理论教育 运筹学中的0-1规划建模特性分析

运筹学中的0-1规划建模特性分析

时间:2023-11-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:从建厂地点i到市场j的单位产品运输费用是tij,请建立整数规划模型,使生产成本及运输费用总和最小。因此,为了保证每个市场的需求都满足,有约束条件方程:对xij的非负约束及对yi取值的约束条件方程是特别提示根据指派问题决策变量的取值情况,指派问题也可以说是0-1规划问题。

运筹学中的0-1规划建模特性分析

在建立某些问题的整数规划模型时,如果能巧妙地运用0-1变量,将会使模型很容易建立,下面讨论的几个问题足以说明这一点。

1.投资问题

投资公司可用于投资的资金总额为b,有若干个项目可供选择投资,假设其中第j个项目每年的利润是cj,需要的资金是aj,请建立数学模型来选定最佳组合的投资项目,以获取每年的最大利润。

一般的思路是,应该首先选择收益率cj/aj值最大的那个项目投资,其次选cj/aj值次大的项目,以此类推,直到剩余的资金不足以投资任何一个项目为止,但这样做往往不能得到最为有利的方案。针对第j个项目,只有投资和不投资两种状态,所以可以用0-1变量xj来描述这两种状态:xj=1表示投资第j个项目,xj=0表示不投资。因此该问题的0-1规划模型为

在现实的投资问题中,往往会出现许多特殊要求,而这需要通过约束条件方程来刻画。主要的特殊要求如下:

(1)排斥问题。

排斥问题有两种情况:

① 一种情况是在一组项目J中至多选择一个项目投资,则有如下约束条件方程:

② 另一种情况是项目s和项目t不能同时投资,则有约束条件方程

xs+xt≤1

(2)优先级问题。

优先级问题有两种情况:

① 一种情况是只有在选择项目s的情况下才考虑是否选择项目t,那么有约束条件方程

xt≤xs

此式表明当xs=0时,xt必须为0,即如果不选择项目s,就不能选择项目t;当xs=1时,xt可以为0也可以为1,即选择项目s后,项目t可以选择也可以不选择。

② 另一种情况是只有同时选择项目s和项目t的情况下才考虑是否选择项目p,那么有约束条件方程

2xp≤xs+xt

(3)不可缺问题。(www.daowen.com)

项目s和项目t至少有一个必须投资,那么有约束条件方程

xs+xt≥1

2.在p个约束条件中至少满足k个约束条件

用下式表示p个约束条件方程:

设yi是0-1变量,如果第i个约束条件方程是k个约束条件之一,则令yi=1,否则令yi=0。对p个约束条件的每一个约束条件方程都加进yi,即有下式:

在求得数学模型的解以后,如果yi=1,则第i个约束条件方程是有效的;如果yi=0,则第i个约束条件方程的右端值是bj+M,这是一个很大的数,它使此约束条件不可能有约束力,从而成为多余的约束条件方程。

若规定至少要满足k个约束条件,就应该加上约束条件方程

若规定必须要满足k个约束条件,就应该加上约束条件方程

3.工厂选址问题

例7.4 已知有n个市场,又有m个地点可以建工厂,为了简化问题,假定每个地点只能建一个工厂。设地点i的工厂每年的生产能力限制为Ci,年生产费用是Fi,市场j对产品的需求量是Dj,同时要求需求必须满足。从建厂地点i到市场j的单位产品运输费用是tij,请建立整数规划模型,使生产成本及运输费用总和最小。

解 设有两组决策变量,xij表示从建厂地点i到市场j的产品数量,yi表示在地点i是否建厂,若在地点i建厂,yi=1,否则yi=0,则目标函数为

工厂每年生产能力的约束条件方程是:

在地点i不设厂时yi=0,上式左端必为0;在地点i设厂时yi=1,从建厂地点i运往各地的产品数量之和应该小于等于该厂的年生产能力。因此,为了保证每个市场的需求都满足,有约束条件方程:

对xij的非负约束及对yi取值的约束条件方程是

特别提示

根据指派问题决策变量的取值情况,指派问题也可以说是0-1规划问题。

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