运筹与优化

胡淑珂

目录

  • 1 运筹与优化课程介绍
    • 1.1 单元学习说明
    • 1.2 课程设计
      • 1.2.1 课程简介
      • 1.2.2 课程大纲与标准
      • 1.2.3 学习目标与学习活动
      • 1.2.4 课程考核要求
      • 1.2.5 教学进度安排(学时分配)
    • 1.3 先修知识与必备技能
      • 1.3.1 平台使用指南与技术支持
      • 1.3.2 学习支持
    • 1.4 人员及课程信息
    • 1.5 学习准则及标准
    • 1.6 绪论
  • 2 第一单元(线性规划及单纯形法)
    • 2.1 单元学习说明
    • 2.2 线性规划问题的数学模型
    • 2.3 图解法
    • 2.4 单纯形法的基本原理
    • 2.5 单纯形法计算步骤
    • 2.6 单纯形法的进一步讨论
    • 2.7 章节测验与任务
  • 3 第二单元(线性规划的对偶理论)
    • 3.1 单元学习说明
    • 3.2 对偶问题的提出
    • 3.3 线性规划的对偶模型
    • 3.4 对偶问题的基本性质
    • 3.5 影子价格与灵敏度分析
    • 3.6 对偶单纯形法
    • 3.7 章节测验与任务
  • 4 第三单元(运输问题)
    • 4.1 单元学习说明
    • 4.2 运输规划问题的数学模型
    • 4.3 表上作业法
    • 4.4 产销不平衡的运输问题及其应用
    • 4.5 章节测验与任务
  • 5 第四单元(整数规划与分配问题)
    • 5.1 单元学习说明
    • 5.2 整数规划的特点及应用
    • 5.3 分配问题与匈牙利算法
    • 5.4 分支定界法
    • 5.5 割平面法
    • 5.6 章节测验与任务
  • 6 第五单元(目标规划)
    • 6.1 单元学习说明
    • 6.2 目标规划问题及其数学模型
    • 6.3 目标规划的图解分析法
    • 6.4 目标规划应用
    • 6.5 章节测验与任务
  • 7 第六单元(图论与网络分析)
    • 7.1 单元学习说明
    • 7.2 图的基本概念与模型
    • 7.3 树与图的最小生成树
    • 7.4 最短路问题
    • 7.5 网络最大流问题
    • 7.6 最小费用最大流问题
    • 7.7 章节测验与任务
  • 8 第七单元(动态规划)
    • 8.1 单元学习说明
    • 8.2 多阶段的决策问题
    • 8.3 最优化原理和动态规划的数学模型
    • 8.4 动态规划的应用
    • 8.5 章节测验与任务
    • 8.6 结束语
  • 9 课程拓展
    • 9.1 课程实验具体任务与参考资料
    • 9.2 拓展知识(选学)
    • 9.3 高阶提升(选学)
图解法
  • 1 学习内容
  • 2 课程视频

(二)  图解法

学习重点:图解法作图关键步骤

学习难点:线性规划解的形式:唯一最优解;无穷多最优解;无界解;无可行解

图解法步骤:

步骤一,建立坐标系并在直角平面坐标系中画出所有的约束等式,然后找出满足所有约束条件的公共部分,称为可行域,可行域中的点称为可行解。

步骤二,根据目标函数确定目标函数值的等值线,以及目标函数改善的方向。

步骤三,画出目标函数等值线,若求最大(小)值,则令目标函数等值线沿目标函数值增加(或减少)的方向平行移动,找与可行域最后相交的点,该点就是最优解。   

步骤四,将最优解代入目标函数,求出最优值。

以线性规划图解法的知识点和思想为基础,我们深入探究这一线性规划经典算法,探究其蕴含的丰富的思政元素,归纳如下:

1) 做任何事情都要遵守规则。

图解法步骤一,根据约束条件在二维欧氏平面上画出可行域,该可行域是由满足约束条件的点所组成的集合。就是先确定可行域,在可行域下求目标函数的最大值,如果没有可行域域,再好的目标也是无法实现,有可行域但可行域无界,也是达不到最优的,给你无数个可行的方案,你能选着出最优吗?方案太多,等于没有。

俗话说:“国有国法,家有家规。”我们生活在社会这个大家庭中,为了每个人都各安其所,就要有各种行为准则来约束我们的行为。张居正说:“天下之事,不难于立法,而难于法之必行;不难于听言,而难于言之必行。”所以,我们在生活中的一言一行都应该自觉遵守规章制度,向他人释放正能量。


2) 透过现象看本质,抓住事物的共性也就是本质才能升华和收获。

图解法步骤二,根据目标函数确定目标函数值的等值线,以及目标函数增长的方向。等值线把杂乱无章的点,归为了等值线这个共性上。世界是复杂的也是简单的。复杂在每个事物都有自己的个性的一方面,而简单又在于它们具有本质上的共性。比如化学元素周期表中的元素118种却可以构建出如此纷繁复杂,多彩多姿的世界万物。并搬动了数以千万倍于己的巨蟒,这是无数只蚂蚁结成共同目标,协调一致,并为之奋斗的团队精神才能完成。团队精神是大局意识、协作精神和服务精神的集中体现,是以协同合作为核心,反映了个体利益和集体利益的统一,保证集体高效运转的一种精神。


3) 量的积累引起质变。

图解法步骤三和步骤四,沿目标函数增长方向移动目标函数的等值线,直到和可行域某一顶点相交并达到最大值,该交点即为最优解。这个知识点隐含着量变到质变的转变规律。量变会促使事物的发展,但是这需要量的积累,积累的多了,就会引起事物的发展变化。不断进步,积沙成丘,做任何事,都不像我们想象的那么简单,我们会遇到这样那样的困难,但是困难并不可怕,可怕的是我们无法下定决心去克服它。困难是最好的挑战。只有在有挑战的时候,我们才能不断进步,不断进步之后,成功只是时间问题。所以你不必等待有人告诉你,你成功了。只要你每天不断进步和突破,你每天都是一个成功的人。如果你每天都能取得进步,你计算过三年后会有多少进步吗?有时人生就是这样,只要你每天都有一点进步,坚持不懈,总有一天你会惊讶地发现,在不知不觉中,你已经在同龄人中脱颖而出,有能力承担更多的责任;相信“积沙成丘”的真理,不投机不取巧,踏踏实实做事,每天都有一点进步,你就一定能够成功。


通过知识的讲解和升华,在学习线性规划解的情况中提炼出线性规划图解法的数学思想;充分应用以下数学思想来进行线性规划解的情况的学习。

唯一最优解

无穷多最优解

无界解

无可行解


数形结合的思想

数是形的数,形是数的形。数形结合的方法来进行授课会起到事半功倍的效果。可以化抽象为形象;化冰冷为激情,变枯燥为有趣。

化零为整的思想

根据目标函数确定目标函数值的等值线,是利用等值线将杂乱无章的无穷多个点的函数值的比较问题,变成了无穷多等值线的比较问题,起到了化零为整、化无序为有序的作用。

化静为动的思想

等值线有无穷多条,沿目标函数增长方向移动目标函数的等值线,采取“动”的方法,找到静态等值线之间的关系,从而分析运动过程中“值”的变化过程。