数学模型

张滦云

目录

  • 1 建立数学模型
    • 1.1 从现实对象到数学模型
    • 1.2 数学建模的重要意义
    • 1.3 建模示例之一  包饺子中的数学
    • 1.4 建模示例之二  路障间距的设计
    • 1.5 建模示例之三  椅子能在不平的地面上放稳吗
    • 1.6 数学建模的基本方法和步骤
    • 1.7 数学模型的特点和分类
    • 1.8 怎样学习数学建模——学习课程和参加竞赛
    • 1.9 更多案例
      • 1.9.1 商人们怎样安全过河
  • 2 初等模型
    • 2.1 光盘的数据容量
    • 2.2 双层玻璃的功效
    • 2.3 实物交换
    • 2.4 汽车刹车距离与道路通行能力
    • 2.5 更多案例
      • 2.5.1 信号灯控制的十字路口的通行能力
      • 2.5.2 估计出租车的总数
      • 2.5.3 污水均流池的设计
      • 2.5.4 天气预报的评价
  • 3 简单的优化模型
    • 3.1 存贮模型
    • 3.2 森林救火
    • 3.3 不买贵的只买对的
    • 3.4 易拉罐形状和尺寸的最优设计
    • 3.5 更多案例
      • 3.5.1 啤酒杯的重心
      • 3.5.2 生猪的出售时机
      • 3.5.3 生产者的决策
  • 4 数学规划模型
    • 4.1 奶制品的生产与销售
    • 4.2 更多案例
      • 4.2.1 选课策略
  • 5 微分方程模型
    • 5.1 人口模型
    • 5.2 药物中毒急救
    • 5.3 资金、劳动力与经济增长
    • 5.4 捕鱼业的持续收获
    • 5.5 食饵-捕食者模型
    • 5.6 传染病模型和SARS的传播
    • 5.7 更多案例
      • 5.7.1 药物在体内的分布与排除
      • 5.7.2 种群的相互竞争
      • 5.7.3 种群的相互依存
  • 6 差分方程与代数方程模型
    • 6.1 贷款购房
    • 6.2 管住嘴迈开腿
    • 6.3 市场经济中的物价波动
    • 6.4 动物的繁殖与收获
    • 6.5 更多案例
      • 6.5.1 投入产出模型
      • 6.5.2 中国人口增长预测
  • 7 离散模型
    • 7.1 职员晋升
    • 7.2 公平的席位分配
    • 7.3 循环比赛的名次
    • 7.4 更多案例
      • 7.4.1 层次分析法
  • 8 概率模型
    • 8.1 报童的诀窍
    • 8.2 钢琴销售的存贮策略
    • 8.3 更多案例
      • 8.3.1 健康与疾病
      • 8.3.2 航空公司的预订票策略
      • 8.3.3 作弊行为的调查和估计
        • 8.3.3.1 随机基因表达的建模
  • 9 统计模型
    • 9.1 牙膏的销售量
    • 9.2 软件开发人员的薪金
    • 9.3 更多案例
      • 9.3.1 酶促反应
  • 10 课内实验
    • 10.1 数学规划模型及LINGO实验
    • 10.2 统计回归模型及MATLAB实验
    • 10.3 优化模型建模
    • 10.4 微分方程模型建模
奶制品的生产与销售

4  数学规划模型

  • 实际问题中的优化模型:

     

      x ~决策变量,f(x) ~目标函数,gi(x)~约束条件

  • 多元函数条件极值:

    决策变量个数n约束条件个数m较大 

  最优解在可行域的边界上取得

  • 数学规划:线性规划、非线性规划、整数规划

  • 重点在模型的建立和结果的分析


4.1 奶制品的生产与销售

背景和问题:


  • 每天:50桶牛奶,时间480小时,至多加工100千克A1 

  • 制订生产计划,使每天获利最大

  • 35元可买到1桶牛奶,买吗?若买,每天最多买多少? 

  • 可聘用临时工人,付出的工资最多是每小时几元? 

  • A1的获利增加到 30元/千克,应否改变生产计划? 

模型建立:

  • 决策变量:x1桶牛奶生产A1,x2桶牛奶生产A2 

  • 目标函数:每天获利

  • 约束条件:

  原料供应 

  劳动时间

  加工能力 

  非负约束 

  • 线性规划模型(LP)

  • 模型求解:软件实现LINGO

     model:

      max = 72*x1+64*x2;

      x1 + x2<50;

      12*x1+8*x2<480;

      3*x1<100;

      end 

      Global optimal solution found.

      Objective value:                              3360.000

      Total solver iterations:                             2

       Variable    Value             Reduced Cost 

             X1        20.00000            0.000000

             X2        30.00000            0.000000

           Row   Slack or Surplus   Dual Price

                1        3360.000            1.000000

                2        0.000000            48.00000

                3        0.000000            2.000000

                4        40.00000            0.000000 

  • 20桶牛奶生产A1, 30桶生产A2, 利润3360元. 

  • 原料增加1单位, 利润增长48;时间增加1单位, 利润增长2;加工能力增长不影响利润

  • 35元可买到1桶牛奶,要买吗?  35 <48, 应该买!

  • 聘用临时工人付出的工资最多每小时几元?  2元!


  • 敏感性分析 (“LINGO|Ranges” ) 

      Ranges in which the basis is unchanged:

                        Objective Coefficient Ranges

                        Current     Allowable      Allowable

      Variable  Coefficient    Increase        Decrease

          X1        72.00000      24.00000       8.000000

          X2        64.00000      8.000000       16.00000

                         Righthand Side Ranges

       Row          Current      Allowable   Allowable

                         RHS          Increase       Decrease

           2         50.00000      10.00000       6.666667

           3         480.0000      53.33333       80.00000

           4         100.0000     INFINITY    40.00000 

  • x1系数范围(64,96),x2系数范围(48,72) 

  • A1获利增加到 30元/千克,应否改变生产计划? 

  x1系数由24×3=72增加为30×3=90,在允许范围内,生产计划不变

  • 35元可买到1桶牛奶, 每天最多买多少? 最多买10桶!