目标规划数学模型课件.ppt
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- 目标 规划 数学模型 课件
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1、n6.1 多目标规划的数学模型多目标规划的数学模型n6.2 多目标规划的解集和象集多目标规划的解集和象集n6.3 处理多目标规划的一些方法处理多目标规划的一些方法n6.4 目标规划目标规划第六章第六章 多目标规划多目标规划例例6-16-1., 2 , 1,试试确确定定最最佳佳的的投投资资方方案案大大少少而而收收益益投投资资的的宗宗旨旨是是力力争争投投资资亿亿元元亿亿元元时时可可得得收收益益为为个个企企业业投投资资额额为为设设当当对对第第亿亿元元投投资资总总额额为为个个企企业业进进行行投投资资国国家家计计划划对对nicaianii 建立数学模型:建立数学模型:1()fX2()fX niiixaX
2、f11)(min iixcXf)(max2axaniii 10)1( iixxni,2,1 .ts对第对第i个企业投资个企业投资对第对第i个企业不投资个企业不投资1,0,ix 设设设总投资为设总投资为总收益为总收益为n6.1 多目标规划的数学模型多目标规划的数学模型n6.2 多目标规划的解集和象集多目标规划的解集和象集n6.3 处理多目标规划的一些方法处理多目标规划的一些方法n6.4 目标规划目标规划第六章第六章 多目标规划多目标规划第四节第四节 目标规划目标规划n目标规划方法是目前解决多目标规划问题的成功目标规划方法是目前解决多目标规划问题的成功的方法之一,它是在的方法之一,它是在(LP)基
3、础上发展起来的。基础上发展起来的。n这种方法的这种方法的基本思想基本思想是:对每一个目标函数,预是:对每一个目标函数,预先给定一个期望值先给定一个期望值(目标值目标值),在现有的约束条件,在现有的约束条件下,这组期望值也许能够达到,也许达不到。我下,这组期望值也许能够达到,也许达不到。我们的任务是求出尽可能接近这组预定期望值的解。们的任务是求出尽可能接近这组预定期望值的解。 第六章第六章 多目标规划多目标规划多目标规划6-4第四节第四节 目标规划目标规划n线性目标规划的数学模型线性目标规划的数学模型n线性目标规划的求解方法线性目标规划的求解方法 n序列法序列法n多阶段法多阶段法n单纯形法单纯形
4、法 第六章第六章 多目标规划多目标规划 某企业在计划期内计划生产甲、乙、丙三种产品。某企业在计划期内计划生产甲、乙、丙三种产品。这些产品分别需要在设备这些产品分别需要在设备A,B上加工上加工, ,需要消耗材料需要消耗材料C,D,单件产品在不同设备上加工工时、所需要的材,单件产品在不同设备上加工工时、所需要的材料及现有资源、可得利润如下表所示。建立使企业总料及现有资源、可得利润如下表所示。建立使企业总利润最大的线性规划模型。利润最大的线性规划模型。例例1 1产品产品甲甲乙乙丙丙资源资源设备设备A312200工时工时设备设备B224200工时工时材料材料C451360公斤公斤材料材料D235300
5、公斤公斤利润利润(元元/件件)403050设甲乙丙三种产品产量为设甲乙丙三种产品产量为 件,则数学模型为:件,则数学模型为:xxx123,s tZxxx123. .max403050 xxx12332200 xxx123,0 xxx123224200 xxx12345360 xxx123235300 XZ(50,30,10),3400 一一. .线性目标规划的数学模型:线性目标规划的数学模型:多目标规划6-4例例1 1产品产品甲甲乙乙丙丙资源资源设备设备A312200工时工时设备设备B224200工时工时材料材料C451360公斤公斤材料材料D235300公斤公斤利润利润(元元/件件)4030
6、50 现在企业的决策者根据实际情况和市场需求,需要现在企业的决策者根据实际情况和市场需求,需要重新制定经营目标,目标的优先顺序如下:重新制定经营目标,目标的优先顺序如下:(1)(1)利润不少于利润不少于32003200元;元;(2)(2)产品甲乙产量比例尽量不超过产品甲乙产量比例尽量不超过1.51.5;(3)(3)丙的产量达到丙的产量达到3030件;件;(4)(4)最好不加班;最好不加班;(5)(5)受到资金的限制,只能使用现有材料而不能再购进。受到资金的限制,只能使用现有材料而不能再购进。 问企业如何安排生产计问企业如何安排生产计划才能达到经营目标?划才能达到经营目标?多目标规划6-4例例1
7、 1产品产品甲甲乙乙丙丙资源资源设备设备A312200工时工时设备设备B224200工时工时材料材料C451360公斤公斤材料材料D235300公斤公斤利润利润(元元/件件)403050(1)(1)利润不少于利润不少于32003200元;元;(2)(2)产品甲乙的产量比例尽量不超过产品甲乙的产量比例尽量不超过1.51.5;(3)(3)丙的产量达到丙的产量达到3030件;件;(4)(4)最好不加班;最好不加班;(5)(5)受到资金的限制,只能使用现有材料而不能再购进。受到资金的限制,只能使用现有材料而不能再购进。解:解: 最优解是求下列一组不等式的解最优解是求下列一组不等式的解: :xxx123
8、32200 xxx123,0 xxx123224200 xxx12345360 xxx123235300 x330 xx121.50 xxx1234030503200 121.5xx 121.5xx 多目标规划6-4例例1 1(1)(1)利润不少于利润不少于32003200元;元;(2)(2)产品甲乙的产量比例尽量不超过产品甲乙的产量比例尽量不超过1.51.5;(3)(3)丙的产量达到丙的产量达到3030件;件;(4)(4)最好不加班;最好不加班;(5)(5)受到资金的限制,只能使用现有材料而不能再购进。受到资金的限制,只能使用现有材料而不能再购进。解:解:通过计算不等式无解。但在实际问题中,
9、生产方案总是存通过计算不等式无解。但在实际问题中,生产方案总是存在的,无解只能说明在现有资源条件下,不可能完全满足在的,无解只能说明在现有资源条件下,不可能完全满足5 5个经营目标。个经营目标。目标规划是按事先制定的目标顺序逐项检查,尽可能使目标规划是按事先制定的目标顺序逐项检查,尽可能使得结果达到预定目标,即使不能达到目标,也要使得结果得结果达到预定目标,即使不能达到目标,也要使得结果离目标的差距为最小。这就是目标规划的求解思路。对应离目标的差距为最小。这就是目标规划的求解思路。对应的解称为的解称为满意解满意解。xxx12332200 xxx123,0 xxx123224200 xxx123
10、45360 xxx123235300 x330 xx121.50 xxx1234030503200 最优解是求下列一组不等式的解。最优解是求下列一组不等式的解。多目标规划6-4例例1 1(1)(1)利润不少于利润不少于32003200元;元;(2)(2)产品甲乙的产量比例尽量不超过产品甲乙的产量比例尽量不超过1.51.5;(3)(3)丙的产量达到丙的产量达到3030件;件;(4)(4)最好不加班;最好不加班;(5)(5)受到资金的限制,只能使用现有材料而不能再购进。受到资金的限制,只能使用现有材料而不能再购进。解:解: 下面建立下面建立目标规划数学模型目标规划数学模型:建立目标规划数学模型的方
11、法:建立目标规划数学模型的方法:1.1.引入偏差变量将目标转化为目标约束;引入偏差变量将目标转化为目标约束;2.2.极小化偏差变量实现目标。极小化偏差变量实现目标。多目标规划6-4例例1 1(1)(1)利润不少于利润不少于32003200元;元;解:解: 引入一对偏差变量:引入一对偏差变量:负偏差变量负偏差变量d1- - = = 利润不足目标值的差额值利润不足目标值的差额值0 正偏差变量正偏差变量d1+ + = = 利润超过目标值的超出值利润超过目标值的超出值0 当利润当利润0且且d1+ += =0 ,有,有s tZxxx123. .max403050 xxx12332200 xxx123,0
12、 xxx123224200 xxx12345360 xxx123235300 xxxd12314030503200 3200利润利润d1 当利润当利润 3200时,时, d1+ +0且且d1- -= =0 ,有,有3200利润利润d1 xxxd12314030503200 当利润当利润= 3200时,时, d1+ +=0且且d1- -= =0 ,有,有xxx1234030503200 实际情况只有一种情况发生,因此将实际情况只有一种情况发生,因此将三式合并为一个等式:三式合并为一个等式:xxxdd123114030503200目标约束:目标约束: 具有更大的弹性,允许结果与具有更大的弹性,允许
13、结果与所制定的目标值存在正或负的所制定的目标值存在正或负的偏差。偏差。多目标规划6-4例例1 1(1)(1)利润不少于利润不少于32003200元;元;解:解:xxxdd123114030503200 xxx123403050 3200 d10 分析:分析:d1min0 希希望望xxxd12314030503200 xxx1234030503200 dxxxdd112311min4030503200 1.1.引入偏差变量将目引入偏差变量将目标转化为目标约束;标转化为目标约束;2.2.极小化偏差变量实极小化偏差变量实现目标。现目标。目标约束目标约束性能指标性能指标目标值目标值(期望值期望值)多目
14、标规划6-4(2)(2)甲乙的产量比例尽量不超过甲乙的产量比例尽量不超过1.51.5;例例1 1负偏差变量负偏差变量d2- - = = 不足产品比例要求的差额值不足产品比例要求的差额值正偏差变量正偏差变量d2+ + = = 超过产品比例要求的超出值超过产品比例要求的超出值xxdd12221.50 xx121.5 0 d20 分析:分析:d2min0 希希望望dxxdd21222min1.50 1.1.引入偏差变量将目标转引入偏差变量将目标转2.2.极小化偏差变量实现目标。极小化偏差变量实现目标。化为目标约束;化为目标约束;xxd1221.50 xx121.50121.5xx 121.5xx 性
15、能指标性能指标目标值目标值(期望值期望值)多目标规划6-4(3)(3)丙的产量达到丙的产量达到3030件;件;例例1 1负偏差变量负偏差变量d3- - = = 丙产量不足目标值丙产量不足目标值3030件的差额值件的差额值正偏差变量正偏差变量d3+ + = = 丙产量超过目标值丙产量超过目标值3030件的超出值件的超出值xdd33330 x330 dd33,0 分析:分析:33min()0dd 希希望望33333min()30ddxdd 1.1.引入偏差变量将目引入偏差变量将目2.2.极小化偏差变量实极小化偏差变量实标转化为目标约束;标转化为目标约束;现目标。现目标。dd330 x330 性能指
16、标性能指标目标值目标值(期望值期望值)多目标规划6-4多目标规划6-412332200 xxx 123224200 xxx 目标值目标值(期望值期望值)(4)(4)最好不加班;最好不加班;例例1 1产品产品甲甲乙乙丙丙资源资源设备设备A312200工时工时设备设备B224200工时工时材料材料C451360公斤公斤材料材料D235300公斤公斤xxxdd1234432200 xxxdd12355224200 负偏差变量负偏差变量d4- - = = 设备设备A工作时间不足目标值工作时间不足目标值200200工时的差额值工时的差额值正偏差变量正偏差变量d4+ + = = 设备设备A工作时间超过目标
17、值工作时间超过目标值200200工时的超出值工时的超出值1.1.引入偏差变量将目标转化为目标约束;引入偏差变量将目标转化为目标约束;2.2.极小化偏差变量实现目标。极小化偏差变量实现目标。负偏差变量负偏差变量d5- - = = 设备设备B工作时间不足目标值工作时间不足目标值200200工时的差额值工时的差额值正偏差变量正偏差变量d5+ + = = 设备设备B工作时间超过目标值工作时间超过目标值200200工时的超出值工时的超出值工作时间不超过额定工时数工作时间不超过额定工时数性能指标性能指标 12332200 xxx 123224200 xxx 目标值目标值(期望值期望值)(4)(4)最好不加
18、班;最好不加班;例例1 1xxxdd1234432200 xxxdd12355224200 负偏差变量负偏差变量d4- - = = 设备设备A工作时间不足目标值工作时间不足目标值200200工时的差额值工时的差额值正偏差变量正偏差变量d4+ + = = 设备设备A工作时间超过目标值工作时间超过目标值200200工时的超出值工时的超出值1.1.引入偏差变量将目标转化为目标约束;引入偏差变量将目标转化为目标约束;2.2.极小化偏差变量实现目标。极小化偏差变量实现目标。负偏差变量负偏差变量d5- - = = 设备设备B工作时间不足目标值工作时间不足目标值200200工时的差额值工时的差额值正偏差变量
19、正偏差变量d5+ + = = 设备设备B工作时间超过目标值工作时间超过目标值200200工时的超出值工时的超出值工作时间不超过额定工时数工作时间不超过额定工时数性能指标性能指标 45min()dd xxxdd1234432200 xxxdd12355224200 多目标规划6-4多目标规划6-4例例1 1产品产品甲甲乙乙丙丙资源资源设备设备A312200工时工时设备设备B224200工时工时材料材料C451360公斤公斤材料材料D235300公斤公斤负偏差变量负偏差变量d6- - = =材料材料C消耗量消耗量不足目标值不足目标值360360公斤的差额值公斤的差额值正偏差变量正偏差变量d6+ +
20、 = =材料材料C消耗量消耗量超过目标值超过目标值360360公斤的超出值公斤的超出值1.1.引入偏差变量将目标转化为目标约束;引入偏差变量将目标转化为目标约束;2.2.极小化偏差变量实现目标。极小化偏差变量实现目标。负偏差变量负偏差变量d7- - = =材料材料D消耗量消耗量不足目标值不足目标值300300公斤的差额值公斤的差额值正偏差变量正偏差变量d7+ + = =材料材料D消耗量消耗量超过目标值超过目标值300300公斤的超出值公斤的超出值(5)(5) 材料不再购进材料不再购进xxx12345360 xxx123235300 xxxdd1236645360 xxxdd1237723530
21、0 例例1 1负偏差变量负偏差变量d6- - = =所使用的材料所使用的材料C不足目标值不足目标值360360公斤的差额值公斤的差额值正偏差变量正偏差变量d6+ + = =所使用的材料所使用的材料C超过目标值超过目标值360360公斤的超出值公斤的超出值1.1.引入偏差变量将目标转化为目标约束;引入偏差变量将目标转化为目标约束;2.2.极小化偏差变量实现目标。极小化偏差变量实现目标。负偏差变量负偏差变量d7- - = =所使用的材料所使用的材料D不足目标值不足目标值300300公斤的差额值公斤的差额值正偏差变量正偏差变量d7+ + = =所使用的材料所使用的材料D超过目标值超过目标值30030
22、0公斤的超出值公斤的超出值(5)(5) 材料不再购进材料不再购进xxx12345360 xxx123235300 xxxdd1236645360 xxxdd12377235300 xxxdd1236645360 xxxdd12377235300 dd67min 多目标规划6-4例例1 1目标规划数学模型目标规划数学模型:ZddddddddxxxddxxddxddxxxddxxxddxxxddxxPPPPPxdd123345671231112223331234412355123661122373457min()()()40305032001.50303220022420045360235300j
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