹学第四章整数规划与指派问题 ppt课件
资源
小号容器
金属板(张)
2
劳动力(个)
2
机时(小时)
1
中号容器 大号容器 资源拥有量
4
8
500
3
4
300
2
3
100
利润
4
5
6
11
解:设x1 , x2 , x3分别表示小、中、大号容器的生产数量, M为很大的正数,z表示总利润
引入逻 辑变量
yj 10,,
xj 0 xj 0
j1,2,3
m ax z 4 x1 5 x2 6 x3 100 y1 150 y2 200 y3
32
分枝的方法
max z CX
AX b
s.t.
X
0,
X为整数
m ax z CX
AX b
s .t . x r b r
X
0,
X为
整
数
m ax z CX
AX b
s .t . x r b r
X
0, X 为 整 数
33
定界的方法
当前得到的最好整数解的目标函数值 分枝后计算放松的线性规划的最优解
.t
.
X
0
如果最优解x
i中某个分量
x
0 i
非整
max z CX
AX b
s.t
.
X 0
X为整数向量
xi [ xi0 ]
max z CX
AX b
s.t
.
X 0
X为整数向量
xi [ xi0 ] 1
26
分枝定界法的两个要点:分枝和定界 ☺如何定界? • 整数规划ILP的最优解不会优于松弛LP的最优解; • 对极大化问题来说,松弛 LP 的目标函数最优值是原
运筹学基础及应用_(第四章_整数规划与分配问题)
(d) 8
(e)1号、
4号、6号、9号开采时不能超过两个,试表示上
述约束条件。
Next
基础教研室
(a)当x8=1 当x8=0 ∴ x8 x6
x6=1,x6≠0 x6=1,x6=0
(b)当x5 =1 当x5 =0 ∴ x5 + x3 1
x3=0, x3 ≠1 x3=0, x3 =1
基础教研室
【例1】求下述整数规划的最优解
Max z= 3x1 + 2x2 st . 2x1 + 3x2 14 x1 + 0.5x2 4.5 x10,x20,且为整数
基础教研室
x2 x1+0.5x2=4.5
4
(3.25, 2.5) 2 2x1+3x2=14
2
4
6
x1
3x1+2x2=6
二、整数规划的求解方法
1 -选择电网供应 设 y1 0 -不选择电网供应
10 d j x j f (1 y1 ) M j 1 10 0.3d j x j p (1 y2 ) M j 1 y1 y2 1 y1 , y2 0或1
基础教研室
【例3】投资决策问题 某公司准备1000万元资金在10个地点中选择若干个建立 工厂(工厂名称用地点名来命名),有关数据如下:
由于各个工厂之间有配套和协作关系,因此必须满足条件: 1、 建工厂1就必须同时建工厂2; 2、 若建工厂2就不允许建工厂3; 3、 工厂4和工厂5至少建一个; 4、 工厂6,7,8恰好建2个; 5、 工厂8,9,10最多建2个; 6、 建工厂4或者建工厂6,就不能建工厂8,反过来也一样; 7、 条件2,3,5最多满足2个。 问选择哪几个地点建厂最有利? Next
运筹学--整数规划 ppt课件
三、投资问题
某公司在今后五年内考虑给以下的项目投资。已知: 项目A:从第一年到第四年每年年初需要投资,并于次年末
回收本利115%,但要求第一年投资最低金额为4万元,第 二、三、四年不限; 项目B:第三年初需要投资,到第五年未能回收本利128%, 但规定最低投资金额为3万元,最高金额为5万元; 项目 C:第二年初需要投资,到第五年未能回收本利140%, 但规定其投资额或为2万元或为4万元或为6万元或为8万元。 项目 D:五年内每年初可购买公债,于当年末归还,并加利 息6%,此项投资金额不限。
= 1.15x1A+ 1.06x2D; 第四年:年初的资金为 1.15x2A+1.06x3D,于是 x4A + x4D =
1.15x2A+ 1.06x3D; 第五年:年初的资金为 1.15x3A+1.06x4D,于是 x5D =
引入约束 xi ≤ M yi ,i =1,2,3,M充分大,以 保证当 yi = 0 时,xi = 0 。
这样我们可建立如下的数学模型:
Max z = 4x1 + 5x2 + 6x3 - 100y1 - 150y2 -
200y3
s.t. 2x1 + 4x2 + 8x3 ≤ 500 2x1 + 3x2 + 4x3 ≤ 300 x1 + 2x2 + 3x3 ≤ 100 xi ≤ M yi ,i =1,2,3,M充分大 xj ≥ 0 yj 为0--1变量,i = 1,2,3
一、投资场所的选择
京成畜产品公司计划在市区的东、西、南、北四区建立销售
门市部,拟议中有10个位置 Aj ( j=1,2,3,…,10)可供 选择,考虑到各地区居民的消费水平及居民居住密集度,规
运筹学课件第四节0—1型整数规划
例:固定费用问题 有三种产品被用于生产三种产品,资源量、产品单件费用、 资源消耗量以及生产产品的固定费用。要求制定一个生产计 划,总收益最大。
,先加工某种产品 0 yj ( j 1 ,2 ,3 ,4 ) 1 ,先加工另外产品 机床1:x11+a11≤x21+My1 ; x21+a21≤x11+M(1-y1) 机床2:x22+a22≤x32+My2 ; x32+a32≤x22+M(1-y2) 机床3:x13+a13≤x33 +My3 ; x33+a33≤x13+M(1-y3) 机床4:x14+a14≤x24 +My4 ; x24+a24≤x14+M(1-y4) 当y1=0,表示机床1先加工产品1,后加工产品2;当y1=1,表示机床1先 加工产品2,后加工产品1.
4 求解: 7 C 6 6 6
8
7
9 17 9 12 7 14 9 12
15 12 14 10 8 7 6 10 10 6
第一步 造0 各行各列减其最小元素
0 0 0 0 0
4 3 2 10 3 1 3 6 8 6
11 7 2 0 4
第四节
0—1型整数规划
一、0-1变量及其应用 某些特殊问题,只做是非选择,故变量设置简化为0或1, 1代表选择,0代表不选择。
选取某个特定方案 1, 当决策选取方案 x 0 , 当决策不选取方案 问题含有较多的要素, 每项要素有 2 种选择,用 0 1变量描述。 有限要素 E1, E 2 ,...E n , 每项 E j 有两种选择 A j , A j 1, E j 选择 A j xj 0 , E j 选择 A j
运筹学PPT 第四章 线性整数规划
s.t.
x
i 1
8
i
5
x1 x2 1
x6 x7 x8 1
x6 x2
xi 0 或 1,i=1, … ,8
2. 指派问题 问题描述:n项任务可由n个人完成,由于专长不同,各人 完成各任务的时间也不同,求最优安排。 要求:每人只能完成一项任务,每项任务只能由一人完成。 例: 有一份中文说明书,需译成英、日、德、俄四种文字, 分别记作任务E、J、G、R,现有甲、乙、丙、丁四人,他们 将中文说明书翻译成不同语种说明书所需的时间如下表所示, 问应指派何人去完成何项任务,使所需总时间最少?
运动员 甲 乙
丙 丁
仰泳 75.5 65.8
67.6 74.0
蛙泳 86.8 66.2
84.3 69.4
蝶泳 66.6 57.0
77.8 60.8
自由泳 58.4 52.8
59.1 57.0
3. 背包问题 问题描述 已知:一个背包最大容量为b公斤;有m件物品供选择,每 件物品重ai公斤,价值为ci(i=1,…,m)。 问题:携带哪些物品可使总价值最大? 一般模型 xi=
解:令 x i=
7
1, Ai被选中
i 1
0, Ai没被选中
bixi≤B ∑ i=1 x1+x2+x3≤2 s.t. x4+x5≥1 x6+x7≥1 x =0或 1,i=1, … ,7
i
7
课堂练习1:
某钻井队要从S1~S10共10个井位中确定五个钻 井探油,如果选Si,估计钻探费用为ci元,并且 井位选择上要满足下列条件: (1)或选择S1和S7,或选择S8 ;
解:令 x i=
管理运筹学线性规划ppt课件
x1 +x2 =300
D
x1
x1 ≥0, x2 ≥0
ห้องสมุดไป่ตู้
O
100 200 300 400
• 五边形ABCDO内(含边界)的任意一点2x1(x+1x,2 =x402)0都是满足所有
约束条件的一个解,称之可行解 。 z=0= 50x1 +100 x2
11
经济管理学院
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的,应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失,增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的,应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失,增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
第二节
线性规划的图解法
三 、解的可能性(续) • 无可行解:若约束条件相互矛盾,则可行域为空集
例如
maxZ= 3x1 +2 x2 -2x1 + x2 ≥2
2
经济管理学院
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的,应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失,增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
第一节
线性规划一般模型
一、线性规划问题的三个要素
•
▪ 决策问题待定的量值称为决策变量。 ▪ 决策变量的取值要求非负。
• 约束条件
第三节
线性规划的标准型
一 、标准型
• 线性规划问题的数学模型有各种不同的形式,如
▪ 目标函数有极大化和极小化; ▪ 约束条件有“≤”、“≥”和“=”三种情况; ▪ 决策变量一般有非负性要求,有的则没有。
运筹学课件第四节0-1型整数规划
目录
CONTENTS
• 0-1型整数规划概述 • 0-1型整数规划的数学模型 • 0-1型整数规划的求解算法 • 0-1型整数规划的案例分析 • 0-1型整数规划的软件实现
01 0-1型整数规划概述
CHAPTER
定义与特点
定义
0-1型整数规划是一种特殊的整数规 划,其中决策变量只能取0或1。
解决方案通常采用动态规划或混合整数线性规 划方法,通过迭代和优化算法来找到最优解。
05 0-1型整数规划的软件实现
CHAPTER
Excel求解工具
适用范围
适用于简单的0-1型整数规划问题。
优点
操作简单,易学易用,适合初学者。
使用方法
利用Excel的Solver插件,设置目标函数、 约束条件和决策变量,进行求解。
其他约束
除了资源和需求约束外,还可能 存在其他类型的约束,如数量约 束、时间约束等,这些约束条件 都对决策变量的取值范围进行了 限制。
决策变量
离散变量 0-1型整数规划中的决策变量通常 是离散的,只能取0或1两个值。 这些决策变量代表了不同的策略 或选择。
最优解 最优解是指在所有可行解中使目 标函数达到最优值的决策变量的 取值组合。
缺点
对于大规模问题求解能力有限,可能存在精 度问题。
Python求解库
适用范围
适用于各种规模的0-1型整数规 划问题。
使用方法
利用Python的优化库,如PuLP 或CVXPY,编写目标函数和约束 条件,进行求解。
优点
功能强大,可处理大规模问题 ,精度高。
缺点
需要一定的编程基础,学习成 本较高。
MATLAB求解工具
运筹学整数规划PPT课件
B1 (x1≤4)
2
4
B2 6
(4,2.1) z=349
(5,1.57) z=341 7x1+20x2=70
若情况③发生,得到(A)问题最优值的一个上界。同时可以通 过观察的方法任找(A)问题的一个可行解,那么对应的目标函 数值是(A)最优值的一个下界 z 。即得到
z ≤ z* <z,转2,进行以下一步的迭代;
步骤2.对当前问题进行分支和定界
分支:任取非整数的分量 xr。构造两个附加约束: xr ≤ [xr] 和 xr ≥ [xr]+1 ,
s.t.
9 7
x1 x1
7 x2 56 20 x2 70
x1,x
2
0, 且为整数
x2
8
6
4 (0,3.5) Z=315
2
等值线
9x1+7x2=56
选x1来分支
松弛规划问题最优解
(4.81,1.82) Z=356 7x1+20x2=70
2
4
6
8
10
x1
x2 8
6
9x1+7x2=56
4 (0,3.5) Z=315
① 过滤隐枚举法 ② 分支隐枚举法 4.匈牙利法——解决指派问题(0-1规划特殊情形)
5.蒙特卡洛法——求解各种类型规划(不要求掌握) 6. 分支切割方法(不要求掌握) 7. 启发式算法(不要求掌握)
分 支 定 界 法
分支定界法是求整数规划的一种常用的有效的 方法,既能解决纯整数规划的问题,也能解决 混合整数规划的问题。
划 变量全限制为整数的,为纯(完全)整数规划。
定
特例:0-1整数规划
义 变量部分限制为整数的,为混合整数规划。
运筹学课件--第四章 整数规划
LP0:X=(3.57,7.14),Z0=35.7
x1≤3 x1≥4
LP1:X=(3,7.6) Z1=34.8
x2≤6
LP2:X=(4,6.5) Z2=35.5
x2≥7 无可行解 x1≥5 LP5:X=(5,5) Z5=35
OR:SM OR:SM
LP3:X=(4.33,6) Z3=35.33
10
OR:SM OR:SM
第二节 整数规划求解
【例3.5 】用分枝定界法求解例3.1
max Z 4 x 1 3 x 2 1 . 2 x 1 0 . 8 x 2 10 2 x 1 2 . 5 x 2 25 x 1 , x 2 0 , 且均取整数
【解】先求对应的松弛问题(记为LP0):
7
OR:SM OR:SM
第二节 整数规划求解
一、舍入化整法
为了满足整数解的要求,自然想到“舍入”或“截尾”处理,以得到 与最优解相近的整数解。 这样做除少数情况外,一般不可行,因为化整后的解有可能超出 了可行域,成为非可行解;或者虽是可行解,却不是最优解。
不考虑整数约束则是一个LP问题,称为原整数规划的松弛问题 对于例1的数学模型,不考虑整数约束的最优解:
6
LP1 LP3
LP3:X=(4.33,6),Z3=35.33
C o
14
3
4
10
x1
OR:SM OR:SM
x2 ① ②
10 A
由于 Z 3 Z 1,选择 LP 3 进行分枝,增加约束 x 1 4 及 x 1 5,到线性规划 LP 4 及 LP 5:
max Z 4x1 3x2 LP1:X=(3,7.6),Z1=34.8 1.2x1 0.8x2 10 2x1 2.5x2 25 LP4 : LP4:X=(4,6),Z4=34 x1 4,x2 6,x1 4 x1 , x2 0 即x1 4, 可行域是一条线段 max Z 4x1 3x2
运筹学-4-整数规划ppt课件
.
8
第四章 整数规划 0-1规划
解:设xi
1 0
带第 i件物品
不带第 i件物品 数学模型:
Z表示所带物品的总价值
m
Z ci 带第i件
ci xi
i 1
m
携带物品的总重量 bi x i
i 1
m
max Z ci xi
m i1
s.t
i1
bi xi
b
xi 0,1,
i 1, 2, m
i1
1, 2,..., m
i1
s.t. xij bj j 1, 2 , n
i1
xij
0
,
yi 0,1
混合型整数规划
.
11
第四章 整数规划
例 工厂A1和A2生产某种物资。由于该种物资供不应求,故需要再 建一家工厂。相应的建厂方案有A3和A4两个。这种物资的需求地有 B1,B2,B3,B4四个。各工厂年生产能力、各地年需求量、各厂至各需 求地的单位物资运费cij,见下表:
.
10
第四章 整数规划
解:设 xij表示A 工 i运厂 往B 商 j的店 运量
m
n
则总运费为
c ij x ij
i1 j 1
数学模型:
mn
m
设yi
1 0
则总建厂费为
在第 i个地点建m厂in Z
不在第 i个地点建厂 n
m
fi yi
j1 m
xij
i1
j
ai
1
yi
cij xij
i
fi yi
1 若 建 工 厂 yi 0 若 不 建 工 厂(i3,4)
再设xij为由Ai运往Bj的物资数量,单位为千吨;z表示总费用, 单位万元。
运筹学 第4章 整数规划
第四章整数规划整数规划(Integer Programming)主要是指整数线性规划。
一个线性规划问题,如果要求部分决策变量为整数,则构成一个整数规划问题,在项目投资、人员分配等方面有着广泛的应用。
整数规划是近二、三十年发展起来的数学规划的一个重要分支,根据整数规划中变量为整数条件的不同,整数规划可以分为三大类:所有变量都要求为整数的称为纯整数规划(Pure Integer Programming)或称全整数规划(All integer Programming);仅有一部分变量要求为整数的称为混合整数规划(Mixed Integer Programming);有的变量限制其取值只能为0或1,这类特殊的整数规划称为0-1规划。
本章主要讨论整数规划的分枝定界法、割平面法、0-1规划及指派问题。
第一节整数规划问题及其数学模型一、问题的提出在线性规划模型中,得到的最优解往往是分数或小数,但在有些实际问题中要求有的解必须是整数,如机器设备的台数、人员的数量等,这就在原来线性规划模型的基础上产生了一个新的约束,即要求变量中某些或全部为整数,这样的线性规划称为整数规划(Integer Programming)简称IP,是规划论中的一个分枝。
整数规划是一类特殊的线性规划,为了满足整数解的条件,初看起来,只要对相应线性规划的非整数解四舍五入取整就可以了。
当然在变量取值很大时,用上述方法得到的解与最优解差别不大,当变量取值较小时,得到的解与实际最优解差别较大,当变量较多时,如n=10个,则整数组合有210=1024个,而且整数解不一定在这些组合当中。
先来看下面的例子。
例4.1某工厂生产甲、乙两种设备,已知生产这两种设备需要消耗材料A、材料B,有关数据如下,问这两种设备各生产多少使工厂利润最大?表4-112量都要求为整数,建立模型如下:2123max x x z +=⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≥≤+≤+为整数21212121,0,5.45.01432x x x x x x x x 要求该模型的解,首先不考虑整数约束条件④,用单纯形法对相应线性规划求解,其最优解为:x 1=3.25 x 2=2.5 max z =14.75由于x 1=3.25,x 2=2.5都不是整数,不符合整数约束条件。
运筹学目标规划与整数规划-67页PPT文档资料
3 -1 0 0 0 x1 x2 x3 x4 x5 RHS 1 0 1/7 0 2/7 13/7 0 1 -2/7 0 3/7 9/7
0 0 -3/7 1 22/7 31/7
0 0 -5/7 0 -3/7
QSC
华东理工大学 工商经济学院
运筹学
Page:23
Gomory定理
在松弛问题的最优单纯形表中,假如有一常数
d
5
22xx11
3x2 3x2
d1
d
2
d1
d
2
680 600
St
250 x1
x1
d
4
125 d
x2
d
3
4
200
d
3
70 ,000
x2
d
5
d
5
所有变量
120 0
QSC
华东理工大学 工商经济学院
-1 0
0
0
P4 d4- 1 0 0 0 0 0 0 0 1 -1 0
0 x2 2/3 1 0 0 1/3 -1/3 0 0 0 0 0
P1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0
P2 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0
检验数 P3 -500/3 0 0 0 0 125/3 125/3 1 0 0
华东理工大学 工商经济学院
运筹学
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整数规划与其松弛问题
当放弃整数约束时得到的线性规 划称为整数规划的松弛问题。
整数规划的可行域是松弛问题的 可工大学 工商经济学院
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1 选中A 即x 0 不选A
则A 的利润为c x , 需投资为b x
东区在A1,A2, A3中至多选2个
怎样表示?
1 选中A 解:设x 0 不选A 则模型为 Maxz c x
x x x 2
b x B x x x 2 x x 1 x x 1 x ,, x 是0 1变量
1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3
x 0 x M y y 0或1
[例]
人力资源分配的问题 某昼夜服务的公交线路每天各时间段内所需司机和乘 务人员数如下: 班次 1 2 3 4 5 时间 6:00 —— 10:00 10:00 —— 14:00 14:00 —— 18:00 18:00 —— 22:00 22:00 —— 2:00 所需人数 60 70 60 50 20
xi=0或 1,i=1, … ,4
课堂练习: 某市为方便学生上学,拟在新建的居民小区增设 若干所小学。已知备选校址代号及其能覆盖的居民 小区编号如表所示,问为覆盖所有小区至少应建多 少所小学?
备选校址代号
A B C D E F
覆盖的居民小区编号
1、5、7 1、2、5 1、3、5 2、4、5 3、6 4、6
例13 投资场所选址问题
计划在东、西、南三个区开设若干商业网点,拟在 A1,…,A7 7个地点中选择。规定:东区在A1,A2,A3中
至多选2个,西区在A4,A5中至少选1个,南区在A6,A7中
至少选1个。已知在Ai建点需投资bi,可获利ci,现共有资 金为B。问应如何布局可使总利润最大? 分析:
决策变量x , , x 分别表示地址A , , A 的选择变量,
课堂练习2: 某篮球队有8名队员,其身高和专长如下表,现要选 拔5名球员上场参赛,要求: (1)中锋只有1人上场 (2)后卫至少有一人上场 (3)只有2号上场,6号才上场 要求平均身高最高,应如何选拔队员?
队员 身高 专长 1 1.92 中锋 2 1.90 中锋 3 1.88 前锋 4 1.86 前锋 5 1.85 前锋 6 1.83 后卫 7 1.80 后卫 8 1.78 后卫
E 2 10 9 7 J 15 4 14 8 G 13 14 16 11 R 4 15 13 9
甲 乙 丙 丁
解:令
xij= min
1, 指派第i人去完成第j项任务
0, 不指派第i人去完成第j项任务 z=2x11+15x12+13x13+4x14+10x21+4x22+14x23+15x24
第四章 线性整数规划
整数规划——变量只能取整数的规划问题。 当变量只能取0或1两个值, 称0-1规划。
整数规划的分类:
纯整数规划:所有变量都限制为整数
混合整数规划:仅部分变量限制为整数
0-1整数规划:变量的取值仅限于0或1
整数规划的解法:分枝定界法或割平面法
基本思想是把一个整数规划问题化为一 系列的线性规划问题来求解
1. 投资场所的选址问题
某城市拟在东、西、南三区设立商业网点,备选位置有 A1~A7共7个,如果选Ai,估计投资为bi元,利润为ci元,要 求总投资不超过B元,规定 东区:A1、A2、A3中至多选2个 西区:A4、A5中至少选一个 南区:A6、A7中至少选一个 问如何设点使总利润最大?
max z= ci xi
x2 + x 3
x3 + x 4 x4 + x 5
≥ 60
≥ 50 ≥ 20
x5 + x 6
≥ 30
x1,x2,x3,x4,x5,x6 ≥ 0且为整数
最优解:X* =(60 ,10,50 ,0 ,30 ,0), Z*=150
二、
0-1整数规划
投资场所的选址问题 指派问题 背包问题 消防队问题
s.t.
x
i 1
8
i
5
x1 x2 1
x6 x7 x8 1
x6 x2
xi 0 或 1,i=1, … ,8
2. 指派问题 问题描述:n项任务可由n个人完成,由于专长不同,各人 完成各任务的时间也不同,求最优安排。 要求:每人只能完成一项任务,每项任务只能由一人完成。 例: 有一份中文说明书,需译成英、日、德、俄四种文字, 分别记作任务E、J、G、R,现有甲、乙、丙、丁四人,他们 将中文说明书翻译成不同语种说明书所需的时间如下表所示, 问应指派何人去完成何项任务,使所需总时间最少?
解:模型为:
Max Z 7 x1 5 x2 9 x3 6 x4 3 x5
54x1 35x2 57x3 46x4 19x5 115 s.t. x 0 或 1 (i 1,,5) i
4. 消防队问题 某城市的消防总部将全市划分为11个防火区,设有4个 消防救火站。下图①~④表示消防站,1~11表示防火区域, 图中连线表示各地区由哪个消防站负责。问题:可否减少消 防站的数目,仍能同样负责各地区的防火任务?如果可以, 应关闭哪个消防站? 2
运动员 甲 乙
丙 丁
仰泳 75.5 65.8
67.6 74.0
蛙泳 86.8 66.2
84.3 69.4
蝶泳 66.6 57.0
77.8 60.8
自由泳 58.4 52.8
59.1 57.0
3. 背包问题 问题描述 已知:一个背包最大容量为b公斤;有m件物品供选择,每 件物品重ai公斤,价值为ci(i=1,…,m)。 问题:携带哪些物品可使总价值最大? 一般模型 xi=
1, 物品i被选中 0,物品i没被选中
m
Max z ci xi
ai xi b s.t. i 1 xi 0 或 1
m
i 1
例:一个徒步旅行者要在背包中选择一些最有价值的物品携 带。他最多能带115kg的物品,现有5件物品,分别重54、35、 57、46、19kg,其价值依次为7、5、9、6、3。问携带哪些 物品可使总价值最大?
1, x 0,即采用第j 种生产方式时 0, x 0,即不采用第j 种生产方式时
则总费用z ( k y c x ) ( k y c x ) ( k y c x )
初步建立模型为 Minz ( k y c x ) ( k y c x ) ( k y c x )
解:令 x i=
1, Si被选中
min z=
10
c x
i 1
10
i i
0, Si没被选中
s.t.
x x 1 xx xx 11 x x 1 x x x x 2 x 0
i 1 i
x
1 7
5
8
8
3
5
4
5
5
6
7
8
i
或 1,i=1, … ,10
(2)选择了S3或S4就不能选择S5,反 过来也一样;
(3)在S5,S6 ,S7,S8中最多只能选 两个。 问如何选择井位使总费用最小?
课堂练习1: 某钻井队要从S1~S10共10个井位中确定五个钻井探油,
如果选Si,估计钻探费用为ci元,并且井位选择上要满足下列条件: (1)或选择S1和S7,或选择S8 (2)选择了S3或S4就不能选择S5,反过来也一样 (3)在S5,S6 ,S7,S8中最多只能选两个 问如何选择井位使总费用最小?
解:令 x i=
7
1, Ai被选中
i 1Biblioteka 0, Ai没被选中 ∑ bixi≤B i=1 x1+x2+x3≤2 s.t. x4+x5≥1 x6+x7≥1 x =0或 1,i=1, … ,7
i
7
课堂练习1:
某钻井队要从S1~S10共10个井位中确定五个钻 井探油,如果选Si,估计钻探费用为ci元,并且 井位选择上要满足下列条件: (1)或选择S1和S7,或选择S8 ;
1 8 2 9
1
3 6 5
7
4
10
4
3
11
解:令 x i=
1, 保留第i个消防队 0, 撤消第i个消防队
则模型为
min z= x1+x2+x3+x4
x1+x2 ≥1 x1+x2 ≥1 x1 ≥1 x1 +x3 ≥1 x3 ≥1 x1 +x3+x4≥1 x1 +x4≥1 x1+x2 +x4≥1 x1 +x4≥1 x4≥1 x3+x4≥1
x14+ x24+ x34+ x44= 1 ( R任务只能一人干)
xij = 0 或 1,i,j = 1,2,3,4
课堂练习:P57例2.23
例:甲、乙、丙、丁是四名游泳运动员,他们各种 姿势的100m游泳成绩如表。为组成一个4×100m 混合泳接力队,怎样选派运动员,方使接力队的游 泳成绩最好?
某篮球队有8名队员,其身高和专长如下表,现要选 拔5名球员上场参赛,要求: (1)中锋只有1人上场 (2)后卫至少有一人上场 (3)只有2号上场,6号才上场 要求平均身高最高,应如何选拔队员?
解:令 x i=
1, 队员i被选中 0,队员i没被选中
1 8 max z= ci xi 5 i 1
1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3
x 0 y 0或1
问题:不能保证当 0时必有y 1,怎样解决? x
— —加约束 x M y , M 为x 的上界。则最后模型为