第四讲 多目标规划
第四章多目标规划

x1 ≥ 0, x2 ≥ 0
这是具有两个目标的非线性规划问题。
9
由以上实例可见,多目标最优化模型与单目标
最优化模型的区别主要是目标多于一个。在这些目
标中,有的是追求极大化,有的是追求极小化,而
极大化与极小化是可以相互转化的。因此,我们不
难将多目标最优化模型统一成一般形式:
决策变量:x1,……,xn 目标函数:minf1(x1,……,xn)
di+
=
fi
(
X
)-fi
0,
0
fi ( X ) > fi0, fi ( X ) ≤ fi0,i = 1,……,p
fi ( X )关于fi0的负偏差为
di−
=
0,
fi0
−
fi (X
)
fi ( X ) ≥ fi0, fi ( X ) < fi0,i = 1,……,p
则不难看出
di+ + di-= fi ( X )-fi0 , di+ − di-=fi ( X )-fi0, di+ • di- = 0,
2
第四章 多目标规划
第一节 多目标规划模型
线性规划及非线性规划研究的都是在给定的约束集合 R={X|gi(X) ≥0,i=1,2,……,m)} X∈En
上,求单目标f(x)的最大或最小的问题,即方案的好坏是以 一个目标去衡量。然而,在很多实际问题中,衡量一个方 案的好坏往往难以用一个指标来判断 。也就是说,需要用 一个以上的目标去判断方案的好坏,而这些目标之间又往 往不是那么协调,甚至是相互矛盾的。本章将以实例归结 出几类常见的描述多目标最优化问题的数学模型。
16
根据农户对目标重要性的排序,将前两个目标作为 第一优先层,将第三个目标作为第二优先层,再把其中 的求最大化转化为求其负数的最小,便得到下列具有两 个优先层次的分层多目标极小化模型:
多目标规划培训教材

多目标规划培训教材目录•什么是多目标规划•多目标规划的基本概念•多目标规划的解决方法•多目标规划在实际问题中的应用•多目标规划的案例分析•总结什么是多目标规划多目标规划是指在一个决策问题中同时考虑多个目标或者多个约束条件的一种优化方法。
通常情况下,单目标规划只需要优化一个目标函数,而多目标规划则需要优化多个同时存在的目标函数。
多目标规划非常适用于现实生活中的许多问题,比如企业决策、资源分配、物流运输等等。
因为在这些问题中,往往会涉及到多个冲突的目标或者限制条件。
多目标规划的基本概念在多目标规划中,有几个基本概念需要了解:1. 目标函数:多目标规划中的每个目标都可以表示为一个目标函数。
目标函数通常是需要最小化或最大化的某个指标,比如成本、利润等。
2. 约束条件:多目标规划中,可能存在多个约束条件,这些约束条件是决策问题的限制条件。
3. Pareto最优解:Pareto最优解是指在多目标规划中,无法再进行优化的解。
如果有两个解分别在某个目标上优于另一个解,而在另一个目标上又劣于另一个解,那么这两个解就是Pareto最优解。
4. Pareto前沿:Pareto前沿是指所有Pareto最优解组成的集合。
在Pareto前沿上的解都是没有劣势的,无法通过改进一个目标而不损害其他目标。
多目标规划的解决方法多目标规划的解决方法有多种,常见的有以下几种: 1. 加权和法:将多个目标函数加权求和,通过调整权重来找到最优解。
这种方法适用于目标函数之间不存在明显的权衡关系的情况。
2. 最小优先级法:按照优先级顺序逐个优化目标函数,直到找到满足所有约束条件的最优解。
这种方法适用于目标之间存在明显的优先级关系的情况。
3. 线性权衡法:将多目标规划问题转化为单目标规划问题,通过引入一个权衡参数来权衡多个目标函数。
这种方法适用于目标函数之间存在明显的权衡关系的情况。
4. 模糊规划法:将目标函数和约束条件转化为模糊的形式,通过模糊数学方法来求解多目标规划问题。
《多目标规划实例》课件

多目标规划的基本概念
REPORTING
目标函数
01
目标函数是用来衡量规划方案效果的数学表达式, 通常表示为决策变量的函数。
02
在多目标规划中,目标函数可能不止一个,每个目 标函数代表一个需要优化的目标。
03
目标函数的值可以是最大化或最小化的,具体取决 于问题的要求。
约束条件
01 约束条件是限制决策变量取值范围的规则或条件 。
混合智能算法
结合人工智能、机器学习等先进技术,开发混合智能算法,提高多 目标规划的自动化和智能化水平。
扩展应用领域
多目标规划的应用领域将进一步扩大,涵盖经济、工程、环境、社 会等更多领域,为解决实际问题提供更多思路和方法。
如何更好地应用多目标规划解决实际问题
强化理论支撑
深入研究多目标规划的基本理论,提高其理论水平和科学性,为实际应用提供更有力的理论支撑。
总结词
资源分配问题是一个多目标规划的经典问题,旨在合理分配有限资源以达到多 个目标最优。
详细描述
资源分配问题通常涉及多个相互冲突的目标,如最大化效益、最小化成本、确 保资源公平分配等。通过多目标规划方法,可以找到一种权衡方案,使得各个 目标在不同程度上得到优化。
实例二:生产计划问题
总结词
生产计划问题是多目标规划在制造业中的实际应用,旨在平衡生产成本、交货期和产品质量等多个目 标。
解释
在多目标规划中,决策者需要权衡多 个目标之间的利益关系,并找到一个 平衡点,使得所有目标都能得到相对 最优的解。
多目标规划的重要性
解决现实问题
多目标规划能够解决许多现实问题, 如资源分配、项目评估等,这些问题 通常涉及到多个相互冲突的目标。
多目标规划教材(PPT 116张)

f2 A5 A4 A1 A3 A2 f1 A6 A7
多目标规划的解集
绝对最优解
* * 设 x* R ,如果对于 x R 均有 F x F x ,则称 x 为多目标规划问题的绝对最
*
优解。多目标规划问题的绝对最优解的全体可以记为 Rab ,其含义为:该最优解与 任意一个可行解都是可以进行比较的。下图为当 n 1, p 2 时绝对最优解的示意图。
多目标规划问题的典型实例
再由约束条件,该厂每周的生产时间为 40h,故: x1 x2 x3 40 且需要满足能耗不得超过 20t 标准煤: 0.48x1 0.65x2 0.42 x3 20 上面是对生产过程的约束,再考虑销售过程,由于数据表中给出了三种产品每周 的最大销量,故我们必须限制生产数量小于最大销量才能使得成本最低,即满足下 述约束条件:
qA1 20x1 700; qA2 25x2 800; qA3 15x3 500
同时考虑到生产时间的非负性,总结得到该问题的数学模型为:
max min s.t.
f1 x 500 x1 400 x2 600 x3 f 2 x 0.48 x1 0.65 x2 0.42 x3 x1 x2 x3 40 0.48 x1 0.65 x2 0.42 x3 20 20 x1 700 25 x2 800 15 x3 500 x1 , x2 , x3 0
多目标规划的解集
直观理解
对单目标规划来说,给定任意两个可行解 x1 , x2 R ,通过比较它们的目标函数 值 f x1 , f x2 就可以确定哪个更优。 但对于多目标规划而言, 给定任意两个可行解
《多目标规划模型》课件

02
权重法的主要步骤包括确定权重、构造加权目标函数、求解加权目标函数,最 后得到最优解。
03
权重法的优点是简单易行,适用于目标数量较少的情况。但缺点是主观性强, 依赖于决策者的经验和判断。
约束法
1
约束法是通过引入约束条件,将多目标问题转化 为单目标问题,然后求解单目标问题得到最优解 。
2
约束法的主要步骤包括确定约束条件、构造约束 下的目标函数、求解约束下的目标函数,最后得 到最优解。
多目标规划模型
目录
• 多目标规划模型概述 • 多目标规划模型的建立 • 多目标规划模型的求解方法 • 多目标规划模型的应用案例 • 多目标规划模型的未来发展与挑战
01 多目标规划模型概述
定义与特点
定义
多目标规划模型是一种数学优化方法 ,用于解决具有多个相互冲突的目标 的问题。
特点
多目标规划模型能够权衡和折衷多个 目标之间的矛盾,寻求满足所有目标 的最佳解决方案。
02 多目标规划模型的建立
确定目标函数
01
目标函数是描述系统或决策问题的期望结果的数学表达 式。
02
在多目标规划中,目标函数通常包含多个目标,每个目 标对应一个数学表达式。
03
目标函数的确定需要考虑问题的实际背景和决策者的偏 好。
确定约束条件
01 约束条件是限制决策变量取值范围的限制条件。 02 在多目标规划中,约束条件可以分为等式约束和
谢谢聆听
模型在大数据和人工智能时代的应用前景
要点一
总结词
要点二
详细描述
随着大数据和人工智能技术的快速发展,多目标规划模型 在许多领域的应用前景广阔。
大数据时代带来了海量的数据和复杂的问题,这为多目标 规划模型提供了广阔的应用场景。例如,在金融领域,多 目标规划可以用于资产配置和风险管理;在能源领域,多 目标规划可以用于能源系统优化和碳排放管理。同时,随 着人工智能技术的不断发展,多目标规划模型有望与机器 学习、深度学习等算法相结合,共同推动相关领域的发展 。
运筹学第四章多目标规划

4、All that you do, do with your might; things done by halves are never done right. ----R.H. Stoddard, American poet做一切事都应尽力而为,半途而废永远不行6.17.20216.17.202110:5110:5110:51:1910:51:19
di+= fi(X)-fi(0) fi(X)>fi(0)
0
fi(X)fi(0)
负偏差变量(di-):
实际决策值低于第i个目标值的数量
di-= 0
fi(X)fi(0)
fi(0) -fi(X) fi(X)<fi(0)
di+0 说明实际值超过目标值 则di-=0
di-0 说明实际值低于目标值 则di+=0
9、要学生做的事,教职员躬亲共做; 要学生 学的知 识,教 职员躬 亲共学 ;要学 生守的 规则, 教职员 躬亲共 守。21 .7.221. 7.2Frid ay , July 02, 2021 10、阅读一切好书如同和过去最杰出 的人谈 话。23:46:4423 :46:442 3:467/2 /2021 11:46:44 PM 11、一个好的教师,是一个懂得心理 学和教 育学的 人。21. 7.223:4 6:4423:46Jul-2 12-Jul- 21 12、要记住,你不仅是教课的教师, 也是学 生的教 育者, 生活的 导师和 道德的 引路人 。23:46:4423:4 6:4423:46Friday , July 02, 2021 13、He who seize the right moment, is the right man.谁把握机遇,谁就心想事成。21.7.221.7.22 3:46:44 23:46:4 4July 2, 2021 14、谁要是自己还没有发展培养和教 育好, 他就不 能发展 培养和 教育别 人。202 1年7月 2日星 期五下 午11时4 6分44 秒23:46:4421.7. 2 15、一年之计,莫如树谷;十年之计 ,莫如 树木; 终身之 计,莫 如树人 。2021 年7月下 午11时 46分21 .7.223:46July 2, 2021 16、提出一个问题往往比解决一个更 重要。 因为解 决问题 也许仅 是一个 数学上 或实验 上的技 能而已 ,而提 出新的 问题, 却需要 有创造 性的想 像力, 而且标 志着科 学的真 正进步 。2021 年7月2 日星期 五11时4 6分44 秒23:46:442 17、儿童是中心,教育的措施便围绕 他们而 组织起 来。下 午11时4 6分44 秒下午1 1时46 分23:46:4421.7. 2
多目标规划建模数学建模

f (x) 与 f 之间的最小“距离”的单目标问题:
minU (x) f (x) f
多目标规划问题的求解
(3)极大极小法:基本思想是在最不利的情况下求最 有利的策略。即求多目标中最大目标函数值最小。于 是可化为如下单目标问题:
min U
(x)
max(
1 j p
f
j
(x))
也可以给每个 f j (x)
多目标规划问题的求解
化多目标问题为单目标问题的方法大致可分为 两类,一类是转化为一个单目标问题,另一类是转 化为多个单目标问题,关键是如何转化.
下面,我们介绍几种主要的转化方法:主要目 标法、线性加权和法、字典序法、步骤法。
多目标规划问题的特征
一、解的特点
在解决单目标问题时,我们的任务是选择一个或一组变量X,使目标函数f(X) 取得最大(或最小)。对于任意两方案所对应的解,只要比较它们相应的目标值 ,就可以判断谁优谁劣。但在多目标情况下,问题却不那么单纯了。例如,有两 个目标f1(X),f2(X),希望它们都越大越好。下图列出在这两个目标下共有8个解的 方案。其中方案1,2,3,4称为劣解,因为它们在两个目标值上都比方案5差, 是可以淘汰的解。而方案5,6,7,8是非劣解(或称为有效解,满意解),因为 这些解都不能轻易被淘汰掉,它们中间的一个与其余任何一个相比,总有一个指 标更优越,而另一个指标却更差。
二、多目标规划问题的分类
一般来说,多目标规划问题有两类.一类是 多目标规划问题,其对象是在管理决策过程中求解使 多个目标都达到满意结果的最优方案.另一类是多目 标优选问题,其对象是在管理决策过程中根据多个目 标或多个准则衡量和得出各种备选方案的优先等级 与排序.
三、多目标规划问题的求解
目标规划与多目标规划

总费用为3360.
Reduced Cost 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
硬约束(供应约束)
系列软约束 (1)用户4必须全部满足
(2)供应用户1的产品中,工厂3的产品不少于100单位
(3)每个用户的满足率不低于80%; 四个用户的80%需求量分别为160,80,360,200,即
(4)应尽量满足个用户的要求
(5)新运费尽量不超过不考虑各个目标费用的10%: (6)因道路限制,工厂2到用户4的路线的运输任务应尽量避免: (7) 用户1和用户3的满足率尽量平衡:
2 目标规划的模型
例2 在上述例1的基础上,计划人员还要求考虑如下意见:
1 由于产品II销售疲软,故希望产品II的产量不超过产品I产 量的一半;
2 原材料严重短缺,生产中应避免过量消耗;
3 最好能够节约4小时设备工时;
4 计划利润不少于48元。
分析:把这四条意见分别看成营销部门、材料部门、设备管理 部门、财务部门四个部门的目标愿望。那么在决策的时候,如 何协调者四个部门的意愿呢。同等对待每个目标意愿,势必陷 于矛盾中。故当务之急是确定四个目标的重要程度或轻重缓急。 然后根据重要程度逐一协调。下面引入一些新的变量来解决问 题。
目标决策值f
X2-x1/2 5x1+10x2 4x1+4x2 6x1+8x2
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The arguments passed into the function are described in Table 4-1. The arguments returned by the function are described in Table 4-2. Details relevant to fgoalattain are included below for fun, goal, nonlcon, options, weight, attainfactor, exitflag, lambda, and output.
The function to be minimized. fun takes a vector x and returns a vector F of the objective functions evaluated at x. You can specify fun to be an inline object. For example, fun = inline('sin(x.*x)'); Alternatively, fun can be a string containing the name of a function (an M-file, a built-in function, or a MEX-file). If fun='myfun' then the M-file function myfun.m would have the form function F = myfun(x) F = ... % Compute function values at x
then the function fun must return, in the second output argument, the gradient value G, a matrix, at x.Note that by checking the value of nargout the function can avoid computing G when 'myfun' is called with only one output argument (in the case where the optimization algorithm only needs the value of F but not G): function [F,G] = myfun(x) F = ... % compute the function values at x if nargout > 1 % two output arguments G = ... % gradients evaluated at x end
If nonlcon returns a vector c of m components and x has length n, then the gradient GC of c(x) is an n-by-m matrix, where GC(i,j) is the partial derivative of c(j) with respect to x(i) (i.e., the jth column of GC is the gradient of the jth inequality constraint c(j)). Likewise, if ceq has p components, the gradient GCeq of ceq(x) is an n-by-p matrix, where GCeq(i,j) is the partial derivative of ceq(j) with respect to x(i) (i.e., the jth column of GCeq is the gradient of the jth equality constective function as near as possible to a goal value, (i.e., neither greater than nor less than) set options.GoalsExactAchieve to the number of objectives required to be in the neighborhood of the goal values. Such objectives must be partitioned into the first elements of the vector F returned by fun. If the gradient of the objective function can also be computed and options.GradObj is 'on', as set by options = optimset('GradObj','on')
nonlcon
The function that computes the nonlinear inequality constraints c(x) <=0 and nonlinear equality constraints ceq(x)=0. nonlcon is a string containing the name of a function (an M-file, a built-in, or a MEX-file). nonlcon takes a vector x and returns two arguments, a vector c of the nonlinear inequalities evaluated at x and a vector ceq of the nonlinear equalities evaluated at x. For example, if nonlcon=’mycon’ then the M-file mycon.m would have the form function [c,ceq] = mycon(x) c = ... % Compute nonlinear inequalities at x ceq = ... % Compute the nonlinear equalities at x
The gradient is the partial derivatives dF/dx of each F at the point x. If F is a vector of length m and x has length n, then the gradient G of F(x) is an n-by-m matrix where G(i,j) is the partial derivative of F(j) with respect to x(i) (i.e., the jth column of G is the gradient of the jth objective function F(j)). goal Vector of values that the objectives attempt to attain. The vector is the same length as the number of objectives F returned by fun. fgoalattain attempts to minimize the values in the vector F to attain the goal values given by goal.
多目标规划问题
BY CAO
Multiobjective Optimization
OPtim_tb.pdf P131~140 选做作业: ) 中的多目标优化思路! 选做作业:1)MATLAB中的多目标优化思路! 中的多目标优化思路 2)多目标优化算法讨论 ) 3)有关多目标优化实例分析 ) Algorithm Improvements for Goal Attainment Method
x = fgoalattain(fun,x0,goal,weight) x = fgoalattain(fun,x0,goal,weight,A,b) x = fgoalattain(fun,x0,goal,weight,A,b,Aeq,beq) x = fgoalattain(fun,x0,goal,weight,A,b,Aeq,beq,lb,ub) x= fgoalattain(fun,x0,goal,weight,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlc on) x = fgoalattain(fun,x0,goal,weight,A,b,Aeq,beq,... lb,ub,nonlcon,options) x = fgoalattain(fun,x0,goal,weight,A,b,Aeq,beq,... lb,ub,nonlcon,options,P1,P2,...) [x,fval] = fgoalattain(...) [x,fval,attainfactor] = fgoalattain(...) [x,fval,attainfactor,exitflag] = fgoalattain(...) [x,fval,attainfactor,exitflag,output] = fgoalattain(...) [x,fval,attainfactor,exitflag,output,lambda] = fgoalattain(...)
options
Optimization parameter options. You can set or change the values of these parameters using the optimset function. •DerivativeCheck – Compare user-supplied derivatives (gradients of objective or constraints) to finite-differencing derivatives. •Diagnostics – Print diagnostic information about the function to be minimized or solved. •DiffMaxChange – Maximum change in variables for finite-difference gradients.