Matlab在线性规划中的使用
Matlab求解线性规划和整数规划问题
Matlab求解线性规划和整数规划问题Matlab是一种强大的数学计算工具，可以用于求解各种数学问题，包括线性规划和整数规划问题。
本文将详细介绍如何使用Matlab求解线性规划和整数规划问题，并提供相应的代码示例和结果分析。
一、线性规划问题的求解线性规划问题是一类常见的数学优化问题，其目标是在一组线性约束条件下，找到使目标函数最优化的变量值。
在Matlab中，可以使用线性规划函数“linprog”来求解线性规划问题。
下面以一个简单的线性规划问题为例进行说明。
假设有如下线性规划问题：目标函数：maximize 2x1 + 3x2约束条件：x1 + x2 ≤ 5x1 - x2 ≤ 2x1, x2 ≥ 0首先，我们需要定义目标函数的系数矩阵和约束条件的系数矩阵。
在Matlab 中，可以使用矩阵来表示这些系数。
可以按照以下方式定义：c = [-2; -3]; % 目标函数的系数矩阵A = [1 1; 1 -1]; % 约束条件的系数矩阵b = [5; 2]; % 约束条件的右侧常数然后，我们可以使用“linprog”函数来求解线性规划问题。
代码如下：x = linprog(c, A, b); % 求解线性规划问题最后，我们可以输出求解结果，并进行结果分析。
代码如下：disp('最优解为：')disp(x)disp('目标函数的最优值为：')disp(-c'*x)运行以上代码，即可得到线性规划问题的最优解和目标函数的最优值。
在这个例子中，最优解为x1=2，x2=3，目标函数的最优值为-13。
二、整数规划问题的求解整数规划问题是线性规划问题的一种扩展，其变量需要取整数值。
在Matlab 中，可以使用整数规划函数“intlinprog”来求解整数规划问题。
下面以一个简单的整数规划问题为例进行说明。
假设有如下整数规划问题：目标函数：minimize 2x1 + 3x2约束条件：x1 + x2 ≥ 5x1 - x2 ≤ 2x1, x2 ≥ 0x1, x2为整数首先，我们需要定义目标函数的系数矩阵和约束条件的系数矩阵。
Matlab求解线性规划和整数规划问题
Matlab求解线性规划和整数规划问题线性规划（Linear Programming）是一种优化问题的数学建模方法，用于求解线性约束条件下的最优解。
整数规划（Integer Programming）是线性规划的一种扩展形式，要求变量取整数值。
在Matlab中，可以使用优化工具箱中的函数来求解线性规划和整数规划问题。
以下将详细介绍如何使用Matlab进行线性规划和整数规划的求解。
1. 线性规划问题的求解步骤：a. 定义目标函数：首先，需要定义线性规划问题的目标函数。
目标函数可以是最小化或最大化某个线性表达式。
b. 定义约束条件：其次，需要定义线性规划问题的约束条件。
约束条件可以是等式或不等式形式的线性表达式。
c. 构建模型：将目标函数和约束条件组合成一个线性规划模型。
d. 求解模型：使用Matlab中的优化工具箱函数，如linprog，对线性规划模型进行求解。
e. 分析结果：分析求解结果，包括最优解和对应的目标函数值。
2. 整数规划问题的求解步骤：a. 定义目标函数和约束条件：与线性规划问题类似，首先需要定义整数规划问题的目标函数和约束条件。
b. 构建模型：将目标函数和约束条件组合成一个整数规划模型。
c. 求解模型：使用Matlab中的优化工具箱函数，如intlinprog，对整数规划模型进行求解。
d. 分析结果：分析求解结果，包括最优解和对应的目标函数值。
下面以一个具体的例子来说明如何使用Matlab求解线性规划和整数规划问题。
例子：假设有一家工厂生产两种产品A和B，每天的生产时间为8小时。
产品A每单位利润为100元，产品B每单位利润为200元。
生产一个单位的产品A需要2小时，生产一个单位的产品B需要4小时。
工厂的生产能力限制为每天最多生产10个单位的产品A和8个单位的产品B。
求解如何安排生产，使得利润最大化。
1. 定义目标函数和约束条件：目标函数：maximize 100A + 200B约束条件：2A + 4B <= 8A <= 10B <= 8A, B >= 02. 构建模型：目标函数可以表示为：f = [-100; -200]，即最大化-f的线性表达式。
Matlab求解线性规划和整数规划问题
Matlab求解线性规划和整数规划问题标题：Matlab求解线性规划和整数规划问题引言概述：Matlab是一种功能强大的数值计算软件，广泛应用于各个领域的数学建模和优化问题求解。
本文将介绍如何使用Matlab求解线性规划和整数规划问题，并结合实例详细阐述求解过程。
一、线性规划问题的求解1.1 定义线性规划问题：线性规划是一种优化问题，目标函数和约束条件均为线性函数。
通常包括最大化或最小化目标函数，并满足一系列约束条件。
1.2 确定决策变量和约束条件：根据问题的实际情况，确定需要优化的决策变量和约束条件。
决策变量表示问题中需要求解的未知量，约束条件限制了决策变量的取值范围。
1.3 使用Matlab求解线性规划问题：利用Matlab提供的优化工具箱，使用线性规划函数linprog()进行求解。
通过设置目标函数系数、约束条件和边界条件，调用linprog()函数得到最优解。
二、整数规划问题的求解2.1 定义整数规划问题：整数规划是在线性规划的基础上，决策变量限制为整数值。
整数规划问题在实际应用中更具有实际意义，例如资源分配、路径选择等。
2.2 确定整数规划问题的特点：整数规划问题通常具有离散性和复杂性，需要根据实际情况确定整数规划问题的特点，如整数变量的范围、约束条件等。
2.3 使用Matlab求解整数规划问题：Matlab提供了整数规划函数intlinprog()，通过设置目标函数系数、约束条件和整数变量的范围，调用intlinprog()函数进行求解。
三、线性规划问题实例分析3.1 实例背景介绍：以某公司的生产计划为例，介绍线性规划问题的具体应用场景。
3.2 定义决策变量和约束条件：确定决策变量，如产品的生产数量，以及约束条件，如生产能力、市场需求等。
3.3 使用Matlab求解线性规划问题：根据实例中的目标函数系数、约束条件和边界条件，调用linprog()函数进行求解，并分析最优解的意义和解释。
Matlab求解线性规划和整数规划问题
Matlab求解线性规划和整数规划问题线性规划是一种数学优化问题，通过线性函数的最大化或者最小化来实现目标函数的优化。
整数规划是线性规划的一种特殊情况，其中变量被限制为整数值。
在Matlab中，我们可以使用优化工具箱中的函数来求解线性规划和整数规划问题。
下面将详细介绍如何使用Matlab来求解这些问题。
1. 线性规划问题的求解首先，我们需要定义线性规划问题的目标函数、约束条件和变量范围。
然后，我们可以使用linprog函数来求解线性规划问题。
例如，考虑以下线性规划问题：目标函数：最大化 2x1 + 3x2约束条件：x1 + x2 <= 10x1 - x2 >= 2x1, x2 >= 0在Matlab中，可以按照以下步骤求解该线性规划问题：1. 定义目标函数的系数向量c和约束矩阵A，以及约束条件的右侧向量b。
c = [2; 3];A = [1, 1; -1, 1];b = [10; -2];2. 定义变量的上下界向量lb和ub。
lb = [0; 0];ub = [];3. 使用linprog函数求解线性规划问题。
[x, fval] = linprog(-c, A, b, [], [], lb, ub);运行以上代码后，可以得到最优解x和目标函数的最优值fval。
2. 整数规划问题的求解对于整数规划问题，我们可以使用intlinprog函数来求解。
与线性规划问题类似，我们需要定义整数规划问题的目标函数、约束条件和变量范围。
然后，使用intlinprog函数求解整数规划问题。
例如，考虑以下整数规划问题：目标函数：最小化 3x1 + 4x2约束条件：2x1 + 5x2 >= 10x1, x2为非负整数在Matlab中，可以按照以下步骤求解该整数规划问题：1. 定义目标函数的系数向量f和约束矩阵A，以及约束条件的右侧向量b。
f = [3; 4];A = [-2, -5];b = [-10];2. 定义变量的整数约束向量intcon。
matlab求解线性规划
matlab求解线性规划MATLAB是一个强大的工具，可以用于求解线性规划问题。
线性规划是一种最优化问题，目标是在满足一系列线性约束条件下，找到一个使目标函数取得最大或最小值的解。
在MATLAB中，可以使用线性规划工具箱来求解线性规划问题。
线性规划工具箱提供了一些函数，如linprog，intlinprog和quadprog，这些函数可以用于求解线性规划问题。
解线性规划问题的一般步骤如下：1. 定义目标函数。
目标函数是要优化的函数，可以是线性函数。
例如，如果我们要最小化一个函数f(x)=c1x1+c2x2+...+cnxn，则可以将目标函数表示为向量c=[c1,c2,...,cn]的内积与向量x=[x1,x2,...,xn]。
2. 定义约束条件。
约束条件是对决策变量的限制条件。
一般情况下，约束条件可以表示为Ax<=b，其中A是一个矩阵，x是决策变量向量，b是一个向量。
例如，如果我们有两个约束条件2x1+x2<=10和x1+3x2<=12，则可以将约束条件表示为矩阵A=[2,1;1,3]和向量b=[10;12]。
3. 调用线性规划函数。
在MATLAB中，可以使用linprog函数来求解线性规划问题。
linprog函数有几个输入参数，包括目标函数系数向量c，约束条件矩阵A和向量b，以及可选参数lb和ub。
参数lb和ub是可选参数，用于指定决策变量的下界和上界。
例如，要求解上述线性规划问题，可以调用linprog函数如下：x = linprog(c, A, b)函数linprog返回一个向量x，其中包含目标函数取得最小值时的决策变量的取值。
4. 分析结果。
一旦线性规划问题被求解，我们可以通过检查目标函数的值和决策变量的取值来分析结果。
例如，目标函数的值就是目标函数取得最小值时的值，其中决策变量的取值可以用x变量表示。
总结而言，MATLAB是一个功能强大的工具，可以用于求解线性规划问题。
线性规划中Matlab的运用
§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）⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≥≤≤+≤+0,781022122121x 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。
Matlab求解线性规划和整数规划问题
Matlab求解线性规划和整数规划问题引言概述：Matlab是一种功能强大的数学软件，可以用于求解各种数学问题，包括线性规划和整数规划问题。
本文将介绍如何使用Matlab求解这两类问题，并分析其优点和适用范围。
正文内容：1. 线性规划问题1.1 线性规划问题的定义线性规划问题是指在一定的约束条件下，通过线性目标函数求解最优解的问题。
其数学模型可以表示为：max/min f(x) = c^T * xs.t. Ax <= bx >= 0其中，c是目标函数的系数向量，x是决策变量向量，A是约束条件的系数矩阵，b是约束条件的右侧向量。
1.2 Matlab中的线性规划求解函数Matlab提供了linprog函数来求解线性规划问题。
该函数可以通过设定目标函数系数向量c、约束条件的系数矩阵A和右侧向量b，以及决策变量的上下界，来求解线性规划问题的最优解。
1.3 线性规划问题的应用线性规划问题在实际应用中非常广泛，例如生产计划、资源分配、运输问题等。
通过Matlab求解线性规划问题，可以高效地得到最优解，为实际问题的决策提供科学依据。
2. 整数规划问题2.1 整数规划问题的定义整数规划问题是指在线性规划问题的基础上，决策变量的取值限制为整数。
其数学模型可以表示为：max/min f(x) = c^T * xs.t. Ax <= bx >= 0x为整数其中，c、A、b的定义与线性规划问题相同，x为整数。
2.2 Matlab中的整数规划求解函数Matlab提供了intlinprog函数来求解整数规划问题。
该函数可以通过设定目标函数系数向量c、约束条件的系数矩阵A和右侧向量b，以及决策变量的上下界和整数约束条件，来求解整数规划问题的最优解。
2.3 整数规划问题的应用整数规划问题在实际应用中常见，例如生产调度、投资决策、路径规划等。
通过Matlab求解整数规划问题，可以考虑到决策变量的整数性质，得到更为实际可行的解决方案。
Matlab求解线性规划和整数规划问题
Matlab求解线性规划和整数规划问题标题：Matlab求解线性规划和整数规划问题引言概述：线性规划和整数规划是数学中常见的优化问题，通过Matlab可以方便地求解这些问题。
本文将介绍如何使用Matlab求解线性规划和整数规划问题，包括问题的建模、求解方法和实际操作步骤。
一、线性规划问题的建模和求解1.1 确定优化目标：线性规划问题的目标是最大化或者最小化一个线性函数，通常表示为目标函数。
1.2 约束条件建模：线性规划问题还需要满足一系列线性约束条件，这些约束条件可以通过不等式或者等式表示。
1.3 使用Matlab求解：在Matlab中，可以使用linprog函数来求解线性规划问题，将目标函数和约束条件输入函数即可得到最优解。
二、整数规划问题的建模和求解2.1 确定整数规划问题：整数规划是线性规划的一个扩展，其中变量需要取整数值。
2.2 整数规划建模：整数规划问题可以通过将变量限制为整数来建模，通常使用0-1整数变量表示。
2.3 使用Matlab求解：Matlab中提供了intlinprog函数来求解整数规划问题，输入目标函数、约束条件和整数变量的取值范围即可得到最优解。
三、线性规划和整数规划问题的实际操作步骤3.1 准备数据：首先需要准备问题的数据，包括目标函数系数、约束条件系数和整数变量范围。
3.2 建立模型：将数据输入Matlab中的相应函数，建立线性规划或者整数规划模型。
3.3 求解问题：调用Matlab函数求解问题，得到最优解和最优值。
四、Matlab求解线性规划和整数规划问题的优势4.1 高效性：Matlab提供了高效的优化算法，能够快速求解复杂的线性规划和整数规划问题。
4.2 灵便性：Matlab支持多种约束条件和整数变量类型，可以灵便应对不同类型的优化问题。
4.3 可视化：Matlab还可以将优化结果可视化展示，匡助用户更直观地理解问题和解决方案。
五、总结通过本文的介绍，我们了解了如何使用Matlab求解线性规划和整数规划问题，包括建模方法、求解步骤和优势。
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⒈ 优化问题及其数学模型
假设有一个问题，它有几个因素来决定，当这些因素处于某个状态时，可以使问题得到我们最想要的结果。
优化问题就是寻求这个状态的过程。
例如：
某工厂生产A ，B 两种产品，所用原料均为甲、乙、丙三种；生产一件产品所需原料和
问题：在该厂只有库存原料甲380单位，原料乙300单位，原料丙220单位的情况下如何安排A ，B 两种产品的生产数量可以获得最大的利润？
设生产A 中产品1x 件，生产B 中产品2x 件，z 为所获得的利润，于是有关系式： 我们称它为目标函数。
生产的条件我们可以表示为： 我们把上面的不等式称为约束条件。
产品A 的产量1x 和B 的产量2x 是优化问题的变量。
在满足约束条件的前提下使目标函数得到最优的值成为最优解。
根据以上定义，也可以说优化运算是通过某种计算寻求最优解的过程。
以上这个用等式或不等式来表达我们要解决的问题的过程就是优化问题的建模过程。
我们平时遇到的问题常常不是上面的这几个数学表达式就能表达得清清楚楚的，但是建立像上面类似的数学模型却是优化求解的第一步。
优化问题常常表现为在多约束条件下求某一函数的极值问题，例如上面的这个例子。
Matlab 有一个优化工具箱，可以帮助我们方便的解决好这类问题。
⒉ 优化工具箱
Matlab 的优化工具箱有一些对普通非线性函数求解最小化或最大化（求极值）的函数组成，另外还包括一些解决诸如线性规划等标准矩阵问题的函数。
所有的优化函数都是用Matlab 语言编写的m 文件，我们可以通过在命令窗口里输入type function_name 来查看这些函数。
优化工具箱的优化功能包括： ⑴ 求无约束非线性最小化； ⑵ 求有约束非线性最小化； ⑶ 二次和线性规划问题；
⑷ 非线性最小二乘法和曲线拟合问题； ⑸ 非线性等式的求解； ⑹ 约束线性最小二乘法； ⑺ 稀疏和结构化大尺度问题。
工具箱中求非线性函数极小值的命令函数如下表所示：
上面表中函数可以对标量、向量和矩阵进行运算；我们一般用大写字母表示矩阵，用小写字母表示向量和标量。
在Matlab 中用符号“*”表示矩阵的元素乘。
当然，上述运算是在定义好了一个最小化函数的前提下进行的，也就是说要先建立数学模型。
注：Matlab 自身提供了一个优化演示示例，其命令为optdemo 。
⒊ 线性规划问题
前面6-1中所举的例子就是一个典型的线性规划问题。
线性规划数学模型的特点是：在线性不等式或线性等式的约束条件下，求能满足目标函数取得最大值或最小值的一组变量的值，目标函数也要求是线性函数。
命令：linprog
格式：X= linprog(f,A,b)
[X,fval,exitflag,output,lambda]=linprog(f,A,b,Aeq,Beq,LB,UB,X0,options) 功能：计算使目标函数)(x f 取得最小值的一组变量的值。
说明：这里f 为由目标函数的系数组成的向量。
A 是一个矩阵，b 是一个向量，A 和b 构成了线性规划的不等式约束条件b x A i ≤⋅。
X 是一个向量，为返回的满足目标函数取得极小值的一组变量的值。
Aeq 是一个矩阵，Beq 是一个向量，Aeq 和Beq 构成了线性规划的等式约束条件Beq x Aeq i =⋅。
LB 和UB 分别是变量的下界和上界约束。
X0是给出的变量的初始值。
Exitflag 、output 、lambda 的意义我们放在后面的示例中给出解释。
注：如果要计算的是使目标函数)(x f 取得最大值的情况，则通过转化为计算)(x f -的最小值的办法来实现。
例6-1 对前面6-1中所举的例子进行线性规划问题的计算。
分析：① 优化的目标为使函数21100007000)(x x x f +=取得最大值，也就是使函数21100007000)(x x x f --=-取得最小值，故线性规划目标函数的系数组成的向量为
[7000,10000]f =-；
② 约束条件为三个不等式：22064,30084,38068212121≤+≤+≤+x x x x x x ，所以由不等式约束条件的系数构成的矩阵为：A=[8,6;4,8;4,6]，而b=[380,300,220]。
程序：
clear
f=-[7000,10000]; A=[8,6;4,8;4,6]; b=[380,300,220]; [X,fval]=linprog(f,A,b)
运行结果：
Optimization terminated. X =
40.0000 10.0000 fval =
-3.8000e+005
注：① 优化的结果，目标函数值fval = -3.8000e+005，由于我们的目标函数是-f(x)，所以最后应该是maxf(x)=3.8000e+005。
② 在优化问题中，涉及到优化结果只能取整数值的情况时，如果我们对优化结果随意的进行取整，可能导致最后结果不是最优，这一点需要注意。
例2 中国石油天然气集团公司天然气的运送案例分析
中国石油天然气集团公司在东海有一个油气田（节点s v ），该公司要将开采的天然气通过管道运送到上海的一个配送中心（节点t v ），天然气在运送途中要经过两次管道换接点（节点B 和C ），换接前后管道长短不一，而且不同的管道对应不同的单位流量运费。
如图，天然气运送的管道网络图，弧线表示管道，弧旁的数字为（ij b ,ij c ）,其中ij b 表示管道上的单位流量费用，ij c 表示管道上的容量。
公司希望选择一个经济实惠的管道路线运送天然气，既运送最多的天然气又使总的运输费用最少。
这是一个最小费用最大流问题。
为了建立该问题的数学模型，首先设每段管道上的流量作为问题的决策变量，分别记为987654321,,,,,,,,x x x x x x x x x ，称分段流量。
从始点s v 处，可得流量函数21x x f +=, 且有约束条件：（1）9,2,11,0 =≥i x ；
（2）2,5,3,2,1,3,1,5,4987654321≤≤≤≤≤≤≤≤≤x x x x x x x x x ；
（3）
000
97568746325431=---=-+=-+=+--x x x x x x x x x x x x x x ；
一方面要使流量最大，另一方面要是费用最小。
所以分两部分计算，先求出最大流，再求最小费用最大流。
对应matlab 程序如下：
clear
f=-[1,1,0,0,0,0,0,0,0]; aeq=[1,0,-1,-1,1,0,0,0,0; 0,1,1,0,0,-1,0,0,0; 0,0,0,1,0,0,1,-1,0; 0,0,0,0,-1,1,-1,0,-1]; beq=zeros(4,1); lb=zeros(9,1);
ub=[4;5;1;3;1;2;3;5;2];
[x,fval]=linprog(f,[],[],aeq,beq,lb,ub) %求出最大流
f1=[1,3,1,3,2,4,1,2,4]; aeq1=[ 1,1,0,0,0,0,0,0,0; 1,0,-1,-1,1,0,0,0,0; 0,1,1,0,0,-1,0,0,0; 0,0,0,1,0,0,1,-1,0; 0,0,0,0,-1,1,-1,0,-1]; beq1=[-fval;beq];
[z,fvall]=linprog(f1,[],[],aeq1,beq1,lb,ub)
程序执行后，结果为：
z =
4.0000 1.0000 1.0000 3.0000 0.0000 2.0000 2.0000
5.0000 0.0000 fvall =
37.0000 练习：
某快餐店一周中每天需要不同数目的雇员，设周一至少1a 人，周二至少2a 人，周三至
少3a 人，周四至少4a 人，周五至少5a 人，周六至少6a 人，周日至少7a 人，又规定雇员需连续工作5天，每人每天的工资为C 元。
问快餐店怎样聘用雇员才能满足需求，又能使总聘用费用最少。
提示：由于每个雇员需连续工作5天，故快餐店聘用的总人数不一定是每天聘用人数之和。
我们定义周一开始工作的雇员数为1x ，周日开始工作的雇员数为7x ，则一周的聘用总费用为：)(7654321x x x x x x x C z ++++++=，由于除了周二和周三开始工作的雇员之外，其余的雇员都会在周一工作，所以周一至少应有1a 人的约束应表示为： 类似地可以得出其他的约束条件。
现给定100=C 元，161=a 人，2a =15人，3a =16人，4a =19人，5a =14人，6a =12人，7a =18人，请给出问题的数学模型，并用matlab 求解。