数学建模(四)整数规划

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数学建模(四)整数规划

2024-07-18 01:55:30| 来源: 网络整理| 查看: 265

目录

一、0-1型整数规划问题

1.1 案例

1.2 指派问题的标准形式

2.2 非标准形式的指派问题

二、指派问题的匈牙利解法 

2.1 匈牙利解法的一般步骤

2.2 匈牙利解法的实例

2.3 代码实现

一、0-1型整数规划问题 1.1 案例

投资问题:

有600万元投资5个项目,收益如表,求利润最大的方案?

设置决策变量:

模型:

指派问题:

甲乙丙丁四个人,ABCD四项工作,要求每人只能做一项工作,每项工作只由一人完成,问如何指派总时间最短?

设置决策变量:

模型:

约束条件:

1.2 指派问题的标准形式

标准的指派问题:

有n个人和n项工作,已知第i个人做第j项工作的代价为cj(i,j=1,…..,n),要求每项工作只能交与其中一人完成,每个人只能完成其中一项工作,问如何分配可使总代价最少?

指派问题标准求解形式:

(1) 指派问题的系数矩阵

(2)决策变量的设置

(3)指派问题的解矩阵

 指派问题的可行解中,每行每列有且仅有一个1。

(4)标准模型

2.2 非标准形式的指派问题

(1)最大化指派问题

例如:求利润,只需找出最大元素,令最大元素减去所有元素,构建一个新的系数矩阵即可。

C=(c_{ij})_{n \times n} 中最大元素为m,令 B=(b_{ij})_{n \times n}=(m-c_{ij})_{n \times n}

(2)人数和工作数不等

人少工作多:添加虚拟的 “人”,代价都为0。

人多工作少:添加虚拟的工作,代价都为0。

(3)一个人可做多件工作 该人可化为几个相同的 “人”。

(4)某工作一定不能由某人做 该人做该工作的相应代价取足够大M。例如,将某人做某工作代价设为负值。

二、指派问题的匈牙利解法 

匈牙利法是一种求解指派问题的简便解法,它利用了矩阵中0元素的定理。若从系数矩阵的一行(列)各元素中分别减去该行(列)的最小元素,得到新矩阵。以新矩阵为系数矩阵求得的最优解和用原矩阵求得的最优解相同。

2.1 匈牙利解法的一般步骤

第一步:变换指派问题的系数(也称效率)矩阵(c_{ij})为(b_{ij}),使在(b_{ij})的各行各列中都出现0元素,即

(1) 从矩阵(c_{ij})的每行元素都减去该行的最小元素。(2) 再从所得新系数矩阵的每列元素中减去该列的最小元素。

第二步:进行试指派,以寻求最优解。

在(b_{ij})中找尽可能多的独立0元素(即行和列中只有这一个0元素),若能找出n个独立0元素,就以这n个独立0元素对应解矩阵(x_{ij})中的元素为1,其余为0,这就得到最优解。找独立0元素,常用的步骤为:

(1) 从只有一个0元素的行开始,给这个0元素加圈,记作\circledcirc,然后划去\circledcirc所在列的其它0元素,记作。这表示这列所代表的任务已指派完,不必再考虑别人了。(2) 给只有一个0元素的列中的0元素加圈,记作\circledcirc,然后划去\circledcirc所在行的0元素,记作。(3) 反复进行(1),(2)两步,直到尽可能多的0元素都被圈出和划掉为止。(4) 若仍有没有划圈的0元素,且同行(列)的0元素至少有两个,则从剩有0元素最少的行(列)开始,比较这行各0元素所在列中0元素的数目,选择0元素少的那列的这个0元素加圈。然后划掉同行同列的其它0元素。可反复进行,直到所有0元素都已圈出和划掉为止。(5) 若\circledcirc元素的数目m等于矩阵的阶数n,那么这指派问题的最优解已得到。若m


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