课内实验-运筹学-图与网络建模-第四次1
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数学建模第四章运筹和优化
4-4 变分法模型（6）
4-4 变分法模型（7）
4-4 变分法模型（8）
4-4 变分法模型（9）
4-4 变分法模型（10）
4-4 变分法模型（11）
4-4 变分法模型（12）
然科学，开始了对无穷小算法的研究，独立地创立了微积
分的基本概念与算法，和牛顿并蒂双辉共同奠定了微积分
学。1676年，他到汉诺威公爵府担任法律顾问兼图书馆馆
长。1700年被选为巴黎科学院院士，促成建立了柏林科学
院并任首任院长。
•
1716年11月14日，莱布尼兹在汉诺威逝世，终年70岁。
4-4 变分法模型（5）
4-1 线性规划模型（21）
4-1 线性规划模型（22）
4-41-1 线线性性规规划划模模型型（（232）3）
4-1 线性规划模型（24）
4-1 线性规划模型（25）
4-1 线性规划模型（26）
4-1 线性规划模型（27）
பைடு நூலகம் 4-1 线性规划模型（28）
4-1 线性规划模型（29）
4-1 线性规划模型（30）
期的数学，并获得了哲学硕士学位。
•
20岁时，莱布尼兹转入阿尔特道夫大学。这一年，他发表了第一
篇数学论文《论组合的艺术》。这是一篇关于数理逻辑的文章，其基
本思想是出于想把理论的真理性论证归结于一种计算的结果。这篇论
文虽不够成熟，但却闪耀着创新的智慧和数学才华。
莱布尼兹（3）
•
莱布尼兹在阿尔特道夫大学获得博士学位后便投身外
纳什2
纳什3
• 简介 约翰•纳什（JOHN
F.NASH）美国人 (1928- )由 于他与另外两位数学家在非 合作博弈的均衡分析理论方 面做出了开创性的贡献，对 博弈论和经济学产生了重大 影响，而获得1994年诺贝尔 经济奖。
运筹学(胡运权第四版及答案)
管理运筹学
主讲：谢先达
2014.09
联系方式 办公室：QL643 87313663 手机： 13600512360 邮箱： xxdhz@
绪
论
绪论
什么是运筹学？
运筹学发展历史 运筹学主要内容 运筹学的基本特征与基本方法
绪论
什么是运筹学？
定义：为决策机构在对其控制下业务活动进行决策 时，提供以数量化为基础的科学方法。
概念：可行解、最优解、最优值
第一章：线性规划及单纯形法
练习：靠近某河流有两个化工厂，流经第一化工厂的河流流量为每天 500万m3，在两个工厂之间有一条流量为每天200万m3支流，第一化工厂每 天排放含有某种有害物质的工业污水2万m3 ，第二化工厂每天排放这种 工业污水1.4万m3 。从第一化工厂排出的工业污水流到第二化工厂以前， 有20%可自净化。根据环保要求，河流中工业污水的含量应不大于0.2%， 这两个工厂都需各自处理一部分工业污水，第一化工厂处理工业污水的 成本是1000元/万m3 。第二化工厂处理污水的的成本是800元/万m3 。现 问在满足环保要求的条件下，每厂各应处理多少工业污水，使这两个工 厂总的处理工业污水费用最小。
-x1+x2+x3 = 4
-2x1+x2-x3 ≤ 6 x1 ≤ 0,x2 ≥ 0, x3取值无约束
第一章：线性规划及单纯形法
线性规划问题及其数学模型 线性规划图解法
单纯形法原理
单纯形法计算步骤
单纯形法的进一步讨论
第一章：线性规划及单纯形法
x2
目标函数： 约束条件： maxz=50x1+100x2 x1+x2≤300 2x1+x2≤400 x2≤250 x1≥0 ，x2≥0
主讲：谢先达
2014.09
联系方式 办公室：QL643 87313663 手机： 13600512360 邮箱： xxdhz@
绪
论
绪论
什么是运筹学？
运筹学发展历史 运筹学主要内容 运筹学的基本特征与基本方法
绪论
什么是运筹学？
定义：为决策机构在对其控制下业务活动进行决策 时，提供以数量化为基础的科学方法。
概念：可行解、最优解、最优值
第一章：线性规划及单纯形法
练习：靠近某河流有两个化工厂，流经第一化工厂的河流流量为每天 500万m3，在两个工厂之间有一条流量为每天200万m3支流，第一化工厂每 天排放含有某种有害物质的工业污水2万m3 ，第二化工厂每天排放这种 工业污水1.4万m3 。从第一化工厂排出的工业污水流到第二化工厂以前， 有20%可自净化。根据环保要求，河流中工业污水的含量应不大于0.2%， 这两个工厂都需各自处理一部分工业污水，第一化工厂处理工业污水的 成本是1000元/万m3 。第二化工厂处理污水的的成本是800元/万m3 。现 问在满足环保要求的条件下，每厂各应处理多少工业污水，使这两个工 厂总的处理工业污水费用最小。
-x1+x2+x3 = 4
-2x1+x2-x3 ≤ 6 x1 ≤ 0,x2 ≥ 0, x3取值无约束
第一章：线性规划及单纯形法
线性规划问题及其数学模型 线性规划图解法
单纯形法原理
单纯形法计算步骤
单纯形法的进一步讨论
第一章：线性规划及单纯形法
x2
目标函数： 约束条件： maxz=50x1+100x2 x1+x2≤300 2x1+x2≤400 x2≤250 x1≥0 ，x2≥0
《运筹学教程》胡云权第五版第五章图与网络分析
最小支撑树问题
1、树
连通且无圈的无向图
判断下面图形哪个是树：
(A)
(B)
(C)
树的性质： 1、树中任两点中有且仅有一条链； 2、树任删去一边则不连通，故树是使图保持连通且具有最 少边数的一种图形。
3、边数 = 顶点数 – 1。
最小支撑树问题
2、图的支撑树
若一个图 G =（V , E）的支撑子 图 T=（V , E´） 构成树，则称 T 为 G的支撑树，又称生成树、部分树。
v1
v3 7.5 v4
v5 v3
v4
最小支撑树问题
3、最小支撑树问题 问题：求网络的支撑树，使其权和最小。 v 5
2
v1
3 4 2
3.5
v5
算法1（避圈法）：把边按权从小到大依次 5.5 添入图中，若出现圈，则删去其中最大边， 直至填满n-1条边为止（n为结点数） 。 【例】 求上例中的最小支撑树 5
第五章 图论与网络分析
学习目标
图的基本概念
图论起源——哥尼斯堡七桥问题
A C B D C A D
B
问题：一个散步者能否从任一块陆地出发，走过七 座桥，且每座桥只走过一次，最后回到出发点？
结论：每个结点关联的边数均为偶数。
图的基本概念
哈密尔顿回路问题：环球旅行遊戏
13 2 12 15 11 16 10 3 9 4 17 7 8 14 1 20 19 18 6 5
6
v2
2
1
v5
2
v8
6
3
v1
1
3
2
v3 v4
6
4
10
3
v9 v7
4
10
v6
运筹学第6章 图与网络
也就是说| V1 |必为偶数。
定理6.2有学者也称作定理6.1的推论。根据定理6.2，握手定理也可以 表述为，在任何集体聚会中，握过奇次手的人数一定是偶数个。
12 该课件的所有权属于熊义杰
另外，现实中不存在面数为奇数且每个面的边数也是奇数的多面 体，如表面为正三角形的多面体有4个面，表面为正五边形的多面体有 12个面等等，也可以用这一定理予以证明。因为在任意的一个多面体 中， 当且仅当两个面有公共边时，相应的两顶点间才会有一条边，即 任意多面体中的一个边总关联着两个面。所以，以多面体的面数为顶
v j V2
(m为G中的边数）
因式中 2m 是偶数， d (v j ) 是偶数，所以 d (vi ) 也必为偶数
v j V2
vi V1
( 两个同奇同偶数的和差必为偶数 ), 同时,由于 d (vi ) 中的每个加数 d (vi )
均为奇数,因而 d (vi ) 为偶数就表明, d (vi ) 必然是偶数个加数的和 ,
图论、算法图论、极值图论、网络图论、代数图论、随机图论、 模糊图论、超图论等等。由于现代科技尤其是大型计算机的迅 猛发展，使图论的用武之地大大拓展，无论是数学、物理、化 学、天文、地理、生物等基础科学，还是信息、交通、战争、 经济乃至社会科学的众多问题．都可以应用图论方法子以解决。
1976年，世界上发生了不少大事，其中一件是美国数学家 Appel和Haken在Koch的协作之下，用计算机证明了图论难题— —四色猜想(4CC)：任何地图，用四种颜色，可以把每国领土染 上一种颜色，并使相邻国家异色。4CC的提法和内容十分简朴， 以至于可以随便向一个人(哪怕他目不识丁)在几分钟之内讲清 楚。1852年英国的一个大学生格思里(Guthrie)向他的老师德·摩 根(De Morgan)请教这个问题，德·摩根是当时十分有名的数学家， 他不能判断这个猜想是否成立，于是这个问题很快有数学界流 传开来。1879年伦敦数学会会员Kemple声称，证明了4CC成立， 且发表了论文。10年后，Heawood指出了Kemple的证明中
运筹学答案_第_11_章__图与网络模型
我们也可以用此书附带的管理运筹学软件进行求解，结果也可以得出此问题 的解为 4.8。
习题 3
解：此题是一个求解最小生成树的问题，根据题意可知它要求出连接 v1 到 v8
的最小生成树。解此题可以得出结果为 18。也可以使用管理运筹学软件，得出 如下结果：
此问题的最小生成树如下：
*************************
管理运筹学软件，我们也可以得出结果如下：
从节点 1 到节点 6 的最大流
*************************
起点
终点
流量
费用
----
----
----
----
1
2
1
3
1
3
4
1
2
4
2
4
3
2
1
1
3
5
3
3
4
6
2
4
5
6
3
2
此问题的最大流为:5 此问题的最小费用为:39
起点
终点
距离
----
----
----
1
2
6
1
4
6
1
3
10
2
4
0
2
5
6
3
4
5
3
6
5
4
5
5
4
6
6
5
6
11
此问题的解为:22
即从 v1到v6 的最大流量为：22
习题 5 解：此题是一个求解最小费用最大流的问题，根据题意可知它要求出连接 v1
到 v6 的最小费用最大流量。解此问题可以得出最大流为 5，最小费用为 39。使用
习题 3
解：此题是一个求解最小生成树的问题，根据题意可知它要求出连接 v1 到 v8
的最小生成树。解此题可以得出结果为 18。也可以使用管理运筹学软件，得出 如下结果：
此问题的最小生成树如下：
*************************
管理运筹学软件，我们也可以得出结果如下：
从节点 1 到节点 6 的最大流
*************************
起点
终点
流量
费用
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此问题的最大流为:5 此问题的最小费用为:39
起点
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5
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11
此问题的解为:22
即从 v1到v6 的最大流量为：22
习题 5 解：此题是一个求解最小费用最大流的问题，根据题意可知它要求出连接 v1
到 v6 的最小费用最大流量。解此问题可以得出最大流为 5，最小费用为 39。使用
运筹学第三之图与网络分析
网络(赋权图)G (V , E),其边(vi ,v j )有权wij ,构造矩阵
A (aij )nn ,其中:
aij
wij 0
(vi ,v j ) E 其他
称矩阵A为网络G的权矩阵.
对于图G (V , E),|V | n,构造一个矩阵A (aij )nn ,其中:
1 aij 0
(vi ,v j ) E 其他
赋权的图称为网络.
无向图G (V , E),若图G中某些点与边的交替序列可以排成 (vi0 , ei1 , vi1 , ei2 , ...,vik1 ,eik ,vik )的形式,且eit (vit 1,vit )(t 1, ..., k ) 则称这个点边序列为连接vi0与vik的一条链，链长为k 点边列中没有重复的点和重复边者为初等链。
无向图G中，连结vi0 与vik的一条链,当vi0 与vik 是同一个点时, 称此链为圈.圈中既无重复点也无重复边者为初等圈.
v2
e4
v4
e1
v1
e2
e3
e5 e7
e9
e8
v6
e10
v3
e6
v5
图3
v2
v1 e1 e7 e6
v3
图4
e2
v4 e3
e8 e9 e10 v6
e4 e5 v5
图3中, S {v1, e1, v2 , e3 , v3 , e5 , v4 , e7 , v5 , e8 , v4 , e4 , v2 }
v4
1、连通且不含圈的无向图称为树。
树中次为1的点称为树叶，次大于1的点称为分支点。 T (V , E), V n, E m,则关于树的下列说法是等价的.
(1)T是一个树. (2)T无圈,且m n 1. (3)T连通,且m n 1. (4)T 无圈, 但每加一新边即得唯一一个圈. (5)T 连通, 但任舍去一边就不连通. (6)T中任意两点,有唯一链相连.
第六章物流运筹学——图与网络分析.
L( )
( vi ,v j )
l
ij
最小的 。
Dijkstra算法
算法的基本步骤： （1）给 v s 以 P 标号， P(vs ) 0 ，其余各点均给 T 标号， T (vi ) 。 （2）若 vi 点为刚得到 P 标号的点，考虑这样的点 v j： (vi , v j ) E ，且 v j 为 T 标号，对 v j 的 T 标号进行如下的更改：
v2
(4,3)
v4
(3,3)
(5,3) (1,1) (1,1) (3,0)
vs
(5,1)
vt
(2,1)
v1
(2,2)
v3
图 6-14
运输线路图
第四节 最小费用最大流问题
在容量网络 G (V , E, C ) ，每一条边 (vi , v j ) E 上，除了已 给容量 cij 外，还给了一个单位流量的费用 bij 0 ，记此时的容 量网络为 G (V , E, C , B) 。 所谓最小费用最大流问题就是要求一个最大流 f ，使流的 总运输费用 b( f )
定理 6-1 任何图中顶点次数的总和等于边数的 2 倍。 推论 6-1 任何图中，次为奇数的顶点必有偶数个。 图 G (V , E ) 和图 H (V , E ) ，若 V V且E E ，则 称 H 是 G 的子图，记作： H G ；特别的，当 V V 时， 称 H 为 G 的生成子图。
容量网络g若?为网络中从sv到tv的一条链给?定向为从sv到tv?上的边凡与?同向称为前向边凡与?反向称为后向边其集合分别用??和??表示??ijff?是一个可行流如果满足??????0ijijijijiijjffcvv??????????c???0ijijijfvv????则称?为从sv到tv的关于f的可增广链
( vi ,v j )
l
ij
最小的 。
Dijkstra算法
算法的基本步骤： （1）给 v s 以 P 标号， P(vs ) 0 ，其余各点均给 T 标号， T (vi ) 。 （2）若 vi 点为刚得到 P 标号的点，考虑这样的点 v j： (vi , v j ) E ，且 v j 为 T 标号，对 v j 的 T 标号进行如下的更改：
v2
(4,3)
v4
(3,3)
(5,3) (1,1) (1,1) (3,0)
vs
(5,1)
vt
(2,1)
v1
(2,2)
v3
图 6-14
运输线路图
第四节 最小费用最大流问题
在容量网络 G (V , E, C ) ，每一条边 (vi , v j ) E 上，除了已 给容量 cij 外，还给了一个单位流量的费用 bij 0 ，记此时的容 量网络为 G (V , E, C , B) 。 所谓最小费用最大流问题就是要求一个最大流 f ，使流的 总运输费用 b( f )
定理 6-1 任何图中顶点次数的总和等于边数的 2 倍。 推论 6-1 任何图中，次为奇数的顶点必有偶数个。 图 G (V , E ) 和图 H (V , E ) ，若 V V且E E ，则 称 H 是 G 的子图，记作： H G ；特别的，当 V V 时， 称 H 为 G 的生成子图。
容量网络g若?为网络中从sv到tv的一条链给?定向为从sv到tv?上的边凡与?同向称为前向边凡与?反向称为后向边其集合分别用??和??表示??ijff?是一个可行流如果满足??????0ijijijijiijjffcvv??????????c???0ijijijfvv????则称?为从sv到tv的关于f的可增广链
运筹学课程设计
运筹学 课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解运筹学的基本概念，掌握线性规划、整数规划等基本模型；2. 学会运用图与网络分析解决问题，掌握关键路径法、最小生成树等算法；3. 了解库存管理、排队论等运筹学在实际生活中的应用。
技能目标：1. 能够运用运筹学方法解决实际问题，提高问题分析和解决能力；2. 培养逻辑思维和数学建模能力，提高数学素养；3. 提高团队协作和沟通能力，学会在小组讨论中分享观点、倾听他人意见。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对运筹学的兴趣，激发学习热情；2. 培养学生的创新意识和实践能力，使其敢于面对挑战，勇于解决问题；3. 增强学生的社会责任感，认识到运筹学在国家和企业发展中的重要作用。
课程性质分析：本课程为高中年级的选修课程，旨在帮助学生掌握运筹学的基本知识和方法，提高解决实际问题的能力。
学生特点分析：高中年级的学生具有一定的数学基础和逻辑思维能力，对新鲜事物充满好奇，但可能对理论性较强的知识缺乏兴趣。
教学要求：1. 注重理论与实践相结合，提高课程的实用性；2. 采用案例教学，激发学生学习兴趣；3. 强化小组讨论和团队合作，培养学生的沟通能力和协作精神。
二、教学内容1. 运筹学基本概念：介绍运筹学的定义、发展历程、应用领域，使学生了解运筹学的基本框架。
教材章节：第一章 运筹学导论2. 线性规划：讲解线性规划的基本理论、数学模型以及求解方法，如单纯形法、对偶问题等。
教材章节：第二章 线性规划3. 整数规划：介绍整数规划的概念、分类以及求解方法，如分支定界法、割平面法等。
教材章节：第三章 整数规划4. 图与网络分析：讲解图的基本概念、最小生成树、最短路径、关键路径等算法。
教材章节：第四章 图与网络分析5. 库存管理：分析库存管理的基本原理，介绍库存控制、订货策略等。
教材章节：第五章 库存管理6. 排队论：介绍排队论的基本概念、排队系统性能指标，分析排队策略。
教材章节：第六章 排队论7. 运筹学应用案例：分析实际生活中的运筹学应用，如交通运输、生产调度等，提高学生运用运筹学方法解决实际问题的能力。
《运筹学》全套课件(完整版)
负指数分布、几何分布、爱尔朗分布等。
服务时间分布
负指数分布、确定型分布、一般分布等。
顾客到达和服务时间的独立性
假设顾客到达和服务时间是相互独立的。
单服务台排队系统
M/M/1排队系统
顾客到达服从泊松分布，服务时间服从负指 数分布，单服务台。
M/D/1排队系统
顾客到达服从泊松分布，服务时间服从确定 型分布，单服务台。
投资组合优化
确定投资组合中各种资产的最 优配置比例，以最大化收益或
最小化风险。
03
整数规划
整数规划问题的数学模型
01
整数规划问题的定 义
整数规划是数学规划的一个分支 ，研究决策变量取整数值的规划 问题。
02
整数规划问题的数 学模型
包括目标函数、约束条件和决策 变量，其中决策变量要求取整数 值。
03
Edmonds-Karp算法
介绍Edmonds-Karp算法的原理、步骤和实现方法，以及其与FordFulkerson算法的比较。
网络最大流问题的应用
列举网络最大流问题在资源分配、任务调度等领域的应用案例。
最小费用流问题
最小费用流问题的基本概 念
介绍最小费用流问题的定义、 分类和应用背景。
Bellman-Ford算法
优点是可以求解较大规模的整数规划问题，缺点是计算量较大，需 要较高的计算精度。
割平面法
割平面法的基本思想
通过添加新的约束条件（割平面）来缩小可行域的范围，从而逼 近最优解。
割平面法的步骤
包括构造割平面、求解子问题和更新割平面三个步骤，通过不断 迭代找到最优解。
割平面法的优缺点
优点是可以处理较复杂的整数规划问题，缺点是构造割平面的难 度较大，需要较高的数学技巧。
服务时间分布
负指数分布、确定型分布、一般分布等。
顾客到达和服务时间的独立性
假设顾客到达和服务时间是相互独立的。
单服务台排队系统
M/M/1排队系统
顾客到达服从泊松分布，服务时间服从负指 数分布，单服务台。
M/D/1排队系统
顾客到达服从泊松分布，服务时间服从确定 型分布，单服务台。
投资组合优化
确定投资组合中各种资产的最 优配置比例，以最大化收益或
最小化风险。
03
整数规划
整数规划问题的数学模型
01
整数规划问题的定 义
整数规划是数学规划的一个分支 ，研究决策变量取整数值的规划 问题。
02
整数规划问题的数 学模型
包括目标函数、约束条件和决策 变量，其中决策变量要求取整数 值。
03
Edmonds-Karp算法
介绍Edmonds-Karp算法的原理、步骤和实现方法，以及其与FordFulkerson算法的比较。
网络最大流问题的应用
列举网络最大流问题在资源分配、任务调度等领域的应用案例。
最小费用流问题
最小费用流问题的基本概 念
介绍最小费用流问题的定义、 分类和应用背景。
Bellman-Ford算法
优点是可以求解较大规模的整数规划问题，缺点是计算量较大，需 要较高的计算精度。
割平面法
割平面法的基本思想
通过添加新的约束条件（割平面）来缩小可行域的范围，从而逼 近最优解。
割平面法的步骤
包括构造割平面、求解子问题和更新割平面三个步骤，通过不断 迭代找到最优解。
割平面法的优缺点
优点是可以处理较复杂的整数规划问题，缺点是构造割平面的难 度较大，需要较高的数学技巧。
运筹学实验报告
运算过程及敏感性报告：
目标函数 约束条件
1 5 1 0
3 10 ≤ 50 1 ≤ 1 1 ≤ 4
分析总结： 对偶问题的最优解代表原问题 松弛变量的检验数，对应 Excel 表中的求
决策 变量 X1 2 目标函数最大化
X2 4 14
解结果就是目标函数的影子价格。 目标价 值系数、 右端常数项的变化范围都可在敏 感性报告中得出。即“允许的增量” “允
第 15 页 共 17 页
运筹学实验报告 7．网络计划
6. 图与网络分析： 图与网络分析：-----------------------------------------------------------------------13 （1）最短路径： 最短路径：写出下图从 v1 到各点的最短路径及路长------------------------13 （2）最大流量： 最大流量：题目 1、题目 2------------------------------------------------------14
第 2 页 共 17 页
运筹学实验报告 线性规划问题:题目 2
max z = 3 x 1 + 2 x 2 + 2.9 x 3 8 x 1 + 2 x 2 + 10 x 3 ≤ 300 10 x 1 + 5 x 2 + 8 x 3 ≤ 400 2 x1 + 1 , x 2 , x 3 ≥ 0
V5 1 4 1 2 V6 V7
3
解：到 V7 最短路为 8 路线为：V1 V2 V3 V4 V6 V7
同理采用换目标单元格变量的方法： V6：把 V6 的净流量改为-1 得到关键路线为：V1 V5：把 V5 的净流量改为-1 得到关键路线为：V1 V4：把 V4 的净流量改为-1 得到关键路线为：V1 V3：把 V3 的净流量改为-1 得到关键路线为：V1 V2：把 V2 的净流量改为-1 得到关键路线为：V1
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课内实验报告
课 程 名： 运 筹 学
任课教师：
专 业
：
学 号：
姓 名：
2015/2016学年 第 2 学期
南京邮电大学通达学院 商学院
《 运筹学 》课程实验第 4 次实验报告
实验内容及基本要求：
实验项目名称：图与网络建模与求解实验
实验类型： 验证
每组人数： 1
实验内容及要求：
内容：图与网络建模与求解
要求：能够写出求解模型、运用软件进行求解并对求解结果进行分析
实验考核办法：
实验结束要求写出实验报告。实验报告的形式可以包括以下3点：
1.问题的分析与建立模型,阐明建立模型的过程。
2.计算过程,包括采用什么算法，使用什么软件以及计算详细过程和结果。
3.结果分析,将结果返回到实际问题进行分析、讨论、评价和推广。
实验结果：（附后）
成绩评定：
该生对待本次实验的态度 □认真 □良好 □一般 □比较差。
本次实验的过程情况 □很好 □较好 □一般 □比较差
对实验结果的分析 □很好 □良好 □一般 □比较差
文档书写符合规范程度 □很好 □良好 □一般 □比较差
综合意见：
成绩 指导教师签名 日期
实验背景：求下图中v1到v6的最短路
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