目标规划的数学模型
在一次决策中,实际值不可能既超过目标值又 未达到目标值,故有 d+× d- =0,
并规定d+≥0, d-≥0 实际操作中,当目标值确定时,所做的决策只可 能出现以下三种情况(即由d+和d- 所构成的3种不 同组合表示的含义): 当完成或超额完成规定的指标则表示:d+≥0, d-=0 当未完成规定的指标则表示: d+=0, d-≥0 当恰好完成指标时则表示: d+=0, d-=0 ∴ d+× d- =0 成立。
5、满意解(具有层次意义的解) 对于这种解来说, 前面的目标可以保证实现或部分实现, 而后面的目标就不一定能保证实现或部分实现, 有些可能就不能实现。
分析:这是一个含有两个目标的数学规划问题. 设 若只考虑花钱最少,则 x1 ,x2分别为采购甲级、乙级原材料的数量 显然属于线性规划问题, 若只考虑采购数量最 (单位:kg)
由(1),(3)至(6) 多,则也属于线性规 构成它的数学模型 划问题,由(2), (3)至(6)构成它 y2为所购原料总量.则: 的数学模型
资源限制 3600 2000 3000
钢1 , X2 一般有: 同时: maxZ1=70 x1 + 120x2 maxZ2= x1 maxZ3= x2 9 x1 +4 x2 ≤3600 4 x1 +5 x2 ≤ 2000 3 x1 +10 x2 ≤3000 x1 , x2 ≥0
表示Pk比Pk+1具有绝对的优先权.
因此,不同的优先因子代表着不同的优先等级.
若要进一步区别具有相同优先级的多个目标,
则可分别赋予它们不同的权系数ωj
(ωj 可取一确定的非负实数),
根据目标的重要程度而给它们赋值,
重要的目标,赋值较大,
反之ωj 值就小.
4、达成函数(即目标规划中的目标函数) 通过引入目标值和偏差变量,使原规划问题中的目 标函数变成了目标约束, 那么现在问题的目标是什么呢? 目标规划的目标函数(准则函数) 是按各目标约束的正、负偏差变量和赋予相应的优 先因子及权系数而构造的。 当每一目标值确定后,决策者的要求是尽可能缩小 偏离目标值。
矩阵表示为:
MaxY CX , AX B 约束条件 : X 0 (GP1)
其他情况:如目标函数为 min y , 约束条件
为“≥”,都可作适当的变换,调整为上面的形
式.
对于多目标问题中大多的情况是:
由于多目标之间存在相互矛盾,
最优解往往不可能存在, 这就要求我们退而求其次, 根据目标之间的相对重要程度, 分等级和权重, 求出相对最优解——有效解(满意解), 为此引入以下概念,
•缺点是:这个最优解若是超过了实际的需要,很 可能是以过分地消耗了约束条件中的某些资源作为 代价。 •线性规划把各个约束条件的重要性都不分主次地 等同看待,这也不符合实际情况。
•求解线性规划问题,首先要求约束条件必须相 容,如果约束条件中,由于人力,设备等资源条 件的限制,使约束条件之间出现了矛盾,就得不 到问题的可行解, 但实际中出现矛盾时,生产还得继续进行,这将 给人们进一步应用线性规划方法带来困难。
(2)绝对约束(系统约束) 是指必须严格满足的等式或不等式约束。 如线性规划中的所有约束条件都是绝对约束, 否则无可行解。 所以,绝对约束是硬约束。
①将原目标函数转化为目标约束: (需引入目标值和正、负偏差变量) 例如:在下例中,规定Z1 的目标值为 50000, 正、负偏差为d+、d- ,则目标函数可以转换为目标约 maxZ1=70 x1 + 120x2 束,即70 x1 + 120 x2+ d1 d1 maxZ2= x1 =50000, 同样,若规定产品甲期望值是maxZ3= x2 200件,产品乙期望 9 x1 +4 x2 ≤3600 值是 250件,则有: 4 x1 +5 x2 ≤ 2000
y1 为花掉的资金,
Min y 1 2x1 x 2 目标函数为: Max y 2 x1 x 2
2 x1 x2 20 约束条件有: x x 100 1 2 x1 50 x1 , x2 0
1 2
3 4 5 6
目标规划正是在线性规划的基础上为适应这种复 杂的多目标最优决策的需要,而发展起来的. 它对众多的目标分别确定一个希望实现的目标值 然后按目标的重要程度(级别)依次进行考虑与 计算,以求得最接近各目标预定数值的方案. 如果某些目标由于种种约束不能完全实现,它也 能指出目标值不能实现的程度以及原因,以供决 策者参考.
因此目标规划的目标函数只能是一个使总偏差量为 最小的目标函数,
记为 minZ = f(d+、d-)。
一般说来,对于达成函数有以下三种情况, 但只能出现其中之一: ⑴.要求恰好达到规定的目标值, 即正、负偏差变量要尽可能小, 则minZ = f(d++ d-)。 ⑵.要求不超过目标值, 即允许达不到目标值, 也就是 正偏差变量尽可能小, 则minZ = f(d+)。 ⑶.要求超过目标值, 即超过量不限,但不低于目标 值, 也就是负偏差变量尽可能小, 则minZ = f(d-)。 这样根据各个目标的不同要求,可确定出总的目标 函数
maxZ=70 x1 + 120 x2 9 x1 +4 x2 ≤3600 4 x1 +5 x2 ≤ 2000 3 x1 +10 x2 ≤3000 x1 , x2 ≥0
显然,这是一个多目标规划问题,用线性规划 方法很难找到最优解。
对于多目标问题,线性规划很难为其找到
最优方案.极有可能出现:第一个方案使第一目 标的结果优于第二方案,而对于第二目标,第二 方案优于第一方案.就是说很难找到一个方案使 所有目标同时达到最优,特别当约束条件中有矛
从线性规划问题可看出: 线性规划只研究在满足一定条件下,单一目标 函数取得最优解. 而在企业管理中,经常遇到多目标决策问题, 如拟订生产计划时,不仅考虑总产值,同时要考虑 利润,产品质量和设备利用率等。 这些指标之间的重要程度(即优先顺序)也不相同, 有些目标之间往往相互发生矛盾。 •线性规划致力于某个目标函数的最优解,
一、问题的提出
引例1: 某生物药厂需在市场上采购某种原料, 现市场上有甲、乙两个等级,
单价分别为 2 千元/kg和 1 千元/kg,
要求采购的总费用不得超过 20 万元,
购得原料的总重量不少于 100 kg,
而甲级原料又不得少于 50 kg, 问如何确定最好的采购方案? (即用最少的钱、采购最多数量的原料).
2 1
maxZ3= x2 若规定3600的钢材必须用完, 9 x1 +4 x2 ≤3600 原式9 x1 +4 x2 ≤3600 4 x1 +5 x2 ≤ 2000 3 x1 +10 x2 , d 则变为 9 x1 4 x2 d 4 d 4 3600 d 4 ≤3000 0 4 x1 , x2 ≥0
引例2:
某厂计划在下一个生产周期内生产甲、乙两种 产品,已知资料如表所示。 试制定生产计划,使获得的利润最大? 同时,根据市场预测: 甲的销路不是太好,应尽可能少生产;乙的销路较好, 可以扩大生产,在此基础上使产量达到最大。 试建立此问题的数学模型。
单位 产品 资源 消耗
甲 9 4 3 70
乙 4 5 10 120
盾方程时,线性规划方法是无法解决的.实践中,
人们转而采取“不求最好,但求满意”的策略,
在线性规划的基础上建立一种新的数学规划方
法——目标规划.
二 目标规划概述 目标规划是在线性规划的基础上,为适应经济管理 中多目标决策的需要而逐步发展起来的一个分支。 (一)目标规划与线性规划的比较 1、线性规划只讨论一个线性目标函数在一组线性约 束条件下的极值问题; 而目标规划是多个目标决策,可求得更切合实际的解。 2、线性规划求最优解; 目标规划是找到一个满意解。
3、优先因子(优先等级)与优先权系数 一个规划问题常常有若干目标。 但决策者在要求达到这些目标时, 是有主次或轻重缓急的不同。 优先因子Pk 是将决策目标按其重要程度排序 并表示出来。
要求第一位达到的目标赋予优先因子P1, 次位的目标赋予优先因子P2,…, 并规定Pk>>Pk+1, 表示Pk比Pk+1有更大的优先权。 即首先保证P1级目标的实现, 这时可不考虑次级目标; 而P2级目标是在实现P1级目标的基础上考虑的; 依此类推。 即不管Pk+1乘以一个多大的正数M, 总成立Pk>MPk+1,
s.t
a11 x1 a12 x2 a1n xn b1 a21 x1 a22 x2 a2 n xn b2 a x c x c x b k2 2 kn n k k1 1 x1 , x2 , , xn 0
2、目标约束和绝对约束
(1)目标约束是目标规划中所特有的, 可把约束条件的右端项看作要追求的目标值; 也可以对目标函数规定一个目标值。 在达到此目标值时允许发生正或负偏差, 因此可在这些约束或目标函数中加入正、负偏差变量; 引入目标值和正、负偏差变量后, 把原目标函数和原约束条件转化成约束方程, 都并入到约束条件中, 我们称这类具有机动余地的约束为目标约束 。 也称为软约束。
3、线性规划中的约束条件是同等重要的,是硬约束; 而目标规划中有轻重缓急和主次之分,即有优先权 是软约束。
4、线性规划的最优解是绝对意义下的最优,但 需花去大量的人力、物力、财力才能得到; 实际过程中,只要求得满意解,就能满足需要 (或更能满足需要)。
因此,目前,目标规划已经在经济计划、生产管理、 经营管理、市场分析、财务管理等方面得到了广泛 的应用。
(二)、目标规划的基本概念 多目标规划问题的一般形式如下(简记为:GP1)
Max y1 c11 x1 c12 x2 c1n xn C1 X Max y2 c21 x1 c22 x2 c2 n xn C 2 X Max y c x c x c x C X m m1 1 m2 2 mn n m