优化建模与lingo软件
数学建模中的优秀软件——LINGO

第9卷第3期2007年6月黄山学院学报JOurnal0fHuangshanUniVefsityVo】.9.NO.3Jun.2007数学建模中的优秀软件——LINGO周甄川(黄山学院数学系,安徽黄山245041)摘要:介绍了数学建模的相关概念、数学建模竞赛概况,探讨了LINGo系统的功能与特点,以及它在数学建模中的应用。
关键词:数学模型;数学建模;LlNGo系统中图分类号:TP319:0141.4文献标识码:A文章编号:1672—447x(2007)03—0112—03在对自然科学与社会科学许多课题的研究中,科学工作者常将事物的变化规律用特定的数学表达式的形式加以描述。
将寻求这种确定事物变化规律的过程称为“数学建模”。
而在数学建模以及全国大学生数学建模竞赛中,最常碰到的是一类决策问题,即在一系列限制条件下,寻求使某个或多个指标达到最大或最小,这种决策问题通常称为最优化问题【1】。
最优化理论是近几十年发展和形成的一门新兴的应用性学科。
它主要解决最优生产计划、最优分配、最优设计、最优决策、最佳管理等最优化问题。
主要研究方法是定量化、系统化和模型化方法,特别是运用各种数学模型和技术来解决问题。
它主要由决策变量、目标函数、约束条件三个要素组成。
当遇到的实际问题时即使建立了模型,找到了解的方法,对于较大的计算量也是望而却步,LINGo系列优化软件包就给我们提供了理想的选择。
1什么是数学建模数学建模(MatheImticalModelin曲‘11顾名思义就是建立数学模型以解决实际问题的过程。
它利用数学和计算机对实际问题进行分析研究,抽象出反映事物内在活动规律的数学关系表达式,通过对这些数学关系表达式的求解和反复验证,最终解决实际问题。
数学是所有自然科学的基础,随着计算机软硬件技术的迅速发展,数学建模和与之相伴的计算已逐渐成为工程设计的关键工具,并在人类社会实践活动中的众多领域内发挥着越来越重要的作用。
那么,什么是数学模型?如何建立数学模型?如何用数学模型解决实际问题呢?模型就是对事物的一种抽象。
优化建模与lingo优化软件

Teaching Plan on Optimization in Lingo
• 2007年: (A)中国人口增长预测问题 (B)“乘公交,看奥运”问题 (C)“手机套餐”优惠几何问题 (D)体能测试时间的安排问题
Teaching Plan on Optimization in Lingo
• 2008年: (A) 数码相机定位
Teaching Plan on Optimization in Lingo
• 1998年: (A)投资的收益和风险问题 (B)灾情的巡视路线问题(社会问题 即时性)
• 1999年: (A)自动化机床控制管理问题 (B)地质堪探钻井布局问题 (C)煤矸石堆积问题 (D)钻井布局
Teaching Plan on Optimization in Lingo
2003年A题再次体现关注社会热点 问题
Teaching Plan on Optimization in Lingo
• 2004年: (A)奥运会临时超市网点设计问题 (B)电力市场的输电阻塞管理问题 (C)酒后开车问题 (D)公务员的招聘问题 • 2004年5月在上海召开的命题工 作会议
Teaching Plan on Optimization in Lingo
• 2005年: (A)长江水质的评价与预测问题 (B)DVD在线租赁问题 (C) 雨量预报方法的评价问题 (D) DVD在线租赁
Teaching Plan on Optimization in Lingo
• 2006年: (A)出版社的资源管理问题 (B)艾滋病疗法的评价及预测问题 (C)易拉罐形状和尺寸的设计问题 (D)煤矿瓦斯和煤尘的监测与控制 问题
• 重要新闻、重大事件与赛题设计: 2000年6月26日各国新闻机构发布人类 基因组草图绘就的重要消息。顺应这 一世纪科学大事,当年7月组委会构造 与此相关赛题,引导学生关注世界科 技热点,投身科学重大问题的研究, 培养应用能力。
Lingo软件与数学建模

变量数目:变量总数 (Total)、非线型变量 数(Nonlinear)、整数 变量数(Integer)
约束变量:约束总数 ( Total )、非线性约束 个数(Nonlinear)
非线性系数数量:总数 ( Total )、非线性项的 系数个数(Nonlinear)
内存使用量:单位为千字节
数据多,咋办?
value=1,1.2,0.9,1.1;
enddata
max=@sum(goods:weight*value);
@for(goods:@bin(x));
end
游泳
四名同学的混合泳接 力赛的四种成绩如左 表所示,确定如何分 配使成绩最佳。
蛙蝶自仰 泳泳由泳
泳
甲 99 60 59 73
线性规划
二次规划
非线性规划
LINGO软件的基本操作
双击快捷方式 即可计入程序编辑界面
Lingo软件介绍
➢解决一个简单的线性规划(LP)问题
max z 2x 3y 4x 3y 10
s.t. 3x 5y 12 x, y 0
LINGO软件介绍
点击图标
运行,屏幕上显示运行状态窗口如下: 对于LINGO运行状态窗口,
基 @EXP(X):指数函数(以自然对数e为底),返回eX的值
本 数 学
@ LOG(X):自然对数函数,返回X的自然对数值; @POW(X,Y):指数函数,返回XY的值;
函 @SQR(X):平方函数,返回X2的值;
数 @SQRT( X ):平方根函数,返回X的平方根;
@FLOOR(X):取整函数,返回X的整数部分(向靠近0 的方向取);
@GIN(X):限制X为整数.
0-1规划(线性规划)
2024年度LINGO软件

结果分析
对求解结果进行分析,验证模型的有 效性和可行性。
模型调整
根据结果分析,对模型进行调整和优 化,提高模型的实用性和准确性。
24
05 LINGO软件在各 个领域的应用案 例
2024/3/23
25
生产计划与调度问题
2024/3/23
生产线平衡
LINGO可以用于解决生产线平衡问题,通过优化生产线上 各个工位的任务分配,提高生产效率和资源利用率。
一些学术机构和研究团队也会分享他们的 LINGO使用经验和案例,为学习者提供更多 的学习资源和合作机会。
37
THANKS
感谢观看
2024/3/23
38
LINGO可用于金融市场预测和决策分析,通过建立预测模型和分析工具
,揭示金融市场的运行规律和趋势,为投资决策提供支持。
29
06 LINGO软件与其 他工具的集成与 应用
2024/3/23
30
与Excel的集成与应用
2024/3/23
数据交换
LINGO可以直接从Excel中导入数据,也可以将结果导出到Excel ,实现数据的无缝对接。
2024/3/23
28
金融工程与投资组合优化问题
01
投资组合优化
LINGO可以用于解决投资组合优化问题,通过优化投资组合中各个资产
的配置比例,实现风险和收益的平衡。
02
期权定价与风险管理
利用LINGO建立期权定价模型,可以准确计算期权的价值,为风险管理
提供决策依据。
2024/3/23
03
金融市场预测与决策分析
2024/3/23
整数规划算法
分支定界法、割平面法等适用于整数规划问 题的求解。
优化建模与LINGO第07章

MODEL: 1]! 3 Warehouse, 4 Customer Transportation Problem; 2]sets: 3] Warehouse /1..3/: a; 4] Customer /1..4/: b;
优化建模
5] Routes( Warehouse, Customer) : c, x; 6]endsets 7]! Here are the parameters; 8]data: 9] a = 30, 25, 21 10] b = 15, 17, 22, 12; 11] c = 6, 2, 6, 7, 12] 4, 9, 5, 3, 13] 8, 8, 1, 5; 14]enddata 15]! The objective; 16][OBJ] min = @sum( Routes: c * x);
优化建模
LINDO软件虽然给出最优解,但上述模型还存在 软件虽然给出最优解, 软件虽然给出最优解 着缺点,例如,上述方法不便于推广的一般情况, 着缺点,例如,上述方法不便于推广的一般情况,特 别是当产地和销地的个数较多时,情况更为突出. 别是当产地和销地的个数较多时,情况更为突出 下面写出求解该问题的LINGO程序,并在程序中 程序, 下面写出求解该问题的 程序 用到在第三章介绍的集与数据段, 用到在第三章介绍的集与数据段,以及相关的循环函 数. 写出相应的LINGO程序,程序名: exam0702.lg4 程序, 写出相应的 程序 程序名:
优化建模与LINGO第05章

优化建模
§5.1.3 求解模型
3种解法
的采购量x分解为三个量 第1种解法 将原油 的采购量 分解为三个量,即用 1, 种解法 将原油A的采购量 分解为三个量,即用x x2,x3分别表示以价格 、8、6千元 吨采购的原油 的吨 分别表示以价格10、 、 千元 吨采购的原油A的吨 千元/吨采购的原油 总支出为c(x) = 10x1+8x2+6x3,且 数,总支出为 x = x1 + x2 + x3 (9) 这时目标函数(2)变为线性函数: 这时目标函数( )变为线性函数:
500 y 2 ≤ x1 ≤ 500 y1
500 y 3 ≤ x 2 ≤ 500 y 2 x3 ≤ 500 y 3
(14) (15) (16) (17)
y1,y2,y3 =0或1 或
优化建模
(3)~(10),(13)~(17)构成混合整数线性 10),(13) ),(13 17) 规划模型,将它输入LINDO软件: LINDO软件 规划模型,将它输入LINDO软件:
优化建模
优化建模与LINDO/LINGO软件 优化建模与LINDO/LINGO软件 LINDO/LINGO
第5 章 生产与服务运作管理中的优化问题
优化建模
内容提要
§5.1 生产与销售计划问题 §5.2 有瓶颈设备的多级生产计划问题 §5.3 下料问题 §5.4 面试顺序与消防车调度问题 §5.5 飞机定位和飞行计划问题
优化建模
第2种解法: 种解法: 引入0 变量将(11) 12) 引入0-1变量将(11)和(12)转化为线性约束 分别表示以10千元 令y1=1,y2=1,y3=1分别表示以 千元 吨、8千元 , , 分别表示以 千元/吨 千元 /吨、6千元 吨的价格采购原油 ,则约束(11) 千元/吨的价格采购原油 吨 千元 吨的价格采购原油A,则约束( ) 和(12)可以替换为 )
数学建模优化模型与Lingo Lindo软件

型
表二 :5名队员4中泳姿百米平均成绩
队员
甲
乙
丙
丁
戊
蝶泳 66.8 57.2
78
70
67.4
仰泳 75.6
66
67.8
74.2
71
蛙泳
87
66.4 84.6
69.6
83.8
自由泳 58.6
53
59.4
57.2
62.4
线 性 规
·划
模 型
决策变量:引入0-1变量xij 若选择队员 i 参加泳姿 j
例-1 某服务部门一周中每天需要不同数目的
雇员:周一到周四每天至少需要50人,周五
需要80人,周六和周日需要90人。现规定应
聘者需连续工作5天,试确定聘用方案,即周
线
一到周日每天聘用多少人,是5在满足需要的 前况下聘用总人数最少?
性
优化模型
规
决策变量:记周一到周日每天聘用的人数分别为X1,
划
X2,X3,X4,X5,X6 ,X7,这就是问题的决策变量。
的比赛,记 xij=1,否则记 xij=0.这就是问题的决策变量, 共20个。
目标函数:当队员队员 i 入选泳姿 j 的比赛时,
cij xij表示他的成绩,否则cij xij=0。于是接力队的成绩
可以表示为:
45
f
cij xij
j1 i1
约束条件:根据组成接力队的要求, xij 应该满足下面
方案。显然这不是解决问题的最好方法,随着问题
线
规模的变大,穷举法的计算量是无法接受的。
性
可以用0-1变量表示一个队员是否入选接力队, 从而建立这个问题的0-1规划模型.
Lindo 和 Lingo

Lindo 和 Lingo 是美国 Lindo 系统公司开发的一套专门用于求解最优化问题的软件包。
Lindo 用于求解线性规划和二次规划问题,Lingo 除了具有 Lindo 的全部功能外,还可以用于求解非线性规划问题,也可以用于一些线性和非线性方程(组)的求解,等等。
Lindo 和Lingo 软件的最大特色在于可以允许优化模型中的决策变量是整数(即整数规划),而且执行速度很快。
Lingo 实际上还是最优化问题的一种建模语言,包括许多常用的函数可供使用者建立优化模型时调用,并提供与其他数据文件(如文本文件、Excel电子表格文件、数据库文件等)的接口,易于方便地输入、求解和分析大规模最优化问题。
由于这些特点,Lindo系统公司的线性、非线性和整数规划求解程序已经被全世界数千万的公司用来做最大化利润和最小化成本的分析。
应用的范围包含生产线规划、运输、财务金融、投资分配、资本预算、混合排程、库存管理、资源配置等等...Lindo/Lingo 软件作为著名的专业优化软件,其功能比较强、计算效果比较好,与那些包含部分优化功能的非专业软件相比,通常具有明显的优势。
此外, Lindo/Lingo 软件使用起来非常简便,很容易学会,在优化软件(尤其是运行于个人电脑上的优化软件)市场占有很大份额,在国外运筹学类的教科书中也被广泛用做教学软件。
LingoLingo 是使建立和求解线性、非线性和整数最佳化模型更快更简单更有效率的综合工具。
Lingo 提供强大的语言和快速的求解引擎来阐述和求解最佳化模型。
简单的模型表示Lingo 可以将线性、非线性和整数问题迅速得予以公式表示,并且容易阅读、了解和修改。
方便的数据输入和输出选择Lingo 建立的模型可以直接从数据库或工作表获取资料。
同样地,Lingo 可以将求解结果直接输出到数据库或工作表。
强大的求解引擎Lingo 内建的求解引擎有线性、非线性(convex and nonconvex)、二次、二次限制和整数最佳化。
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问题一:LP 问题在lindo 和lingo 中不同的输入形式
(1)将目标函数的表示方式从“MAX ”变成了“MAX=”
(2)“ST ”在LINGO 模型中不再需要,所以被删除了
(3)每个系数与变量间增加了运算符“*”(即乘号不能省略)
(4)每行(目标、约束和说明语句)后面均增加了一个分号“;”(英文状态下)
(5)模型结束标志“END ”也被删除了(LINGO 中只有当模型以“MODEL :”开始时才能以“END ”结束)。
(6)英文状态下!后面的文字为说明文字,不参与模型的求解。
问题二:状态窗口的参数解释
variable adj 异变的,变量的 n 变量
问题三优化建模的实例:
1. 线性规划模型
2. 二次规划模型
3. 非线性规划模型
目标函数:()()∑∑--==+=
2161
22min j i bi yi ai xi cij f 约束条件:6,5,4,3,2,1,21
∑===j i di cij
∑==<=6
1
2,1,i j ej cij
4. 整数规划模型(线性0-1规划模型是特殊的线性整数规划)
1) 目标函数:7654321min x x x x x x x z ++++++=
2) 约束条件: ⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧>=++++>=++++>=++++>=++++>=++++>=++++>=++++.
5076543,5065432,5054321,5074321,5076321,5076521,5076541x 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
)7,,2,1(0 =>=i xi
问题四Lindo中灵敏性分析的报告窗口的解释:
问题五:lingo基本用法
1.lingo中语句的语句顺序不重要
2.“@”开头的都是函数的调用,lindo中限定整数:“GIN X1”和“GIN X2”
在lingo中变成了“@GIN(X1)”和“@GIN(X2)”;lingo中整数变量函数(@BIN、@GIN)和上下限定的函数(@FREE、@SUB、@SLB);而0-1变量函数与lindo中INT不同,用@BIN表示。
3.与lindo不同,变量可以放在约束条件的右端,同时数值也可以放在约束条
件的左端。
Lingo建模语句最重要的是理解集合(set)及其属性(attribute)的概
念
1)集合定义部分: (从SETS到ENDSETS)
QUARTERS/1,2,3,4/:DEM,RP,OP,INV;属性
2)数据的输入:(从DATA到ENDDATA)
3)优化目标和约束:
目标函数:“@SUM集合(下标):关于集合的属性表达式)”
“SUM”相当于求和符号 。
约束用循环函数:“@FOR(集合(下标):关于集合的属性的约束关系式)”
“I#GT#1”一个逻辑表达式,意思是大于1.出师表
两汉:诸葛亮
先帝创业未半而中道崩殂,今天下三分,益州疲弊,此诚危急存亡之秋也。
然侍卫之臣不懈于内,忠志之士忘身于外者,盖追先帝之殊遇,欲报之于陛下也。
诚宜开张圣听,以光先帝遗德,恢弘志士之气,不宜妄自菲薄,引喻失义,以塞忠谏之路也。
宫中府中,俱为一体;陟罚臧否,不宜异同。
若有作奸犯科及为忠善者,宜付有司论其刑赏,以昭陛下平明之理;不宜偏私,使内外异法也。
侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等,此皆良实,志虑忠纯,是以先帝简拔以遗陛下:愚以为宫中之事,事无大小,悉以咨之,然后施行,必能裨补阙漏,有所广益。
将军向宠,性行淑均,晓畅军事,试用于昔日,先帝称之曰“能”,是以众议举宠为督:愚以为营中之事,悉以咨之,必能使行阵和睦,优劣得所。
亲贤臣,远小人,此先汉所以兴隆也;亲小人,远贤臣,此后汉所以倾颓也。
先帝在时,每与臣论此事,未尝不叹息痛恨于桓、灵也。
侍中、尚书、长史、参军,此悉贞良死节之臣,愿陛下亲之、信之,则汉室之隆,可计日而待也。
臣本布衣,躬耕于南阳,苟全性命于乱世,不求闻达于诸侯。
先帝不以臣卑鄙,猥自枉屈,三顾臣于草庐之中,咨臣以当世之事,由是感激,遂许先帝以驱驰。
后值倾覆,受任于败军之际,奉命于危难之间,尔来二十有一年矣。
先帝知臣谨慎,故临崩寄臣以大事也。
受命以来,夙夜忧叹,恐托付不效,以伤先帝之明;故五月渡泸,深入不毛。
今南方已定,兵甲已足,当奖率三军,北定中原,庶竭驽钝,攘除奸凶,兴复汉室,还于旧都。
此臣所以报先帝而忠陛下之职分也。
至于斟酌损益,进尽忠言,则攸之、祎、允之任也。
愿陛下托臣以讨贼兴复之效,不效,则治臣之罪,以告先帝之灵。
若无兴德之言,则责攸之、祎、允等之慢,以彰其咎;陛下亦宜自谋,以咨诹善道,察纳雅言,深追先帝遗诏。
臣不胜受恩感激。
今当远离,临表涕零,不知所言。