Python小白的数学建模课---选址问题

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选址问题是要选择设施位置使目标达到最优，是数模竞赛中的常见题型。

小白不一定要掌握所有的选址问题，但要能判断是哪一类问题，用哪个模型。

进一步学习 PuLP工具包中处理复杂问题的字典格式快捷建模方法。

1. 选址问题
9 U" _8 U& C. g6 m/ ]选址问题是指在某个区域内选择设施的位置使所需的目标达到最优。选址问题也是一种互斥的计划问题。

8 w1 B0 [* v/ f! j$ ?/ J; @例如投资场所的选址：企业要在 m 个候选位置选择若干个建厂，已知建厂费用、运输费及 n 个地区的产品需求量，应如何进行选址。

选址问题是运筹学中经典的问题之一，选址问题在生产生活、物流、甚至军事中都有着非常广泛的应用，如工厂、仓库、急救中心、消防站、垃圾处理中心、物流中心、导弹仓库的选址等。更重要的，选址问题也是数模竞赛的热点问题。
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选址是重要的长期决策，选址的好坏直接影响到服务方式、服务质量、服务效率、服务成本等，从而影响到利润和市场竞争力，选址问题的研究有着重大的经济、社会和军事意义。

2 B! u/ z; l( f# l' M选址问题有四个基本要素：设施、区域、距离和优化目标。
' |& [4 l8 X6 {/ ^5 l4 y1 M1.1 设施
% I$ |# b5 l" P+ ^2 y选址问题加粗样式中所说的设施，在具体题目中可以是工厂、仓库、服务站等形式。
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1.2 区域
选址问题中所说的区域，在具体题目中可以是工厂、车间的内部布局，也可以是给定的某个地区、甚至空间范围。
; T+ L  \5 ^% z/ `6 O8 G按照规划区域的特征，可以分为连续选址问题和离散选址问题。连续选址问题，设施可以布局在区域内的任意位置，就要求出最优选址的坐标；离散选址问题，只能从若干候选位置中进行选择，运筹学中的选址问题通常是这类离散选址问题。
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1.3 距离
8 P5 {/ V; b# P5 @  {, v0 x选址问题中所说的距离，是指设施到服务对象之间的距离，在具体题目中也可以是某个选址位置的服务时间、成本、覆盖范围。如果用图论方法求解，通常就是连接顶点的边的权值。
; m+ `) j1 i+ m& U) s$ c5 V当问题所关注的是设施到服务对象之间的距离时，如果问题给出的不是顶点之间的距离，而是设施的位置坐标，要注意不是只有欧式距离，对于不同问题也可能是球面距离、曼哈顿距离、切比雪夫距离。
0 w, o) o+ N/ V- Q7 W" T8 l3 G7 x
1.4 优化目标
选址问题要求选择最好的选址位置，但选址位置只是决策变量，选择的最终目的通常是实现加权距离最短、费用最小、利润最大、时间最短，这才是优化问题的目标函数。
按照目标函数的特点，可以分为：中位问题，要求总成本最小；中心问题，服务于每个客户的最大成本最小；反中心问题：服务于每个客户的最小成本最大。
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2. 常见选址问题及建模
0 X9 R8 w. {0 }: [3 K2.1 P-中位问题（P-median problem）
P-中位问题，假设有 N 个候选服务站和 M 个需求点，要从 N 个候选服务站中选择 P 个，使所有需求点到最近的服务站的加权距离 dij的总和最小。需求点 i 的权值，通常是指该需求点的需求量。
) U' ]% _7 b; x& I! y  p
这是一个 MinSum 问题，定义决策变量 xj为选中的服务站，yij将各需求点匹配到最近的服务站：
/ q: d  N8 Y/ E# {' X- `x j = { 1 ， 服务站  j 被 选 中    0  ，服 务 站 j 未 被 选 中
. P1 M) u0 G7 M7 e, ^! a5 }  e  F. lyij={1，需要点i由服务站j服务    0，需要点i不由服务站j服务
. o. |! R9 O* S, `; s1 y: y# k可以建立数学模型如下：
6 Z& F+ p' \2 ]; @6 \& @1 AminDs.t.:⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎧​∑j∈N​wi​dij​yij​≤D,∀i∑j∈N​xj​=P∑j∈N​yij​=1,∀iyij​−xj​≤0,∀i,jxj​∈{0,1},yij​∈{0,1}​


' r7 n* B7 I  O0 \! K) s9 K  W% K+ g​
# c7 s; g1 ~4 M其中：j 为服务站，i 为需求点，dij为需求点 i 到服务站 j 的距离。如果只求需求点到最近的服务站的最大距离，则wi=1;如果要求任一需求点到最近的服务站的最大运费，则wi为需求点 i 的需求量，即加权最大距离。
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