作者:刘美华、刘文昌、肖逸飞
石工十四班。
数学建模作业。
上图是某学校学生宿舍的平面示意图,学校准备进行统一装修,其中地面将采用818mm×355mm的地板砖铺设卧室,615mm×180mm的地板砖铺设洗手间,地板砖可任意切割,要求在不考虑墙体宽度的情况下,如何铺设使得地板砖使用的块数最少。
问题分析用两种不同的地板砖铺卧室与洗手间,两者之间互不影响,地板砖可以任意切割,尽量保持地板砖的完整性,横着铺的不能铺了再竖着铺,直到不能在用整的瓷砖,这样应该可以找到用地板砖块数最少的方案。
问题假设宿舍长为l,宽为d,洗手间为正方形,边长为a,卧室用的瓷砖长为l1 ,宽为d1,洗手间用的瓷砖长为l2,宽为d2。
模型建立给出以下记号,瓷砖总块数为n,卧室用了x块,洗手间用了y块。
洗手间块数y:n1,n2表示先先横着铺用的行数与列数(取整数)
n2*l2<=a
n2+1)*l2>a
n1*d2>=a
n1-1)*d2n3表示后来竖着铺时的列数(取整数),n4表示后来竖着铺时的行数。
显然,n4=n2
n3*d2>=a-n2*l2
n3-1)*d2n5 表示最后需要切割来铺满的块数。
a- n2*l2)2<=n5*l2 d2+(n1*d2-a)*l2*n2+(n3*d2+n2*l2-a)*l2
a- n2*l2)2>(n5-1)*l2 d2+(n1*d2-a)*l2*n2+(n3*d2+n2*l2-a)*l2
min(y)=n1*n2+n3*n4+n5
卧室的块数x:从右向左铺,首先铺的列数为n1,行数为n2
n2*d1>=d
n2-1)*d1n1*l1<=l-a
n1+1)*l1>l-a
在铺左半部分行数为n3,列数为n4
n3*l1<=l-n1l1
n3+1)*l1>l-n1l1
n4*d1<=d-a
n4+1)*d1>d-a
铺剩余部分需要整数块数为n5
l*d-a2-n1*n2*l1*d1-n3*n4*l1*d1<=n5*l1*d1+n1*(n2*d1-d)*l1
l*d-a2-n1*n2*l1*d1-n3*n4*l1*d1>(n5-1)*l1*d1+n1*(n2*d1-d)*l1
min(x)=n1*n2+n3*n4+n5
模型求解 min(n)=min(x)+min(y)
代入l=10m,d=6m,a=3m,l1=0.818m,d1=0.355m,l2=0.615m,d2=0.180m
得min(n)=258块。
模型检验根据总面积,与瓷砖的面积可得,min(n)=(3*3)/(0.615*0.180)(取整)+(3*3+6*7)/(0.
818*0.355)(取整)=258,符合我们的模型。
灰色与绿色为整块,其它未切割后拼图。
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