- •Численные методы решения задач строительства
- •Часть 1
- •Предисловие
- •В ведение
- •Общие сведения о вычислительном эксперименте и математическом моделировании
- •Численные методы.
- •Погрешности вычислений
- •Понятия точности, устойчивости и сходимости при численном решении
- •Глава 1 Основные понятия матричного исчисления
- •1.1. Матрицы и векторы.
- •1.2. Матрицы специального вида
- •1.3. Действия над матрицами
- •1.4. Нормы матрицы и вектора
- •1.5. Функции ms Excel для операций над матрицами
- •Контрольные вопросы
- •Г лава 2. Численные методы решения нелинейных уравнений
- •2.1. Первый этап. Отделение корней
- •Второй этап. Этап уточнения корня
- •Iteration (итерация)- повторение, ре-зультат повторного применения какой-либо математической операции.
- •Метод половинного деления (бисекции)
- •Метод хорд
- •Метод Ньютона (метод касательных)
- •Модифицированный метод Ньютона
- •Реализация численных методов решения нелинейных уравнений средствами приложения ms Excel
- •Последовательность действий:
- •2.3.1. Решение нелинейных уравнений с использованием надстройки «Подбор параметра»
- •Последовательность действий
- •Контрольные вопросы
- •3.2. Прямые методы решения систем линейных алгебраических уравнений
- •3.2.1. Метод Гаусса
- •3.2.2. Метод прогонки
- •Алгоритм метода прогонки
- •3.3. Итерационные методы решения систем линейных алгебраических уравнений
- •3.3.1. Метод Якоби (простых итераций)
- •3.3.2. Метод Гаусса – Зейделя.
- •3.3.3. Условия сходимости итерационного процесса
- •3.5. Устойчивость решения слау относительно исходных данных (или обусловленность задач и вычислений)
- •3.6. Примеры решения слау с использованием электронных таблиц ms Excel
- •3.6.1. Реализация метода Гаусса
- •Последовательность действий
- •Прямой ход метода Гаусса.
- •3.6.2. Решение слау с помощью надстройки «Поиск решения»
- •Последовательность действий:
- •3.6.3. Реализация метода Якоби средствами приложения ms Excel
- •Последовательность действий
- •3.6.4. Реализация метода прогонки средствами приложения Excel
- •Последовательность действий
- •Контрольные вопросы
- •Г лава 4. Численное интегрирование
- •Алгоритм метода половинного шага.
- •4.1. Квадратурные формулы прямоугольников
- •4.2. Квадратурная формула трапеций
- •4.3. Квадратурная формула Симпсона
- •4.4. Реализация методов численного интегрирования средствами приложения Ms Excel
- •Последовательность действий:
- •Контрольные вопросы
- •Г лава 5. Аппроксимация
- •5.1. Задачи аппроксимации
- •5.2. Интерполирование функций
- •5.2.1. Постановка задачи интерполирования
- •5.2.2. Интерполяционная формула Лагранжа
- •5.3. Среднеквадратичное приближение функций
- •5.3.1. Постановка задачи
- •5.3.2. Метод наименьших квадратов
- •5.3.3. Линейная эмпирическая формула (линейная регрессия)
- •5.3.4. Коэффициент корреляции
- •5.3.5. Квадратичное (параболическое) приближение
- •5.3.6. Эмпирические формулы с двумя параметрами (метод выравнивания)
- •5.4. Решение задач аппроксимации с помощью электронных таблиц Excel
- •5.4.1. Построение уравнений регрессии методом наименьших квадратов с использованием надстройки «Поиск решения»
- •Последовательность действий
- •5.4.2. Построение линейной эмпирической формулы с использованием встроенных функций линейн и тенденция
- •Последовательность действий
- •Последовательность действий
- •Контрольные вопросы
- •Глава 6. Численные методы оптимизации
- •6.1. Общие сведения
- •6.1.1. Математическая модель задачи оптимизации
- •6.1.2. Классификация задач математического программирования
- •6.2. Постановка задачи оптимального проектирования
- •6.3. Задачи линейного программирования
- •6.3.1. Общая постановка задачи
- •6.3.2. Геометрический смысл системы линейных неравенств
- •Случай n проектных параметров.
- •6.3.3. Геометрический метод решения задач линейного программирования
- •Последовательность действий:
- •6.3.4. Симплекс-метод решения задач линейного программирования
- •Примеры задач линейного программирования в сфере проектирования и управления строительным производством
- •6.4.1. Задача об оптимальном плане выпуска продукции
- •6.4.2. Задача об оптимальном раскрое материалов (о минимизации отходов)
- •6.4.3. Задача о планировании смен на предприятии
- •6.4.4. Задача о покрытии местности при строительстве объектов
- •6.4.5. Транспортная задача
- •Задача о назначениях (проблема выбора)
- •6.5. Решение задач оптимизации с помощью ms Excel
- •6.5.1. Решение задачи планирования производства
- •Последовательность действий:
- •6.5.2. Решение транспортной задачи
- •Последовательность действий:
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Глава 1 16
- •Глава 2. 27
- •Глава 3. 51
- •Глава 4. 86
- •Глава 5. 100
- •Глава 6. 125
6.5.2. Решение транспортной задачи
Рассмотрим задачу, приведенную в примере 6.8.
В качестве проектных параметров были приняты - xij (i=1,2,3,4,; j=1,2,3) - количество цемента, перевозимого с i-го завода на j-ый ЖБК.
Известна Cij - стоимость перевозки единицы продукта с i -го завода на j-ый ЖБК.
Целевая функция:
Zmin =3x11+5x12+7х13+11х14+
+x21+4x22+6x23+3x24+
+5x31+8x32+12x33+7x34 (6.32)
Ограничения:
x11 +x12 +х13+х14 = 150,
x21 +x22 +x23+x24 = 130,
x11 +x21 +х31 = 150, (6.33)
x12 +x22 +x32 = 120,
x13 +x23.+x33 = 80,
x14 +x24.+x34 = 50,
xij0 (i=1,2,3; j=1,2,3,4).
Последовательность действий:
Подготовим таблицу, как показано на рис.6.17. Ячейки, содержащие целевую функцию I10 и изменяемые ячейки (проектные параметры xij, i=1,2, j=1,2,3) D4:D6, F4:F6; Н4:Н6, J4:J6, тонированы. Для контроля счета в изменяемые ячейки введем какие-либо числа, например единицы. Эти значения проектных параметров можно рассматривать как начальное приближение решения.
Введем исходные данные (цены перевозок) из таблицы примера 6.8 в соответствующие ячейки рис.6.17 .
В ячейку I10 введем целевую функцию:
I10 = СУММПРОИЗВ(C4:C6;D4:D6) +
+СУММПРОИЗВ(E4:E6;F4:F6)+
+СУММПРОИЗВ(G4:G6;Н4:Н6;)+
+СУММПРОИЗВ(I4:I6;J4:J6)
Подготовим таблицу ограничений. Для этого в ячейку D10 введем формулу: D10=D4+F4+H4+J4-B4, а затем скопируем ее вниз на две строки.
Для ввода следующих четырех ограничений воспользуемся автосуммированием. Например: D13=СУММ(D4:D6)-D7, аналогичные формулы запишем в ячейки D15:D17.
Рис.6.17. Схема решения транспортной задачи
Последнюю строку ограничений добавим непосредственно в окне «Поиск решения».
Выделим ячейку I10 (целевая ячейка) и выберем команду меню Данные\Поиск решения. В появившемся окне «Поиск решения» сделаем установки, как показано на рис.6.18. Для ввода ограничений используем кнопку Добавить.
Рис.6.18. Окно «Поиск решения»
Результат счета приведен на рис.6.19, минимальная стоимость перевозок составляет 2040 у.е.
Рис.6.19. Результаты решения транспортной задачи
Контрольные вопросы
Математическая постановка задач оптимизации в строительстве.
Классификация задач математического программирования.
Общая постановка задачи линейного программирования.
Геометрический метод решения задач линейного программирования.
В чем заключается идея Симплекс-метод решения задач линейного программирования.
Основные задач линейного программирования в сфере проектирования и управления строительным производством
Литература
Антонов В.И., Копелевич Ф.И. Элементарная математика для первокурсника. 1-е изд., - СПб.: Лань, 2013. – 112с.
Вержбицкий В.М. Вычислительная и линейная алгебра. - М.: Высшая школа, 2009. - 351с.
Вержбицкий В.М. Основы численных методов. - М.: Высшая школа, 2009. - 840с.
Гельфанд И.М. Лекции по линейной алгебре. М.: Добросвет, 2009. – 320с.
Горлач Б.А. Линейная алгебра: учебное пособие. – СПб.: Лань, 2012. - 480с.
Демидович Б.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики. СПб.: Лань, 2007.-664с.
Золотов А.Б., Акимов П.А., Сидоров В.Н., Мозгалева М.Л. Информатика в строительстве (с основами численного моделирования). – М.: Архитектура – С, 2010. – 336с.
Кашеварова Г.Г., Пермякова Т.Б. Численные методы решения задач строительства на ЭВМ. – Пермь: ПГТУ, 2007. – 352с.
Киреев В.И., Пантелеев А.В. Численные методы в примерах и задачах — М.: Высш. шк. , 2008. — 480с.
Попов А. EXCEL. Практическое руководство. МГУТА, 2007. - 301с.
Самарский А. А. Введение в численные методы. Учебное пособие для вузов. 3-е изд., стер. — СПб.: Издательство «Лань», 2005. — 288с.
Турчак Л.И. Плотников П.В. Основы численных методов: Учебное пособие. 2-е изд. – М.: Физматлит, 2002. – 304с.
Щипачев В.С. Высшая математика. – СПб.: Лань, 2013. – 384с.
Оглавление
Предисловие 3
Введение 6
