数学建模停车位规划与评价

数学建模停车位规划与评价
数学建模停车位规划与评价

承诺书

我们仔细阅读了中国大学生数学建模竞赛的竞赛规则.

我们完全明白,在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式(包括电话、电子邮件、网上咨询等)与队外的任何人(包括指导教师)研究、讨论与赛题有关的问题。

我们知道,抄袭别人的成果是违反竞赛规则的, 如果引用别人的成果或其他公开的资料(包括网上查到的资料),必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。

我们郑重承诺,严格遵守竞赛规则,以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛规则的行为,我们将受到严肃处理。

我们参赛选择的题号是(从A/B/C/D中选择一项填写): B

我们的参赛报名号为(如果赛区设置报名号的话):

所属学校(请填写完整的全名):

参赛队员(打印并签名) :1. 李肯187********

2. 蔡春婷

3. 王露

指导教师或指导教师组负责人(打印并签名):

日期:2011年 08月 25 日赛区评阅编号(由赛区组委会评阅前进行编号):

某停车场泊位规划与效度评价

摘要

对于停车位规划问题我们引入了坡度因素,提出了三种模型,分别为“三排斜列坡度式”“斜列交错式”和“两排垂直式”,我们依据空间效率最大化的原则,精确作图,合理分区,最后发现“两排垂直式”能容纳的停车位最多,共100个。然后我们利用模糊分析法建立了停车场评价系统模型,其中使用了层次分析法确定权系数向量,并创造性地将停车场设计与评语相关联,建立了因素评语表,构建了模糊评价矩阵。在求解一级、二级综合评价矩阵时,比较了“主因素决定型”“主因素突出型”和“加权平均型”三种计算方法后,发现用“加权平均型”所得的结果最为准确,并判断“两排垂直式”模型的评价为:很好。由于为露天停车场,且不考虑车位的费用差异,那么车主对于车位的评价,其心理因素应包含防盗、防刮擦、距出入口距离、是否遮阴等。我们用目标规划的思路,用三个优先级依次递增的指标进行评价。在筛选车位时我们又使用了决策论中淘汰“次优方案”的思路,根据优先级逐渐把“次劣”泊车位排除,最后发现在我们选用的规划设计中,靠花坛停放的最右侧的两个车位是最劣车位,最不受欢迎。

关键词

坡度、两排垂直式、模糊综合评价、层次分析法、加权平均型

一问题重述

问题产生背景:自20世纪90年代以来, 我国经济呈现出持续高速发展态势, 家用小汽车更以惊人的发展速度进入普通居民家庭。但人们在享受汽车所带来的便利和快捷的同时, 又必须面对由此所引发的一系列问题, 其中停车问题就是

越来越突出的问题之一。

问题主体:停车位规划是指在有限的停车空间区域内,通过设计车位布局,尽可能多地发挥空间效率与时间效率。停车泊位设计考虑的因素较多,如平均车位占面积,车辆出入泊位难易程度,停车场内部道路畅通程度等等。请设计一个完整的指标体系对停车场效度进入评价。

图1是某居民小区的一个露天停车场,请对该停车场泊车位进行规划设计。并应用你所建立的评价体系对停车场效度进行评价,并指出哪些车位最不受欢迎。

图1 露天停车场平面图

二模型假设

1.停车场位置已经符合城市规划和交通管理的要求。

2.停车场出入口已经应避开城市主要干道及其交叉口。

3.停车场道路宽最小宽度为4米。

4.泊车者驾驶技术合格且按规定停车,不超出车位线。

5.假设本小区停车场只进出小型汽车,采用国家行业标准(附录一)。

三符号说明

四模型的建立与求解

1建立小区的停车位规划模型

1.1 停车位规划目标分析

由于小汽车数量迅猛增长,停车位配备资源有限,停车位服务出现了供不应求的局面,因此在有限的空间中划分出合理的尽可能多的车位,提高空间效率是建立规划模型时考虑的主要目标。相比较之下,人们对停车服务的软性质量需求大大降低,因此,我们把时间效率,包括减少堵车率、缩短入库用时等作为本次规划的次要目标。

1.2 规划的限制分析

考虑到各方面的规划限制,我们主要选取其中刚性大、对规划产生直接作用的主要限制进行介绍。这里的限制主要有停车场格局限制和国家标准。

根据公安部和建设部《停车场设计规划规则(试行)》[1]简单列出重要指标如下:

1)汽车库内的通车道宽度应大于或等于3.00米;

2)小型汽车曲线半径不得小于6.00米;

3)小型汽车车间纵向净距不小于2.00米、横向不小于1.00米;

4)车背对停车时车间尾距不小于1.00米;

5)小型车,其外廓尺寸分别是总长为4.80米、总宽为1.80米;

6)小型车位长宽标准各为5.30米、2.40米

停车场格局限制:图1中的花坛处在接近出入口的位置,为了确保车辆正常转弯和流通行驶,出入车道只能被一分为二,处于花坛两侧。环绕整个停车场。 车道宽度必须比根据最小旋转半径计算出的最小道路宽度大出一定的值,从而减少刮擦的可能。

通过最小转弯半径求最小转弯通道宽,由图2得:

12cos L R R a =- 22.6sin a R = 12.6

s i n b R =

根据余弦定理,在ABC ?中:

16R =m 222

1211.7+21.7c o s

R R R b -=??? 解得:

2 4.528R m = c o s 0.492b = 3.771L m =

故最小道宽为3.771米。 1.3 不同泊车格局的方案提出

为了使停车场效度尤其是空间效率最大化,我们根据车辆排放方式的不同组

合提出了三种规划。

首先介绍一下车辆排放方式和与之对应的停驶方式,并对其空间利用利弊和适用空间类型做出了简单分析。

1)平行式(如图3)

车辆停放方向和车道平行,这种方法可以使车宽方向上的车辆数目达到最多,但车头车尾要保留较长距离导致一定的车长方向上空间浪费,适合宽长比较大的区域。停车时转角较小,可节省转弯半径。 2)垂直式(如图4)

车辆停放方向与车道垂直,与平行式相对的它可以使车长方向的车辆数目达到最多,车宽较少,适合长宽比较大的区域。停驶时转角至少为90°。

3)斜列式(如图5)

车辆停放方向与车道呈一定倾角(图中为45°倾角),纵横方向占有长度介于以上两种排放方式之间,适合场内有倾斜角度的区域,结合前进式停车或后退式停车的选择,转角在0~90°之间。

图3 图4 图5 对三种基本排放方式有了了解之后,我们向排放数目最大化靠拢,从两个角度出发:1)行数优先,即在保证行数最大化的前提下再考虑每行上车数最大化;2)行上的车数优先,即在考虑每行的车数最大化的前提下再对行数进行最大化的考虑。我们通过组合提出三种规划。由于停车场花坛上下两侧主要区域布局相同,所以我们只讨论下半部分。同时为了方便计算我们仅对停车场最大内接矩形所能排放的车辆进行计算,从而得出最佳方案。

1.3.1三排斜列坡度式

为了最大化场宽方向上的空间利用率,我们设想车辆排成三排,在行数上扩大排车数目,考虑到车道宽度和底部不规则区域,因此底部车位排放应具有一定倾角,而中部先设为平行式,在未考虑车道宽硬性要求的情况下,顶部可利用空间形状不确定,故也采用斜列式,在达标前提下求出最大倾斜角。

在之前的问题假设和国家标准中,小型车长宽为5.3米和2.4米,最小道宽为4米。减去两条最小道宽和中部平行车位宽:

18.8842 2.48.48m

-?-=

得到上下两侧最大车位宽:

÷=

8.482 4.24m

由于4.24<5.3,在斜列有倾斜角的基础上,我们引入新的斜坡排放方式,即在垂直地面方向上形成一定坡度(出于技术考虑坡度在0°~30°之间),进一步

减少车位宽,提高空间利用率。同时扩大了出车视野,增大了安全系数。

设置坡度为30°,则斜面上的最大停车位长度为:

4.24÷cos o 30=4.896m

设在斜面上车辆摆放倾角为θ,则有关于θ的方程:

5.3sin 2.4cos 4.896θθ+=m

解得:

θ=32.94°

此时,设底部可停x 辆车,则其满足关系式为:

解得:

x =12.88

因此采取该方案时,一排最多仅仅能够停12辆车。为简化运算我们暂时取停车场用于停车的形状为长61.76米的长方形 则水平停车数目为:

61.76÷5.3=11.65.

则可知该方案最多可停放:

12×4+11×2=70 1.3.2斜列交错式

2.4 5.3sin 2.4cos 61.76sin x θθθ

++=(-1)

由于是交错排列,不考虑斜坡排放。

设a 为图8中1o h 的长度,b 为oh 的长度,l 为1o o

设可停x 辆车,则有:

l =18.88-4×2-2.4=8.48m

5.3

cos a θ=

2.4cos b θ= l a b =+

解得:

33.95θ=°

设可停靠x 辆车,则有式子:

2.4 2.4sin 2.4cos 61.76sin x

θθθ++=

解得:

x =14.21.

因此采取该方案,一排最多仅仅能够停14辆车,为简化运算我们暂时取停车场用于停车的形状为长61.76米的长方形

则水平停车数目为:

61.76÷5.3=11.65

则可知该方案最多可停放:

14×4+11×2=78。

1.3.3两排垂直式

由上图知在宽度足够大的情况下停车方向越接近90°,相同空间所能容纳的车位数越多。所以我们采用90°的停车方车式进行计算。设每排可停车x 辆,则有:

2.4x =61.76

解得:

x =25.7.

所以四排一共可停车:

25×4=100;

综上所述,我们发现当道路宽度可以得到保证时,泊位与道路的角度越大,泊车位越多。故以第三种方案垂直两排式进行排列可以最节省空间,达到最大的空间利用率。

对于已有的三个方案,根据空间效率最大化的主要目标,我们选择了第三个方案。下面我们将建立一个完整的评价体系,对规划三进行评价。 2 建立停车场评价系统模型并应用

2.1模糊综合评价模型的指标集合和评语集合的确定

为了构造停车场效度的评价体系,我们引入了模糊综合评判模型,它的基本要素有指标集合{}12,,,n U u u u =……和评语集合{}12,,,m V v v v =……,对于指标集合,我们分析如下:

1.安全性,它主要是指:车辆在停车场行驶过程中,由停车场的特征赋予车辆的避险性能;以及车辆在停放过程中,避免被其他车辆挂擦以及避免被盗的性能。安全性是驾驶人员对停车场服务水平的基本要求,也是停车场运营者的基本要求,他们都希望停放车辆的安全性高且出现紧急情况时有良好的出入停车场的环境,还希望停车行为对正在行使车辆的安全性的影响最小,不会形成恶性的循环,以致严重影响动态的停车取车等。因此,安全性是对停车场的效度进行评价的重要指标之一。

2.便捷性,它主要是指:车辆进入和驶出停车场所需的时间和行驶的路程最小,乘车的人员和停车场管理人员到达停车场相应位置最快等。便捷性是对于人和车两者的流动而言的,停车者都希望从停车场到目的地的步行状况良好,步行的距离越短越好,都希望停车场内部通畅性良好,驾驶员出入停车场都比较容易,则该停车场被使用的可能性就越大。另外,基于停车场的特殊性,追求最高的便捷性,很多驾驶员都喜欢在安全性能高的前提下,选则距离停车场出口最近的停车位。停车场运营者也希望停车场的便捷性尽可能高,以此提高停车场的效度。因此,便捷性也是对停车场的效度进行评价的重要指标之一。

3.效率性,它主要是指:有效的利用时间和空间资源的能力,在停车场中,停车集中指数的增加,均衡的泊位利用,停车时间的减少等因素直接影响停车场服务水平的好坏。并且合理的收费-停车时间的利用可以使短时的停车和长时间的停车自动地分离开来,对改善停车场的服务水平大有帮助。驾驶人员希望停车场具有尽可能高的效率性,追求效率最大化,尽可能多的节省时间等;停车场营运者也希望停车场具有最大的效率,来达到停车场的最佳运作状态,提高停车场的稳定性和适用性等等。因此,效率性也是对停车场的效度进行评价的重要指标之一。

对于评语集合,我们规定V=很好,较好,一般,较差,这些评语的确定是由具体的某一停车场设计和相关国家标准[1]共同决定的,我们以题目中的停车场为例进行说明:

所谓“靠左停车位比率”是指图10虚线左侧停车位数占总数的百分比,题中的

停车场平均长度约为70米,那么距出入口35米处为停车场中线,中线左侧车越多,即离出入口的车越多,车主的平均步行距离越少,在安全性相同的情况下,越受车主欢迎,故可关联到因素21u 、31u 、33u 上。若该因素落在某一评语的范围内,则该评语取为1,其他三个评语为0。 2.2综合评价矩阵的确定

对每一个指标的因素确定评语后, 设第i 个因素的权系数为i w ,则可得权系

数向量12(,,)m W w w w =……,,然后构建模糊评价矩阵P ,其中ij P 表示第i 个因素在第j 级评语的取值。那么综合评价矩阵B W P =

,这里为合成运算,共有

三种计算方法: 1)主因素决定型 {()|1}j i ij b w p i m =∨∧≤≤ 1,2,j n =……, 2)主因素突出型 {(.)|1}j i ij b w p i m =∨≤≤

1,2,j n =……,

3)加权平均型

(.),1j i ij b w p i m =≤≤∑

1,2,j n =……,

符号∧为取最小值,符号∨为取最大值。然后对综合评价矩阵B 做归一化处理, '1

,1,2,j

j n

j

j b b j n b

==

=∑……,。最后根据最大隶属度原则就得出该停

车场的效度大小,作出总体的评价。 2.3层次分析法确定权系数向量

为确定权系数向量12(,,)m W w w w =……,,我们使用了层次分析法,即: 表3.停车场效度评价层次结构

1111

n n nn a a A a a ?? ?=

? ???

显然A 满足0ij A >且1/ji ij a a =,i ,=1,2j n ,……,。我们把满足以上两个条件的矩阵称为正互反矩阵。当且仅当ij jk ik a a a =,i ,j ,=1,2k n ,……,时,正互反矩阵A 称为一致判断矩阵。

按..T L Saaty 教授提出的1~9标度法,由准则层各因素之间的重要程度进行两两比较判断,得到每一指标下的正互反矩阵,比如:

1

241/2131/41/31A ?? ?= ?

???

确定正互反矩阵后,接着计算其最大特征根和特征向量12(,,)n R r r r =……,,

这里我们用和法,步骤如下:

1)将A 的每一列向量归一化得到1

ij ij n ij

i a

r a ==∑。

2)对ij r 按行求和并归一化得111

n

ij

j i n n

ij

i j r

r r

====

∑∑∑,12(,,)T

n R r r r =……,即近似特征向量。

3)计算1()1n i

i i

AR n r λ==∑作为最大特征根的近似值。

这个方法实际上是将A 的列向量归一化后取平均值,作为它的的特征向量,因为当A 为一致阵时它的每一列都是特征向量,所以若A 的不一致性不严重,

则此选择是合理的,下面就要进行一致性检验。

计算一致性指标:

1

n

CI n λ-=

-

上式λ为矩阵A 的最大特征根,n 为矩阵A 的阶数。0CI =时A 为一致阵,CI 越大A 的不一致越严重,为了确定其不一致允许的范围,我们借助随机一致性指标RI ,其数值如下:

当一致性比率0.1CR RI

=

<时认为A 的不一致程度在允许范围内,若大于

0.1,则检验不通过,需要对A 进行修正。

以问题一中的规划三为例,进行说明首先设准则层的正互反阵为

1

241/2131/41/31A ?? ?= ?

???

则其特征向量为(程序见附录二)(0.5571,0.3202,0.1226)T R =,最大特征

根为 3.0183λ=,故0.00915CI =,由于A 为3阶,查表5得0.58RI =,计算

0.0160.1CI

CR RI ==<,一致性检验通过,该特征向量R 可作为准则层的权向量。

再设方案层的正互反阵分别为:

11

251/2121/51/21A ????=??

????

211/31/8311/3831A ??

??=??

????

31

131131/31/31A ????=??

????

计算结果列入下表: 表6.方案层的计算结果

2.4确定模糊评价矩阵

我们根据所选方案三的数据:

1)道路宽度 8.2米;

2)弯道转弯半径6.56米; 3)停车位宽度 5.3米;

4)停车位与道路夹角 90°; 5)停车位总数 100辆; 6)靠左停车位比率 0.49;

结合表2,确定各因素评语取值,列表如下:

表7.各因素评语表:

100010

0101000P ?? ?= ? ???

2100000101000P ?? ?= ? ???

3100001001000P ??

?= ? ???

由表6查得对应的权系数向量分别为:

1(0.5945,0.2766,0.1285)T W = 2(0.0820,0.2364,0.6816)T W = 3(0.4286,0.4286,0.1429)T W =

2.5确定一级、二级综合评价矩阵

我们分别用上文提到的“主因素决定型”“主因素突出型”和“加权平均型”

三种方法计算综合评价矩阵,并做归一化处理得到下表(程序见附录三): 表8.一级综合评价矩阵: 接着我们用“主因素决定型”的结果123(,,)P B B B =作为模糊评价矩阵计算二级综合评价矩阵,而权向量(0.5571,0.3202,0.1226)T W R ==在前面已经求出,故二级综合评价矩阵结果为(程序见附录四):

B W P =, B =(0.2508,0.0960,0.2167,0.4364) 对照评语集合{}V =很好,较好,一般,较差按照最大隶属度原则我们发现停车场的效度评价为较差,但是由于“主因素决定型”运算简单,可能丢失很多信息,因而所得结果有些粗糙。当因素比较多而权重分配又比较均衡时,每一因素

所分得的权重较小,由于只用运算∧和∨,这就使得到的综合评价也都较小,这时较小的权重通过∧运算得不到理想的结果,故而我们改用表8中“加权平均型”的结果作为模糊评价矩阵计算二级综合评价矩阵,

重新计算得到的结果为(程序见附录五):

B=(0.3862,0.0526,0.2299,0.3313)

按照最大隶属度原则,停车场的效度评价为:很好。

3车位的分类与评价

车主对泊车位的评价与他自身的需求有直接关系,由于为露天停车场,且不考虑车位的费用差异,那么车主对于车位的评价,其心理因素应包含防盗、防刮擦、距出入口距离、是否遮阴等。但由于为露天停车场,故不考虑遮阴,车主对于车位好坏的评价是基于安全性和便捷性两个角度出发(不考虑车位的价格差异)。考虑安全性指标中被盗窃比率和被刮擦比率是最关键因素,考虑便捷性指标中离出入口的距离为最重要指标。

就安全性而言,越远离出入口的、越偏僻的车位发生偷盗损坏事件的概率就越高;车辆不被刮擦应该是其次考虑的,当然不在拐角处的停车位要比在拐角处的停车位被刮擦的概率小得多;接着需要考虑步行出停车场的时间,离门越近当然所花时间越少,那么这三者的优先秩序就是:被盗窃率>被刮擦率>离出入口的距离。

根据目标规划的理论,越高优先等级的指标的逆向偏差变量(与其负向偏差变量相区别)越大,对于整体优化越不利。同理,对越高优先级别指标的损坏越严重的车位,它的评价肯定越差。在规划理论中确定最优可以通过排除“次优”来实现,那么这里为了确定“最差”的车位,也可以通过排除“次差”的车位来实现。下面具体说明排除“次差”车位的过程:

首先考察第一优先级被盗窃率,车位越远离门口越偏僻,越容易招致偷盗损坏,那么根据排除“次差”车位原则,首先排除1、3区域和中间5、6、7、8区域的左边大部;接着考察第二优先级指标被刮擦率,在拐角处最容易被刮擦,所以中间矩形中只有花坛最右侧的两个车位(图11中的两个方块)保留,其余车位作为“次差”车位排除掉,3、4区域也被排除;然后考虑第三优先级步行距离,这两个车位距出入口的距离相同,故都被保留,成为最不受车主欢迎的车位。

五模型的评价

1优点

1)本文插入了大量的图表,将模型的建立过程阐述的清晰易懂。

2)在对停车场进行效度评价时把模糊分析法与层次分析法结合在一起,很巧妙地处理了复杂系统的评价,而且提高了评价的可靠性。

3)创造性地将停车场设计指标与评语相关联,建立了因素评语表,为建立模糊评价模型提供了有力支持。

4)在对车位优劣进行评价的时候采取了逐步排除“次劣”车位的方式,是一种方法上的创新,而且评价效果比较准确。

2缺点

1)由于题中图形没有提供数据支持,故我们采集的数据可能存在误差。

2)各因素的选取具有主观性。

3)建立模糊评价矩阵时,每个因素仅关联到唯一一个指标上,但实际上因素有可能是由多个指标共同关联的。

六模型的改进和推广

1改进

建立模糊评价矩阵时,每个因素仅关联到唯一一个指标上,但实际上因素有可能是由多个指标共同关联的。应该用层次分析法确定每个指标在各因素上的权重,然后再建立模糊评价矩阵。

2推广

我们建立的停车场体系评价模型是基于具体的停车场设计和国家标准[1]的,故而只要获得了相关停车场的设计指标,就可以利用我们设计的因素评语表建立模糊综合评价模型,对该停车场的效度进行评价,进而指导停车场的泊位规划。进一步推广,也可用我们建立的模型评价相关站、库的规划,如加油站、仓库等等。

参考文献

[1] 公安部\建设部.《停车场设计规划规则(试行)》.

https://www.360docs.net/doc/b64225472.html,/law/jianshe/2218.htm,2011.8.24

[2] 姜启源,谢金星,叶俊. 数学模型(第四版).北京:高等教育出版社,2011

[3] 卓金武,魏永生. MATLAB在数学建模中的应用. 北京:北京航空航天大学

出版社,2011

附录

附录一:车辆轮廓尺寸行业标准

中华人民共和国行业标准

汽车库建筑设计规范 Design Code for Garage JGJ100-98

主编单位:北京建筑工程学院

批准部门:中华人民共和国建设部

施行日期:1998年9月1日

附录二:最大特征根和特征向量的计算

clear

A=[1 2 4;1/2 1 3;1/4 1/3 1];

%A=[1 2 5;1/2 1 2;1/5 1/2 1];

%A=[1 1/3 1/8;3 1 1/3;8 3 1];

%A=[1 1 3;1 1 3;1/3 1/3 1];

n=size(A,1); a=sum(A);

for i=1:n

a1(:,i)=A(:,i)/a(i);

end

a2=sum(a1,2);

w=a2/sum(a2), r=sum(A*w./w)/n %特征向量和最大特征根结果:

w = 0.5571

0.3202

0.1226

r = 3.0183

w = 0.5949

0.2766

0.1285

r = 3.0055

w = 0.0820

0.2364

0.6816

r = 3.0015

w = 0.4286

0.4286

0.1429

r = 3

附录三:

主因素决定型计算一级综合评价矩阵

clear

W=[0.5945;0.2766;0.1285];P=[0 0 0 1;0 0 1 0;1 0 0 0]; %W=[0.0820;0.2364;0.6816];P=[1 0 0 0;0 0 1 0;1 0 0 0]; %W=[0.4286;0.4286;0.1429];P=[1 0 0 0;0 1 0 0;1 0 0 0]; n=size(P,2);

for i=1:n

b(i)=max(min(W,P(:,i)));

end

B=b/sum(b) %归一化处理

结果:

0.1286 0 0.2767 0.5947

B =

0.7425 0 0.2575 0

B =

0.5000 0.5000 0 0

主因素突出型计算一级综合评价矩阵

clear

W=[0.5945;0.2766;0.1285];P=[0 0 0 1;0 0 1 0;1 0 0 0]; %W=[0.0820;0.2364;0.6816];P=[1 0 0 0;0 0 1 0;1 0 0 0]; %W=[0.4286;0.4286;0.1429];P=[1 0 0 0;0 1 0 0;1 0 0 0]; n=size(P,2);

for i=1:n

b(i)=max(W.*P(:,i));

end

B=b/sum(b) %归一化处理

结果:

B =

0.1286 0 0.2767 0.5947

B =

0.7425 0 0.2575 0

B =

0.5000 0.5000 0 0

加权平均型计算一级综合评价矩阵

clear

W=[0.5945;0.2766;0.1285];P=[0 0 0 1;0 0 1 0;1 0 0 0]; %W=[0.0820;0.2364;0.6816];P=[1 0 0 0;0 0 1 0;1 0 0 0]; %W=[0.4286;0.4286;0.1429];P=[1 0 0 0;0 1 0 0;1 0 0 0]; n=size(P,2);

for i=1:n

b(i)=sum(W.*P(:,i));

end

B=b/sum(b) %归一化处理

结果:

0.1286 0 0.2767 0.5947

B =

0.7636 0 0.2364 0

B =

0.5714 0.4286 0 0

附录四:主因素决定型计算二级综合评价矩阵

clear

W=[0.5571;0.3202;0.1226];P=[0.1286 0 0.2767 0.5947;0.7425 0 0.2575 0;0.5 0.5 0 0];

%W=[0.5571;0.3202;0.1226];P=[0.1286 0 0.2767 0.5947;0.7636 0 0.2364 0;0.5714 0.4286 0 0];

n=size(P,2);

for i=1:n

b(i)=max(min(W,P(:,i)));

end

B=b/sum(b) %归一化处理

结果:

B =

0.2508 0.0960 0.2167 0.4364

附录五:加权平均型计算二级综合评价矩阵

clear

%W=[0.5571;0.3202;0.1226];P=[0.1286 0 0.2767 0.5947;0.7425 0 0.2575 0;0.5 0.5 0 0];

W=[0.5571;0.3202;0.1226];P=[0.1286 0 0.2767 0.5947;0.7636 0 0.2364

0;0.5714 0.4286 0 0];

n=size(P,2);

for i=1:n

b(i)=sum(W.*P(:,i));

end

B=b/sum(b) %归一化处理

结果:

B =

0.3862 0.0526 0.2299 0.3313

数学建模综合评价方法

所谓指标就就是用来评价系统的参量.例如,在校学生规模、教学质量、师资结构、科研水平等,就可以作为评价高等院校综合水平的主要指标.一般说来,任何—个指标都反映与刻画事物的—个侧面. 从指标值的特征瞧,指标可以分为定性指标与定量指标.定性指标就是用定性的语言作为指标描述值,定量指标就是用具体数据作为指标值.例如,旅游景区质量等级有5A 、4A 、3A 、2A 与1A 之分,则旅游景区质量等级就是定性指标;而景区年旅客接待量、门票收入等就就是定量指标. 从指标值的变化对评价目的的影响来瞧,可以将指标分为以下四类: (1)极大型指标(又称为效益型指标)就是指标值越大越好的指标; (2)极小型指标(又称为成本型指标)就是指标值越小越好的指标; (3)居中型指标就是指标值既不就是越大越好,也不就是越小越好,而就是适中为最好的指标; (4) 区间型指标就是指标值取在某个区间内为最好的指标. 例如,在评价企业的经济效益时,利润作为指标,其值越大,经济效益就越好,这就就是效益型指标;而管理费用作为指标,其值越小,经济效益就越好,所以管理费用就是成本型指标.再如建筑工程招标中,投标报价既不能太高又不能太低,其值的变化范围一般就是 (10%,5%)-+× 标的价,超过此范围的都将被淘汰,因此投标报价为区间型指标.投标工期既不能太长又不能太短,就就是居中型指标. 在实际中,不论按什么方式对指标进行分类,不同类型的指标可以通过相应的数学方法进行相互转换 8、2、4 评价指标的预处理方法 一般情况下,在综合评价指标中,各指标值可能属于不同类型、不同单位或不同数量级,从而使得各指标之间存在着不可公度性,给综合评价带来了诸多不便.为了尽可能地反映实际情况,消除由于各项指标间的这些差别带来的影响,避免出现不合理的评价结果,就需要对评价指标进行一定的预处理,包括对指标的一致化处理与无量纲化处理. 1.指标的一致化处理 所谓一致化处理就就是将评价指标的类型进行统一.一般来说,在评价指标体系中,可能会同时存在极大型指标、极小型指标、居中型指标与区间型指标,它们都具有不同的特点.如产量、利润、成绩等极大型指标就是希望取值越大越好;而成本、费用、缺陷等极小型指标则就是希望取值越小越好;对于室内温度、空气湿度等居中型指标就是既不期望取值太大,也不期望取值太小,而就是居中为好.若指标体系中存在不同类型的指标,必须在综合评价之前将评价指标的类型做一致化处理.例如,将各类指标都转化为极大型指标,或极小型指标.一般的做法就是将非极大型指标转化为极大型指标.但就是,在不同的指标权重确定方法与评价模型中,指标一致化处理也有差异. (1) 极小型指标化为极大型指标 对极小型指标j x ,将其转化为极大型指标时,只需对指标j x 取倒数: 1j j x x '= , 或做平移变换: j j j x M x '=-,

数学建模模糊综合评价法

学科评价模型(模糊综合评价法) 摘要:该模型研究的是某高校学科的评价的问题,基于所给的学科统计数据作出综合分析。基于此对未来学科的发展提供理论上的依据。 对于问题1、采用层次分析法,通过建立对比矩阵,得出影响评价值各因素的所占的权重。然后将各因素值进行标准化。在可共度的基础上求出所对应学科的评价值,最后确定学科的综合排名。(将问题1中的部分结果进行阐述) (或者是先对二级评价因素运用层次分析法得出其对应的各因素的权重(只选取一组代表性的即可),然后再次运用层次分析法或者是模糊层次分析法对每一学科进行计算,得出其权重系数)。通过利用matlab确定的各二级评价因素的比较矩阵的特征根分别为:4.2433、2、4.1407、3.0858、10.7434、7.3738、3.0246、1 对于问题2、基于问题一中已经获得的对学科的评价值,为了更加明了的展现各一级因素的作用,采用求解相关性系数的显著性,找出对学科评价有显著性作用的一级评价因素。同时鉴于从文献中已经有的获得的已经有的权重分配,对比通过模型求得的数值,来验证所建模型和求解过程是否合理。 对于问题3、主成份分析法,由于在此种情况下考虑的是科研型或者教学型的高校,因此在评价因素中势必会有很大的差别和区分。所以在求解评价值的时候不能够等同问题1中的方法和结果,需要重新建立模型,消除或者忽略某些因素的影响和作用(将问题三的部分结果进行阐述)。 一、问题重述

学科的水平、地位是评价高等学校层次的一个重要指标,而学科间水平的评价对于学科本身的发展有着极其重要的作用。而一个显著的方面就是在录取学生方面,通常情况下一个好的专业可以录取到相对起点较高的学生,而且它还可以使得各学科能更加深入的了解到本学科的地位和不足之处,可以更好的促进该学科的发展。学科的评价是为了恰当的学科竞争,而学科间的竞争是高等教育发展的动力,所以合理评价学科的竞争力有着极其重要的作用。鉴于学科评价的两种方法:因素分析法和内涵解析法。本模型基于某大学(科研与教学并重型高校)的13个学科在某一时期内的调查数据,包括各种建设成效数据和前期投入的数据。 通过计算每一级、每一个评价因素所占的权重,确定某一学科在评价是各因素所占的比重,构建评价等级所对应的函数。通过数值分析得出学科的评价值。需要解决一下几个问题: 1、根据已给数据建立学科评价模型,要求必要的数据分析及建模过程。 2、模型分析,给出建立模型的适用性、合理性分析。 3、假设数据来自于某科研型祸教学型高校,请给出相应的学科评价模 型。 二、符号说明与基本假设 2.1符号说明 符号说明 S——评价数(评价所依据的最终数值) X——影响评价数值的一级因素所构成的矩阵

数学建模常见评价与衡量模型简介

常见评价模型简介 评价类数学模型是全国数学建模竞赛中经常出现的一类模型,如2005年全国赛A题长江水质的评价问题,2008年B题高校学费标准评价体系问题等。主要介绍三种比较常用的评价模型:层次分析模型,模糊综合评价模型,灰色关联分析模型,以期帮助大家了解不同背景下不同评价方法的应用。 层次分析模型 层次分析法(AHP)是根据问题的性质和要求,将所包含的因素进行分类,一般按目标层、准则层和子准则层排列,构成一个层次结构,对同层次内诸因素采用两两比较的方法确定出相对于上一层目标的权重,这样层层分析下去,直到最后一层,给出所有因素相对于总目标而言,按重要性程度的一个排序。其主要特征是,它合理地将定性与定量决策结合起来,按照思维、心理的规律把决策过程层次化、数量化。 运用层次分析法进行决策,可以分为以下四个步骤: 步骤1 建立层次分析结构模型 深入分析实际问题,将有关因素自上而下分层(目标—准则或指标—方案或对象),上层受下层影响,而层内各因素基本上相对独立。 步骤2构造成对比较阵 对于同一层次的各元素关于上一层次中某一准则的重要性进行两两比较,借助1~9尺度,构造比较矩阵; 步骤3计算权向量并作一致性检验 由判断矩阵计算被比较元素对于该准则的相对权重,并进行一致性检验,若通过,则最大特征根对应的特征向量做为权向量。 步骤4计算组合权向量(作组合一致性检验) 组合权向量可作为决策的定量依据 通过一个具体的例子介绍层次分析模型的应用。 例(选择旅游地决策问题)如何在桂林、黄山、北戴河3个目的地中按照景色、费用、居住条件、饮食、旅途条件等因素进行选择。 步骤1 建立系统的递阶层次结构 将决策问题分为3个层次:目标层O,准则层C,方案层P;每层有若干元素,各层元素间的关系用相连的直线表示。

模糊综合评价法的数学建模方法简介_任丽华

8 《商场现代化》2006年7月(中旬刊)总第473期 20世纪80年代初,汪培庄提出了对绿色供应链绩效进行评价的模糊综合评价模型,此模型以它简单实用的特点迅速波及到国民经济和工农业生产的方方面面,广大实际工作者运用此模型取得了一个又一个的成果。本文简单介绍模糊综合评价法的数学模型方法。 一、构造评价指标体系 模糊综合评价的第一步就是根据具体情况建立评价指标体系的层次结构图,如图所示: 二、确定评价指标体系的权重 确定各指标的权重是模糊综合评价法的步骤之一。本文根据绿色供应链评价体系的层次结构特点,采用层次分析法确定其权重。尽管层次分析法中也选用了专家调查法,具有一定的主观性,但是由于本文在使用该方法的过程中,对多位专家的调查进行了数学处理,并对处理后的结果进行了一致性检验,笔者认为,运用层次分析法能够从很大程度上消除主观因素带来的影响,使权重的确定更加具有客观性,也更加符合实际情况。 在此设各级指标的权重都用百分数表示,且第一级指标各指标的权重为Wi,i=1,2,…,n,n为一级指标个数。一级指标权重向量为: W=(W1,…,Wi,…Wn) 各一级指标所包含的二级指标权重向量为: W=(Wi1,…,Wis,…Wim),m为各一级指标所包含的二级指标个数,s=1,2,…,m。 各二级指标所包含的三级指标权重向量为: Wis=(Wis1,…Wis2,…Wimq),q为各二级指标所包含的三级指标个数。三、确定评价指标体系的权重建立模糊综合评价因素集将因素集X作一种划分,即把X分为n个因素子集X1,X2,…Xn,并且必须满足: 同时,对于任意的i≠j,i,j=1,2,…,均有 即对因素X的划分既要把因素集的诸评价指标分完,而任一个评 价指标又应只在一个子因素集Xi中。 再以Xi表示的第i个子因素指标集又有ki个评价指标即:Xi={Xi1,Xi2,…,XiKi},i=1,2,…,n 这样,由于每个Xi含有Ki个评价指标,于是总因素指标集X其有 个评价指标。 四、 进行单因素评价,建立模糊关系矩阵R 在上一步构造了模糊子集后,需要对评价目标从每个因素集Xi上进行量化,即确定从单因素来看评价目标对各模糊子集的隶属度,进而得到模糊关系矩阵: 其中si(i=1,2,…,m)表示第i个方案,而矩阵R中第h行第j列元素rhj表示指标Xih在方案sj下的隶属度。对于隶属度的确定可分为两种 情况:定量指标和定性指标。 (1)定量指标隶属度的确定 对于成本型评价因素可以用下式计算: 对于效益型评价因素可以用下式计算:对于区间型评价因素可以用下式计算:上面三个式子中:f(x)为特征值,sup(f),inf(f)分别为对应于同一个指标的所有特征值的上下界,即是同一指标特征值的最大值和最小 模糊综合评价法的数学建模方法简介 任丽华 东营职业学院 [摘 要] 本文一种数学模型方法构造了一种对绿色供应链绩效进行评价的模糊综合评价法,主要从构造评价指标体系,确定评价指标体系的权重,确定评价指标体系的权重,建立模糊综合评价因素集,进行单因素评价、建立模糊关系矩阵R,计算模糊评价结果向量B等五个方面介绍这种评价方法。 [关键词] 绿色供应链绩效评价 模糊综合评价法 数学模型方法 流通论坛

数学建模(教案)第一章--线性规划

数学建模 第一章 线性规划 §1 线性规划 在人们的生产实践中,经常会遇到如何利用现有资源来安排生产,以取得最大经济效益的问题。此类问题构成了运筹学的一个重要分支—数学规划,而线性规划(Linear Programming 简记LP)则是数学规划的一个重要分支。自从1947年G. B. Dantzig 提出求解线性规划的单纯形方法以来,线性规划在理论上趋向成熟,在实用中日益广泛与深入。特别是在计算机能处理成千上万个约束条件和决策变量的线性规划问题之后,线性规划的适用领域更为广泛了,已成为现代管理中经常采用的基本方法之一。 1.1 线性规划的实例与定义 例1 某机床厂生产甲、乙两种机床,每台销售后的利润分别为4000元与3000元。生产甲机床需用B A 、机器加工,加工时间分别为每台2小时和1小时;生产乙机床需用C B A 、、三种机器加工,加工时间为每台各一小时。若每天可用于加工的机器时数分别为A 机器10小时、B 机器8小时和C 机器7小时,问该厂应生产甲、乙机床各几台,才能使总利润最大? 上述问题的数学模型:设该厂生产1x 台甲机床和2x 乙机床时总利润最大,则21,x x 应满足 (目标函数) 2134m ax x x z += (1) s.t. ( 约 束 条 件 ) ?????? ?≥≤≤+≤+0 ,781022122 121x x x x x x x (2) 这里变量21,x x 称之为决策变量,(1)式被称为问题的目标函数,(2)中的几个不等式是问题的约束条件,记为s.t.(即subject to)。

上述即为一规划问题数学模型的三个要素。由于上面的目标函数及约束条件均为线性函数,故被称为线性规划问题。 总之,线性规划问题是在一组线性约束条件的限制下,求一线性目标函数最大或最小的问题。 在解决实际问题时,把问题归结成一个线性规划数学模型是很重要的一步,但往往也是困难的一步,模型建立得是否恰当,直接影响到求解。而选取适当的决策变量,是我们建立有效模型的关键之一。 1.2 线性规划的Matlab 标准形式 线性规划的目标函数可以是求最大值,也可以是求最小值,约束条件的不等号可以是小于号也可以是大于号。为了避免这种形式多样性带来的不便,Matlab 中规定线性规划的标准形式为 b Ax x c x T ≤ that such min 其中c 和x 为n 维列向量,b 为m 维列向量,A 为n m ?矩阵。 例如线性规划 b Ax x c x T ≥ that such max 的Matlab 标准型为 b Ax x c x T -≤-- that such min 1.3 线性规划问题的解的概念 一般线性规划问题的标准型为 ∑==n j j j x c z 1min (3) ∑==≤n j i j ij m i b x a 1,,2,1 s.t.Λ (4) 可行解 满足约束条件(4)的解),,,(21n x x x x Λ=,称为线性规划问题的可行解,而使目标函数(3)达到最小值的可行解叫最优解。

数学建模线性规划

线性规划 1.简介: 线性规划是运筹学中研究较早、发展较快、应用广泛、方法较成熟的一个重要分支,它是辅助人们进行科学管理的一种数学方法.在经济管理、交通运输、工农业生产等经济活动中,提高经济效果是人们不可缺少的要求,而提高经济效果一般通过两种途径:一是技术方面的改进,例如改善生产工艺,使用新设备和新型原材料.二是生产组织与计划的改进,即合理安排人力物力资源. 线性规划所研究的是:在一定条件下,合理安排人力物力等资源,使经济效果达到最好.规划问题。一般地,求线性目标函数在线性约束条件下的最大值或最小值的问题,统称为线性线性约束条件的解叫做可行解,由所有可行解组成的集合叫做可行域。 (x)都是线性函数,则该模型称为在优化模型中,如果目标函数f(x)和约束条件中的g i 线性规划。 2.线性规划的3个基本要素 (1)决策变量 (2)目标函数f(x) (x)≤0称为约束条件) (3)约束条件(g i 3.建立线性规划的模型 (1)找出待定的未知变量(决策变量),并用袋鼠符号表示他们。 (2)找出问题中所有的限制或者约束,写出未知变量的线性方程或线性不等式。

(3)找到模型的目标或判据,写成决策变量的线性函数,以便求出其最大值或最小值。以下题为例,来了解一下如何将线性规划用与实际的解题与生活中。 生产计划问题 某工厂生产甲乙两种产品,每单位产品消耗和获得的利润如表 试拟订生产计划,使该厂获得利润最大 解答:根据解题的三个基本步骤 (1)找出未知变量,用符号表示: 设甲乙两种产品的生产量分别为x 1与x 2 吨,利润为z万元。 (2)确定约束条件: 在这道题目当中约束条件都分别为:钢材,电力,工作日以及生产量不能为负的限制 钢材:9x 1+5 x 2 ≤360, 电力:4x 1+5 x 2 ≤200, 工作日:3x 1+10 x 2 ≤300, x 1≥0 ,x 2 ≥0, (3)确定目标函数: Z=7x 1+12 x 2

数学建模8-动态规划和目标规划

数学建模8-动态规划和目标规划 一、动态规划 1.动态规划是求解决策过程最优化的数学方法,主要用于求解以时间划分阶段的动态过程的 优化问题。但是一些与时间无关的静态规划(如线性规划、非线性规划),只要人为地引进时间因素,把它视为多阶段决策过程,也可以用动态规划方法方便地求解。 2.基本概念、基本方程: (1)阶段 (2)状态 (3)决策 (4)策略 (5)状态转移方程: (6)指标函数和最优值函数: (7)最优策略和最优轨线 (8)递归方程: 3.计算方法和逆序解法(此处较为抽象,理解较为困难,建议结合例子去看)

4.动态规划与静态规划的关系:一些静态规划只需要引入阶段变量、状态、决策等就可以用动态规划方法求解(详见书中例4) 5.若干典型问题的动态规划模型: (1)最短路线问题: (2)生产计划问题:状态定义为每阶段开始时的储存量x k,决策为每个阶段的产量,记每个阶段的需求量(已知量)为d k,则状态转移方程为 (3)资源分配问题:详见例5

状态转移方程: 最优值函数: 自有终端条件: (4)具体应用实例:详见例6、例7。 二、目标规划 1.实际问题中,衡量方案优劣要考虑多个目标,有主要的,有主要的,也有次要的;有最大值的,也有最小值的;有定量的,也有定性的;有相互补充的,也有相互对立的,这时可用目标规划解决。其求解思路有加权系数法、优先等级法、有效解法等。 2.基本概念: (1)正负偏差变量: (2)绝对(刚性)约束和目标约束 ,次位赋(3)优先因子(优先等级)与权系数:凡要求第一位达到的目标赋予优先因子P 1……以此类推。 予P 2 (4)目标规划的目标函数: (5)一般数学模型:

教师评价模型_数学建模教学提纲

教师评价模型_数学建 模

教师评价模型 一、摘要 学校是一个充满着评价人的场所,每时每刻都在对各个人进行评价。毫不 夸张地说评价教师是学校里每个人的“日常功课”。 由于教师职业劳动的特殊性,它是复杂劳动。不能仅仅用工作量来评价 教师的劳动,同时评价教师的人员纷繁复杂,方式多种多样。评价教师的标准 往往束缚着学校的教学质量,教师教学的积极性。所以教师评价的确定就显的 很重要。 新课程强调:评价的功能应从注重甄别与选拔转向激励、反馈与调整;评 价内容应从过分注重学业成绩转向注重多方面发展的潜能;评价主体应从单一 转向多元。 那么如何公正、客观地评价教师的同时,有效地保护教师的教学积极性和 帮助提高学校的办学水平呢? 此模型的建立改变了以往同类模型的多种弊端,从另一角度更加合理地分析、评价,就是为了更公平,公正地对教师做出合理的评价,从而促进学生发 展和教师提高。 本模型主要用了模糊数学模型和对各项评价付权重的方法进行建模分析。 从(1)教师对自己的评价,(2)学生对教师的评价;(3)由专家组对教师的评价的角度出发,通过量化,加权,得出结果。然后确定三方面的比重来评价 教师。同时通过确定教师自评与他人评价的比值范围,而确定这次评价是否有效。 在各个方面采用的数学模型如下:

1、教师对自己的评价: 教师对自己的满意度,既体现教师的主人翁意识也保护教师的教学积 极性。 16 1160i i i P Q D ( i ∈[1,16]) (Q 表示教师自评的得分 Pi 表示教师对自己各项符合度而打的分数 Di 表示对教师自评要求各项所加给的权重 ) 2、学生对教师的评价: 表明以学生为主体,体现了模型的客观性,公平、公开的原则。 90j i ij i d c a ij a =ij n u ij a =A (U ,V ) ( U 为评价的主要因素, V 为评价因素分等。 C i 为学生对教师的各项评价要求所付的权重 N 为填写有效调查表的人数) 3、由专家组成通过听课对教师的评价: 表明专家对教师指导性,帮助教师提高教学水平。体现了评价的权威 性,真实性。同时也是作为教师提拔的一个方面。 (1)建立综合评价矩阵51ij ij ik k c g c (2)综合评价 B=A ⊕R=(b 1,b 2,……,b m )

数学建模综合评价方法(定)

所谓指标就是用来评价系统的参量?例如,在校学生规模、教学质量、师资结构、科研水平等,就可以作为评价高等院校综合水平的主要指标?一般说来,任一个指标都 反映和刻画事物的一个侧面. 从指标值的特征看,指标可以分为定性指标和定量指标.定性指标是用定性的语言作为指标描述值,定量指标是用具体数据作为指标值?例如,旅游景区质量等级有5A、4A、3A、2A和1A之分,则旅游景区质量等级是定性指标;而景区年旅客接待量、门票收入等就是定量指标. 从指标值的变化对评价目的的影响来看,可以将指标分为以下四类: (1)极大型指标(又称为效益型指标)是指标值越大越好的指标; (2)极小型指标(又称为成本型指标)是指标值越小越好的指标; (3)居中型指标是指标值既不是越大越好,也不是越小越好,而是适中为最好的指标; (4)区间型指标是指标值取在某个区间为最好的指标. 例如,在评价企业的经济效益时,利润作为指标,其值越大,经济效益就越好,这就是效益型指标;而管理费用作为指标,其值越小,经济效益就越好,所以管理费用是成本型指标.再如建筑工程招标中,投标报价既不能太高又不能太低,其值的变化围一般是(10%, 5%) X标的价,超过此围的都将被淘汰,因此投标报价为区间型指标.投标工期既不能太长又不能太短,就是居中型指标. 在实际中,不论按什么式对指标进行分类,不同类型的指标可以通过相应的数学法进行相互转换8.2.4评价指标的预处理法 一般情况下,在综合评价指标中,各指标值可能属于不同类型、不同单位或不同数量级,从而使得各指标之间存在着不可公度性,给综合评价带来了诸多不便.为了尽可能地反映实际情况,消除由于各项指标间的这些差别带来的影响,避免出现不合理的评价结果,就需要对评价指标进行一定的预处理,包 括对指标的一致化处理和无量纲化处理. 1.指标的一致化处理 所谓一致化处理就是将评价指标的类型进行统一.一般来说,在评价指标体系中,可能会同时存在 极大型指标、极小型指标、居中型指标和区间型指标,它们都具有不同的特点.如产量、利润、成绩等极大型指标是希望取值越大越好;而成本、费用、缺陷等极小型指标则是希望取值越小越好;对于室温 度、空气湿度等居中型指标是既不期望取值太大,也不期望取值太小,而是居中为好.若指标体系中存在不同类型的指标,必须在综合评价之前将评价指标的类型做一致化处理.例如,将各类指标都转化为极大型指标,或极小型指标.一般的做法是将非极大型指标转化为极大型指标.但是,在不同的指标权重确定法和评价模型中,指标一致化处理也有差异. (1)极小型指标化为极大型指标 对极小型指标X j,将其转化为极大型指标时,只需对指标X j取倒数:

数学建模-线性规划

-1- 第一章线性规划 §1 线性规划 在人们的生产实践中,经常会遇到如何利用现有资源来安排生产,以取得最大经济 效益的问题。此类问题构成了运筹学的一个重要分支—数学规划,而线性规划(Linear Programming 简记LP)则是数学规划的一个重要分支。自从1947 年G. B. Dantzig 提出 求解线性规划的单纯形方法以来,线性规划在理论上趋向成熟,在实用中日益广泛与深入。特别是在计算机能处理成千上万个约束条件和决策变量的线性规划问题之后,线性 规划的适用领域更为广泛了,已成为现代管理中经常采用的基本方法之一。 1.1 线性规划的实例与定义 例1 某机床厂生产甲、乙两种机床,每台销售后的利润分别为4000 元与3000 元。 生产甲机床需用A、B机器加工,加工时间分别为每台2 小时和1 小时;生产乙机床 需用A、B、C三种机器加工,加工时间为每台各一小时。若每天可用于加工的机器时 数分别为A 机器10 小时、B 机器8 小时和C 机器7 小时,问该厂应生产甲、乙机床各几台,才能使总利润最大? 上述问题的数学模型:设该厂生产1 x 台甲机床和2 x 乙机床时总利润最大,则1 2 x , x 应满足 (目标函数)1 2 max z = 4x + 3x (1) s.t.(约束条件) ?? ? ?? ? ? ≥ ≤ + ≤ + ≤ , 0 7 8 2 10 1 2 2 1 2 1 2 x x x x x x x (2) 这里变量1 2 x , x 称之为决策变量,(1)式被称为问题的目标函数,(2)中的几个不等式是问题的约束条件,记为s.t.(即subject to)。由于上面的目标函数及约束条件均为线性

数学建模论文《学科评价模型》

答卷编号(参赛学校填写): 答卷编号(竞赛组委会填写): 论文题目:学科评价模型(A) 组别:本科生 参赛队员信息(必填): 姓名专业班级及学号联系电话参赛队员1 08生物技术一班0886 参赛队员2 08生物技术一班1680 参赛队员3 08生物技术一班0698

答卷编号(参赛学校填写): 答卷编号(竞赛组委会填写): 评阅情况(学校评阅专家填写):学校评阅1. 学校评阅2. 学校评阅3. 评阅情况(省赛评阅专家填写):省赛评阅1. 省赛评阅2. 省赛评阅3.

学科评价模型 摘要本学科评价模型采用了指标体系法,其所具有的客观公正性使之成为目前大学学科评价的主流方法。学科评价一方面取决于指标体系本身设计是否科学,另一方面则取决于原始数据和指标的可比性。由于本题目并没有给出具体的哪13个学科,而不同学科之间在某些方面存在着不同程度上的差异性。所以,我们采用层次分析法分配权重以及灰色多层次分析法处理数据,从而使评价结果更加客观公正。学科评价应分类别、分层次进行,不同的类别和层次适用于不同的情形。比如科研教学并重型高校的学科评价模型与科研型或者教学型高校的学科评价模型会有所区别。同时,在学科评价体系中,指标分级是必要的,我们将题目所给的指标分为三级。通过模型的建立及求解,我们得出了各学科各指标的评价结果,以及各学科的综合实力评价结果,并对结果进行横向分析和纵向分析,为大学学科评估及资源优化提供了较为合理的依据。 关键词层次分析法,权重, 灰色多层次分析法,关联度

一 问题的重述 学科的水平、地位是高等学校的一个重要指标,而学科间水平的评价对于学科的发展有着重要的作用,它可以使得各学科能更加深入的了解本学科(与其他学科相比较)的地位及不足之处,可以更好的促进该学科的发展。因此,如何给出合理的学科评价体系或模型一直是学科发展研究的热点问题。现有某大学(科研与教学并重型高校)的13个学科在一段时期内的调查数据,包括各种建设成效数据和前期投入的数据。 1、根据已给数据建立学科评价模型,要求必要的数据分析及建模过程。 2、模型分析,给出建立模型的适用性、合理性分析。 3、假设数据来自于某科研型或教学型高校,请给出相应的学科评价模型。 二 合理的假设 1、假设各学科所属领域以及学科特点的差异不对本评估体系产生影响 2、假设某些权威杂志对特定的学科没有偏重 3、假设国家和社会对各学科没有任何偏重 4、假设各学科培养出的人才素质没有差异 5、假设专家对学科各指标相对重要性的评判合理、客观、全面。 三 符号的说明 ijk C :各级指标 ik C :(i=1,2,3····n;k=1,2,····m)第i 个参评学科中第k 个指标的原始数据 *k C :最优指标集 S :综合分析评价值 A :目标向量 ij D :表示i D 对j D 的相对重要性数值 ij P :判断矩阵)3,2,1,m 3,2,1(n j i :特征向量 max :最大特征值 CR :判断矩阵的随机一致性比率 CI :判断矩阵的一般一致性指标 RI :平均随机一致性指标 i W :各个分向量的权重系数 *W :第三指标权重分配矩阵

数学建模_四大模型总结

四类基本模型 1 优化模型 1.1 数学规划模型 线性规划、整数线性规划、非线性规划、多目标规划、动态规划。 1.2 微分方程组模型 阻滞增长模型、SARS 传播模型。 1.3 图论与网络优化问题 最短路径问题、网络最大流问题、最小费用最大流问题、最小生成树问题(MST)、旅行商问题(TSP)、图的着色问题。 1.4 概率模型 决策模型、随机存储模型、随机人口模型、报童问题、Markov 链模型。 1.5 组合优化经典问题 ● 多维背包问题(MKP) 背包问题:n 个物品,对物品i ,体积为i w ,背包容量为W 。如何将尽可能多的物品装入背包。 多维背包问题:n 个物品,对物品i ,价值为i p ,体积为i w ,背包容量为W 。如何选取物品装入背包,是背包中物品的总价值最大。 多维背包问题在实际中的应用有:资源分配、货物装载和存储分配等问题。该问题属于NP 难问题。 ● 二维指派问题(QAP) 工作指派问题:n 个工作可以由n 个工人分别完成。工人i 完成工作j 的时间为ij d 。如何安排使总工作时间最小。 二维指派问题(常以机器布局问题为例):n 台机器要布置在n 个地方,机器i 与k 之间的物流量为ik f ,位置j 与l 之间的距离为jl d ,如何布置使费用最小。 二维指派问题在实际中的应用有:校园建筑物的布局、医院科室的安排、成组技术中加工中心的组成问题等。 ● 旅行商问题(TSP) 旅行商问题:有n 个城市,城市i 与j 之间的距离为ij d ,找一条经过n 个城市的巡回(每个城市经过且只经过一次,最后回到出发点),使得总路程最小。 ● 车辆路径问题(VRP) 车辆路径问题(也称车辆计划):已知n 个客户的位置坐标和货物需求,在

经典的数学建模例子1

经典的数学建模例子 一、摘要 SARS SARS就是传染性非典型肺炎,全称严重急性呼吸综合症(Severe Acute Respiratory Syndromes),简称SARS,是一种因感染SARS相关冠状病毒而导致的以发热、干咳、胸闷为主要症状,严重者出现快速进展的呼吸系统衰竭,是一种新的呼吸道传染病,传染性极强、病情进展快速。 当一种传染病流行的时候,会给人们的工作学习带来很大的不变,能有效地进行隔离、预防,会大大减少人员的得病率,当一种传染病开始流行时,在一定的条件下其趋势就像真菌的繁殖曲线,如果能通过计算预测但大概推算出其发病率高峰时期,及时的隔离预防。那会给社会人力带来很大的方便,当年SARS的爆发给我们带来和大的不便和损失,因此本论文就以SARS为例,来研究传染病的传播规律、为预测和控制传染病蔓延创造条件和帮助。 1 二、正文 1、模型的背景问题描述 SARS(Severe Acute Respiratory Syndrome,严重急性呼吸道综合症, 俗称:非典型肺炎)是21世纪第一个在世界范围内传播的传染病。SARS的爆发和蔓延给我国的经济发展和人民生活带来了很大影响,我们从中得到了许多重要的经验和教训,认识到定量地研究传染病的传播规律、为预测和控制传染病蔓延创造条件的重要性。 要求:(1)建立传染病传播的指数模型,评价其合理性和实用性。 (2)建立一个适合的模型,说明为什么优于问题1中的模型;特别要说明怎样才能 3 建立一个真正能够预测以及能为预防和控制提供可靠、足够的信息的模型,这样做的困难在哪里?对于卫生部门所采取的措施做出评论,如:提前或延后5天采取严格的隔离措施,对疫情传播所造成的影响做出估计。表中提供的数据供参考。 (3)说明建立传染病数学模型的重要性。 2、模型假设 (一)答;

线性规划与数学建模简介

第十三章线性规划与数学建模简介 【授课对象】理工类专业学生 【授课时数】6学时 【授课方法】课堂讲授与提问相结合 【基本要求】1、了解数学模型的基本概念、方法、步骤; 2、了解线性规划问题及其数学模型; 3、了解线性规划问题解的性质及图解法. 【本章重点】线性规划问题. 【本章难点】线性规划问题、线性规划问题解的性质、图解法. 【授课内容】 本章简要介绍数学建模的基本概念、方法、步骤,并以几个典型线性规划问题为例,介绍构建数学模型的方法及其解的性质。 §1 数学建模概述 一、数学建模 数学建模是构造刻划客观事物原型的数学模型并用以分析、研究和解决实际问题的一种科学方法。运用这种科学方法,必须从实际问题出发,遵循从实践到认识再实践的认识规律,围绕建模的目的,运用观察力、想象力的抽象概括能力,对实际问题进行抽象、简化,反复探索,逐步完善,直到构造出一个能够用于分析、研究和解决实际问题的数学模型。因此,数学建模是一种定量解决实际问题的创新过程。 二、数学模型的概念

模型是人们对所研究的客观事物有关属性的模拟。例如在力学中描述力、 量和加速度之间关系的牛顿第二定律F=ma就是一个典型的(数学)模型。一般地,可以给数学模型下这样的定义:数学模型是磁于以部分现实世界为一定目的而做的抽象、简化的数学结构。 通俗而言,数学模型是为了一定目的对原型所作的一种抽象模拟,它用数学式子,数学符号以及程序、图表等描述客观事物的本质特征与内在联系。 三建立数学模型的方法和步骤 建立数学模型没有固定模式。下面介绍一下建立模型的大体过程: 1.建模准备 建模准备是确立建模课题的过程。这类课题是人们在生产和科研中为了使 认识和实践过一步发展必须解决的问题。因此,我们首先要发现这类需要解决的实际问题。其次要弄清所解决问题的目的要求并着手收集数据。进行建模筹划,组织必要的人力、物力等,确立建模课题。 2.模型假设 作为建模课题的实际问题都是错综复杂的、具体的。如果不对这些实际问题进行抽象简化,人们就无法准确把握它的本质属性,而模型假设就是根据建模的目的对原型进行抽象、简化,抓住反映问题本质属性的主要因素,简化掉那些非本质的次要因素。有了这些假设,就可以在相对简单的条件下,弄清各因素之间的关系,建立相应的模型。 合理的假设是建立理想模型的必要条件和基本保证。如果假设是合理的,则模型切合实际,能解决实际问题;如果假设不合理中或过于简化,则模型与实际情况不符或部分相符,就解决不了问题,就要修改假设,修改模型。 3.构造模型

数学建模(工厂资源规划问题)

工厂资源规划问题 冉光明 2010070102019 信息与计算科学 指导老师:赵姣珍

目录 摘要 (1) 关键词 (1) 问题的提出 (2) 问题重述与分析 (3) 符号说明 (4) 模型假设 (4) 模型建立与求解 (5) 模型检验 (9) 模型推广 (10) 参考文献 (11) 附录 (12)

摘要:本问题是个优化问题。问题首先选择合适的决策变量即各种产品数,然后通过决策变量来表达约束条件和目标函数,再利用matlab或lingo编写程序,求得最优产品品种计划;最后通过优化模型对问题作以解释,得出当技术服务消耗33小时、劳动力消耗67小时、不消耗行政管理时,得到的是最优品种规划。 问题一回答:当技术服务消耗33小时、劳动力消耗67小时、不消耗行政管理时, 时,若使产品品产品III不值得生产。用matlab运算分析,当产品III的利润增加至25 3 种计划最优,此时需要消耗技术服务29h,劳动力消耗46h,行政管理消耗25h。 问题二回答:利用lingo得到当技术服务增加1h时,利润增加2.5元;劳动力增加1h,利润增加1元;行政管理的增减不会影响利润。 问题三回答:增加的决策变量,调整目标函数。当技术服务消耗33h,劳动力消耗17h,不消耗行政管理,新增量50h时,管理部门采取这样的决策得到最优的产品品种规划。 问题四回答:增加新的约束条件,此时当技术服务消耗32h,劳动力消耗58h,行政管理消耗10h时,得到最优产品品种规划。 本文对模型的求解给出在线性约束条件下的获利最多的产品品种规划。 关键词:线性规划;优化模型;最优品种规划

问题的提出 某工厂制造三种产品,生产这三种产品需要三种资源:技术服务、劳动力和行政管理。下表列出了三种单位产品对每种资源的需要量: 资源利润 技术服务劳动力行政管理 产品I 1 10 2 10 II 1 4 2 6 III 1 5 6 4 现有100h的技术服务、600h劳动力和300h的行政管理时间可使用,求最优产品品种规划。且回答下列问题: ⑴若产品III值得生产的话,它的利润是多少?假使将产品III的利润增加至25/3元,求获利最多的产品品种规划。 ⑵确定全部资源的影子价格。 ⑶制造部门提出建议,要生产一种新产品,该种产品需要技术服务1h、劳动力4h 和行政管理4h。销售部门预测这种产品售出时有8元的单位利润。管理部门应有怎样的决策? ⑷假定该工厂至少生产10件产品III,试确定最优产品品种规划。

数学建模综合评价方法(定)

所谓指标就是用来评价系统的参量.例如,在校学生规模、教学质量、师资结构、科研水平等,就可以作为评价高等院校综合水平的主要指标.一般说来,任何—个指标都反映和刻画事物的—个侧面. 从指标值的特征看,指标可以分为定性指标和定量指标.定性指标是用定性的语言作为指标描述值,定量指标是用具体数据作为指标值.例如,旅游景区质量等级有5A 、4A 、3A 、2A 和1A 之分,则旅游景区质量等级是定性指标;而景区年旅客接待量、门票收入等就是定量指标. 从指标值的变化对评价目的的影响来看,可以将指标分为以下四类: (1)极大型指标(又称为效益型指标)是指标值越大越好的指标; (2)极小型指标(又称为成本型指标)是指标值越小越好的指标; (3)居中型指标是指标值既不是越大越好,也不是越小越好,而是适中为最好的指标; (4) 区间型指标是指标值取在某个区间内为最好的指标. 例如,在评价企业的经济效益时,利润作为指标,其值越大,经济效益就越好,这就是效益型指标;而管理费用作为指标,其值越小,经济效益就越好,所以管理费用是成本型指标.再如建筑工程招标中,投标报价既不能太高又不能太低,其值的变化范围一般是(10%,5%)-+×标的价,超过此范围的都将被淘汰,因此投标报价为区间型指标.投标工期既不能太长又不能太短,就是居中型指标. * 在实际中,不论按什么方式对指标进行分类,不同类型的指标可以通过相应的数学方法进行相互转换 评价指标的预处理方法 一般情况下,在综合评价指标中,各指标值可能属于不同类型、不同单位或不同数量级,从而使得各指标之间存在着不可公度性,给综合评价带来了诸多不便.为了尽可能地反映实际情况,消除由于各项指标间的这些差别带来的影响,避免出现不合理的评价结果,就需要对评价指标进行一定的预处理,包括对指标的一致化处理和无量纲化处理. 1.指标的一致化处理 所谓一致化处理就是将评价指标的类型进行统一.一般来说,在评价指标体系中,可能会同时存在极大型指标、极小型指标、居中型指标和区间型指标,它们都具有不同的特点.如产量、利润、成绩等极大型指标是希望取值越大越好;而成本、费用、缺陷等极小型指标则是希望取值越小越好;对于室内温度、空气湿度等居中型指标是既不期望取值太大,也不期望取值太小,而是居中为好.若指标体系中存在不同类型的指标,必须在综合评价之前将评价指标的类型做一致化处理.例如,将各类指标都转化为极大型指标,或极小型指标.一般的做法是将非极大型指标转化为极大型指标.但是,在不同的指标权重确定方法和评价模型中,指标一致化处理也有差异. (1) 极小型指标化为极大型指标 对极小型指标j x ,将其转化为极大型指标时,只需对指标j x 取倒数: 1j j x x '= ,

数学建模习题——线性规划

某银行经理计划用一笔资金进行有价证券的投资,可供购进的证券以及其信用等级、到期年限、收益如下表所示.按照规定,市政证券的收益可以免税,其他证券的收益需按50%的税率纳税.此 表四 问:(1)若该经理有1000万元资金,应如何投资? (2)如果能够以2.75%的利率借到不超过100万元资金,该经理应如何操作? (3)在1000万元资金情况下,若证券A的税前收益增加为4.5%,投资应否改变?若证券C的税前收益减少为4.8%,投资应否改变? 解:设利润函数为M(x),投资A、B、C、D、E五种类型的证券资金分别为

12345,,,,x x x x x 万元,则由题设条件可知 12345123452341234512345123451234512345()0.0430.0270.0250.0220.0451000400 225 1.4()9154325(),,,,0 M x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x =++++++++≤++≥++++≤++++++++≤++++≥ 利用MATLAB 求解最优解,代码如下: c=[-0.043 -0.027 -0.025 -0.022 -0.045]; A=[1 1 1 1 1;0 -1 -1 -1 0;0.6 0.6 -0.4 -0.4 3.6;4 10 -1 -2 -3]; b=[1000;-400;0;0]; Aeq=[]; beq=[]; vlb=[0;0;0;0;0]; vub=[]; [x,fval]=linprog(c,A,b,Aeq,beq,vlb,vub) 运行结果如下:

一些基本的数学建模示例

1.3 一些基本的数学建模示例 1.3.1椅子的摆放问题 1.3.2 双层玻璃的功效问题 1.3.3 搭积木问题 1.3.4 四足动物的身长和体重关系问题 1.3.5 圆杆堆垛问题 1.3.6 公平的席位分配问题 1.3.7 中国人重姓名问题 1.3.8实物交换问题 椅子能在不平的地面上放稳吗?下面用数学建模的方法解决此问题。 模型准备 仔细分析本问题的实质,发现本问题与椅子腿、地面及椅子腿和地面是否接触有关。如果把椅子腿看成平面上的点,并引入椅子腿和地面距离的函数关系就可以将问题1与平面几何和连续函数联系起来,从而可以用几何知识和连续函数知识来进行数学建模。为讨论问题方便,我们对问题进行简化,先做出如下3个假设: 模型假设 1、椅子的四条腿一样长,椅子脚与地面接触可以视为一个点,四脚连线是正方形(对椅子的假设) 2、地面高度是连续变化的,沿任何方向都不出现间断。(对地面的假设) 3、椅子放在地面上至少有三只脚同时着地,(对椅子和地面之间关系的假设) 根据上述假设做本问题的模型构成: 模型构成Array用变量表示椅子的位置,引入平面图形及坐 标系如图1-1。图中A、B、C、D为椅子的四只脚, 坐标系原点选为椅子中心,坐标轴选为椅子的四 只脚的对角线。于是由假设2,椅子的移动位置 可以由正方形沿坐标原点旋转的角度θ来唯一表 示,而且椅子脚与地面的垂直距离就成为θ的函 数。注意到正方形的中心对称性,可以用椅子的 相对两个脚与地面的距离之和来表示这对应两 个脚与地面的距离关系,这样,用一个函数就可 以描述椅子两个脚是否着地情况。本题引入两个 函数即可以描述椅子四图 1-1

数学建模综合评价方法

建模参考资料 综合评价方法 一、关于评价指标 所谓指标就是用来评价系统的参量.例如,在校学生规模、教学质量、师资结构、科研水平等,就可以作为评价高等院校综合水平的主要指标.一般说来,任何—个指标都反映和刻画事物的—个侧面. 从指标值的特征看,指标可以分为定性指标和定量指标.定性指标是用定性的语言作为指标描述值,定量指标是用具体数据作为指标值.例如,旅游景区质量等级有5A 、4A 、3A 、2A 和1A 之分,则旅游景区质量等级是定性指标;而景区年旅客接待量、门票收入等就是定量指标. 从指标值的变化对评价目的的影响来看,可以将指标分为以下四类: (1)极大型指标(又称为效益型指标)是指标值越大越好的指标; (2)极小型指标(又称为成本型指标)是指标值越小越好的指标; (3)居中型指标是指标值既不是越大越好,也不是越小越好,而是适中为最好的指标; (4) 区间型指标是指标值取在某个区间内为最好的指标. 例如,在评价企业的经济效益时,利润作为指标,其值越大,经济效益就越好,这就是效益型指标;而管理费用作为指标,其值越小,经济效益就越好,所以管理费用是成本型指标.再如建筑工程招标中,投标报价既不能太高又不能太低,其值的变化范围一般是(10%,5%)-+×标的价,超过此范围的都将被淘汰,因此投标报价为区间型指标.投标工期既不能太长又不能太短,就是居中型指标. 在实际中,不论按什么方式对指标进行分类,不同类型的指标可以通过相应的数学方法进行相互转换 1 评价指标的处理方法 一般情况下,在综合评价指标中,各指标值可能属于不同类型、不同单位或不同数量级,从而使得各指标之间存在着不可公度性,给综合评价带来了诸多不便.为了尽可能地反映实际情况,消除由于各项指标间的这些差别带来的影响,避免出现不合理的评价结果,就需要对评价指标进行一定的预处理,包括对指标的一致化处理和无量纲化处理. 1.指标的一致化处理 所谓一致化处理就是将评价指标的类型进行统一.一般来说,在评价指标体系中,可能会同时存在极大型指标、极小型指标、居中型指标和区间型指标,它们都具有不同的特点.如产量、利润、成绩等极大型指标是希望取值越大越好;而成本、费用、缺陷等极小型指标则是希望取值越小越好;对于室内温度、空气湿度等居中型指标是既不期望取值太大,也不期望取值太小,而是居中为好.若指标体系中存在不同类型的指标,必须在综合评价之前将评价指标的类型做一致化处理.例如,将各类指标都转化为极大型指标,或极小型指标.一般的做法是将非极大型指标转化为极大型指标.但是,在不同的指标权重确定方法和评价模型中,指标一致化处理也有差异. (1) 极小型指标化为极大型指标 对极小型指标j x ,将其转化为极大型指标时,只需对指标j x 取倒数:

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