大学精品课件：应用运筹学-0.ppt

1、林旭东林旭东教学参考书教学参考书龙子泉龙子泉,陆菊春编著陆菊春编著.管理运筹学管理运筹学.武汉武汉:武汉大学出版武汉大学出版社社,2002胡运权主编胡运权主编.运筹学教程运筹学教程(第二版第二版).北京北京:清华大学出版清华大学出版社社,2004运筹学编写组运筹学编写组.运筹学（第三版）运筹学（第三版）.清华大学出版社清华大学出版社Hiller S Frederick,Gerald J Leberman.Introduction to Operations Research.6th ed.McGraw Hill,1995Hamdy A Taha.Operations ResearchAn In

2、troduction.4th ed.Macmillan Publishing Company,1987Moder J J.Handbook of Operations Research.Vol1&Vol2.Van Nostand Reinhold Company,1978课程主要内容课程主要内容应用运筹学的基本思想与分析方法应用运筹学的基本思想与分析方法确定性定量模型，其中包括线性规划及扩展、确定性定量模型，其中包括线性规划及扩展、图与路径规划、网络计划技术等内容；图与路径规划、网络计划技术等内容；不确定领域的定量分析方法（概率模型），包不确定领域的定量分析方法（概率模型），包括决策分析技术、

3、库存控制模型、时序与排队括决策分析技术、库存控制模型、时序与排队模型等。模型等。教学基本要求了解了解应用运筹学应用运筹学在现代化管理中的重要地位，在现代化管理中的重要地位，建立起实践观点、系统观点和优化观点；建立起实践观点、系统观点和优化观点；了解了解运筹学运筹学在现代企业管理中的应用，提高运在现代企业管理中的应用，提高运用管理科学方法解决实际问题的能力；用管理科学方法解决实际问题的能力；学习学习应用运筹学应用运筹学的基本分析方法，掌握一般类的基本分析方法，掌握一般类型的定量模型的构建技巧；型的定量模型的构建技巧；能运用运筹学的基本理论和方法求解简单的管能运用运筹学的基本理论和方法求解简单的管

4、理问题；包括利用理问题；包括利用ExcelExcel等软件。等软件。听记课堂讲解查阅参考资料自学上机实验完成布置作业综合复习考试考试主要教学环节与考核主要教学环节与考核作业作业(1)(1)学期作业学期作业(期末提交期末提交)案例报告案例报告自编案例，运用本课程所学内容自编案例，运用本课程所学内容,分析一个企业或一分析一个企业或一个组织的管理问题。报告应包括如下内容：个组织的管理问题。报告应包括如下内容：背景介绍：企业或组织的名称，组织结构，业务范围，运背景介绍：企业或组织的名称，组织结构，业务范围，运营环境，面临的管理问题等；营环境，面临的管理问题等；选用的解决方案，模型变量、约束条件及参数的

5、描述；选用的解决方案，模型变量、约束条件及参数的描述；优化模型求解（包括软件实现或算法及程序框图），结果优化模型求解（包括软件实现或算法及程序框图），结果分析，实施建议。分析，实施建议。上交文件：所有上交文件：所有EXCEL计算电子文档及分析报告计算电子文档及分析报告文件名：学号文件名：学号+姓名姓名作业作业(2)(2)平时作业平时作业作业本上交，每人至少完成指定的题目作业本上交，每人至少完成指定的题目补充练习：个人自愿完成补充练习：个人自愿完成绪论绪论运筹学释义与发展史运筹学释义与发展史运筹学研究的基本特征与基本方法运筹学研究的基本特征与基本方法运筹学主要分支运筹学主要分支运筹学与管理科学运

6、筹学与管理科学一、运筹学释义与发展史一、运筹学释义与发展史运筹学一词源于运筹学一词源于20世纪世纪30年代；年代；运筹学是一门应用于管理有组织系统的科学，运筹学运筹学是一门应用于管理有组织系统的科学，运筹学为掌管这类系统的人提供决策目标和数量分析的工具。为掌管这类系统的人提供决策目标和数量分析的工具。(大英百科全书大英百科全书)运筹学用数学方法研究经济、民政和国防等部门，在运筹学用数学方法研究经济、民政和国防等部门，在内外环境的约束条件下合理分配人力、物力、财力等内外环境的约束条件下合理分配人力、物力、财力等资源，使实际系统有效运行的技术科学，它可以用来资源，使实际系统有效运行的技术科学，它可

7、以用来预测发展趋势，制定行动规划或优选可行方案。预测发展趋势，制定行动规划或优选可行方案。(中国大百科全书中国大百科全书)运筹学主要研究经济活动与军事活动中能用数量来表运筹学主要研究经济活动与军事活动中能用数量来表达有关运用、筹划与管理方面的问题，它根据问题的达有关运用、筹划与管理方面的问题，它根据问题的要求，通过数学的分析和运算，作出综合的合理安排，要求，通过数学的分析和运算，作出综合的合理安排，以达到较经济有效地使用人力物力。以达到较经济有效地使用人力物力。(辞海辞海)运筹学应用分析、试验、量化的方法，对经济管理系运筹学应用分析、试验、量化的方法，对经济管理系统中人、财、物等有限资源进行统

8、筹安排，为决策者统中人、财、物等有限资源进行统筹安排，为决策者提供有依据的最优方案，以实现最有效的管理。提供有依据的最优方案，以实现最有效的管理。(中中国企业管理百科全书国企业管理百科全书)Operational Research(英国英国)，Operations Research(美国美国)(缩写为缩写为O.R.)19571957年，我国将年，我国将O.R.正式译作正式译作“运筹学运筹学”：运用筹划，：运用筹划，以策略取胜以策略取胜朴素的运筹学思想朴素的运筹学思想田忌赛马田忌赛马丁渭修皇宫丁渭修皇宫(一举而三役济一举而三役济)海盗与金币海盗与金币运筹学发展的四个阶段运筹学发展的四个阶段193

9、51945，酝酿时期；，酝酿时期；1938年年7月，月，Bawdsey雷达站的雷达站的A.P.Rowe1939年前苏联康托洛维奇年前苏联康托洛维奇生产组织与计划中的数生产组织与计划中的数学方法学方法1940年年9月，第一个运筹学小组月，第一个运筹学小组(英国英国)(P.M.Blackett)1942年，美国、加拿大相继成立运筹学小组年，美国、加拿大相继成立运筹学小组确定扩建舰队规模、开展反潜艇战的侦察和组织有效的对确定扩建舰队规模、开展反潜艇战的侦察和组织有效的对敌轰炸敌轰炸二战中成功的运筹学案例二战中成功的运筹学案例英国防空部门如何布置防空雷达，建立最有效英国防空部门如何布置防空雷达，建立最

10、有效的防空警报系统。的防空警报系统。英，美空军如何提高对地面目标轰炸的命中率。英，美空军如何提高对地面目标轰炸的命中率。如何安排反潜飞机的巡逻飞行线路。如何安排反潜飞机的巡逻飞行线路。二战中成功的运筹学案例二战中成功的运筹学案例深水炸弹的合理爆炸深度，摧毁德军潜艇数增深水炸弹的合理爆炸深度，摧毁德军潜艇数增加加400%。商船如何编队，遭潜艇攻击时如何减少损失。商船如何编队，遭潜艇攻击时如何减少损失。使船只受敌机攻击时，中弹数由使船只受敌机攻击时，中弹数由47%降到降到29%。这些研究大大提高了盟军的作战能力，为反法这些研究大大提高了盟军的作战能力，为反法西斯战争的最后胜利作出了巨大的贡献！西斯

11、战争的最后胜利作出了巨大的贡献！50年代初年代初50年代末，成长时期；年代末，成长时期；特点：随着电子计算机技术的迅速发展，使特点：随着电子计算机技术的迅速发展，使得运筹学中的一些方法得以用来解决实际管得运筹学中的一些方法得以用来解决实际管理系统中的优化问题，促进了运筹学的推广理系统中的优化问题，促进了运筹学的推广应用；更多刊物、学会出现。应用；更多刊物、学会出现。50年代末，美国大约有半数的大公司在自己年代末，美国大约有半数的大公司在自己的经营管理中运用运筹学的经营管理中运用运筹学1957年第一次国际运筹学会议年第一次国际运筹学会议1959年国际运筹学联合会成立年国际运筹学联合会成立60年代

12、以来，开始普及和迅速发展时期。年代以来，开始普及和迅速发展时期。特点：运筹学进一步细分为各个分支，专业特点：运筹学进一步细分为各个分支，专业学术团体迅速增多，更多期刊创办，运筹学学术团体迅速增多，更多期刊创办，运筹学书籍大量涌现更多学校将运筹学课程纳入教书籍大量涌现更多学校将运筹学课程纳入教学计划。第三代计算机的出现促使运筹学得学计划。第三代计算机的出现促使运筹学得以用来研究一些更大更复杂的系统，如城市以用来研究一些更大更复杂的系统，如城市交通、环境污染、国民经济计划等交通、环境污染、国民经济计划等运筹学在我国运筹学在我国20世纪世纪50年代，由钱学森、华罗庚、许国志等年代，由钱学森、华罗庚、

13、许国志等引入我国引入我国1956年成立第一个运筹学小组年成立第一个运筹学小组1958年建立运筹学研究室年建立运筹学研究室打麦场的选址问题打麦场的选址问题中国邮递员问题中国邮递员问题1960年召开全国应用运筹学经验交流和推广会年召开全国应用运筹学经验交流和推广会1962、1978召开全国运筹学专业学术会议召开全国运筹学专业学术会议1980年年4月成立中国运筹学会（一级学会）月成立中国运筹学会（一级学会）运筹学的主要应用运筹学的主要应用1.市场销售市场销售-广告预算和媒介选择、竞争性定广告预算和媒介选择、竞争性定价、新品开发、销售计划的制订。价、新品开发、销售计划的制订。l（美）杜邦公司在五十年代

14、起就非常重视将运筹学用于（美）杜邦公司在五十年代起就非常重视将运筹学用于如何做好广告工作、产品定价、新品引入。如何做好广告工作、产品定价、新品引入。2.生产计划生产计划-从总体确定生产、存储和劳动力的从总体确定生产、存储和劳动力的配合等计划适应波动的需求。配合等计划适应波动的需求。l巴基斯坦一重型制造厂用线性规划安排生产计划，节省巴基斯坦一重型制造厂用线性规划安排生产计划，节省10%的生产费用。的生产费用。运筹学的主要应用运筹学的主要应用3.运输问题运输问题-涉及空运、水运、公路、铁路运输、涉及空运、水运、公路、铁路运输、管道运输等。公路网的设计和分析，市内公共汽管道运输等。公路网的设计和分析

15、，市内公共汽车路线的选择和行车时刻表的安排，出租车的调车路线的选择和行车时刻表的安排，出租车的调度等。度等。4.人事管理人事管理-需求估计，教育和培训，人员分配需求估计，教育和培训，人员分配（各种指派问题），合理利用，人才评价等。（各种指派问题），合理利用，人才评价等。5.设备维修，更新和可靠性等。设备维修，更新和可靠性等。6.计算机和信息系统计算机和信息系统-内存分配研究，网络设计内存分配研究，网络设计分析等。分析等。运筹学的主要应用运筹学的主要应用7.城市管理城市管理-紧急服务系统的设计和运用，紧急服务系统的设计和运用，区域布局规划，管道网络设计等。区域布局规划，管道网络设计等。l（美）曾

16、用排队论确定纽约市紧急电话站的值班（美）曾用排队论确定纽约市紧急电话站的值班人数人数l（加）设计城市警车配置和负责范围、指挥接警（加）设计城市警车配置和负责范围、指挥接警后的行走路线等。后的行走路线等。8.对策研究对策研究-价格竞争，中央与地方政府投价格竞争，中央与地方政府投资分配博弈，工会与雇主间的博弈。资分配博弈，工会与雇主间的博弈。二、基本特征与基本方法二、基本特征与基本方法基本特征基本特征系统的整体观念系统的整体观念所谓系统是由相互关联、相互制约、相互作用的所谓系统是由相互关联、相互制约、相互作用的一些部分组成的具有某种功能的有机整体；一些部分组成的具有某种功能的有机整体；运筹学研究中

17、不是对各子系统的决策行为孤立评运筹学研究中不是对各子系统的决策行为孤立评价，而把有关子系统相互关联的决策结合起来考价，而把有关子系统相互关联的决策结合起来考虑，把相互影响和制约的各个方面作为一个统一虑，把相互影响和制约的各个方面作为一个统一体，从系统整体利益出发，寻找一个协调优化的体，从系统整体利益出发，寻找一个协调优化的方案。方案。多学科的综合多学科的综合一个企业的有效管理涉及很多方面，运筹学研究一个企业的有效管理涉及很多方面，运筹学研究吸收来自不同领域、具有不同经验和技能的专家吸收来自不同领域、具有不同经验和技能的专家l小组集体智慧小组集体智慧l提出问题和解决问题提出问题和解决问题模型方法

18、的应用模型方法的应用运筹学研究的系统往往不能搬到实验室，替代的运筹学研究的系统往往不能搬到实验室，替代的方法是建立这个问题的数学或模拟的模型方法是建立这个问题的数学或模拟的模型l运筹学应用的核心：为制定决策提供科学依据运筹学应用的核心：为制定决策提供科学依据l运筹学方法的精髓：建立模型运筹学方法的精髓：建立模型l技巧：提高对运筹学数学模型的表达、运算和分析的技巧：提高对运筹学数学模型的表达、运算和分析的能力能力运筹学的研究步骤运筹学的研究步骤分析和表述问题分析和表述问题建立模型建立模型求解模型和优化方案求解模型和优化方案测试模型及对模型进行必要的修改测试模型及对模型进行必要的修改建立对解的有效

19、控制建立对解的有效控制方案实施方案实施1.分析和表述问题分析和表述问题任何决策问题进行定量分析前，首先必任何决策问题进行定量分析前，首先必须进行定性分析须进行定性分析确定决策目标确定决策目标辨认决策中的关键因素，选取这些关键因素辨认决策中的关键因素，选取这些关键因素时存在哪些资源或环境的限制时存在哪些资源或环境的限制明确有关问题的过去、现在和未来，问题的明确有关问题的过去、现在和未来，问题的边界、环境以及包含这个问题在内的更大系边界、环境以及包含这个问题在内的更大系统的有关情况统的有关情况2.建立模型建立模型模型是对现实世界的事物、现象、过程和系统的简化模型是对现实世界的事物、现象、过程和系统

20、的简化描述，或其部分属性的模仿，是对实际问题的抽象概描述，或其部分属性的模仿，是对实际问题的抽象概括和严格的逻辑表达；括和严格的逻辑表达；模型表达了问题中可控的决策变量、不可控变量、工模型表达了问题中可控的决策变量、不可控变量、工艺技术条件及目标有效度量之间的相互关系；艺技术条件及目标有效度量之间的相互关系；模型的正确建立是运筹学研究中的关键一步模型的正确建立是运筹学研究中的关键一步实际问题、经验、科学方法实际问题、经验、科学方法优点：优点：1）使问题的描述高度规范化，掌握其本质规律）使问题的描述高度规范化，掌握其本质规律2）建模后，可通过输入各种数据资料，分析各因素同系统整）建模后，可通过输

21、入各种数据资料，分析各因素同系统整体目标之间的因果关系，从而确立一套逻辑的分析问题的程体目标之间的因果关系，从而确立一套逻辑的分析问题的程序方法；序方法；3）为应用计算机来解决实际问题架起桥梁。）为应用计算机来解决实际问题架起桥梁。3.求解模型和优化方案求解模型和优化方案用数学方法或其他工具用数学方法或其他工具(如编写计算机程序如编写计算机程序)对对模型求解。模型求解。根据问题的要求根据问题的要求最优解最优解次最优解或满意解次最优解或满意解根据对解的精度要求及算法上实现的可能性根据对解的精度要求及算法上实现的可能性精确解精确解近似解近似解4.测试模型及对模型进行必要的修改测试模型及对模型进行必

22、要的修改将实际问题的数据资料代入模型，求出将实际问题的数据资料代入模型，求出的精确或近似解，只是模型的解；的精确或近似解，只是模型的解；检验实际历史数据的相合度检验实际历史数据的相合度误差较大，检查模型并修正误差较大，检查模型并修正输入微变，检验输出变化输入微变，检验输出变化5.建立对解的有效控制建立对解的有效控制任何模型都有一定的适用范围；任何模型都有一定的适用范围；模型解的有效性，决定于模型的有效性；模型解的有效性，决定于模型的有效性；确定最优解保持稳定的参数变化范围；确定最优解保持稳定的参数变化范围；当参数变化超出该范围时，应及时调整当参数变化超出该范围时，应及时调整模型和导出的解。模型

23、和导出的解。6.方案实施方案实施WhoWhenHowEstimate and Overcome三、运筹学主要分支三、运筹学主要分支线性规划线性规划(Linear Programming)两类经营管理问题两类经营管理问题利用现有人力、物力完成更多的任务利用现有人力、物力完成更多的任务在预定的任务目标下，如何耗用最少的人力、物力在预定的任务目标下，如何耗用最少的人力、物力模型模型目标：线性函数目标：线性函数约束条件：线性等式或不等式约束条件：线性等式或不等式变量：连续变化变量：连续变化非线性规划非线性规划(Nonlinear Programming)模型中目标函数或约束条件不全是线性的模型中目标函

24、数或约束条件不全是线性的各类工程的优化设计各类工程的优化设计动态规划动态规划(Dynamic Programming)多阶段决策过程最优化的运筹学分支；多阶段决策过程最优化的运筹学分支；多阶段决策过程：一系列相互关联的阶段，多阶段决策过程：一系列相互关联的阶段，每个阶段依次进行决策，而上一阶段的输出每个阶段依次进行决策，而上一阶段的输出状态就是下一阶段的输入状态，各阶段决策状态就是下一阶段的输入状态，各阶段决策相互关联；相互关联；动态规划研究多阶段决策过程的总体优化，动态规划研究多阶段决策过程的总体优化，即从系统总体出发，要求各阶段决策所构成即从系统总体出发，要求各阶段决策所构成的决策序列使目

25、标函数值达到最优。的决策序列使目标函数值达到最优。图论与网络分析图论与网络分析(Graph Theory and Network Analysis)用点、边的集合关系来研究实际问题的方法用点、边的集合关系来研究实际问题的方法图论是研究由节点和边所组成图形的数学理论和方图论是研究由节点和边所组成图形的数学理论和方法；法；网络分析，图是基础，对于具体的网络对象，赋予网络分析，图是基础，对于具体的网络对象，赋予图中各边某个具体参数，各节点代表网络中任何一图中各边某个具体参数，各节点代表网络中任何一种流动的起点、中转点或终点，利用图论研究各类种流动的起点、中转点或终点，利用图论研究各类网络结构和流量的

26、优化分析；或描述一项工程中各网络结构和流量的优化分析；或描述一项工程中各项作业的进度和结构关系，以便对工程进度进行优项作业的进度和结构关系，以便对工程进度进行优化控制。化控制。存贮论存贮论(Inventory Theory)研究最优存贮策略的理论和方法；研究最优存贮策略的理论和方法；存贮策略研究在不同需求、供货及到达方式等情况存贮策略研究在不同需求、供货及到达方式等情况下，确定在什么时间点及一次提出多大批量的订货，下，确定在什么时间点及一次提出多大批量的订货，使用于订购、贮存和可能发生短缺的费用的总和为使用于订购、贮存和可能发生短缺的费用的总和为最少。最少。排队论排队论(Queuing The

27、ory,or Waiting Line)研究顾客不同输入、各类服务时间的分布、不同服研究顾客不同输入、各类服务时间的分布、不同服务员数及不同排队规则情况下，排队系统的工作性务员数及不同排队规则情况下，排队系统的工作性能和状态，为设计新的排队系统及改进现有系统的能和状态，为设计新的排队系统及改进现有系统的性能提供数量依据。性能提供数量依据。对策论对策论(Game Theory)研究具有对抗局势的模型；研究具有对抗局势的模型；参与对抗的各方称为局中人，各人均有一组参与对抗的各方称为局中人，各人均有一组可供选择的策略可供选择的策略对策论为局中人在一种高度不确定和充满竞对策论为局中人在一种高度不确定和

28、充满竞争的环境中，提供一套完整的、定量化和程争的环境中，提供一套完整的、定量化和程序化的选择策略的理论和方法。序化的选择策略的理论和方法。应用于商品、消费者、生产商之间的供求平应用于商品、消费者、生产商之间的供求平衡分析，利益集团间的协商和谈判，以及军衡分析，利益集团间的协商和谈判，以及军事上各种作战模型的研究等。事上各种作战模型的研究等。决策论决策论(Decision Theory)决策是指为最优地达到目标，依据一定的准则，对决策是指为最优地达到目标，依据一定的准则，对若干备选行动方案进行抉择。若干备选行动方案进行抉择。科学决策，经验决策科学决策，经验决策决策过程：决策过程：形成决策问题形成

29、决策问题提出方案，确定目标及效果度量；提出方案，确定目标及效果度量；确定各方案应对的结局及出现的概率；确定各方案应对的结局及出现的概率；确定决策者对不同结局的效用值；确定决策者对不同结局的效用值；综合评价，决定方案的取舍。综合评价，决定方案的取舍。决策论是对整个决策过程中涉及方案目标选取、度决策论是对整个决策过程中涉及方案目标选取、度量、概率确定、效用值计算，一直到最优方案和策量、概率确定、效用值计算，一直到最优方案和策略选取的有关科学理论。略选取的有关科学理论。四、运筹学与管理科学四、运筹学与管理科学三个来源：军事、管理和经济三个来源：军事、管理和经济管理：运筹学孕育的主要土壤管理：运筹学孕

30、育的主要土壤基于军事和经济研究中产生的运筹学方法或分支最基于军事和经济研究中产生的运筹学方法或分支最终都移植到管理中应用和发展终都移植到管理中应用和发展管理与运筹学研究的基础和目标相同管理与运筹学研究的基础和目标相同狭义的管理科学（运筹学）：强调用定量分析的方狭义的管理科学（运筹学）：强调用定量分析的方法解决管理问题法解决管理问题广义的管理科学：管理的学科或学科体系，强调广义的管理科学：管理的学科或学科体系，强调人与人人与人机关系机关系市场或需求条件市场或需求条件心理与经济分析心理与经济分析运筹学的诞生既是管理科学发展的需要，运筹学的诞生既是管理科学发展的需要，也是管理科学研究深化的标志也是管

31、理科学研究深化的标志管理科学研究、总结经济管理规律，是运筹学管理科学研究、总结经济管理规律，是运筹学研究提出问题和对问题进行定性分析的依据研究提出问题和对问题进行定性分析的依据运筹学进一步找出了各因素之间的数量关系，运筹学进一步找出了各因素之间的数量关系，并对问题通过建模和求解，使人们对管理问题并对问题通过建模和求解，使人们对管理问题的规律性认识进一步深化的规律性认识进一步深化运筹学在管理人才的培养中占有十分重运筹学在管理人才的培养中占有十分重要的地位要的地位有助于训练管理人员的逻辑思维能力、锻炼有助于训练管理人员的逻辑思维能力、锻炼观察问题和归纳问题的能力、辨认问题中的观察问题和归纳问题的能

32、力、辨认问题中的可控因素和不可控因素、弄淸问题的要素结可控因素和不可控因素、弄淸问题的要素结构和相互联系、确定分析问题所需的资料数构和相互联系、确定分析问题所需的资料数据、建立并简化模型据、建立并简化模型有助于培养管理人员对问题的直觉洞察能力有助于培养管理人员对问题的直觉洞察能力运筹学研究为企业和国民经济各部门带运筹学研究为企业和国民经济各部门带来了巨大财富来了巨大财富组织组织成果概况成果概况发表发表年份年份效益效益(亿美亿美元元/年年)美国电报电话公司美国电报电话公司商用客户营业中心的优化选址商用客户营业中心的优化选址19904.06IBM公司公司备件库存的全国网络的整合用以改进服备件库存的

33、全国网络的整合用以改进服务支持务支持19900.02+降低降低库存库存2.5美洲航空公司美洲航空公司设计一个票价结构、订票和协调航班的设计一个票价结构、订票和协调航班的系统用来增加收入系统用来增加收入19925.0中国中国为满足国家未来能源需求的发电、交通、为满足国家未来能源需求的发电、交通、采煤等大型项目的优选及投产安排采煤等大型项目的优选及投产安排19954.25数字设备公司数字设备公司供应商、工厂、分销中心、潜在厂址和供应商、工厂、分销中心、潜在厂址和市场区域的全球供应链重构市场区域的全球供应链重构19958.0宝洁公司宝洁公司重新设计北美的生产和分销系统以降低重新设计北美的生产和分销系统以降低成本和加速市场进入成本和加速市场进入19972.0Interfaces,Franz Edelman奖奖