02 最优化模型建立方法

news/2024/5/3 14:32:18/文章来源:https://blog.csdn.net/fuxun222/article/details/126821075

1 什么是数学模型

        数学模型是关于部分现实世界和为一种特殊目的而作地一个抽象地.简化地结构

        具体就是为了某种目的,用字母.数字及其他数学符号建立起来地等式或不等式以及图表。图像。框图等描述客观事物的特征及内在联系的数学结构表达式。

2.建立数学模型的方法

        在对实际问题深入研究的基础上,利用有关数学的知识和概念,对自然规律的真实描述(数学描述)或模拟。

注意:

1.这种描述或模拟式解决问题为进行的

2.每一个问题并非只有唯一的数学描述

3.一种抽象的数学模型也可用于解决不同的实际问题

3.方法步骤

3.1模型的准备

数学语言来描述问题

3.2模型假设

简化问题,精准的语言提出一些恰当的假设

3.3模型建立

建立相应的数学结构

3.4模型求解

获取的数据资料,对模型所有参数做出计算(估计)

3.5 模型分析

对所得到的结果进行数学上的分析

3.6 模型检验

        将模型分析结果与实际清醒进行比骄傲,以此来验证模型的准确性 合理性 和 适用性。如果模型与实际吻合,给出计算记过的实际含义,进行解释,如果模型与实际吻合较差,则应该修改假设。

什么式最优化模型

一种特殊的数学模型

最优化模型建立的三要素

1.确定决策变量

2.确定目标函数

3.确定约数条件

4.举例

4.1 生产计划问题

         已知该厂每天材料消耗不得超过600kg,工时不得超过1400h.问每天生产A,B,C三种产品多少件可以使利润更大。

        设每天生产A,B,C X_1,X_2,X_3

Z=7X_1+3X_2+6X_3

约束条件:

4X_1+4X_2+5X_3\leqslant 600

4X_1+2X_2+3X_3\leqslant 1400

X_1,X_2,X_3\geq 0

综上可知:建立的数学模型

max Z =7X_1+3X_1+6X_3

s.t. 4X_1+4X_2+5X_3 \leq 600 \newline \qquad 4x_1+2X_2+3X_3 \leq 1400 \newline \qquad X_i \leq 0,i=1,2,3

 像这样目标函数和约数都是线性的就是线性模型

 

设买第j种食材x_j单位 j=1,2,...,n

目标函数 \sum_{j=1}^nc_jx_j

\sum_{j=1}^na_{ij}x_j\geq b_i ,i=1,2,..,m

x_j \geq 0,j=1,2,...,n

4.2 例2

 问题:此例与例1和练习题有什么不同?又该如何建立其数学模型呢?

 用这个方案进行决策变量,和之前的两道题不同 前面两道题是用什么假设什么

solution:

X_i为第i个方案所需的条材数

Z=\sum_{i=1}^6X_i(min)

约束条件

X_2+2X_3+3X_4+4X_5+5X_6 = 1000

6X_1+5X_5+3X_3+2X_4+X_5 = 2000

X_i \geq 0 \quad i=1,2,...,6

5. 非线性规划模型

5.1 能量传输问题

 solution:

假设第i个电站生产的电能为X_i(i=1,2,..,n)

所需的成本为c(X_i),输送过程中的损失电能L(X_1,X_2,...,X_n),m个用户所需的总电能为D,则目标函数为

C=\sum_{i=1}^n c(X_i)(min)

约束条件:

\sum_{i=1}^nX_i-L(X_1,X_2,...,X_n)\geq D

5..2 练习 选址问题

 第i个用户的距离为

\sqrt{(a_i-x)^2+(b_i-y)^2}

 设该中心为位置为(x,y)

目标函数

(min)distance =\sum_{i=1}^n\sqrt{(a_i-x)^2+(b_i-y)^2}

s.t. c_i\leq\sqrt{(a_i-x)^2+(b_i-y)^2} \leq d_i

5.3 例4 曲线拟合问题

机器学习应该会用到 用python代码试一试

最小二乘法来搞

solution:由题意得,决策变量为

c_i,c_2,c_3 \in R

目标函数为

e=\sum_{i=1}^n(p-p_i)^2

所建立模型为

min \quad e = \sum_{i=1}^n(c_1+c_2+...+e^{c_3t_i}-p_i)^2

5.4 投资决策问题

        

目标函数:

(min)\sum_{i=1}^nb_i

 s.t:

\sum_{i=1}^n a_i=A

 思考与讨论

        如从下面方面考虑例题和练习建立的最优化模型:

(1) 目标函数的个数有什么异同?

(2) 约束条件有何异同?

(3)目标函数和约束条件函数有什么异同?

(4)决策过程有何异同?

问题:你们从以上问题的答案中可发现什么结论?

最优化模型的分类

(1)单目标与多目标优化模型

按目标函数个数划分

(2)约数优化与无约束优化模型

按有无约束条件划分

(3)线性与非线性优化模型

按目标和约束条件的函数是否为线性函数划分

(4)静态优化和动态优化模型

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