《实用数学建模》介绍

设置交巡警平台需要考虑各平台工作量的均衡性以及最长出警时间不能超过3min这两个方面,可利用0-1整数规划,建立平台管辖区域划分模型。发生突发事件时,交巡警平台的警力需要被调度到指定的路口执行任务,最快到达指定路口并且总调度距离最短的方案,即为最佳调度方案,运用0-1规划可以解决这类指派问题。在犯罪嫌疑人从P逃跑3min后,为尽快抓捕逃犯,以点P为中心,从不可封锁点向外逐步延伸,在平台警力能成功封锁的前提下形成最小围堵圈,再利用平台警力调度模型,最终设计出了最佳围堵方案。     

基于点截集的围堵嫌犯模型

研究了在突发事件中交巡警对在逃嫌犯的围堵问题, 该问题为2011年全国大学生数学建模竞赛B题的一部分。接到报警后,交巡警服务平台的警力需要指派到路网路口以堵截嫌犯。将该问题转化为阻止嫌犯逃到特定点集的问题;并分析了怎样判断被选为围堵点的点集对一个指定点形成包围的问题。推广了点截集的概念,给出了判断点集是否为点截集和紧点截集的优化模型。然后将判断是否为点截集的模型转换为约束集合, 用于建立围堵嫌犯模型,以四个不同的优化标准分别建立了围堵问题的0-1整数规划模型。并给出了部分模型的Lingo算例。     

考虑占位决策的围堵嫌犯模型

研究了2011年中国大学生数学建模竞赛B题的突发事件中交巡警对在逃嫌犯的围堵问题。不同于对该问题的以往的研究,本文考虑了交巡警在包围圈中可以占据某些路口,使得嫌犯不能通过这些被交巡警占据的路口,从而为形成包围圈的交巡警赢得更多时间。利用两篇相关文献的关于点截集判断的结论和考虑占位决策的建模方法,以不同的目标函数建立了考虑占位决策的围堵嫌犯问题的三个混合0-1非线性整数规划模型。通过选取部分线性约束和目标函数一起组合成混合0-1线性整数规划模型,设计了基于混合0-1线性整数规划方法的算法,并给出了算例。     

带机会约束的警务调度模型及其解法

研究在紧急情况发生时,城市中不同交巡警服务平台的警务人员封锁指定区域的最优调度问题.把交巡警服务平台到达指定要道的时间视为满足正态分布的随机变量,从而建立了满足机会约束的警务调度模型并将该模型等价地转化为极小极大模型.给出了模型的求解算法及其计算复杂度.最后,通过一个数值例子来说明算法的有效性.     

封锁嫌疑犯的数学建模方法

本文是对《数学建模及其应用》第一期“问题征解”的题目的一个解答。利用一对一的匹配模型建立了交巡警平台围堵嫌疑犯的基本模型,而对于何时完成有效的围堵,可以通过逐次逼近的方法解决。利用所设计的模型和给出的算法,得到了该问题的最优解。最后给出在具体假设下的一个优化围堵方案。     

无人机协同任务的优化方案

研究的是多架无人机协同完成侦察、中继等作战任务的方案优化问题.对于侦查任务,首先建立了以总行进路径最短为目标的非线性0-1规划模型,求得单架加载S-1无人机无法完成任务,故又建立了以两组行进路径之和最短和组间路程差最小为目标函数的目标群分组的非线性0-1规划模型,得到最优分组方案.然后,由于S-2的扫描范围广,无需行遍所有目标点即可完成任务,故建立以扫描所有目标点为约束条件,遍历点数最少为目标的非线性0-1规划模型,求得仅需经过18个点即可完全扫描所有68个目标点.接下来,在满足S-1和S-2扫描每个目标点的时间差小于4h的前提下,得到了最优的飞行方案.对于中继任务,通过调整无人机的起飞时间,减少通过雷区的任意两架无人机的位置差异,得到仅需1架中继无人机的最优飞行方案.     

突发事件中对嫌疑犯有效封堵的模型与算法

基于CUMCM-2011 B题中关于嫌疑犯的封堵问题的研究.通过建立描述市区交通网络图的权矩阵,采用求最短路的Dijstra算法求出市区任意两节点的最短路径及路长,构作最佳路径阵和距离矩阵,以此为基点建立封堵路口的最优调度方案模型,再在此基础上建立封堵住嫌疑犯的最优模型,并设计了模型求解的算法.将算法应用于CUMCM-2011 B题中关于嫌疑犯的封堵问题,获得最优封堵方案.     

货运列车的编组调度问题研究

针对货运列车的编组调度问题,根据实际情况和理论研究的需要,首先对模型做了分析和假定.在此基础上,以中时最短为优化目标,给出了基于0-1整数规划和多目标优化理论的优化数学模型,实现了理论上可行的编组调度方案.     

货运列车的编组调度问题的研究

对于货运列车的编组调度问题,建立了以压缩中时和增加运量为双目标、多约束的0-1规划模型,采用逐步紧缩中时约束的方法得到了问题一的调度方案.在此基础上对装载特别物资的车辆施加更强的中时约束得到了问题二的调度方案.提出了列车匹配系数的概念并建立了列车最优配对原则,根据该原则对列车进行优化编组得到了问题三的调度方案.基于问题二的数据转换处理得到了问题四的调度方案.     

警力分配问题中的模糊优选动态规划法

根据市区公安分局基层警力的分配问题的特点,将模糊优选理论与动态规划法相结合建立了多维多目标模糊优选动态规划模型,用此模型对警力进行合理分配,以得到最优警力分配方案,为公安决策者在警力分配问题中提供科学的理论依据.     

邮路规划与邮车调度最优化理论研究

对小规模MTSP问题,建立了可精确求解方案的0-1规划模型,并在满足邮政运输需求的前提下给出了最佳方案.问题一首先以县支局、县局为顶点构建无向赋权图,通过Floyd算法求解各局间的最短距离;然后以Fijk为决策变量,以邮车工作时间、车辆运载能力为主要约束,建立以总空载损失费用最小为目标的0-1非线性规划模型,运用规划软件Lingo求解.问题二考虑到市邮路成本,我们采用分层规划策略,首先以市支局、县局为顶点构建无向赋权图,求解出最短路矩阵,建立以邮路运行成本最小为目标的0-1非线性规划模型IIA求解;然后,建立各县区的最短路矩阵,同样建立规划模型IIB求解各县运输方案.问题三由于县局地理位置不变,对区邮路无影响,故以全市各县支局为中心采用逐步最优方法对所有县区支局重新划分;然后采用模型IIB求解.第四问中考虑县局迁移,我们建立近似的启发式算法完成县局选址,并运用规划模型II求解的到新方案.最后,我们对两种区域划分调整方法还进行了定量的分析.     

基于模糊不确定性理论的Bernardo方法

Bernardo方法是一种多属性群决策方法。针对Bernardo方法，本文结合模糊不确定性理论，提出“模糊Bernardo”方法；利用模糊变量表示决策者对多方案排序的模糊目标值，给出其Bernardo方法的模糊混合0-1规划模型和模糊机会约束混合0-1规划模型。该方法为群决策提供了一种多方案排序问题的实用且有效的理论依据和计算方法。最后通过实例对此方法予以验证。     

基于正弦型光滑打磨函数对0-1规划问题的连续化求解方法

传统的求解0-1规划问题方法大多属于直接离散的解法.现提出一个包含严格转换和近似逼近三个步骤的连续化解法:(1)借助阶跃函数把0-1离散变量转化为[0,1]区间上的连续变量;(2)对目标函数采用逼近折中阶跃函数近光滑打磨函数,约束条件采用线性打磨函数逼近折中阶跃函数,把0-1规划问题由离散问题转化为连续优化模型;(3)利用高阶光滑的解法求解优化模型.该方法打破了特定求解方法仅适用于特定类型0-1规划问题惯例,使求解0-1规划问题的方法更加一般化.在具体求解时,采用正弦型光滑打磨函数来逼近折中阶跃函数,计算效果很好.     

钻井布局

本文将旧井的利用问题归结为 0 -1规划问题 ,由此建立了目标函数 .提出映射原理 ,将旧井的位置映射到一个单位网格中 ,从而大大地简化了模型的求解 .应用映射原理和穷举方法 ,求解出有方向约束条件下的可利用点为 4个 ,经过转化 ,推广到无方向约束条件下的可利用问题 ,解得 6个点可利用 .研究了目标成立的充分条件 ,给出了三种特殊情形下的判定方法 .提出了中垂线上的二分逼近法     

一类或决策模型及其应用

提出了一类特殊类型的数学规划模型并给出了一种新的分枝定界算法.这类数学模型尽管可以转化为0-1规划模型,但它相对于转化后的0-1规划模型:①决策意义明确,表达形式相对简单;②不需要引入参数M并在求解前确定其上界;③相对于求解转化后的0-1规划模型的分枝定界法,新分枝定界算法在最好情形下计算量最多为原算法的八分之一.作为本模型的一个应用,可以用来解决一些要么不实施要么有一定数量下限限制才可以实施的决策问题.     

带阀点效应水火联合调度问题的一种半定凸松弛求解法

水火联合调度问题是电力系统中一类复杂的优化问题。合理安排调度周期内的水火电出力,确定一个最优发电计划,可以带来巨大的经济效益。在实际系统中,汽轮机调汽阀开启时出现的拔丝现象会使机组耗量特性产生阀点效应。忽略阀点效应,在一定程度上降低求解的精度。本文考虑带阀点效应的水火联合调度问题。该问题非凸非光滑,且带有非线性约束,直接使用确定性全局优化方法求解是相当困难的。本文使用高效的半定规划求解此问题。首先用耗量特性函数的初始周期代替其余有限的周期,并对其进行二次拉格朗日插值拟合。再通过引进0-1变量,得到整个耗量特性函数的近似,进而把问题松弛为半定规划模型。最后,采用凸规划应用软件包CVX求解一个仿真算例,得到一个近似全局最优解。     

考虑乘客时间成本与换乘感受的中转航班登机口分配问题研究

针对2018年"华为杯"第十五届中国研究生数学建模竞赛F题展开研究对考虑乘客时间成本与换乘感受的中转航班登机口分配调度问题(Airport Gate Assignment Problem,AGAP)进行研究,建立了多目标0-1整数线性规划的中转航班登机口分配模型.根据不同的实际应用条件,对该模型进行相应改进,并使用Lingo求解,得出在最大化航班分配数量的基础上,最小化乘客换乘成本,同时尽量减少登机口使用数量的最优中转航班登机口分配方案,最后对分配结果进行分析.模型亮点在于:1)创新性地引入了乘客换乘成本惩罚因子,令模型对实际问题考虑更加全面.2)模型在时间离散化的基础上,将航班间隔时间纳入航班占用时间,建立了0-1整数线性规划模型求最优解,求解结果更加可靠.3)模型通过线性加权的方法,将多目标规划问题简化为单目标问题进行建模.     

排序问题P2|prmp|Cmax在中断—重复模型下的调度

对于传统的中断-恢复模型下的P2｜prmp｜Cmax问题，已有最优调度规则。但中断-恢复模型并不是一般意义下的中断模型。在某些情况下，被中断的任务不能被简单的恢复加工，而是在该任务被重新加工之前必须有一定的延迟时间。延迟可能是该项任务的一部分（或者是全部）需要返工的时间。本文在研究了排序问题P2｜prmp｜Cmax在中断-重复模型下的调度，指出对于选择哪一个任务被中断的问题是NP—hard的；而对于如何处理被中断的任务的问题，指出当被中断任务的最初被加工时间由Xj增加为Xj＋△xj=Xj/（1-1/2aj）时，可使得两台处理机的时间表长相等，从而达到最优。最优时间表长为：Cmax^＊=1/2n∑j=1pj＋ajxj/（2-aj）。最后给出了在中断-重复模型下的调度规则。     

公交车调度问题的数学模型

对 2 0 0 1年全国大学生数学建模竞赛的 B题——公交车调度问题进行了分析 ,建立了调度的目标规划模型及 0— 1规划模型 .在假设各站上、下车人数服从均匀分布的条件下 ,通过对模型的求解 ,求出了公交公司的最小运行车辆数 5 2辆 ,并给出了发车时刻表 ,其中上行方向运行 2 2 5班次 ,下行方向运行 2 2 0班次 .该模型简单 ,求解容易 ,能较好地考虑各方利益     

一道全国高中数学联赛试题的进一步研究

2014年全国高中数学联赛试题B卷解析几何试题为:如图1,椭圆Γ:x2/4+y2=1,A(-2,0),B(0,-1)是椭圆Γ上的两点,直线l1:x=-2,l2:y=-1,P(x0,y0)(x0>0,y0>0)是Γ上的一个动点,l3是过点P且与Γ相切的直线,C、D、E分别是直线l1与l2,l2与l3,l3与l1的交点,求证:三条直线AD,BE和CP共点.