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【關(guān)鍵詞】研究性學(xué)習(xí);線性規(guī)劃;教學(xué)改革
隨著當(dāng)前基礎(chǔ)教育的改革的深入,研究性學(xué)習(xí)成為當(dāng)前基礎(chǔ)教育的一個(gè)熱點(diǎn),引起了教育界和社會(huì)的廣泛關(guān)注,也成為當(dāng)前培養(yǎng)學(xué)生能力的一個(gè)嶄新的課題。我們本著教學(xué)過(guò)程始于課內(nèi),終于課外的原則對(duì)線性規(guī)劃的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行研究。主要是把實(shí)際問(wèn)題抽象為數(shù)學(xué)模型,使其在約束條件下,找到最佳方案。也就是說(shuō)求線性目標(biāo)函數(shù)在線性約束條件下的最大值和最小值問(wèn)題。
1 線性規(guī)劃問(wèn)題
在實(shí)際社會(huì)活動(dòng)中遇到這樣的問(wèn)題:一類(lèi)是當(dāng)一項(xiàng)任務(wù)確定后,如何統(tǒng)籌
安排,盡量做到最少的資源消耗去完成;另一類(lèi)是在已有的一定數(shù)量的資源條件下,如何安排使用它們,才能使得完成的任務(wù)最多。
例如1-1:某工廠需要使用濃度為 的硫酸10 ,而市場(chǎng)上只有濃度為 , 和 的硫酸出售,每千克價(jià)格分別為8元,10元,16元,問(wèn)應(yīng)購(gòu)買(mǎi)各種濃度的硫酸各多少?才能滿足生產(chǎn)需求,且所花費(fèi)用最???
設(shè)取濃度為 , , 的硫酸分別為 千克,總費(fèi)用為 ,則
2 線性規(guī)劃問(wèn)題的模型
2.1概念
對(duì)于求取一組變量 使之既滿足線性約束條件,又使具有線
性目標(biāo)函數(shù)取得最值的一類(lèi)最優(yōu)問(wèn)題稱(chēng)為線性規(guī)劃問(wèn)題。
2.2模型
3線性規(guī)劃問(wèn)題的求解
3.1圖解法
在平面直角坐標(biāo)系中,直線 可以用二元一次方程 來(lái)表示,點(diǎn) 在直線 上的充要條件是 ;若 不在直線上,則 或 ,二者必居其一。
直線 將平面分為兩個(gè)半平面 和 ,位于同一個(gè)半平面內(nèi)的點(diǎn),其坐標(biāo)必適合同一個(gè)不等式,要確定一個(gè)二元一次不等式所表示的半平面,可用“特殊點(diǎn)”法,如原點(diǎn)或坐標(biāo)軸上的點(diǎn)來(lái)檢驗(yàn)。另外有如下結(jié)論:
(1)若 ,則 表示直線 右側(cè)的半平面, 示直線 左側(cè)的半平面。
(2)若 ,則 表示直線 上方的半平面, 示直線 下方的半平面。
例1-1中,設(shè)取濃度為 , ,的硫酸分別為 千克,取 的硫酸為 千克,總費(fèi)用為 ,則
當(dāng)直線 : 向右上方移動(dòng),經(jīng)過(guò)可行域上的 點(diǎn),此時(shí)直線距離原點(diǎn)最遠(yuǎn), 取得最大值。由 得 點(diǎn)的坐標(biāo)為 ,代入 得, .
從圖解法來(lái)看,它只適用線性約束條件中決策變量為二元一次線性規(guī)劃問(wèn)題的求解.對(duì)于含有三個(gè)或三個(gè)以上的求解,用圖解法無(wú)法下手.如何求多元線性規(guī)劃問(wèn)題的解呢?下面我們以例1-2為例,介紹單純形法的求解方法.
3.2單純形法
顯然,第一行中 的值最小,故選 進(jìn)基,將第一行乘以0加到第二行,再將第一行乘以 加到第三行,然后再將第一行乘以 加到第四行,得到下表:
4 線性規(guī)劃的簡(jiǎn)單應(yīng)用
4.1物資調(diào)運(yùn)問(wèn)題(產(chǎn)銷(xiāo)平衡)
運(yùn)輸問(wèn)題一般是某種物資有 個(gè)產(chǎn)地 ,產(chǎn)量分別為 個(gè)單位;有 個(gè)銷(xiāo)地 ,銷(xiāo)量分別為 個(gè)單位, 與 之間的單位運(yùn)價(jià)為 ,問(wèn)應(yīng)如何安排運(yùn)輸?shù)姆桨?,才能使總運(yùn)費(fèi)最低?
[例] 甲、乙兩地生產(chǎn)某種產(chǎn)品,它們可調(diào)出的數(shù)量分別為300t,750t,A、B、C三地的需要該產(chǎn)品得數(shù)量分別為200t,450t,400t,甲地運(yùn)往A、B、C三地的費(fèi)運(yùn)分別為6元/t, 3元/t,5元/t,乙地運(yùn)往A、B、C三地費(fèi)運(yùn)分別為5元/t,9元/t,6元/t,問(wèn)怎樣調(diào)運(yùn),才能使總運(yùn)費(fèi)最低?
如果甲生產(chǎn)的產(chǎn)品運(yùn)往B之后有剩余,而且也滿足B地的需求量,我們應(yīng)將B所在的列的元素全部劃掉,然后在剩余的元素中再找最小元素,依次類(lèi)推。
4.2合理下料問(wèn)題
下料問(wèn)題是加工業(yè)中常見(jiàn)的一種問(wèn)題,其一般的提法是把一種尺寸規(guī)格已知的原料切割成給定尺寸的幾種毛坯,問(wèn)題是在零件毛坯數(shù)量給定的條件下,如何割才能使廢料最少?
[例] 某工廠有一批長(zhǎng)為2.5m的條形鋼材,要截成60cm和42cm的兩種規(guī)格的零件毛坯,找出最佳的下料方案,并計(jì)算材料的利用率。
解法一:設(shè)每根鋼材可截成60cm長(zhǎng)的毛坯
x根,42cm長(zhǎng)的毛坯y根,按題意得不等式
,畫(huà)出直線 : 的圖象,如圖(4)。
因?yàn)橐氐玫膬煞N毛坯數(shù)的和必須為正整數(shù)。
所以 ,的解為坐標(biāo)的點(diǎn)一定是第一象限內(nèi)可行域的網(wǎng)格的交點(diǎn)。
如果直線 上有網(wǎng)格交點(diǎn),那么按直線上網(wǎng)格交點(diǎn)的坐標(biāo) 的值為下料方案,這時(shí)材料全部被利用,此方案就是最佳方案。從圖上看直線 不能過(guò)網(wǎng)格交點(diǎn)。在這種情況下,為了制定最佳方案應(yīng)該找靠近直線 的網(wǎng)格交點(diǎn)。當(dāng)然不能在直線 的右上方的半平面內(nèi)找網(wǎng)格交點(diǎn),右上方的半平面任何網(wǎng)格交點(diǎn)坐標(biāo)都使 。這時(shí)兩種零件毛坯長(zhǎng)度和超過(guò)原鋼材的長(zhǎng)度,這是不合理的,所以問(wèn)題的最優(yōu)解不能在這個(gè)區(qū)域找。
這樣,下料的范圍只能在 表示的可行域內(nèi),在直線 的左下方半平面內(nèi)找最靠近直線的網(wǎng)格交點(diǎn),得點(diǎn) , 就是所求的最優(yōu)解。材料利用率為 。
解法二(列舉法):
4.3生產(chǎn)安排問(wèn)題
生產(chǎn)安排問(wèn)題是企業(yè)生產(chǎn)中常遇到的問(wèn)題,用若干種原料生產(chǎn)某幾種產(chǎn)品,原料供應(yīng)有一定的限制,要求制定一個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)計(jì)劃,使其在給定的資源限制條件下能得到最大收益。如前面的例1-2就是生產(chǎn)安排問(wèn)題,我們不再舉例。
本文著重研究線性規(guī)劃的一些簡(jiǎn)單的應(yīng)用及其求解方法。圖解法是我們解決一些二維線性問(wèn)題的最基本的方法,應(yīng)該必須掌握,對(duì)于三維或三維以上的可利用單純形法求解,單純形法可以用來(lái)求一些比較復(fù)雜的線性規(guī)劃的問(wèn)題,有興趣的同學(xué)可參閱《運(yùn)籌學(xué)》。通過(guò)本文的介紹,要學(xué)會(huì)解決簡(jiǎn)單的應(yīng)用問(wèn)題,拓展解題思路,培養(yǎng)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
參考文獻(xiàn):
[1]袁小明.數(shù)學(xué)思想史導(dǎo)論[M].廣西教育出版社,1991.
關(guān)鍵詞:采購(gòu) 耗用 庫(kù)存 LINGO 約束條件
針對(duì)問(wèn)題三:當(dāng)價(jià)格保持線性上升時(shí),根據(jù)每種油第一個(gè)月價(jià)格,確定出2個(gè)月價(jià)格。價(jià)格就由常量變關(guān)于x的函數(shù),其中x上限20。使用LINGO計(jì)算,用EXCEL制作曲線圖。無(wú)論x在取值范圍如何變,都能提出最佳采購(gòu)與耗用方案并確定最大利潤(rùn)。
一、問(wèn)題的提出
二、問(wèn)題分析
問(wèn)題1、2目的是尋求更好的采購(gòu)和耗用及庫(kù)存方案,使總利潤(rùn)最大。總利潤(rùn)包含采購(gòu)原油費(fèi)用、儲(chǔ)存原油費(fèi)用、銷(xiāo)售成品油所得的金額,目標(biāo)函數(shù)由此構(gòu)成。每個(gè)月對(duì)原油的精練、存儲(chǔ)油量的限制,成品油的硬度也限制在3至6之間,故約束條件可得。
三、基本假設(shè)
1.假設(shè)原料油能夠滿足加工需要;
2.不考慮原料油的采購(gòu)費(fèi)用和所需的時(shí)間;
3.假設(shè)原料油的采購(gòu)和加工是均勻連續(xù)的,存儲(chǔ)中沒(méi)有質(zhì)量損失。
四、符號(hào)說(shuō)明
六、模型的檢驗(yàn)
主要運(yùn)用LINGO檢測(cè),第一個(gè)月最大利潤(rùn)43750.元,對(duì)問(wèn)題二:逐月最大利潤(rùn)為55227.27元,采購(gòu)和耗用原料油都滿足限制條件。
七、模型評(píng)價(jià)
1.模型的優(yōu)點(diǎn)
1.1本模型解決了原料油的采購(gòu)和耗用及庫(kù)存方案,給出解決線性規(guī)劃問(wèn)題的一般算法,得出較滿意結(jié)果。
1.2本模型對(duì)原料油市場(chǎng)價(jià)格變化規(guī)律下的不同 ,利用LINGO計(jì)算總利潤(rùn),可觀察出市場(chǎng)的變化規(guī)律。
2.模型的不足
2.1假設(shè)較多,導(dǎo)致模型不全面反映實(shí)際中原料油的采購(gòu)、耗用和價(jià)格的變化對(duì)利潤(rùn)的影響。
2.2實(shí)際中,為獲最大利潤(rùn),在原料油價(jià)格較低時(shí)采購(gòu),在價(jià)格上漲時(shí),僅保證需要即可。
八、模型的推廣
本模型的建立為解決變量較多的線性規(guī)劃問(wèn)題提供了一個(gè)合理的方案,可以應(yīng)用于其他類(lèi)似的線性規(guī)劃問(wèn)題??赏茝V到庫(kù)存材料利用問(wèn)題、產(chǎn)銷(xiāo)不平衡運(yùn)輸問(wèn)題、材料訂購(gòu)與運(yùn)輸問(wèn)題和最低成本問(wèn)題等規(guī)劃問(wèn)題上。
參考文獻(xiàn)
[1]姜啟源、謝金星、葉俊,《數(shù)學(xué)模型》北京市西城區(qū)德外大街4號(hào):高等教育出版社,2007年8月第三版.
[2]袁新生等,用LINGO6.0求解大型數(shù)學(xué)規(guī)劃,工程數(shù)學(xué),第17卷第5期:73~77,2001.
[3]運(yùn)籌學(xué)教材編寫(xiě)組,運(yùn)籌學(xué),北京:清華大學(xué)出版社,1990.
【關(guān)鍵詞】線性規(guī)劃;易錯(cuò)點(diǎn);歸納整理
線性規(guī)劃問(wèn)題是實(shí)際生活中常遇到的一類(lèi)問(wèn)題,因此常見(jiàn)于各省市高考試卷中.筆者將線性規(guī)劃教學(xué)中學(xué)生常見(jiàn)的易錯(cuò)點(diǎn)整理歸納如下,僅供參考.
案例1在平面直角坐標(biāo)系xOy中,已知平面區(qū)域A=(x,y)|x+y≤1x≥0y≥0,求:
(1)若z=x-y,則z的最大值是;
(2)若平面區(qū)域B={(x+y,x-y)|(x,y)∈A},則平面區(qū)域B的面積為().
A.2
B.1
C.12
D.14
錯(cuò)解(1)作出x-y=0的平行線,如圖1,發(fā)現(xiàn)當(dāng)過(guò)點(diǎn)B時(shí)z取最大值-1.
評(píng)析因?yàn)閦=x-y在y軸上的截距是-z,故點(diǎn)A(1,0)才是使z取得最大值的最優(yōu)解,所以zmax=1.事實(shí)上,對(duì)于目標(biāo)函數(shù)z=ax+by,b
錯(cuò)解(2)令a=x+y,b=x-y則0≤a≤1,-1≤b≤1表示的平面區(qū)域如圖2所示,則面積應(yīng)等于2.
評(píng)析本題中忽略x與y本身的范圍,應(yīng)注意到a+b=2x≥0,a-b=2y≥0,所以約束條件為a+b≥0,a-b≥0,0≤a≤1,-1≤b≤1, 表示的平面區(qū)域如圖3,所以陰影面積為1,即B的面積為1.
案例2設(shè)實(shí)數(shù)x,y滿足x-y-2≤0,x+y-4≥0,2y-3≤0, 求z=y+1x-3的取值范圍.
錯(cuò)解因?yàn)榭尚杏虻捻旤c(diǎn)分別為A52,32,B72,32和C(3,1),所以-5≤y+1x-3≤5.
評(píng)析線性規(guī)劃問(wèn)題是數(shù)形結(jié)合的典范,通過(guò)可行域如圖4,可以觀察得y+1x-3≤-5或y+1x-3≥5.
案例3不等式組y-x≥0,x+y-10≥0,y-3x+6≤0, 表示的平面區(qū)域?yàn)镈,若指數(shù)函數(shù)y=ax的圖像上存在區(qū)域D上的點(diǎn),求a的取值范圍.
錯(cuò)解因?yàn)閰^(qū)域D的頂點(diǎn)分別為C(3,3),A(5,5),B(4,6),所以a>1,515≤a≤614, 所以515≤a≤614.
評(píng)析畫(huà)出可行域D如圖5,發(fā)現(xiàn)可行域并非是封閉的三角形區(qū)域,點(diǎn)A(5,5)使a取最小值515,所以a的取值范為515≤a.
案例4若實(shí)數(shù)x,y滿足條件y-x≥0,x+y-10≤0,y-3x+6≤0, z=x+yi(i為虛數(shù)單位),求|z+1-6i|的最大值和最小值.
錯(cuò)解因?yàn)閨z+1-6i|可以看作可行域中的點(diǎn)到點(diǎn)(-1,6)的距離,所以畫(huà)出可行域如圖6,分別帶入點(diǎn)A(5,5),B(4,6),C(3,3)得出5≤|z+1-6i|≤37,所以最大值37,最小值5.
評(píng)析本題錯(cuò)解在于忽視了當(dāng)由點(diǎn)(-1,6)向直線y-3x+6=0作垂線時(shí),垂足可能在可行域中,事實(shí)上垂足72,92恰好在線段BC上,故最小值應(yīng)為22.5,最大值37.
案例5若實(shí)數(shù)x,y滿足不等式35x+24y≥106,x∈N,y∈N, 求z=140x+120y的最小值.
錯(cuò)解做出可行域如圖7所示,因?yàn)辄c(diǎn)A10635,0且由于直線l:z=140x+120y的斜率k=-76>kAB=-3524,可知當(dāng)直線l向上平移過(guò)點(diǎn)(3,1)時(shí)z=540,過(guò)點(diǎn)(4,0)時(shí)z=560,故z的最小值是540.
評(píng)析本題的難點(diǎn)在于x∈N,y∈N,對(duì)于整點(diǎn)問(wèn)題可利用“平行移動(dòng)、代入檢驗(yàn)”的方法解決,所以本題中還要考慮x=2,因?yàn)?5x+24y≥106,故y≥32,所以考察點(diǎn)(2,2)得出z=520;再考察點(diǎn)(1,3)得出z=500;進(jìn)而考察點(diǎn)(0,5)得出z=600.故本題最優(yōu)解應(yīng)為(1,3)時(shí)zmin=500.
總評(píng)
摘要:通過(guò)對(duì)實(shí)際生活中有關(guān)優(yōu)化問(wèn)題的探討,運(yùn)用線性規(guī)劃知識(shí),使問(wèn)題情景數(shù)學(xué)化,特別是應(yīng)用圖解法有關(guān)可行解的理論,對(duì)有關(guān)優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型的建立和求解給出了具體方法。
關(guān)鍵詞:線性規(guī)劃;約束條件;目標(biāo)函數(shù);圖解法
利用線性規(guī)劃知識(shí)建立有關(guān)優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型,需要尋求決策變量x,在優(yōu)化問(wèn)題中,通常有多個(gè)決策變量,常用一組不等式來(lái)描述即約束條件。在解決最優(yōu)解問(wèn)題時(shí),若用數(shù)量形式描述即目標(biāo)函數(shù)。對(duì)不同的問(wèn)題,其目標(biāo)和條件的表現(xiàn)形式可以是各式各樣,但在數(shù)學(xué)看來(lái),都可以概括為:求某一函數(shù)在一定約束條件下的最大(最?。┲档膯?wèn)題。
一、線性規(guī)劃問(wèn)題
1、不等式Ax+By+C>0
(1)當(dāng)B>0時(shí) y>-A/Bx-C/B表示直線Ax+By+C=0的上部分
(2)當(dāng)B
(3)當(dāng)B=0時(shí),當(dāng)A>0時(shí) x>-C/A表示直線x=-C/A的右方部分
當(dāng)A
2、點(diǎn)在直線同側(cè)還是異側(cè)的判斷
令A(yù)(x1,y1)B(x2,y2)L:Ax+By+C=0
(1)A,B在L的異側(cè)(Ax1+By1+C)(Ax2+By2+C)
(2)A,B在L的同側(cè)(Ax1+By1+C)(Ax2+By2+C)>0
3、不等式表示的平面區(qū)域
例如:|x|+|y|≤2 所表示的平面區(qū)域圖1
|x|+|y|-2≤0
x+y-2≤0
-x-y-2≤0
x-y-2≤0
-x+y-2≤0
圖1
二、建立優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型
下面通過(guò)實(shí)例看看如何形成約束條件和目標(biāo)函數(shù)。
例:某工廠甲、乙兩種產(chǎn)品,計(jì)劃每天各種產(chǎn)品的生產(chǎn)量不少于15t,已知如表1所示。
12問(wèn)應(yīng)如何安排生產(chǎn)才能獲得最大利潤(rùn)?
設(shè)甲、乙兩種產(chǎn)品分別為x(t),y(t),總利潤(rùn)z(萬(wàn)元)
則有約束條件:
9x+4y≤300
4x+5y≤200
3x+10y≤300
x≥15
y≥15
目標(biāo)函數(shù)為:zmax=7x+12y
概括上述問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型就是:求一組非負(fù)數(shù)x、y,使之滿足上述約束條件,且使目標(biāo)函數(shù)取得最大值。
三、用圖解法解線性規(guī)劃問(wèn)題的方法
建立有關(guān)優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型后,下一步就需要求解問(wèn)題。由于目標(biāo)函數(shù)和約束條件都是線性函數(shù),在二維情況下,可行解的區(qū)域?yàn)橹本€段圍成的凸多邊形,于是,最優(yōu)解一定在凸多邊形的某個(gè)頂點(diǎn)處取得。
解決上述的實(shí)際問(wèn)題:
約束條件:
9x+4y≤300
4x+5y≤200
3x+10y≤300
x≥15
y≥15
目標(biāo)函數(shù)為:zmax=7x+12y
由上述約束條件的5個(gè)不等式來(lái)確定可行解的區(qū)域。圖2中陰影部分為凸多邊形,其中每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)都是線性規(guī)劃問(wèn)題的一個(gè)可行解。
求目標(biāo)函數(shù)為:zmax=7x+12y取得最大值。
令z等于某一個(gè)常數(shù),如z=366.69,411,417.246,428等分別做直線zmax=7x+12y,這些線都是互相平行的直線,即是目標(biāo)函數(shù)的等值線。當(dāng)z越來(lái)越大時(shí),直線離開(kāi)原點(diǎn)越來(lái)越遠(yuǎn),最后,在滿足約束條件的所有解中,使z取得最大值的解將在可行域的邊界點(diǎn)A(20,24)處得到,即當(dāng)x=20、y=24時(shí)zmax=428(萬(wàn)元)。
[關(guān)鍵詞] 非線性規(guī)劃; 模型; 產(chǎn)品組合; 應(yīng)用
doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2012 . 08. 065
[中圖分類(lèi)號(hào)] F272 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194(2012)08- 0096- 02
1 非線性規(guī)劃數(shù)學(xué)模型
對(duì)實(shí)際規(guī)劃問(wèn)題作定量分析,必須建立數(shù)學(xué)模型。建立數(shù)學(xué)模型首先要選定適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)變量和決策變量,并建立起目標(biāo)變量與決策變量之間的函數(shù)關(guān)系,稱(chēng)之為目標(biāo)函數(shù)。然后將各種限制條件加以抽象,得出決策變量應(yīng)滿足的一些等式或不等式,稱(chēng)之為約束條件。非線性規(guī)劃問(wèn)題的一般數(shù)學(xué)模型可表述為求未知量x1,x2,…,xn,使?jié)M足約束條件:
gi(x1,…,xn) ≥ 0 i = 1,…,m
hj(x1,…,xn) = 0 j = 1,…,p
并使目標(biāo)函數(shù)f(x1,…,xn)達(dá)到最小值(或最大值)。其中:諸gi和諸hj都是定義在n維向量空間Rn的某子集D(定義域)上的實(shí)值函數(shù),且至少有一個(gè)是非線性函數(shù)。
上述模型可簡(jiǎn)記為:
min f(x)
s.t. gi(x) ≥ 0 i = 1,…,m
hj(x) = 0 j = 1,…,p
其中x = (x1,…,xn)屬于定義域D,符號(hào)min表示“求最小值”,符號(hào)s.t.表示“受約束于”。
定義域D中滿足約束條件的點(diǎn)稱(chēng)為問(wèn)題的可行解。全體可行解所成的集合稱(chēng)為問(wèn)題的可行集。對(duì)于一個(gè)可行解x*,如果存在x*的一個(gè)鄰域,使目標(biāo)函數(shù)在x*處的值f(x*)優(yōu)于(指不大于或不小于)該鄰域中任何其他可行解處的函數(shù)值,則稱(chēng)x*為問(wèn)題的局部最優(yōu)解(簡(jiǎn)稱(chēng)局部解)。如果f(x*)優(yōu)于一切可行解處的目標(biāo)函數(shù)值,則稱(chēng)x*為問(wèn)題的整體最優(yōu)解(簡(jiǎn)稱(chēng)整體解)。
2 關(guān)于Excel規(guī)劃求解
“規(guī)劃求解”是一組命令的組成部分,這些命令有時(shí)也稱(chēng)作假設(shè)分析 (假設(shè)分析:該過(guò)程通過(guò)更改單元格中的值來(lái)查看這些更改對(duì)工作表中公式結(jié)果的影響。例如,更改分期支付表中的利率可以調(diào)整支付金額。)工具。借助“規(guī)劃求解”,可求得工作表上某個(gè)單元格(被稱(chēng)為目標(biāo)單元格)中公式 (公式:?jiǎn)卧裰械囊幌盗兄?、單元格引用、名稱(chēng)或運(yùn)算符的組合,可生成新的值。公式總是以等號(hào) (=) 開(kāi)始。)的最優(yōu)值?!耙?guī)劃求解”將對(duì)直接或間接與目標(biāo)單元格中公式相關(guān)聯(lián)的一組單元格中的數(shù)值進(jìn)行調(diào)整,最終在目標(biāo)單元格公式中求得期望的結(jié)果。“規(guī)劃求解”通過(guò)調(diào)整所指定的可更改的單元格(可變單元格)中的值,從目標(biāo)單元格公式中求得所需的結(jié)果。在創(chuàng)建模型過(guò)程中,可以對(duì)“規(guī)劃求解”模型中的可變單元格數(shù)值應(yīng)用約束條件 (約束條件:“規(guī)劃求解”中設(shè)置的限制條件??梢詫⒓s束條件應(yīng)用于可變單元格、目標(biāo)單元格或其他與目標(biāo)單元格直接或間接相關(guān)的單元格。),而且約束條件可以引用其他影響目標(biāo)單元格公式的單元格。
使用“規(guī)劃求解”可通過(guò)更改其他單元格來(lái)確定某個(gè)單元格的最大值或最小值。使用規(guī)劃求解的操作方法為:
在“工具”菜單上,單擊“規(guī)劃求解”。
如果“規(guī)劃求解”命令沒(méi)有出現(xiàn)在“工具”菜單中,則需要安裝“規(guī)劃求解”加載宏 (加載項(xiàng):為 Microsoft Office 提供自定義命令或自定義功能的補(bǔ)充程序。)程序。操作方法:
在“工具”菜單上,單擊“加載宏”。
如果在“當(dāng)前加載宏”列表框中沒(méi)有所需加載宏 (加載項(xiàng):為 Microsoft Office 提供自定義命令或自定義功能的補(bǔ)充程序。),請(qǐng)單擊“瀏覽”按鈕,再找到該加載宏。
在“當(dāng)前加載宏”框中,選中待裝載的加載宏旁邊的復(fù)選框,再單擊“確定”。
3 案例資料
某公司生產(chǎn)和銷(xiāo)售甲乙兩種產(chǎn)品,兩種產(chǎn)品各生產(chǎn)一個(gè)單位需要工時(shí)為4和8,用電量5 kW和6 kW,需要原材料10 kg和5 kg。公司可提供的工時(shí)為320,可提供的用電量為260 kW,可提供的原材料為430 kg。兩種產(chǎn)品的單價(jià)與銷(xiāo)量之間存在負(fù)的線性關(guān)系,分別為p1=3 100 - 55q1, p2 = 3 350- 85q2 。當(dāng)原料用量≥320 kg時(shí),供應(yīng)商提供的原料價(jià)格從180元降為160元。假設(shè)兩種產(chǎn)品各生產(chǎn)1個(gè)單位,總固定成本10 000元,試在Excel中建立產(chǎn)品組合非線性規(guī)劃模型,并且按如下要求操作:計(jì)算需要的工時(shí)、用電量、原材料和利潤(rùn);用規(guī)劃求解工具求解兩種產(chǎn)品的最優(yōu)生產(chǎn)量和總利潤(rùn)最大值。并用控件表示出兩種產(chǎn)品產(chǎn)量不同組合情況下的利潤(rùn)變化情況。
4 模型建立
(1) 計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)
在SHEET 1工作表中將已知各項(xiàng)指標(biāo)填入相關(guān)單元格中,并進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。如圖1所示。
B15 = C10 + D10 - C13 - C12 - D12。
(2) 進(jìn)行規(guī)劃求解
單擊“工具”菜單上的“規(guī)劃求解”,在彈出的 “規(guī)劃求解參數(shù)” 對(duì)話框中作如圖2的設(shè)置。
在“設(shè)置目標(biāo)單元格”框中單擊,然后選擇利潤(rùn)單元格(單元格 C14),在“可變單元格”框中單擊,指向區(qū)域 C6:D6,該區(qū)域?yàn)閮煞N產(chǎn)品的產(chǎn)量。
添加約束:?jiǎn)螕簟疤砑印卑粹o,在“添加約束”對(duì)話框中,在標(biāo)記為“單元格引用位置”的框中單擊,選擇區(qū)域C6:D6,從對(duì)話框中部的列表中選擇“>=”,在標(biāo)記為“約束值”的框中輸入0;選擇區(qū)域E3:E5,從對(duì)話框中的列表中選擇“<=”,在標(biāo)記為“約束值”的框中單擊,選擇單元格區(qū)域F3:F5。在“添加約束”對(duì)話框中單擊“添加”,以輸入需求約束即可。
在“規(guī)劃求解選項(xiàng)”對(duì)話框中輸入所有可變單元格都為非負(fù)值的約束,通過(guò)單擊“規(guī)劃求解參數(shù)”對(duì)話框中的“選項(xiàng)”按鈕可打開(kāi)該對(duì)話框。
選擇“采用線性模型”和“假定非負(fù)”選項(xiàng),然后單擊“確定”。
注意:選擇“假定非負(fù)”選項(xiàng)可確保規(guī)劃求解只考慮每個(gè)可變單元格都采用非負(fù)值的可變單元格組合。
選擇“采用線性模型”的原因是產(chǎn)品組合問(wèn)題是一種稱(chēng)為線性模型的特殊規(guī)劃求解問(wèn)題。
單擊“規(guī)劃求解選項(xiàng)”對(duì)話框中的“確定”后,返回到主“規(guī)劃求解”對(duì)話框,單擊“求解”按鈕即可,這樣,規(guī)劃求解會(huì)迅速找出最佳解決方案,如圖3所示。需要選擇“保存規(guī)劃求解解決方案”以將最佳解決方案值保留在電子表格中。
5 添加控件
根據(jù)圖表向?qū)?,做一直方圖。打開(kāi)“窗體”控件,添加兩個(gè)滾動(dòng)條,一個(gè)與甲產(chǎn)品鏈接,一個(gè)與乙產(chǎn)品鏈接,其控件參數(shù)的設(shè)置最終結(jié)果如圖4所示。