管理运筹学案例演示混合整数规划
混合整数规划及其应用
混合整数规划及其应用混合整数规划（Mixed Integer Programming，MIP）是运筹学中一个重要的分支，它可以用于解决包括生产计划、物流运输、资源调度等实际问题。
本文将探讨混合整数规划的基本概念、典型模型以及应用范例。
一、基本概念1.定义混合整数规划是指在线性规划基础上加入了整数变量的限制条件，有时还将变量限制为 0/1 取值，即 0 表示不选取某个变量，1 表示选取某个变量。
2.数学模型混合整数规划的一般数学模型如下：$max\ Z=c^{T}x+d^{T}y$$s.t.$$A x+B y \leq b$$x\in R^{n}, y \in Z^{m}$其中，$x$ 是连续变量向量，$y$ 是整数变量向量，目标函数$Z$ 为一线性函数，$A$, $B$ 为系数矩阵，$b$ 为约束条件的取值。
本模型中整数变量 $y$ 的限制条件可以是 $y \in\{0,1\}^{m}$ 也可以是 $y \in Z^{m}(m>0)$。
3.求解方法求解混合整数规划可以采用分枝界限法、Gomory 切割法、随机搜索等方法。
其中，分枝界限法是运筹学中最基本的解法，其最优性原理为“不断将问题分解成子问题，逐步地去掉某些变量，直到问题变为纯整数规划问题为止，然后通过确定某些变量取值来求解”。
随机搜索法则是通过不断随机生成可行解并比较其目标值的大小进行求解。
二、典型模型1.背包问题背包问题中，有 $n$ 种不同体积和不同价值的物品，需要将它们装入一个容量为 $V$ 的背包。
每种物品只有选择或不选择两种情况。
设$w_{i}$ 为第 $i$ 种物品的价值，$v_{i}$ 为第 $i$ 种物品的体积，则该问题的混合整数规划模型为：$max\ \sum_{i=1}^{n} w_{i} x_{i}$$s.t.$$\sum_{i=1}^{n} v_{i} x_{i} \leq V$$x_{i} \in\{0,1\}$2.生产调度问题生产调度问题中，对于 $n$ 种产品需要进行加工，但是加工需要设备并且不同设备的加工能力存在差异。
运筹学第五章整数规划
分解 ai0 , j和 bi0 成最大整数与正分数之和：
浙江理工大学 经济管理学院
管理运筹学
wxj
Page:21
xi0 ai0 , j x j bi0 xi0 ( Ni0 , j f i0 , j )x j Ni0 f i0 xi0 Ni0 , j x j Ni0 f i0 f i0 , j x j
S1
x2 2
B: x1=2,x2=23/9 Z=41/9
x2 3
D: S12 x1=33/14,x2=2 Z=61/14
S11
无可行解
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Page:15
对S12分枝：
构造约束：
x1 3
X
2 5
4
和
x1 2
3
3 10 A( , ) 2 3
形成分枝问题S121 和S122，得解E和F
形成松弛问题2
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CB XB 3 x1 -1 0 0 x2 x4 x6
3 -1 0 0 x1 x2 x3 x4 1 0 1/7 0 0 0 0 0 1 -2/7 0
0 x5 2/7 3/7
0 x6 0 0 0 1 0
b 13/7 9/7 31/7 -6/7
首先不考虑变量的整数约束，求解相应的线性规划问题：
z0
Max z = CX AX = b X0
D
C
下界
O Ir
Max z = CX AX = b xr Ir X0 Max z = CX AX = b xr Ir+1 X0
管理运筹学-整数规划
§3整数规划的应用(5)
五、投资问题 例8．某公司在今后五年内考虑给以下的项目投资。已知： 项目A：从第一年到第四年每年年初需要投资，并于次年末回收本利115%，但要求第一年投资最低金额 为4万元，第二、三、四年不限； 项目B：第三年初需要投资，到第五年未能回收本利128％，但规定最低投资金额为3万元，最高金额为5 万元； 项目 C：第二年初需要投资，到第五年未能回收本利140%，但规定其投资额或为2万元或为4万元或为6 万元或为8万元。 项目 D：五年内每年初可购买公债，于当年末归还，并加利息6%，此项投资金额不限。 该部门现有资金10万元，问它应如何确定给这些项目的每年投资额，使到第五年末拥有的资金本利总额 为最大? 解：1) 设xiA、xiB、xiC、xiD ( i ＝1，2，3，4，5)分别表示第 i 年年初给项目A，B，C，D的投资额； 设yiA， yiB，是0—1变量，并规定取 1 时分别表示第 i 年给A、B投资，否则取 0（ i = 1, 2, 3, 4, 5）。 设yiC 是非负整数变量，并规定：2年投资C项目8万元时，取值为4； 2年投资C项目6万元时，取值为3； 2年投资C项目4万元时，取值为2； 2年投资C项目2万元时，取值为1； 2年不投资C项目时， 取值为0； 这样我们建立如下的决策变量： 第1年 第2年 第3年 第4年 第5年
解：设：0--1变量 xi = 1 (Ai 点被选用）或 0 (Ai 点没被选用）。 这样我们可建立如下的数学模型： Max z =36x1+40x2+50x3+22x4+20x5+30x6+25x7+48x8+58x9+61x10 s.t. 100x1+120x2+150x3+80x4+70x5+90x6+80x7+140x8+160x9+180x10 ≤ 720 x1 + x2 + x3 ≤ 2 x4 + x5 ≥ 1 x6 + x7 ≥ 1 x8 + x9 + x10 ≥ 2 xj ≥ 0 xj 为0--1变量，i = 1,2,3,……,10
混合整数线性规划教育课件
⑵.若( LP )有最优解，并符合( IP )的整数条件，则 ( LP )的最优解即为( IP )的最优解，停止计算。
⑶.若( LP )有最优解，但不符合( IP )的整数条件，转 入下一步。为讨论方便，设( LP )的最优解为：
0 不在Ai建厂
模型： min Z
m
cij xij fi yi
i 1
n
xij ai yi
(i 1.2 m)
j 1
m
xij b j
i1
(j 1.2 n)xij0,源自yi0 或 1 (i
1.2
m、 j 1.2 n)
（二）、整数规划的数学模型
一般形式
n
maxZ(或min Z) cj xj j1
x1 . x2. x3
(0)
( 0. 0. 0 ) 0 ( 0. 0. 1 ) 5 ( 0. 1. 0 ) -2 ( 0. 1. 1 ) 3 ( 1. 0. 0 ) 3 ( 1. 0. 1 ) 8 ( 1. 1. 0 ) 1 ( 1. 1. 1 ) 4
B B 零件 方
个数 式
零件
1
零件
n 毛坯数
A1
b a11 a1 n 1
b A m
a m 1 a mn m
设：xj
表示用Bj
(j=1.2…n)
n
种方式下料根数
模型： min Z x j
j 1
n
aij x j bi
(i 1.2 m)
j 1
x
j
0
(j 1.2 n)且为整数
例二、某公司计划在m个地点建厂，可供选择的地点有 A1,A2…Am ，他们的生产能力分别是a1,a2,…am（假设生
《管理运筹学》03- 整数规划
ppt课件整数规划整数规划
3
3.1 整数规划问题及其建模
例3-1背包问题
max z= 17x1 +72x +35x
s.t.
10x1 2 +42x 3 +20x ≤50
x1, 2 x2,
3 x3
≥0
x1,
x2,
x3为整数
线性规划最优解为: x1=0，x2=0，x3=2.5
而整数规划的最优解是 x1=1，x2=0，x3=2
T
5
ppt课件整数规划整数规划
22
-2x2+3x1+5x3≥5 ◎
点
条件
◎
①
②
③
④
满足条件？ 是（T）否（F）
Z
（0 1 0） 3
F
（0 1 1） 8
0
2
1
5
T
8
-2x2+3x1+5x3≥8 ◎
点
条件
◎
①
②
③
④
满足条件？ 是（T）否（F）
Z
（1 0 0） -2
F
（1 0 1） 3
F
（1 1 0） 1
工件
A
B
C
D
工人
效
甲
14
9
4
15
率
乙
11
7
9
10
矩
丙
13
2
10
5
阵
丁
17
9
15
13
ppt课件整数规划整数规划
24
设xij=1表示第 i人送j货，否则xij=0
上述问题的模型为：
44
《管理运筹学》演示(整数规划)
解：先不考虑整数约束，求相应的线性规划的最优解，用单纯 形法求解，标准型和初始单纯形表如下： 1 1 0 0
C XB B
0 0
b
1 4
x 1
-1 3 1
x2
1 1 1
x3
1 0 0
x4
0 1 0
σj
x3 x4
⋮
经过若干步迭代后，得到如下最优表及最优解：
cj
1
1
0
0
C XB B
1 1
b
3/4 7/4 -5/2
x4
1/3 0 -1 -1/3
x5
1/12 0 -1/3 -1/6
x 1 x2
σj
x3
整数最优解： x1=1 , x2=1 , x3=1 , x4= x5=0 , max
z =2
例：用隐枚举法求0 例：用隐枚举法求0－1规划
3 x1 − 2 x2 + 5 x3 ≥ 3 (0) x + 2x − x ≤ 2 x1 + 2 x2 − x3 ≤ 2 () 1 2 3 1 x + 4x + x ≤ 4 (2) 2 3 x1 + 4 x2 + x3 ≤ 4 1 ⇒ (3 ) x1 + x2 ≤ 3 x1 + x2 ≤ 3 4 x + x ≤ 6 (4) 3 4 x2 + x3 ≤ 6 2 x1 , x2 , x3 = 0, 或1 x1 , x2 , x3 = 0, 或1 解：先找出一个可行解，显然， x1 = 1, x2 = 0, x3 = 0 满足约束
第六章 运筹学 整数规划案例
第六章整数规划6.1 用图形将一下列线性规划问题的可行域转换为纯整数问题的可行域(在图上用“×”标出)。
1、 max z=3x1+2x2S.T. 2x1+3x2≤122x1+x2≤9x1、x2≥0解：2、 min f=10x1+9x2S.T. 5x1+3x2≥45x1≥8x2≤10x1、x2≥06.2 求解下列整数规划问题1、 min f=4x1+3x2+2x3S.T. 2x1-5x2+3x3≤44x1+x2+3x3≥3x2+x3≥1x1、x2、x3=0或1解：最优解（0，0，1），最优值：22、 min f=2x1+5x2+3x3+4x3S.T. -4x1+x2+x3+x4≥2-2x1+4x2+2x2+4x2≥4x1+x2-x2+x2≥3x1、x2、x3、x3=0或1解：此模型没有可行解。
3、max Z=2x1+3x2+5x3+6x4S.T. 5x1+3x2+3x3+x4≤302x1+5x2-x2+3x2≤20-x1+3x2+5x2+3x2≤403x1-x2+3x2+5x2≤25x1、x2、x3、x3=正整数解：最优解（0，3，4，3），最优值：474、min z =8x1 +4 x2+3 x3+5 x4+2 x5＋3 x6＋4 x7＋3 x8+4 x9+9 x10+7 x11+5 x12 +10 x13+4 x14+2 x15+175 x16+300 x17+375 x18 +500 x19约束条件x1 + x2+x3≤30x4+ x5＋x6-10 x16≤0x7+ x8＋x9-20 x17≤0x10+ x11＋x12-30 x18≤0x13+ x14＋x15-40 x19≤0x1 + x4+ x7+x10+ x13＝30x2 + x5+ x8+x11+ x14＝20x3 + x6+ x9+x12+ x15＝20x i为非负数（i=1,2…..8）x i为非负整数（i=9,10…..15）x i为为0－1变量（i=16,17…..19）解：最优解（30，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，20，20，0，0，0，1），最优值：8606.3 一餐饮企业准备在全市范围内扩展业务，将从已拟定的14个点中确定8个点建立分店，由于地理位置、环境条件不同，建每个分店所用的费用将有所不同，现拟定的14个店的费用情况如下表：公司办公会决定选择原则如下：（1）B5、B3和B7只能选择一个。
运筹学01整数规划
第四节 0-1整数规划
• 问题的提出：
0-1整数规划是线性规划及整数规划的一种特殊形式。 模型结构和形式是线性规划，只是决策变量取0或1。 例1：投资场所的选定——相互排斥的计划 某公司拟在城市的东、西、南三区建立分公司，拟议中有七 个位置Ai（i=1, 2,…,7), 规定在东区A1,A2,A3个点中至多选二个; 在 西区A4,A5两点中至少选一个; 在南区A6,A7中至少选一个, 如选用Ai 点,设备投资估计为bi元, 每年可获利润估计为ci元, 但投资总额不能 超过B元, 问应选择哪几个点可年利润最大?
解：求解过程见下表
(x1,x2,x3) （0,0,0）
(0,0,1) (0,1,0) (0,1,1) (1,0,0) (1,0,1) (1,1,0) (1,1,1)
Z值 0 5 -2 3 3 8 1 6
约束条件
过滤条件 Z0 Z5
Z8
所以，最优解为（x1，x2，x3)T=(1,0,1)T, 最优值为8.
令
xi
1
0
当Ai点被选用 当Ai点未被选用
i=1, …,7
7
max Z c i x i
i1
7
bixi
B
i1
x1 x 2 x 3 2
s .t
x
4
x5
1
x
0 or 1
例2: 相互排斥的约束条件
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? ?
1 1
? ?
y4
?
1
??x1, x2, x3, x4 ? 0, yj ? 0 , j ? 1,2,3,4
用QM软件求解结果如下：
最优方案 :装配线A生产100件,装配线 B生产1400件,装配线 C 生产1000件,装配线D生产1500件;
例3.(固定成本问题)高压容器公司制造小、中、大三种尺寸的金属 容器，所用资源为金属板、劳动力和机器设备，制造一个容器所 需所需的各种资源的数量如下表：
?8x1 ? 15x2 ? 6x3 ? 3x4 ? 160 ??30x1 ? 40x2 ? 20x3 ? x4 ? 200
???8x1x1??315x2 ? 100
? ?
x2
?
2
?5 ? ?5
? ?
x3 x4
? 10 ? 10
?? xj ? 0 , j ? 1,2,3,4 , 整数
用QM软件求解结果如下：
使用计算机软件包求解(附件1)
A Linear Programming
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 J CPM/PERT
B Integer Programming
1234567
K Inventory Models
C Zero One Programming
1234567
L Queueing Theory
每个广告的费用（千元）
电
白昼时间
8
视
热门时间
15
广杂 播志
63
每个广告影响总人数（千人）
40
90
50 2
每个广告影响妇女数（千人）
30
40
20 1
解：设电视白昼时间的广告个数为 x1、电视热门时间的广告个 数为 x2、广播的广告个数为 x3、杂志的广告个数为 x4。
该广告计划模型为：
max z ? 40x1 ? 90x2 ? 50x3 ? 2x4
解：设小号容器、中号容器和大号容器的生产产量分别为x1、x2、 x3；对各种容器的固定费用可引入0－1变量 y1、y2、y3，即：
当生产第 i 种 容 器，
yi
当不生产第 i 种 容 器；
约束条件: ?三种资源金属板、劳动力和机器设备的限制条件；
? 为了避免出现某种容器不投入固定费用就生产这 样一种不合理的情况，必须加上以下约束条件：
x1 ? y1M x2 ? y2 M x3 ? y3 M
目标函数： 为扣除固定费用的利润最大化，即：
4x1 ? 5x2 ? 6x3 ? 100y1 ? 150y2 ? 200y3
该生产计划整数规划模型为：
max z ? 4x1 ? 5x2 ? 6x3 ? 100 y1 ? 150 y2 ? 200 y3
minz ? 100y1 ? 200y2 ? 300y3 ? 200y4 ? 10x1 ? 4x2 ? 2x3 ? 5x4
?x1 ? x2 ? x3 ? x4 ? 4000 ??x1 ? 800y1
???xx32
? ?
1400y2 1000y3
????xy14
? ?
1500y4 1
? ?
y2
? y3
P Markov Analysis
H Decision Theory
Q Game Theory
I Network Models
ESC Exit to Dos
123
总目录
例1.(投资问题 )某厂要制订一个产品宣传计划，可利用的广告渠 道有三种：电视、广播、杂志。市场调研的结果如下表所示。该 厂计划用于广告费用不超过 16万元。此外还要求：（ 1）受到广 告影响的妇女至少要有200千人；（2）电视广告费用不超过10万 元；（3）白昼电视至少要订 3个广告，热门时间至少 2个广告； （4）广播和杂志上的广告数都应在5到10之间。该厂如何制订一 个广告计划使受到影响的总人数最多。
开工费
100 200 300 200
每件产品成本
10 4 2 5
最大生产能力（件）
800 1400 1000 1500
解：有两类决策变量，一类，设 xi 为第 i 条装配线上生产的 产品，i = 1,2,3,4;另一类，引入0－1变量，设 yj =1表示第 j 条装配线启用， yj =0表示第 j 条装配线不启用。
例4.(生产计划问题)某汽车厂生产三种汽车：微型轿车、中级轿车 和高级轿车。每种轿车需要的资源和销售利润如下表：
钢材（吨） 人工（小时） 利润（万元）
微型车 1.5 30 2
中级车 2 40 3
高级车 2.5 50 4
该厂每月可使用的资源为钢材6000吨，人工工时55000小时。为达 到经济规模，每种汽车的月产量必须达到一定的数量时才可以进 行生产。工厂规定的经济规模为：微型车1500辆，中级车1200辆， 高级车1000辆。请构造一个整数规划使该厂的利润最大。
资源 金属板（ 吨）
劳动力（ 人月） 机器设备（ 台月）
小号容器
2 2 1
中号容器
4 3 2
大号容器
8 4 3
不考虑固定费用，每种容器售出一只所得的利润分别为 4万元、5
万元、6万元，可使用的金属板有500吨，劳动力有300人月，机器 有100台月，此外，不管每种容器制造的数量是多少，都要支付一
笔固定的费用：小号是100万元，中号为150万元，大号为200万元。 现在要制订一个生产计划，使获得利润为最大？
最优方案:电视白昼时间的广告个数为 3、电视热门时间的广告个 数为 5、广播的广告个数为 10、杂志的广告个数为10。
例2.（生产计划问题）某该厂有4条装配线可以生产同一种 产品，已知每条装配线的开工费，生产1件生产的成本以及 最大生产能力如表所示。该厂已接受订货4000件，应如何 安排生产？
装配线A 装配线B 装配线C 装配线D
?2x1 ? 4x2 ? 8x3 ? 500 ??2x1 ? 3x2 ? 4x3 ? 300
? ? ?
x1 x1
? ?
2x2 ? 3x3 My1 ? 0
?100? ?Fra bibliotekx2?
My2
?
0
?x3 ? My3 ? 0
? ?
x1
,
x2
,
x3
?
0,
y1,
y2 ,
y3
＝0
或
1
用QM软件包求解如下：
最优方案：小号容器生产100台，中号和大号容器不生产，最大利 润为300万元。
D Goal Programming
12345678
M Dynamic Programming
E Transportation Programming
1 2 3 4 5 6 7 N Simulation
F Assignment
123456
8 9 10 11 12 O Forecasting
G Break-Even Analysis