运筹学-第一讲概论.ppt

运筹学主讲：朱晓宁,第一章绪论,1.1运筹学的历史,1.2运筹学的定义、分支、发展史,“运筹”一词出自汉书高帝纪中的一段话，“夫运筹帷幄之中，决胜于千里之外，吾不如子房（子房是刘邦的得力辅佐大臣张良的字）。”运筹这个词具有运用筹划、运谋筹策、规划调度、运营研究等内涵。,1.1运筹学的历史,运筹学，顾名思义，即运用、筹划的学问。其某些思想可以说在我国由来已久，从“田忌赛马”、“丁谓挖沟”、“沈括运粮”三个典故中已见端倪。但是作为一门现代科学的运筹学，则是20世纪40年代前后诞生于英国，英语名词operationalresearch，直译为“作战研究”。在以后的历程中，它发展迅速，应用广泛，成效卓著，已经成为现代化科学管理不可或缺的强有力工具。,齐王要与大臣田忌赛马，双方各出上、中、下马各一匹，对局三次，每次胜负1000金。田忌在好友、著名的军事谋略家孙膑的指导下，做以下安排：,齐王上中下田忌下上中最终净胜一局，赢得千金。,田忌赛马,丁谓挖沟,北宋年间，丁谓负责修复火毁的开封皇宫。他的施工方案是：取土、运材、除圾,1、取土先将工程皇宫前的一条大街挖成一条大沟，将大沟与汴水相通。使用挖出的土就地制砖；,2、运材令与汴水相连形成的河道承担繁重的运输任务；,3、除圾修复工程完成后，实施大沟排水，并将原废墟物回填，修复成原来的大街。,丁谓将取材、运输及废墟物的处理用“一沟三用”巧妙地解决了。,都江堰水利工程战国时期（大约公元前250年）川西太守李冰父子主持修建。其目标是：利用岷江上游的水资源灌溉川西平原。追求的效益还有防洪与航运。其总体构思是系统思想的杰出运用。,都江堰由三大工程及120多项配套工程组成：1.“鱼嘴”岷江分水工程：将岷江水有控制地引入内江。2.“飞沙堰”分洪排沙工程：将泥沙排入外江。3.“宝瓶口”引水工程：除沙后的江水引入水网干道。它们巧妙结合，完整而严密，相得益彰。两千多年来，这项工程一直发挥着巨大的效益，是我国最成功的水利工程。,运筹学定义（OperationResearchOR）由于运筹学研究的广泛性和复杂性，人们至今没有形成一个统一的定义。以下给出几种定义：运筹学是一种科学决策的方法运筹学是依据给定目标和条件从众多方案中选择最优方案的最优化技术,运筹学是一门寻求在给定资源条件下，如何设计和运行一个系统的科学决策的方法,1.2运筹学的定义、分支、发展史,运筹学与其他学科的关系,运筹学是一门边缘学科，它与许多学科交叉或密切相关，其中主要相关学科有：数学科学、管理科学、经济科学、系统科学、计算机科学等学科。,在我国，管理科学（managementscience)的含义更加广泛，以致无法确切定义。在很大程度上可以说，管理就是决策，因此管理科学是一门决策科学，即帮助人们正确地决定应付各种复杂情况及解决各种复杂问题的方针和行动，以便有效地管理各种复杂系统使之有序运行的一门科学。而运筹学的首要特点就是能提供科学决策的依据，因此运筹学是管理科学的重要基础，是实行科学管理的强有力工具。,侧重于管理中常见的运筹学问题及其适用的运筹学模型与方法，尤其关注经济系统管理中一些常见问题。一个经济系统的运行过程可以归结为投入产出的过程，即投入资源（人力、物力、财力、信息、时间）、产出效益（实物和劳务的数量、质量、价值、效率）的过程。人们自然希望以较少的投入实现较大的产出，这就产生了经济系统如何运营的问题。对此，运筹学主要从以下两个方面进行研究：投入既定，如何实现最大产出？产出既定，如何实现最小投入？这是运筹学在经济管理中研究的两类基本问题，即所谓经济系统最优化问题。,目前用得最多的是符号与数学模型数学模型：对某一特定问题，用数学语言（字母、符号、图表、图形等）描述而得到的一个结构。,运筹学模型的一个显著特点是它们大部分为最优化模型。一般来说，运筹学模型都有一个目标函数和一系列的约束条件，模型的目标是在满足约束条件的前提下使目标函数最大化或最小化。,运筹学分析的主要步骤包括：发现和定义待研究的问题；构造数学模型；寻找经过模型优化的结果，并通过应用这些结果来改善系统的运行效率。,真实系统,系统分析问题描述,模型建立与修改,模型求解与检验,结果分析与实施,数据准备,运筹学分析的步骤,运筹学包含的主要分支数学规划（线性规划、整数规划、目标规划、非线性规划、动态规划、网络规划）图论与网络流决策分析,排队论库存论对策论搜索论,运筹学形成于20世纪30年代（第二次世界大战期间）,战斗机搜索潜艇（40年代）,军用物质运输（40年代）,苏联著名数学家康托洛维奇：“生产组织与计划中的数学方法”中提出合理调配和使用资源以便充分发挥其效用的研究中所提出的新的数学方法和理论。,国际上五大智囊团：兰德（RAND）公司（美国）国际应用系统分析研究所（美国）野村研究中心（日本）德国工业企业设备公司（德国）斯坦福咨询公司（美国）,兰德（RAND）公司（美国）的一项研究：RAND（ResearchAndDevelopmentCompany）1950年6月朝鲜战争爆发。不久，麦克阿素指挥的以美国为首的“联合国军”在仁川登陆，拦腰切断朝鲜人民军的后路，包围并重挫了朝鲜人民军的主力。然后，美国军队长驱北上，逼近鸭绿江边。,建国近一年的新中国的最高领导人对这场在国门口的战火持什么态度？在这种情况下，美国政府出资要求兰德（RAND）公司做一项紧急研究，并将成果呈报美国总统。,由战争过后解密后的报道，该项研究成果的结论极其明晰：中国将派军队入朝参战！与历史的实际完全一致。兰德（RAND）公司认为：尽管新中国当时的经济实力、军队的装备与效能远底于美国，并且相当多的高级将领对出兵持怀疑的态度，但由苏联、中国、朝鲜的政治格局，中朝两国领导人的历史源源和中国军队的士气，中国人民的民心、,中国共产党的威望及在邻国作战的有利条件等分析，中国绝不会袖手旁观，而且在当时的危急关头，除派兵入朝参战外，很难有别的选择。,有趣的是，在其透彻的分析中，还包含了对毛泽东主席的性格及心理学分析，毛泽东性格刚强，从不畏强敌，面对挑战绝不退缩，因此，可以断定毛泽东会最终做出参战的重大决策。,系统工程应用领域：宏观经济：能源：能源总体规划、运输、产供销：石油如何分配、水电、核电发展规划。军事：武器论证、反坦克系统、高炮系统、坦克系统、作战模拟、陆海空军作战。农业：农业规划、农业施肥。,交通：全国交通网、城市交通网、出租车、公交路线规划、港口选址、驳运、河运（航道堵塞）、空运（空中交通管制ATC）、物流工业企业：企业发展规划、生产计划、库存问题、新设备可行性、下料问题、全面质量管理、投入产出、生产调度问题、投资问题。,管理信息系统：决策支持系统（企业计划、财务、人事、材料、银行）区域发展规划：教育：人才预测、人才结构、师资、设备、职称提升、成人教育、毕业生考核,人口：人口预测大型项目可行性论证：宝钢、三峡工程医疗：体育：运动会组织,