运筹学概述

发布 2022-09-15 07:08:28 阅读 8634

总序。运筹学的工作步骤:

1. 提出和形成问题。弄清问题的目标,可能的约束,问题的可控变量以及相关参数。

2. 建立模型。把问题中的可控变量,参数和目标与约束之间的关系用一定的模型表示出来。

3. 求解。用各种数学方法将模型求解(编程的重点,各种算法,求出最优解,次优解,满意解,一般借助计算机)。

4. 解的检验。(检查求解步骤和程序有无错误)。

5. 解的控制。

6. 解的实施。

注:以上的步骤应该反复进行。

一. 线性规划与目标规划

1. 线性规划与单纯形法。

1.1线性规划的标准形式:

1.2单纯形法。

思路:一般线性规划问题具有的方程组数小于变量个数,这时有不定的解。但可以从线性方程组找出一个个的单纯形,每一个单纯形都可以求得一组解,然后在判断解使目标函数值是增大还是减小,决定下个单纯形。

这就是迭代,直到目标函数实现最大值或最小值为止。

决定性:换出的变量的确定,即为最小比值规则。

………运筹学第三版p25

结束标志:(即为最优检验与解的判别)

…运筹学第三版p24

这里主要是将已准备好的基向量带入到目标函数,求出各变量前的系数,从而检验是否达到最优。

1.3大m法。

该方法是用于构造初始基向量而设定,是在该线性规划已是标准形式的前提下,加入m系数向量。

2. 对偶理论和灵敏度分析。

2.1单纯形法的矩阵描述。

将解法简化为具体的几个步骤:可以借助计算机程序实现(注:可以编写一下)。

2.2对偶问题。

………运筹学第三版p53

规则:原问题的目标函数为max时(1)变量与对偶问题的的约束条件,符号相同。(2)约束条件与对偶问题的变量,符号相反。符号指的是大于号等。

2.3对偶单纯形法。

在灵敏度分析及求解整数规划的割平面中,有时需要对偶单纯形法,这样可以使问题处理简单。其目的还在简化运算上。

3. 运输问题。

运输问题,为特殊的线性规划问题,采用比较的特殊的单纯形法,也称之为表上作业法。

4. 目标规划。

针对线性规划目标的单一的局限性,而提出的目标规划的方法。与传统的线性规划相比,它强调了系统性,其方法在于寻找一个尽可能满足所有目标的解,而不是绝对满足这些目标值。

其解决思路:根据目标的重要性,分清先后主次,轻重缓急,引入偏差变量,将目标按等级转化为目标约束,最终形成可用线性规划方法解决的问题。

二. 整数规划。

1. 整数规划。

穷举法,可以加一个限制条件。

2. 分支定界法。

借助于普通的线性规划方法求出其对应的线性规划最优解,然后对非整数分量进行分支定界,例:

…..运筹学第三版p117

3. 割平面法。

把可行域割成解为整数的线性规划法,一般很少单独使用。

4. 0-1整数规划。

隐枚举法,主要是加上一个限定条件,减少运算次数。

5. 指派问题。

三. 非线性规划。

1. 无约束问题。

1.1数学模型。

运筹学p134

注:非线性规划最优解可在其可行域任意处达到。

1.2极值问题。

(1).局部极值与全局极值。

(2).极值存在条件。

必要条件:导数为零。

充分条件:二次型正定(类似于极值的第二充分条件《高等数学,朱士信,p100》),正定的充要条件是它的矩阵h的左上角各阶主子式都大于零。《运筹学第三版,p137》

1.3凸函数和凹函数。

(1).凸函数定义。

运筹学第三版p138

(2).凸函数的性质。

数乘性:凸函数乘以一个大于零的数仍为凸函数。

叠加性:两个凸函数相加仍为凸函数。

部分凸集性:水平截取部分凸函数喏仍为凸集。

(3).凸函数的判定。

一阶条件:一阶连续偏导,满足。

二阶条件:具有二阶连续偏导数,同时,其海塞矩阵在定义域上处处半正定。

(4).凸函数的极值。

凸函数的极小值即为其全局最小值。

1.4凸规划。

.运筹学第三版p143

1.5下降迭代法。

思路:为求函数的最优解,首先给定一个初始估计,然后按某种算法出比更好的解,再按此规则找到更好的解….最后得到一个解的序列。若这个解的序列有极限。一般只求出近似解。

详解下降算法:

.运筹学第三版p144

1).搜索方向:在以上,选取搜索方向最为关键,而各种算法的不同主要在于确定搜索方向上不同。

2).步长:第一种简单的使用定步长,但不能保证是目标。

函数下降。第二种为可接受点算法,只要函数数值下降即可。

第三种基于搜索方向使目标值下降最多,即为最佳步长。求最。

佳步长的过程就是一维搜索。

(3).一维搜索性质:在搜索方向上所得到的最优点处的梯度。

和该搜索方向正交。

(4).收敛速度。

1.6一维搜素:斐波那契法。

1.7 一维搜索:0.618法(**分割法)

1.8无约束极值问题的解法。

(1).概念。

(2).梯度法(最速下降法)

核心:主要以负梯度方向作为下降方向,以一维搜索等算法求最佳步长。

(3).共轭梯度法。

(4).变尺度法。

(5).步长加速法。

2. 约束极值问题。

思路:将约束问题转化为无约束问题;将非线性规划问题化为线性规划问题,以及将复杂问题变换为较简单问题的其他方法。

2.1最优性条件。

(1).有效约束与可行下降方向

有效约束:即为处于约束条件的边界。可得,等式约束对所有可行点均起作用。

可行下降方向:

(2).库恩--塔克条件???

2.2二次规划:目标函数为x的二次函数,约束条件全部为线性条件。

2.3可行方向法。

2.4制约函数法。

四. 动态规划。

五. 图与网络分析。

1. 图的基本概念。

1).边(没有方向的边)与弧(有箭头的连线)。

2).简单图(无多重边无环的图),反之即为多重图。

3).初等链,无重复出现的点。

4).连通图:图中任意两个点之间,至少有一条链。

5).支撑子图与子图。

2. 树:一个无圈的连通图。

1).树的性质:两点之间有且只有一条链;树中任意加一条边,恰好得到一个圈;树中任意去掉一个边,则成不连通图。

2).破圈法:寻求连通图的支撑树法。

3).最小支撑树问题。

3. 最短路问题。

1).dijkstar方法(编程)。

2). floyd-warshall算法(编程)。

4. 网络最大流。

5. 最小费用最大流。

6. 中国邮递员问题。

六. 排队论。

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