整数规划的实例

三、整数规划的实例

在各类整数的规划中,有的除变量取值要求为整数外,在建模上基本同线性规划(见例1),但还有被称为0-1型的整数规划(见例2,例3),它能用以建立一般线性规划无法表达的问题的模型,在管理中得到了广泛的应用.

例1 某服务部门各时段(每2 h为一时段)需要的服务员人数如表8-10所示.按规定,服务员连续工作8 h(即四个时段)为一班.现要求安排服务员的工作时间,使服务部门服务员总量最少.

表8-10

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解 设在第j时段开始时上班的服务员人数为xj.由于第j时段开始时上班的服务员将在(j+3)时段结束时下班,故决策变量只需要考虑x1,x2,x3,x4,x5.问题的数学模型为

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很显然,这是一个纯整数规划问题.

例2 现有资金总额为 B.可供选择的投资项目有n个,项目j所需投资额和预期收益分别为aj和cj(j=1,2,…,n).此外,由于种种原因,有三个附加条件:第一,若选择项目1,就必须同时选择项目2,反之则不一定;第二,项目3和4中至少选择一个;第三,项目5、6和7中恰好选择两个.应当怎样选择投资项目,才能使总收益最大?

解 每一个投资项目都有被选择和不被选择两种可能,为此令img,当投资项目j时xj=1,当不投资项目j时xj=0.这样,问题可表示为

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这是一个0-1规划问题.其中,中间三个约束条件分别对应三个附加条件.

例3 工厂A1和A2生产某种物资.由于该物种资源供不应求,故需要再建一家工厂.相应的建厂方案有A3和A4两个.这种物资的需求地有B1,B2,B3,B4四个.各工厂年生产能力,各地年需求量,各厂至各需求地的单位物资运费cij(i,j=1,2,3,4)如表8-11所示.

表8-11

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工厂A3或A4开工后,每年的生产费用估计分别为1200万元或1500万元.现要决定应该建设工厂A3还是A4,才能使今后每年的总费用(即全部物资运费和新工厂生产费用之和)最少.

解 这是一个物资运输问题,其特点是事先不能确定应该建A3和A4中的哪一个,因而不知道新厂投产后的实际生产费用.为此,引入0-1变量img再设xij为由AI运往Bj的物资数量(i,j=1,2,3,4),单位是千吨;z表示总费用,单位是万元.则问题的数学模型为

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上述数学模型中,目标函数由两部分组成,和式部分为由各工厂运往各需求地的物资总运费,加号后的中括号部分为建工厂A3或A4后相应的生产费用.约束条件(a)到(h)为供需平衡条件.约束条件(g)和(h)中含0-1变量y.若y=1,表示建工厂A3.若y=0,表示建工厂A4.此时,约束条件(g)就是对工厂A3的运出量约束.再由条件(h),必有x41=x42=x43=x44=0;反之,若y=0,表示建工厂A4.

显然,这是一个混合整数规划问题.