Chương I: Một số mô hình và phương pháp tối ưu

Mô hình quy hoạch tuyến tính: - Các bước cần thiết khi áp dụng phương pháp mô hình hoá: + Khảo sát, phát hiện vấn đề cần giải quyết + Phát biểu các điều kiện ràng buộc, mục tiêu của bài toán dưới phương pháp định tính. + Thu thập số liệu, xác định phương pháp giải quyết. + Định ra quy trình giải + Đánh giá kết quả + Triển khai các phương án tìm được trên thực tế
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương I: Một số mô hình và phương pháp tối ưu Chương I MỘT SỐ MÔ HÌNH VÀ PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU 1. Mô hình quy hoạch tuyến tính 1.1. Các bước cần thiết khi áp dụng phương pháp mô hình hoá − Trước hết phải khảo sát, phát hiện vấn đề cần giải quyết. − Phát biểu các điều kiện ràng buộc, mục tiêu của bài toán dưới dạng định tính. Sau đó lựa chọn các biến quyết định / các ẩn số và xây dựng mô hình định lượng (còn gọi là mô hình toán học). − Thu thập số liệu, xác định phương pháp giải quyết. − Định ra quy trình giải / thuật giải. Có thể giải mô hình bằng cách tính toán thông thường. Đối với các mô hình lớn, gồm nhiều biến và nhiều điều kiện ràng buộc cần lập trình và giải mô hình trên máy tính. − Đánh giá kết quả. Trong trường hợp phát hiện thấy có kết quả bất thường hoặc kết quả không phù hợp với thực tế, cần kiểm tra và chỉnh sửa lại quy trình giải hoặc mô hình. − Triển khai các phương án tìm được trên thực tế. Các thuật ngữ sau thường gặp khi áp dụng phương pháp mô hình hoá: − Ứng dụng toán / Toán ứng dụng (Mathematical Applications hay Applied Mathematics). − Vận trù học (Operations Research viết tắt là OR). − Khoa học quản lí (Management Science viết tắt là MS) 1.2. Mô hình quy hoạch tuyến tính Phát biểu mô hình Với mục đích tìm hiểu bước đầu, xét mô hình toán học sau đây, còn gọi là mô hình quy hoạch tuyến tính hay bài toán quy hoạch tuyến tính (BTQHTT), mà trong đó chúng ta muốn tối ưu hoá (cực đại hoá hay cực tiểu hoá) hàm mục tiêu: z = c1x1 + c2x2 + cnxn → Max (Min) với các điều kiện ràng buộc: a11x1 + a12x2 +... +a1nxn ≤ b1 a21x1 + a22x2 +... +a2nxn ≤ b2 ... am1x1 + am2x2 +... +amnxn ≤ bm x1, x2,..., xn ≥ 0 (điều kiện không âm) Ví dụ: z = 8x1 + 6x2 → Max với các ràng buộc: 4x1 + 2x2 ≤ 60 2x1 + 4x2 ≤ 48 x 1 , x2 ≥ 0 Cần tìm các giá trị của các biến quyết định x1, x2 để các ràng buộc được thoả mãn và hàm mục tiêu đạt giá trị lớn nhất. Bài toán này có ý nghĩa kinh tế như sau: Giả sử một xí nghiệp sản xuất hai loại sản phẩm I và II. Để sản xuất ra một đơn vị sản phẩm I cần có 4 đơn vị nguyên liệu loại A và 2 đơn vị nguyên liệu loại B, các chỉ tiêu đó cho một đơn vị sản phẩm loại II là 2 và 4. Lượng nguyên liệu dự trữ loại A và B hiện có là 60 và 48 (đơn vị). Hãy xác định phương án sản xuất đạt lợi nhuận lớn nhất, biết lợi nhuận trên mỗi đơn vị sản phẩm bán ra là 8 và 6 (đơn vị tiền tệ) cho các sản phẩm loại I và II. Phương pháp đồ thị Phương pháp đồ thị có ý nghĩa minh hoạ và giúp hiểu bản chất vấn đề. Bước 1: Vẽ miền ràng buộc / miền các phương án khả thi, là tập hợp các phương án khả thi (các phương án, nếu nói một cách ngắn gọn). Mỗi phương án được thể hiện qua bộ số (x1, x2) còn gọi là véc tơ nghiệm, thoả mãn tất cả các ràng buộc đã có (xem hình I.1). − Trước hết chúng ta vẽ đồ thị 4x1 + 2x2 = 60 bằng cách xác định hai điểm trên đồ thị: (x1 = 0, x2 = 30) và (x2 = 0, x1 = 15). x2 30 4x1 + 2x2 = 60 12 A 8 B 2x1 + 4x2 = 48 4 C O 3 6 15 24 x1 Hình I.1. Phương pháp đồ thị giải bài toán quy hoạch tuyến tính Đồ thị trên là một đường thẳng chia mặt phẳng làm hai nửa mặt phẳng: một phần gồm các điểm (x1, x2) thoả mãn 4x1 + 2x2 ≤ 60; một phần thoả mãn 4x1 + 2x2 ≥ 60. Ta tìm được nửa mặt phẳng thoả mãn 4x1 + 2x2 ≤ 60. − Tương tự, có thể vẽ đồ thị 2x1 + 4x2 = 48 bằng cách xác định hai điểm thuộc đồ thị (x1 = 0, x2 = 12) và (x2 = 0, x1 = 24). Sau đó tìm nửa mặt phẳng thoả mãn 2x1 + 4x2 ≤ 48. − Lúc này, giao của hai nửa mặt phẳng tìm được trên cho ta tập hợp các điểm (x1, x2) thoả mãn hai ràng buộc đầu tiên. Tuy nhiên, để thoả mãn điều kiện không âm của các biến, ta chỉ xét các điểm nằm trong góc phần tư thứ nhất. Vậy miền các phương án khả thi là miền giới hạn bởi tứ giác OABC (còn gọi là đơn hình vì là miền tạo nên bởi giao của các nửa mặt phẳng). Bước 2: Trong miền (OABC) ta tìm điểm (x1, x2) sao cho z = 8x1 + 6x2 đạt giá trị lớn nhất. Cách 1: Dùng đường đồng mức. Tùy theo giá trị của x1, x2 mà z có những mức giá trị khác nhau. − Vẽ đường đồng mức: 8x1 + 6x2 = c ở mức c = 24, (ta có thể chọn giá trị c bất kì, nhưng chọn c = 24 là bội số chung của 6 và 8 để việc tìm toạ độ các điểm cắt hai trục toạ độ thuận lợi hơn). Dễ dàng tìm được hai điểm nằm trên đường đồng mức này là (x1 = 0, x2 = 4) và (x2 = 0, x1 = 3). Các điểm nằm ...