运筹学绪论
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运筹学绪论
国内运筹学发展状况
中国运筹学会下属有多个专业分会：如决 策科学分会；数学规划分会；排序分会；图论 组合分会；排队论分会；青年分会；可靠性分 会；金融工程及金融风险管理分会；智能计算 分会；企业管理运筹分会；经济数学分会等， 各分会定期或不定期进行学术交流。
四、运筹学研究的基本特征 绪 论
• 系统的整体观念 • 多学科的综合 • 模型方法的应用
美国也成立一个运筹小组：领导人，物理学家 Philip W．Morse（美国运筹学会第一届主席） 。组员 与英国相仿，大多为自然科学家，包括数学家、物理学 家，其中还有一位象棋大师。
二、运筹学的来源
绪论
准确判定日舰行驶路线
• 美军获悉日本舰队集结南太平洋的新不列颠 岛，准备越过俾斯麦海开往伊里安岛。
主讲:姜昱汐 大连交通大学管理学院
教学目的
本课程以理论教学为主线，通过重点讲授原 理、个人研究与小组讨论相结合的等环节，使 学生达到以下目的： • 掌握若干类经济管理领域中常见的运筹学典型 模型，了解使用这些模型和数量分析方法对于 解决经济、管理领域中的问题和提高效益所起 的作用； • 初步掌握将实际问题抽象成运筹学模型的方法 和技巧； • 具备运用运筹学方法求解各类运筹学模型的能 力和对求解结果进行简单分析的能力。
(1)做出面包进货问题的决策矩阵； (2) 用处理不确定性决策问题的方法确定最优进货量。
运筹学在科技体系中的地位 绪 论
一门科学只有成功地应用数学时，才算达到了完善的地步。 -----马克思
七、运筹学的发展趋势
• 运筹学的危机 – 脱离实际应用，陷入数学陷阱
• 运筹学与行为科学结合 – 群决策和谈判 – 对策理论 – 多层规划 – 合理性分析
大体可分为以下三个阶段：
Chapter01-绪论运筹学
3．注意到了工作、工人和环境之间的相互影响.
27
运筹学发展简史
Henry Ford，1863 - 1947，创造了第一条流水生 产线——汽车流水线，从而提高了整个企业的生 产效率，使成本明显降低. • 福特为了利于企业向大生产发展，进行了多方面 的标准化工作，包括：产品系列化，零件规格化，
工厂专业化，机器及工具专用化，作业专门化.
1999
2003
2006
2010
2014
2
Operations Research
Chapter 1. Introduction
第一章. 绪论
Chapter 1. Introduction
3
What is Operations Research?
Chapter 1. Introduction
4
交通控制问题
问题的确定
控制
分析问题
建立模型 软件求解 实施方案 确定解决方案 结果分析
Chapter 1. Introduction
37
运筹学的模型方法
模型的概念
模型是一件实际事物或情况的代表或抽 象。实际事物是A，若B能够真实地描述 A，则称B为A的模型
运筹学模型的一般形式
F ( X , f ( x1 , x 2 ,..., x m ; 1 , 2 ,..., n )
某些分支的研究达到当时国际水平。
35
What is Data, Model and Decision?
管理者
信息提供
模型
结论 决策
反馈
结果
执行
管理者在组织内制定决策，数据、模型与 决策的目的是在科学、符合逻辑和合理的 基础上制定决策
27
运筹学发展简史
Henry Ford，1863 - 1947，创造了第一条流水生 产线——汽车流水线，从而提高了整个企业的生 产效率，使成本明显降低. • 福特为了利于企业向大生产发展，进行了多方面 的标准化工作，包括：产品系列化，零件规格化，
工厂专业化，机器及工具专用化，作业专门化.
1999
2003
2006
2010
2014
2
Operations Research
Chapter 1. Introduction
第一章. 绪论
Chapter 1. Introduction
3
What is Operations Research?
Chapter 1. Introduction
4
交通控制问题
问题的确定
控制
分析问题
建立模型 软件求解 实施方案 确定解决方案 结果分析
Chapter 1. Introduction
37
运筹学的模型方法
模型的概念
模型是一件实际事物或情况的代表或抽 象。实际事物是A，若B能够真实地描述 A，则称B为A的模型
运筹学模型的一般形式
F ( X , f ( x1 , x 2 ,..., x m ; 1 , 2 ,..., n )
某些分支的研究达到当时国际水平。
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What is Data, Model and Decision?
管理者
信息提供
模型
结论 决策
反馈
结果
执行
管理者在组织内制定决策，数据、模型与 决策的目的是在科学、符合逻辑和合理的 基础上制定决策
运筹学 绪论PPT课件
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●英1938年成立防空委员会，H.G.铁寨为主席 （历史上第一个运筹学小组）
当时正处在二战前夕，德国有一支强大的 空军，英国是一个岛国，国内任何一地点离海 岸线不超过一百公里，这段距离，德国飞机只 需飞十七分钟。英国要在十七分钟内完成预警、 起飞、爬高、拦击等动作，很难。
事。
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（2）运筹学的发展阶段
运筹学的发展大致经历四个阶段：
① 萌芽阶段 （1915年～30年代）
上世纪初，一些数学方法逐渐应用于经营管理中， 如：
边际分析、盈亏平衡分析、经济批量模型等。 ●边际分析：包括边际成本分析、边际利润分析。
边际成本：增加单位产量所增加的成本。 边际利润：增加单位产量所增加的利润。
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围魏救赵（齐国，孙宾提出直接攻 打魏都大梁）
赤壁之战（三国，诸葛，周俞，曹 操）
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丁渭主持皇宫的修复（北宋，皇宫因火焚毁） 北宋真宗年间，皇城失火，宫殿烧毁，大臣丁谓主持了皇宫修复工
程。他采用了一套综合施工方案: ①先在需要重建的大道上就近取土烧砖； ②在取土后的深沟中引水，形成人工河，再由此水路运入建筑材料，
现代运筹学涵盖了一切领域的管理与优化问题，称为 Management Science
运筹学是研究人能够控制的、需要做出决策的、并且能用数学模型表达、 分析和优化的系统、是一系列用于提高系统有效性的分析工具（主要是 指数学模型）的集合，是人或组织进行合理决策的科学工具。
2.运筹学的发展简史
（1）朴素的运筹学思想
雷达的有效使用：
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1938年，英国为解决空袭的早期 预警，作好反侵略战争准备，积极 进行“雷达”的研究。但随着雷达 性能的改善和配置数量的增多，出 现了来自不同雷达站的信息以及雷 达站同整个防空作战系统的协调配 合问题。为此，在1938年7月，波 德塞(Bawdsey)雷达站的负责人 罗伊(A．P．Rowe)提出立即进行 整个防空作战系统运行的研究，以 使军事领导人学会使用雷达定位敌 方飞机。
运筹学绪论
齐王与田忌赛马：战国时期，齐王有一天提出要与大将田忌赛 马。双方约定：从各自的上中下三个等级的马中选一匹参赛。 每匹马均只能参赛一次；每次比赛双方各出一匹马，负者要付 给胜者千金。
一 、 运筹学的定义
小故事 田忌为什么赢得了一千黄金？
二、 运筹学的发展史
1、运筹学的军事起源
楚汉相争，刘邦称誉张良“运筹帷幄之中，决胜千里之外”。 公元前六世纪《孙子兵法》。 公元前四世纪战国齐王田忌与赛马的故事（对策论） 。
1950年，美国出版了第一份运筹学杂志。
二、 运筹学的发展史
1911年，泰勒(F.W.Taylor），美国人， 科学管理之父，出版了著名的《科学管 理原理》一书。
二、 运筹学的发展史
3、运筹学的经济起源
1928年，冯. 诺伊曼（von Neumann,John, 1903-1957）提出 的“二人零和对策” 为“对策论” 的基础。
6. 可靠性理论 可靠性理论是研究系统故障、以提高 系统可靠性问题的理论。
7. 搜索论 研究的是在资源和探测手段受到限制的情 况下，如何设计寻找某种目标的方案，并加以实施的理 论和方法。
五、运筹学的性质、特点与研究方法
运筹学是一门实践背景和应用范围广泛的应用科学，其性质和特点 可以概括为：
其一，运筹学是一种科学方法，其应用不受行业、部门之间限制； 其二，运筹学强调以量化为基础，需要建立各种数学模型，为决策
四、运筹学研究的具体内容
4.决策论 决策论研究决策问题，就是根据客观可能性，借
助一定的理论、方法和工具，科学地选择最优方案的 过程。
四、运筹学研究的具体内容
5. 博弈论（也称对策论）
对策论就是研究对策行为中竞争各方是否存在着最合理的行动方 案，以及如何找到这个合理的行动方案的数学理论和方法。
一 、 运筹学的定义
小故事 田忌为什么赢得了一千黄金？
二、 运筹学的发展史
1、运筹学的军事起源
楚汉相争，刘邦称誉张良“运筹帷幄之中，决胜千里之外”。 公元前六世纪《孙子兵法》。 公元前四世纪战国齐王田忌与赛马的故事（对策论） 。
1950年，美国出版了第一份运筹学杂志。
二、 运筹学的发展史
1911年，泰勒(F.W.Taylor），美国人， 科学管理之父，出版了著名的《科学管 理原理》一书。
二、 运筹学的发展史
3、运筹学的经济起源
1928年，冯. 诺伊曼（von Neumann,John, 1903-1957）提出 的“二人零和对策” 为“对策论” 的基础。
6. 可靠性理论 可靠性理论是研究系统故障、以提高 系统可靠性问题的理论。
7. 搜索论 研究的是在资源和探测手段受到限制的情 况下，如何设计寻找某种目标的方案，并加以实施的理 论和方法。
五、运筹学的性质、特点与研究方法
运筹学是一门实践背景和应用范围广泛的应用科学，其性质和特点 可以概括为：
其一，运筹学是一种科学方法，其应用不受行业、部门之间限制； 其二，运筹学强调以量化为基础，需要建立各种数学模型，为决策
四、运筹学研究的具体内容
4.决策论 决策论研究决策问题，就是根据客观可能性，借
助一定的理论、方法和工具，科学地选择最优方案的 过程。
四、运筹学研究的具体内容
5. 博弈论（也称对策论）
对策论就是研究对策行为中竞争各方是否存在着最合理的行动方 案，以及如何找到这个合理的行动方案的数学理论和方法。
1.YRG运筹学 绪论
“孙膑斗马术”说的是春秋战国时期齐王与田忌赛马的事。有一天，齐王要田忌和他赛马， 规定各人从自己的上、中、下三个等级的马中各选一匹来参赛，说好输一匹付出千金， 胜一匹可获千金。 田忌的谋士孙膑一直在场观赛，就给他出了主意， 叫他用下马对齐王的上马，中马对齐王的下马，上马对齐王的中马， 结果以2：1胜了齐王，以劣胜优
五 《运筹学》的学科特点
1．多种专业协作 用运筹学来解决实际问题需要各方面的专业知识，而运筹学家很难全部具备。 这就需要有各方面专家的集体智慧协作努力。 2．科学的方法 用运筹学解决实际问题必须用科学的方法，对各种原始资料进行处理，再用 科学的方法找到决策的依据。 3．解决实际问题 4．需要信息资料 5．需要建立模型 6．需要计算机 运筹学的解题的计算量很大，一个复杂的模型可能会有几十个甚至上百个变量， 没有计算机是无法计算的。
5.规划论 规划论是运筹学的一个重要分支,分为线性规划,整数规划，动态规划,非线性规划, 多目标规划，其中线性规划（Linear Programming）用途广泛,各种方法成熟， 是我们学习的重要内容。
线性规划，最直观的理解就是：研究在线性不等式或等式的约束下，使得某个 线性目标取得最大（小）的问题。线性规划在交通、工业、农业、军事、经济、 管理等方面都有很多成功的实例。
3、搜索论 搜索论是用来搜索一样东西的理论。是从军事上搜索潜艇开始的…… 搜索论现在用来合理的搜索人力、物力资源，如探矿，我国主要那些地方有石油， 如果全面去找，显然要花费大量人力、物力资源，利用搜索论可以合理的应用 最少的人力和物力，在最短的含时间里去发现石油资源。 4.存贮论 存贮论是研究物资管理，采购设备资源的一套数学理论。如工厂生产需储备 一定的原材料，如果原材料储备太多，积压了资金造成了浪费，如果设备太少 会造成生产上的停工待料，因此就必须根据生产活动的连续性决定最佳存 贮量，这就要进行科学计算。 (还有：水库的蓄水量，商品的库存量，机器零件的备用量，血库的储血量)
运筹学绪论
六、运筹学的分支
1．线性规划：资源的合理分配问题（重点） 2．非线性规划：目标函数、约束条件不全是线性。 3．动态规划：经营管理活动由一系列阶段组成，每 个阶段作决策，各个阶段决策互相关联，不独立。解 决：多阶段决策问题，实现总体优化。 4．图与网络分析：图模型。 5．存贮论：库存研究、物质材料的贮备等。（如订 货批量、最适合的库存量） 6．排队论：排队服务系统工作过程优化问题，如机 场、生产设备、通讯等。 7．对策论：具有对抗型局势的模型，竞争型决策 目的：对策论的研究为对抗各方获取对自己有 利的结局应采取的最优策略。 8．决策论：不确定型决策、风险型决策等。
五、运筹学的影响
2007年Franz Edelman奖的候选机构来自不同的行业和地区，它 们分别是： 1、可口可乐公司，该公司因实施“可口可乐企业优化配置方案” 而入围。 2、美国海岸警卫队，该机构“通过管理飞机维修和供给中心的 飞机保养能力，使飞机的可用率达到最大化。” 3、惠普公司，该公司因实施“采购风险管理方案”而入围。 4. 戴姆勒-克莱斯勒汽车公司、汽车评级机构J.D. Power和 Associates公司，这些机构因其“PIN动机策划系统（这是一种决 策支援系统，可以帮助规划汽车制造商的定价和推销方案）” 而入围。 5. 斯隆-凯特灵癌症中心，该中心为“癌症治疗学提供了运筹学 解决方案”。 6. 苏格兰哈利法克斯银行和Nomis Solutions公司，“哈利法克斯 银行通过价格优化方案使消费者贷款的利润得到提高”。
本课程特点及要求
目的：不仅掌握优化理论方法的专业知 识，更重要的是提高分析问题和解决问 题的能力。 方法：强调思路、观点及弄清物理概念， 掌握一定的理论推导能力，但不搞纯数 学公式。 避免2种倾向：只罗列方法，不讲本质； 或只追求数学推导，掩盖物理概念。 内容为2部分：基本技术和开阔思路。
运筹学基础-绪论
• 丁谓修复皇宫
北宋真宗年间，皇城失火，皇宫被毁，朝廷决定重建皇宫。丁谓负责 修复烧毁的开封皇宫。
丁谓到现场一察看，发觉有三大问题最难办。 一是建房用土量大。若到郊外取土，路途太远。 二是运输难，大批建筑材料，从外地只能由水路运到汴水。若再运到 皇宫建筑工地，只能靠车马了。 三是大片废墟垃圾，要运到远处倒掉。不知要花费多少人力、物力和 时间。
生活中的运筹学
• 家里来了客人，你想给他泡茶。但家里没有 热水和茶叶；此外茶壶、茶杯也还没洗。其 中，出去买茶叶要5分钟，烧热水要10分钟， 洗茶壶2分钟，洗茶杯1分钟。而口渴的客人 12分钟喝不到茶就会崩溃。
• 你如何在最短的时间内让客人喝到茶呢？ 1-12
• 步骤1：烧水（10分钟） • 步骤2：在烧水的同时，去洗茶壶（2分钟）、洗
它是一个典型的排队的例子, 关于排队的例子有很多, 例如：上下班坐公共汽车, 等待公共汽车的排队; 顾客到商店购物形成的排队; 病人到医院看病形成的排队; 售 票处购票形成的排队等; 另一种排队是物的排队，例如文件等待打印或发送; 路口红 灯下面的汽车、自行车通过十字路口等等.
2020/11/23
运筹学主要内容及学习方法
2020/11/23
多个起点到多个终点的运量分配问题
2020/11/23
网络计划技术在地铁工程筹划中的应用
2020/11/23
2020/11/23
一定阶段最短路问题——动态规划问题
W先生每天驾车去公司上班。如图，W先生的住所位于u1， 公司位于us，图中的直线段代表公路，交叉点代表路口，直 线段上的数字代表两路口之间的平均行驶时间。现在W先生 的问题是要确定一条最省时的上班路线。
汽车厂生产三种类型的汽车，已知各类型每辆车对钢材、 劳动时间的需求、利润及工厂每月的现有量。请指定工厂的 月生产计划，使工厂的利润最大。
运筹学绪论2
管
理
运
筹
学
23
第一章 绪论
囚徒困境 • 警方逮捕甲、乙两名嫌疑犯，但没有足够证据 指控2人入罪。于是警方分开囚禁嫌疑犯，分别 和2人见面，并向双方提供以下相同的选择： • 若1人认罪并作证检控对方，而对方保持沉默， 此人将即时获释，沉默者将判监10年。 • 若2人都保持沉默，则2人同样判监半年。 • 若二人都认罪并作证检控对方，则二人同样判 监2年。
管 理 运 筹 学
19
第一章 绪论
• 丁渭不拘一格，巧妙构思
– 先开挖通衢沟道，用断砖筑窑，以焦木作柴，用通衢 沟道挖出的土制作砖坯，就地烧制砖瓦。 – 挖开的通衢沟道与汴河接通，装运石料、木材的木筏 便可直接驶到皇宫门前。 – 待工程完毕后，又将建筑废料全部填入深沟，恢复通 衢沟道之前的原形。
• 结果，修复皇宫的工程既快又好地完成。 • 丁渭抓住取土、运材、除圾三个关键环节，有针 对性地采取了一个有利的措施——在宫址前的大 街上挖一条长沟。
管 理 运 筹 学
3
第一章 绪论
• 英国运筹学会认为：“运筹学是把科学方法应用 在指导和管理有关的人员、机器、物资以及工商 业、政府和国防方面资金的大系统中所发生的各 种问题。其独特的方法是发展一个科学的系统模 式，列入随机和风险等各种因素的尺度，并运用 这个模式预测和比较各种决策、战略并控制方案 所产生的后果。其目的是帮助主管人员科学地决 定方针和政策。” • 美国运筹学会认为：“运筹学所研究的问题，通 常是在要求分配有限资源的条件下，科学地决定 如何最好地设计和运营人机系统。”
管 理 运 筹 学
8
第一章 绪论
算准深水炸弹爆炸深度 • 英军船队在大西洋里航行时经常受到德军潜艇的 攻击。英国空军为此经常派出轰炸机对德军潜艇 实施火力打击，但轰炸效果总是不理想。 • 数学家发现，潜艇从发现英军飞机开始下潜到深 水炸弹爆炸时止，只下潜了7.6米，而英军飞机 投下的炸弹却已下沉到21米处爆炸，从而导致毁 伤效果低下。 • 英军调整了深水炸弹的爆炸引信，爆炸深度从水 下21米减为水下9.1米，结果轰炸效果较过去提 高了4倍。
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运筹学绪论
2019/11/21
• 运筹学的概况 • 最优化模型 • 教学计划与方法 • 考试与要求 • 参考文献
绪论
2019/11/21
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运筹学概况
• 运筹学的由来与发展 • 运筹学的性质与特点 • 运筹学的主要内容 • 运筹学的发展趋势 • 运筹学的学科地位
2019/11/21
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运筹学的由来与发展
2019/11/21
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运筹学的学科地位
运筹学
基础理论
应用理论
应用技术
1 在数学学科中的地位 运筹数学
1 在系统科学中的地位 系统工程
1 在管理科学中的地位 管理与运筹学（管理数学）
1 与经济学的关系
问题与方法
1 与工程科学的关系 方法与应用
1 与计算机科学的关系 核心算法与工具
2019/11/21
2019/11/21
12
线性规划（Linear Program）
min 10x1 +12x2 + 8x3 +10x4
s.t. 21x1 + 25x2 + 7x3 +15x4 ≥100
51x1 + 51x2 + 37x3 +15x4 ≥110
18x1 + 32x2 + 21x3 + 6x4 ≥ 200
• 与其他学科的结合加强，共同发展。
– 组合优化 – 最优化方法——使用数学规划（特别是连续优化）解决工程设计
中的问题。 – 博弈论（Game Theory）
• 运筹学的发展进一步依赖于计算机的应用和发展。
– 大容量、高速度的计算机方便了运筹学的应用。 – 计算机学科的发展促进了运筹学的发展。
例如：组合优化，算法图论，算法博弈论。
• 名称的由来
– 最早：来源于英国皇家空军战斗指挥部，称为“Operational Research”。
– 现名：Operations Research
– 我国译名：“运筹学”，取“运筹帷幄”一词，出自《史记》。
• 发展历程
产
萌
生
芽
成
发
熟
展
二
二
五
七
战
战
以
期
前
间
六 十 年 代
八 十 年 代
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询问：怎样配置原材料，才能使得生产单位饲料的费用最小？
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建模分析
可控因素：xj——单位饲料中第 j 种原材料的数量。 目标：总费用达到最小 费用函数为：10x1 + 12x2 + 8x3 + 10x4 约束条件：单位饲料中必须保证第 i 种营养成分至少为 bi。
21x1 + 25 x2 + 7x3 +15 x4 ≥100 51x1 + 51x2 + 37 x3 +15 x4 ≥110 18 x1 + 32 x2 + 21x3 + 6x4 ≥ 200
• 线性规划
• 整数规划
• 动态规划
组合优化（Combinatorial Optimization）
• 图和网络优化
• 非线性规划
连续优化（Continuous Optimization）
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7
运筹学的发展趋势
• 成熟的学科分支向纵深发展。 • 新的研究领域产生。
– 如世界问题，国家决策，系统工程等。
4
运筹学的性质与特点
1. 目标：解决各种优化问题。试图系统地研究全局性的优化 问题。
2. 多分支，问题的复杂和多样性。
3. 开放性，不断产生新的问题和学科分支。
4. 源于实践、为了实践、服务于实践，属于应用数学。
5. 交叉学科，涉及经济、管理、数学、工程和系统等多学科。 尤其是近年来，计算机学科的发展大力推动了运筹学的研 究与发展。
14
例3，网络优化模型
例：指派问题（The Assignment Problem） • 实例：现有m个工人，n件任务。工人i完成任务j，可获得
收益wij。 • （约束条件）每个工人只能完成一件任务，每个任务只能
由一个工人完成。 • 询问：如何安排工人完成任务，使总收益最大？
• 解：二分图上的最大匹配问题（Max Matching）。
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运筹学的主要内容
1. 线性规划 2. 整数规划 3. 非线性规划 4. 动态规划 5. 多目标规划 6. 图和网络优化
规划论
7. 排队论 8. 对策论（博弈论） 9. 决策论 10. 存储论 11. 可靠性理论 12. 模型论 13. 投入产出分析
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组合优化 与 连续优化
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课程考核
• 理论方法—笔试 • 应用能力—案例分析 • 计算能力—上机操作
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参考教材
• 刁在筠，刘桂真，宿洁，马建华： 《运筹学》。 高等教育出版社， 第1版，1996。 第3版，2007。
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参考教材
Christos Papadimitriou, Kenneth Steiglitz: Combinatorial Optimization: Algorithms and Complexity. Dover Publications, Inc., 1998.
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教学计划与方法
教学计划 • 数学规划以线性规划和整数规划为教授重点， • 组合优化部分主要讲网络优化， • 而随机优化讲授排队论和对策论， • 其它部分作为选讲内容。 教学方法 • 以授课为主，案例分析与上机实习相结合。 • 而讲课中主要培养用最优化方法解决实际问题的能力。
9
最优化模型
• 模型要素
– 变量(Variables)—可控因素
– 目标(Objective)—优化的动力和依据
– 约束(Constraints)—内部条件和外部约束
建
概
最优
算
灵敏
模
念
性条 件
法
度分 析
• 研究内容 • 实例
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例1，线性规划模型
实例：某公司生产混合饲料，该饲料由 3 种营养成分组成。
现有 4 种原材料，每单位原材料可提供营养成分如下表所示。
原料 1 原料 2 原料 3 原料 4
成分 需求
价格
10
12
8
10
成分 1
21
25
7
15
100
成分 2
515137Fra bibliotek15110
成分 3
18
32
21
6
200
在单位饲料中，3 中营养成分的需求分别是 100、110 和 200。
每单位原材料的价格分别是 10、12、8、10。
xi ≥ 0
∀ 1≤i ≤ 4
2019/11/21
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例2，随机规划模型
特点：约束条件中可以使用概率约束。 例：
min C
[ ] s.t. Pr C - si ≥ vi ≥1 [ ] Pr xi ≥ qi ≥2 [ ] Pr si ≥ smin ≥3
xi ≥ 0, si ≥ 0
1≤i ≤4
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• 运筹学的概况 • 最优化模型 • 教学计划与方法 • 考试与要求 • 参考文献
绪论
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运筹学概况
• 运筹学的由来与发展 • 运筹学的性质与特点 • 运筹学的主要内容 • 运筹学的发展趋势 • 运筹学的学科地位
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运筹学的由来与发展
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运筹学的学科地位
运筹学
基础理论
应用理论
应用技术
1 在数学学科中的地位 运筹数学
1 在系统科学中的地位 系统工程
1 在管理科学中的地位 管理与运筹学（管理数学）
1 与经济学的关系
问题与方法
1 与工程科学的关系 方法与应用
1 与计算机科学的关系 核心算法与工具
2019/11/21
2019/11/21
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线性规划（Linear Program）
min 10x1 +12x2 + 8x3 +10x4
s.t. 21x1 + 25x2 + 7x3 +15x4 ≥100
51x1 + 51x2 + 37x3 +15x4 ≥110
18x1 + 32x2 + 21x3 + 6x4 ≥ 200
• 与其他学科的结合加强，共同发展。
– 组合优化 – 最优化方法——使用数学规划（特别是连续优化）解决工程设计
中的问题。 – 博弈论（Game Theory）
• 运筹学的发展进一步依赖于计算机的应用和发展。
– 大容量、高速度的计算机方便了运筹学的应用。 – 计算机学科的发展促进了运筹学的发展。
例如：组合优化，算法图论，算法博弈论。
• 名称的由来
– 最早：来源于英国皇家空军战斗指挥部，称为“Operational Research”。
– 现名：Operations Research
– 我国译名：“运筹学”，取“运筹帷幄”一词，出自《史记》。
• 发展历程
产
萌
生
芽
成
发
熟
展
二
二
五
七
战
战
以
期
前
间
六 十 年 代
八 十 年 代
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询问：怎样配置原材料，才能使得生产单位饲料的费用最小？
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建模分析
可控因素：xj——单位饲料中第 j 种原材料的数量。 目标：总费用达到最小 费用函数为：10x1 + 12x2 + 8x3 + 10x4 约束条件：单位饲料中必须保证第 i 种营养成分至少为 bi。
21x1 + 25 x2 + 7x3 +15 x4 ≥100 51x1 + 51x2 + 37 x3 +15 x4 ≥110 18 x1 + 32 x2 + 21x3 + 6x4 ≥ 200
• 线性规划
• 整数规划
• 动态规划
组合优化（Combinatorial Optimization）
• 图和网络优化
• 非线性规划
连续优化（Continuous Optimization）
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运筹学的发展趋势
• 成熟的学科分支向纵深发展。 • 新的研究领域产生。
– 如世界问题，国家决策，系统工程等。
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运筹学的性质与特点
1. 目标：解决各种优化问题。试图系统地研究全局性的优化 问题。
2. 多分支，问题的复杂和多样性。
3. 开放性，不断产生新的问题和学科分支。
4. 源于实践、为了实践、服务于实践，属于应用数学。
5. 交叉学科，涉及经济、管理、数学、工程和系统等多学科。 尤其是近年来，计算机学科的发展大力推动了运筹学的研 究与发展。
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例3，网络优化模型
例：指派问题（The Assignment Problem） • 实例：现有m个工人，n件任务。工人i完成任务j，可获得
收益wij。 • （约束条件）每个工人只能完成一件任务，每个任务只能
由一个工人完成。 • 询问：如何安排工人完成任务，使总收益最大？
• 解：二分图上的最大匹配问题（Max Matching）。
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运筹学的主要内容
1. 线性规划 2. 整数规划 3. 非线性规划 4. 动态规划 5. 多目标规划 6. 图和网络优化
规划论
7. 排队论 8. 对策论（博弈论） 9. 决策论 10. 存储论 11. 可靠性理论 12. 模型论 13. 投入产出分析
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组合优化 与 连续优化
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课程考核
• 理论方法—笔试 • 应用能力—案例分析 • 计算能力—上机操作
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参考教材
• 刁在筠，刘桂真，宿洁，马建华： 《运筹学》。 高等教育出版社， 第1版，1996。 第3版，2007。
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参考教材
Christos Papadimitriou, Kenneth Steiglitz: Combinatorial Optimization: Algorithms and Complexity. Dover Publications, Inc., 1998.
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教学计划与方法
教学计划 • 数学规划以线性规划和整数规划为教授重点， • 组合优化部分主要讲网络优化， • 而随机优化讲授排队论和对策论， • 其它部分作为选讲内容。 教学方法 • 以授课为主，案例分析与上机实习相结合。 • 而讲课中主要培养用最优化方法解决实际问题的能力。
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最优化模型
• 模型要素
– 变量(Variables)—可控因素
– 目标(Objective)—优化的动力和依据
– 约束(Constraints)—内部条件和外部约束
建
概
最优
算
灵敏
模
念
性条 件
法
度分 析
• 研究内容 • 实例
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例1，线性规划模型
实例：某公司生产混合饲料，该饲料由 3 种营养成分组成。
现有 4 种原材料，每单位原材料可提供营养成分如下表所示。
原料 1 原料 2 原料 3 原料 4
成分 需求
价格
10
12
8
10
成分 1
21
25
7
15
100
成分 2
515137Fra bibliotek15110
成分 3
18
32
21
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200
在单位饲料中，3 中营养成分的需求分别是 100、110 和 200。
每单位原材料的价格分别是 10、12、8、10。
xi ≥ 0
∀ 1≤i ≤ 4
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例2，随机规划模型
特点：约束条件中可以使用概率约束。 例：
min C
[ ] s.t. Pr C - si ≥ vi ≥1 [ ] Pr xi ≥ qi ≥2 [ ] Pr si ≥ smin ≥3
xi ≥ 0, si ≥ 0
1≤i ≤4
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