胡运权运筹学第七章习题解

7.3某厂每月生产某种产品最多600件，当月生产的产品若未销出，就需贮存（刚入库的产品下月不付存储费）月初就已存储的产品需支付存储费，每100件每月1000元。已知每100件产品的生产费为5千元，在进行生产的月份工厂支出经营费4千元，市场需求如表7-19所示，假定1月初及4月底库存量为零，试问每月应生产多少产品，才能在满足需求条件下，

解：

设阶段变量：k=1,2,3

状态变量：k x 第k 个月初的库存量 决策变量：k d 第k 个月的生产量 状态转移方程：1k k k k x x r d 阶段指标：(,)k k k k v x d c d

由于在4月末，仓库存量为0，所以对于k=4阶段来说有两种决策：

5+4=9 40x

4()f x =

1 41x

对K=3 334()54()f x x f x

K=2

解得：第一个月生产500份，第二个月生产600份，第三个月生产0份，第四个月生产0份。

7.4某公司有资金4万元，可向A ，B ，C 三个项目投资，已知各项目不同投资额的相应效益值如表7-20所示，问如何分配资金可使总效益最大。 表 7-20

解：

设阶段变量k ，{

}4,3,2,1∈k ，每一个项目表示一个阶段;

状态变量S k，表示可用于第k阶段及其以后阶段的投资金额；

决策变量Ｕk，表示在第k阶段状态为S k下决定投资的投资额；

决策允许集合：0≤Ｕk≤S k

状态转移方程：S k+1=S k-Ｕk;

阶段指标函数：V k(S kＵk)；

最优指标函数：f k(S k)=max{ V k(S kＵk)+ f k+1(S k+1)}

终端条件：f4(x4)=0；

K=4, f4(x4)=0

k=3, 0≤Ｕ3≤S3

k=2, 0≤Ｕ2≤S2

k=1, 0≤Ｕ1≤S1

所以根据以上计算，可以得到获得总效益最大的资金分配方案为（1，2，1）.

7.5为了保证某设备正常运行,须对串联工作的三种不同零件A 1,A 2,A 3,分别确定备件数量。若增加备用零件数量，可提高设备正常运转的可靠性，但费用要增加，而总投资额为8千元。已知备用零件数和他的可靠性和费用关系如表所视，求

解：设第k 阶段的状态为S k ；第k 阶段决定投入的备件为X k ;C k (X k )为第k 阶段选择k 个零件的费用；R k (X k )为第k 个阶段选择k 个零件的可靠性。

状态转移方程为：S k+1=S k - C k (X k ) 递退方程：

11443

1()max{()()}()1()(1)k k K k k k K k K i i

k f s R x f s f s C x S C =+=+?

?=??

=???≤-??

∑

所以有上可知当A 1；A 2；A 3；分别为k=1;k=2;k=3时S 1=8; S 2=5,6,7; S 3=1,2,3,4;

由上表可知，最优解的可靠性为0.042；此时X1=1；X2=1；X3=3。

7.7 某工厂接受一项特殊产品订货，要在三个月后提供某种产品1000kg，一次交货。由于该产品用途特殊，该厂原无存货，交货后也不留库存。已知生产费用与月产量关系为：C=1000+3d+0.005d2，其中d为月产量（kg），C为该月费用（元）。每月库存成本为2元/kg，库存量按月初与月末存储量的平均数计算，问如何决定3个月的产量是总费用最小。解：用动态规划法求解

阶段k：每一个月为一个阶段k=1,2,3

状态变量s

k

：第k个月初的库存量

决策变量d

k

：第k个月的生产量

状态转移方程：s

1+

k = s

k

+d

k

最优指标函数：f

k ( s

k

)：第k个月状态为s

k

时到第3个

月末的总费用最小

则第k个月的库存费用为：E

k = （s

k

+s

1+

k

）/2?2= s

k

+s

1+

k =2 s

k

+d

k

s 1=0，d

1

+d

2

+d

3

=1000 当k=3时

f 3(s

3

)=min{E

3

+C

3

}

=min{2s

3

+d

3

+1000+ 3d

3

+0.005d2

3

}

= min{3000+ 2d

3

+0.005d2

3

}

= 3000+2(1000- s

3

)+0.005(1000- s

3

)2当k=2时

f 2(s

2

)=min{E

2

+C

2

+ f

3

(s

3

)}

=min{2s

2

+d

2

+1000+3d

2

+0.005d2

2

+3000+2(1000-

s

3

)+0.005(1000- s

3

)2}

=min{2s

2

+1000+4d

2

+0.005d2

2

+3000+2(1000-s

2

-d

2

)

+0.005(1000- s

2

-d

2

)2}

=min{6000+2d

2

+0.005d2

2

+0.005(1000- s

2

-d

2

)2}

只有当d*

2=1000- s

2

时f

2

(s

2

)取最小值6000+2（1000-

s

2）+0.005（1000- s

2

）2

f 1(s

1

)=min{E

1

+C

1

+ f

2

(s

2

)}

=min{2 s

1

+ d

1

+1000+3 d

1

+0.005d2

1

+6000+2

（1000- s

2

）+0.005（1000- s

2

）2}

=min{9000+4 d

1

+0.005d2

1

+0.005（1000- d

1

）2}

=min{14000-6d

1

+0.01d2

1

}

只有当d*

1=300时f

1

(s

1

)取最小值13100元

此时s

2= d

1

+ s

1

=300

那么d *2=1000- s 2=700，f 2(s 2)=9850元 d *3=1000-d 1-d 2=0，f 3(s 3)=3000元

即：三个月的产量分别为300、700、0时，总费用最小。

7-11.某工厂生产三种产品，各产品重量与利润关系如表。现将此三种产品运往市场出售，运

解：设:k X ：第K 种产品的数目；

k V ：第K 种产品的利润；

k S ：第K 种产品之初的总重量；1k k k k S S X W +=-; k f (k S )：第K~3种产品的总价值； k f （k S ）=max{k X k V +`1k f +(1k S +)}

且4f (4S )=0

K=3：333013344()max {()}x f S V X f S ≤≤=+3013max {80}x X ≤≤=

K=2：222022233()max {()}x f S V X f S ≤≤=+2022332max {130(3)}x X f S X ≤≤=+-

K=1：111031122()max {()}x f S V X f S ≤≤=+1031211max {80(2)}x X f S X ≤≤=+-

答:故最大利润为260，产品数目为“0，2，0”或“1，0，1”。

7.12 某公司需要对某产品决定未来4个月内每个月的最佳存储量，以使总费用最小。已知各月对该产品的需求量和单位订货费用、存储费用如表7-23所示。假定每月初订货于月末到货并入库，下月开始销售。 解：

阶段k ：月份 k=1，2，3，4，5

状态变量X k ：第k 个月初的存量

决策变量r ：第k 个月的订货量 状态转移方程：X k+1=X k +r k -d k

决策允许集合：r k （X k ）=｛r k ︱r k ≥0 d k+1≤X k+1｝ =｛r k ︱d k+1≤X k +r k -d k ｝

阶段指标：C k r k +P k X k

f5（X5）=0 X5=0

f k（X k）=min｛V k(X k, r k)+f k+1(X k+1)｝

=min｛C k r k+ P k X k+ f k+1(X k+r k-d k)｝

对于k=4 X5=0 r4=0 X4=d4

f4（X4）=min｛V4(X4, r4)+f5(X5)｝

=min｛30 X4｝

=900

对于k=3

F3（X3）=min｛V3(X3, r3)+f4(X4)｝

=min｛C3r3+ P3X3+ f4(X4)｝

=min｛40r3+ 40X3+ 900｝

=min{775r3+40x3+900}

d4=x4则d4=x3+r3-d3 r3+d3+d4-x3=70-x3

f3(x3)=min{775(70-x3)+40x3+900}

=min{63250-735x3}

当k=2时

f2（x2）=min｛C2r2+ P2x2+ f3(x3)｝

=min{850r2+20x2+63250-735(x2+r2-d2)}

=min{850r2+20x2+63250-735x2-735r2+33075}

=min{96325-715x2+115r2}

R2(x2)={r2r2≥0 d3≤x2+r3-d2 }

={r2r2≥0 d3+d2 -x2≤r3 }

={r2r2≥0 85-x2≤r3 }

f2（x2）=min｛96325-715x2+115 x2+9775｝

=min{106100-830x2}

当k=1时

f1（x1）=min｛850r1+30x1+106100-830(x1+r1-50)｝=min{147600-800x1+20r1}

r1（x1）=｛r1︱r1≥0 d2+d1﹣x1≤r1｝

=｛r1︱r1≥0 95﹣x1≤r1｝

f1（x1）=min｛147600-800 x1+20（95﹣X1）｝

=min｛149500-820 x1｝

根据题意x1=0 r1*=95﹣x1

f1（x1）=149500 r1*=95

r1*=95x2 =x1+r1-d1 =45

f2（x2）= 68750

r2*=85﹣45=40

x3 =x2+r2-d2=45+40-45=40

f3（x3）=33850

x 4 = d 4=30 f 4（x 4）=900

7.13 某罐头制造公司在近5周内需要一次性地购买一批原料，估计未来5周内价格有波动，其浮动价格及概率如表7-24所示，试求各周的采购策略，使采购这批原料价格的数学期望值最小。 表7-24

设阶段变量k ，{}5,4,3,2,1∈k ,每一周表示一个阶段; 状态变量S k ，表示第k 阶段的实际价格；

决策变量Ｕk ，当Ｕk =1，表示第k 周决定采购；当Ｕk =0，表示第k 周决定等待。 S kE 表示第k 周决定等待，而在以后采用最优决策时采购价格的期望值；

f k (S k )表示第k 周实际价格为S k 时，从第k 周至第五周采用最优决策所得的最小期望值。因而可写出逆序递推关系式为

f k (S k )=min{ S k , S kE } S k ∈{9,8,7} (1) 由S kE 和f k (S k )的定义可知

S kE =E f k+1 (S k+1)=0.4f k+1 (9)+0.3 f k+1 (8)+ 0.3 f k+1(7), (2) k=5

因为如果在第五周原材料尚未购买，则不管实际价格如何，都必须采取采购策略。 f 5(S 5)= S 5 , 即f 5(7) =7，f 5(8)=8， f 5(9)=9 k=4

S 4E =0.4f 5 (9)+0.3 f 5 (8)+ 0.3 f 5(7)=8.1

f 4(S 4)=min{ S 4, S 4E }=min{ S 4, 8.1}=???

??===7,78,89

,1.84

44s s s

所以在第四周如果价格为9，则等待下周购买，如果价格为8或7，则选择采购 k=3

S 3E =0.4f 4 (9)+0.3 f 4(8)+ 0.3 f 4(7)=7.74

f 3(S 3)=min{ S 3, S 3E }=min{ S 3, 7.74}=???

??===7,78,74.79,74.73

33s s s

所以在第三周如果价格为9或8，则等待下周购买，如果价格为7，则选择购买 k=2

S 2E =0.4f 3(9)+0.3 f 3(8)+ 0.3 f 3(7)=7.518

f 2(S 2)=min{ S 2, S 2E }=min{ S 2, 7.518}=???

??===7,78,518.79,518.72

22s s s

所以在第二周如果价格为9或8，则等待下周购买，如果价格为7，则选择购买 k=1

S 1E =0.4f 2(9)+0.3 f 2(8)+ 0.3 f 2(7)=7.3626

f 1(S 1)=min{ S 1, S 1E }=min{ S 1, 7.518}=???

??===7,78,3626.79,3626.71

11s s s

所以在第一周如果价格为9或8，则等待下周购买，如果价格为7，则选择购买

7.14 某企业有1000万元资金可在三年内每年初对项目A 、B 投资，若每年初投资项目A ，则年末以0.6的概率回收本利2000万元或以0.4的概率丧失全部资金；若投资项目B ，则年末以0.1的概率回收本利2000万元或以0.9的概率回收1000万元。假定每年只能投资一次,每次1000万元（有多余资金也不使用），试给出三年末期望总资金最大的投资策略。 K 表示第K 年的投资方案过程，状态K S 表示每年可投资的资金，K X 表示第K 年的投资决策

K X =???B

A 投资项目投资项目10

阶段指标K V =0.6*(1－K X )（2000+k f －1000）+K X (0.1*2000+0.9*1000+k f －10000) 基本方程

{

}??

?==+=-3

,2,1,0,001k f f V MAX f k K k k f 即每年年末期望最大总资金

期望最大总资金的投资策略为Ａ－Ａ－Ｂ

7.15 某汽车公司的一个型号汽车，每辆年均利润函数r(t)与年均维修费用函数u(t) 如上表中所示 ，购买同型号新汽车每辆20万元，如果汽车公司将汽车卖出，其价格如下表所示，

解：设备更新问题

回收额的总期数为4

t 为某个阶段的设备役龄；

r(t)为从役龄为t 的设备得到的年均利润； u(t)为役龄为t 的设备的年均维修费用； s(t)是役龄为t 的设备的处理价格； 新设备的购置价格p=20万元； 四年盈利最大的更新计划。

状态变量选为设备的役龄t

决策只有两种可能，即保留或更新，记为K （保留）或P （更新）。 状态转移方程

阶段效应

??

?=-+-=-=P u P t s K u t t u t r k k k k )0()0()()

()(),(μγμγ??????+-+-++-=++)1()0()0()(:)1()()(:max )(11k k k f P t s P t f t t K t f μγμγ??

?=-=-+-=-=P u t s P t s K u t t u t r k k k k 2)()0()0()()

()(),(μγμγ??????--=2)(:)()(:max )(3t s P t t K t f μγ0)(4=t f ??

?

???+-++-=5.152)(:)1()()(:max )(32t s P t f t t K t f μγ

该企业汽车年初为役龄为0的新汽车。更新方案如图 ???

???+-++-=5.292)(:)1()()(:max )(21

t s P t f t t K t f μγ