杨利霞 发表于 2020-3-18 15:42

数学建模中的规划问题

数学建模中的规划问题


*规划算法综合概述*
规划的基本概念
规划的分类方法(了解)
求解规划的基本方法
*线性规划*
线性规划模型的建立
线性规划求解
*非线性规划*
*整数规划*
整数规划的分类
整数规划的求解方法
特殊整数规划0-1规划
动态规划(了解即可)
动态规划模型的基本原理
动态规划的优缺点
==目标规划(重点)==
目标规划模型的建立
引入偏差变量的概念
引入优先因子
目标规划的一般模型
目标规划的求解方法
规划算法的应用
装了半天数学公式编辑器,没装好,见谅。

规划算法综合概述

对规划问题学习的心得 https://blog.csdn.net/hyqhhxx/article/details/100075799

规划的基本概念

规划是运筹学的一个重要分支,主要研究数值最优化问题。三个主要构成要素为决策变量、目标函数以及约束条件。

决策变量x,目标函数z,约束条件g(x)

规划的分类方法(了解)





求解规划的基本方法

方法:在具体规划模型中会说明
软件:Lingo Matlab

线性规划

线性规划即目标函数以及约束条件都是线性的规划。

线性规划模型的建立

线性规划的标准化

目标函数标准化
约束条件标准化
决策变量的标准化
1.目标函数统一为求最大,如果原式为求最小,转化公式为 min(z)=max(-z)

2.约束条件统一由不等式化为等式。简单说就是如果式子是大于等于号,则式子左端减去一个正数,反之则加上一个正数。

例如

引入松弛变量 Xn+1,Xn+2

a1x1+…+anxn<=b1 化为 a1x1+…+anxn+Xn+1=b1
a1x1+…+anxn>=b2 化为 a1x1+…+anxn-Xn+2=b2

添加限制
Xn+1>=0
Xn+2>=0


4.因此所有的线性规划都可以化成标准形式:



线性规划求解

理论基础:单纯形法(简单说就是在基本可行解中循环迭代求得最优解的过程)

Lingo求解

代码简单
结果易分析
不容易报错

大概就是这个样子
Matlab求解

其中A,b,Aeq,X,beq,C都是系数矩阵。 约束条件中第一个为不等式约束,第二个为等式约束,第三个为决策变量的范围,在下节非线性规划中会再次升级。


所有量需要化成矩阵形式,负责代码的同学自己去了解。


非线性规划

简单说就是目标函数和约束条件至少有一个是非线性的规划。

Matlab形式

从公式来看,目标函数不能简单的表示为C^Tx的形式,多出了两条非线性约束条件。
总的来说非线性规划比线性规划仅仅增添了解方程时的麻烦。

整数规划

决策变量为整数类型的规划。

整数规划的分类



整数规划的求解方法

蒙特卡洛算法
蒙特卡洛算法,本质就是随机取样法,是指使用随机数(或者更常见的伪随机数)来解决很多计算问题的方法。

某整数规划题目的求解过程



特殊整数规划0-1规划

即在整数规划的基础上增加一个限制条件 0<=x<=1







动态规划(了解即可)

简单来书每一阶段的决策,常常会影响下一阶段的决策,通过动态规划求取全局最优解。

动态规划模型的基本原理

最优化原理:如果一条最短路经过Xk,那么这条路线上从Xk到终点的一段,是从Xk出发到终点的所有路线中最短的。

贝尔曼—福特算法:在整个过程的最优化策略中,无论过去的状态和决策如何,对当前而言,余下的策略必须构成最优策略。

逆序法由1和2衍生出来:从后往前逐步求出各点到终点的最佳路线,最后求出全局最优路线。

动态规划的优缺点

优点:
1.可得到全局最优解
2.可得到一族最优解
3.可以利用经验提高解题效率
缺点:
1.没有统一的模型
2.用数值方法求解存在维数灾

目标规划(重点)

目标规划中的目标不是单一目标而是多目标,既有主要目标又有次要目标。根据主要目标建立部门分目标,构成目标网,形成整个目标体系。制定目标时应注意衡量各个次要目标的权重,各次要目标必须在主要目标完成之后才能给予考虑。

目标规划模型的建立




引入偏差变量的概念






引入优先因子



目标规划的一般模型



目标规划的求解方法

理论基础:序贯式算法
按各个目标的优先次序,由高到低按单目标的规划问题求解,最高级的优先解解出后,添加到目标偏差的上界添加到约束条件中。

规划算法的应用

2015国赛 太阳影长的问题
原文链接:https://blog.csdn.net/hyqhhxx/article/details/100071956


德古拉 发表于 2020-3-18 17:56

Nice shot, thx for sharing
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