前面接触到的优化问题都只有一个目标,如利润最大或成本最小。但在实际的管理过程中,会有很多的多目标问题。如企业在追求最大的经济效益时,同时可能还需要兼顾社会效益、公众形象等多个方面的需求。目标规划是解决存在多个目标的最优问题的基本方法,它把多目标决策问题转化为线性规划来求解,在现实中有着十分广泛的应用。
例4.1(目标规划)某企业生产A,B两种产品,已知相关数据如表4.1所示。试确定企业利润最大化的生产方案。
表4.1 产品的生产参数
解这是一个典型的单目标规划问题,可以利用线性规划进行求解。假设A,B两种产品的产量分别为x1和x2,则可得到如下的线性规划模型:
求解得到问题的最优解为=4,=3;企业的最大利润为max z=62元。
如果企业在作决策时还要考虑市场等一系列的其他条件,如:
(1)根据市场信息,产品A的销售量有下降的趋势,所以要求产品A的产量不大于产品B的产量;
(2)超过计划供应的原材料时,需要高价采购,但会成本增加;
(3)应尽可能充分利用设备台时,但不希望加班;
(4)应尽可能达到并超过计划利润指标56元,
这样在考虑产品决策时,就成为多目标决策问题。目标规划方法是解决这类决策问题的基本方法之一。在建立目标规划模型的过程中,需要用到一些特有的概念,现简要介绍如下:
1.正、负偏差变量d+和d-
正偏差变量d+表示决策值超过目标的部分;负偏差变量d-表示决策值未达到目标值的部分。因决策值不可能既超过目标同时又未达到目标,所以d+×d-=0总是成立的。
2.绝对约束和目标约束
绝对约束是指必须严格满足的等式约束和不等式约束;如线性规划问题的所有约束条件,不能满足这些约束条件的解为非可行解,所以这些约束都是绝对约束。目标约束是目标规划所特有的,可把约束右端项看做是要追求的目标值,在达到该目标值时允许发生正或负偏差,因此在这些加入正、负偏差变量的约束都是目标约束。线性规划问题的目标函数在约定目标和加入正、负偏差变量后可变换为目标约束,也可根据问题的需要将绝对约束变换为目标约束。如在例4.1的目标函数z=8x1+10x2中,若要求尽可能达到并超过计划利润指标56元,则可转换为目标约束8x1+10x2+-=56;绝对约束2x1+x2≤11可变换为目标约束2x1+x2+-=11。(www.daowen.com)
3.优先因子(优先等级)与权系数
目标规划问题有多个目标,但决策者在要求达到这些目标时,是有主次或轻重缓急的不同。在目标规划中,约定要求第一位达到的目标赋予优先因子P1,第二位达到的目标赋予优先因子P2······并要求
表示Pk比Pk+1具有更大的优先权。即在优化时应首先保证P1级目标的实现,这时可不考虑次级目标;而P2级目标是在实现P1级目标的基础上才考虑的;以此类推,若区别具有相同优先因子的两个目标的差别,这时可分别赋予它们不同的权系数wj。
4.目标规划的目标函数
目标规划的目标函数(也称为准则函数)是按各目标约束的正、负偏差变量和赋予相应的优先因子而构造的。当每一目标值确定后,决策者的要求是尽可能缩小偏离目标值,因此目标规划的目标函数只能是
通常它具有三种基本形式:
(1)要求恰好达到目标值,即正、负偏差变量都要尽可能地小,这时有
(2)要求不超过目标值,即允许达不到目标值,也就是正偏差变量要尽可能地小,这时有min z=f(d+)。
(3)要求超过目标值,即超过量不限,但必须是负偏差变量要尽可能地小,这时有min z=f(d-)。
对每一个具体的目标规划问题,可根据决策者的要求和赋予各目标的优先因子来构造目标函数。
如在例4.1中,决策者在原材料供应受严格限制的基础上还需考虑:首先是产品B的产量不低于产品A的产量;其次是充分利用设备有效台时,不加班;再次是利润额不小于56元。按决策者的要求,分别赋予这三个目标P1,P2,P3优先因子,得到如下目标规划模型:
更一般地,目标规划的数学模型可以描述为
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