- •0Министерство образования Российской Федерации
- •Московская финасово-юридическая академия
- •Учебное пособие по дисциплине «Математические методы в экономике»
- •Оглавление.
- •Введение в математические методы. Моделирование в экономике и его использование в развитии и формализации экономической теории.
- •Математическая модель и ее основные элементы (экзогенные и эндогенные переменные, параметры; виды зависимостей экономических переменных и их описание; уравнения, тождества, неравенства и их системы).
- •Модель Василия Леонтьева многоотраслевой экономики (балансовый анализ).
- •Задание.
- •Предмет и задачи исследования операций. Что такое исследование операций и чем оно занимается.
- •Основные понятия и принципы исследования операций.
- •Математические модели операций.
- •Прямые и обратные задачи исследования операций. Основные задачи ио.
- •Линейное программирование. Введение.
- •Примеры задач линейного программирования.
- •1.Задача об использовании ресурсов.
- •Задача составления рациона (задача о диете, задача о смесях).
- •Задания:
- •.Общая задача линейного программирования.
- •Геометрический смысл решений неравенств и их систем.
- •Графический метод решения злп.
- •Алгоритм решения злп графическим методом.
- •Задания:
- •Особые случаи задач линейного программирования. (графический метод) Неограниченность области допустимых решений.
- •Не единственность оптимального решения.
- •Системыmлинейных уравнений сnнеизвестными.
- •Основы симплекс - метода линейного программирования
- •Задачи.
- •Особые случаи симплексного метода Не единственность оптимального решения (альтернативный оптимум).
- •Появление вырожденного базисного решения
- •Отсутствие конечного оптимума.
- •Метод искусственных переменных (м-метод).
- •Задания.
- •Двойственные задачи
- •Свойства взаимно двойственных задач.
- •Алгоритм составления двойственных задач.
- •Объективно обусловленные оценки и их смысл.
- •Задания.
- •Модели целочисленного линейного программирования.
- •Методы отсечения.
- •Метод Гомори.
- •Алгоритм метода Гомори.
- •Понятие о методе ветвей и границ.
- •Задания
- •Транспортная модель.
- •Определение транспортной модели
- •Пример транспортной модели
- •Приведение любой транспортная модель к сбалансированной.
- •Решение транспортной задачи
- •Нахождение первоначального допустимого базисного решения.
- •I. Метод северо-западного угла
- •II.Метод минимальной стоимости.
- •Критерий оптимальности и нахождение переменной вводимой в базис. Метод потенциалов.
- •Нахождение переменной, выводимой из базиса.
- •Распределительный метод (построение замкнутого цикла).
- •Примеры задач транспортной модели. Модель производства за запасами
- •Задания.
- •Элементы теории игр.
- •Платежная матрица. Верхняя и нижняя цена игры.
- •Задания.
- •Решение игр в смешанных стратегиях.
- •Задания:
- •Нелинейное программирование. Классическое определение экстремума.
- •Глобальный экстремум.
- •Условный экстремум.
- •Метод множителей Лагранжа.
- •Выпуклые множества и выпуклые функции.
- •Задача выпуклого программирования.
- •Производная по направлению и градиент.
- •Методы спуска.
- •Градиентные методы.
- •Задания.
- •Динамическое программирование.
- •Общая постановка задач динамического программирования.
- •Принцип оптимальности.
- •Уравнения Беллмана.
- •Общая схема решения задач динамического программирования.
- •Задача о распределении средств между предприятиями.
- •Задания.
- •Модели сетевого планирования и управления.
- •Порядок построения сетевых графиков.
- •Задания.
- •Ключ к тесту.
- •Вопросы для подготовки к экзамену (зачету)
- •Список литературы.
II.Метод минимальной стоимости.
Метод минимальной стоимости отличается от метода северо-западного угла тем, что на каждом шаге выбирается переменная не в верхней левой ячейке, а в ячейке стоимость которой минимальна. Все дальнейшие действия осуществляются аналогично методу северо-западного угла.
Пример 16.
|
|
5 |
15 |
15 |
10 | ||||
|
15 |
х11 |
10 |
х12 |
0 |
х13 |
20 |
х14 |
11 |
|
25 |
х21 |
12 |
х22 |
7 |
х23 |
9 |
х24 |
20 |
|
5 |
х31 |
0 |
х32 |
14 |
х33 |
10 |
х34 |
18 |
Ячейка с наименьшей стоимостью
соответствует переменной
,
ей присваивается значение равноеmin(15;15)=15. вычеркивается
первая строка и второй столбец. Поскольку
вычеркнуты одновременно строка и
столбец, то в вычеркнутых ячейках
выбирается ячейка с минимальной
стоимостью и соответствующей переменной
присваивается значение 0
.
Далее в оставшейся таблице выбираем
ячейку с минимальной стоимостью
.
Вычеркиваем первый столбец и третью
строку,
.
Осталось не вычеркнутыми две ячейки.
Соответственно присваиваем
.
Во втором пункте потребления остается
10 единиц. Переменной
.
|
|
5 |
15 |
15 |
10 | |||||||||
|
15 |
|
10 |
15 |
0 |
|
20 |
|
11 | |||||
|
25 |
|
12 |
0 |
7 |
15 |
9 |
10 |
20 | |||||
|
5 |
5 |
0 |
|
14 |
0 |
10 |
|
18 | |||||
Н
ачальное
допустимое базисное решение:
![]()

Ц
елевая
функция при этом будет равна:
![]()


Критерий оптимальности и нахождение переменной вводимой в базис. Метод потенциалов.
Метод потенциалов эквивалентен выражению целевой функции через небазисные переменные.
Суть метода: столбцу iстрокеjставится в
соответствие переменные
потенциалы. Для всех базисных переменных
выполнено
.
Совокупность таких уравнений образует
системуm+n-1
уравнений сm+nнеизвестными. Значение потенциалов
определяется из этой системы, если
одному из потенциалов придается
произвольное значение.
Рассмотрим задачу примера 14:

Пусть
,
тогда

Далее, с помощью полученных потенциалов
строятся оценки для небазисных переменных
.
Получим оценки небазисных переменных для рассматриваемой задачи:

Критерий оптимальности: если все
оценки небазисных переменных
,
то полученное решение оптимально.
Если критерий оптимальности не выполнен,
то переменная, имеющая самую большую
оценку, будет вводиться в базис. В нашем
случае в базис должна быть введена
переменная
.
Нахождение переменной, выводимой из базиса.
Этот шаг эквивалентен применению условия допустимости в симплекс-методе. Увеличивать поставку в клетку вводимой переменной (3;1) можно до тех пор, пока одна из базисных переменных не станет равной 0.
Распределительный метод (построение замкнутого цикла).
Для вводимой переменной строится замкнутый цикл (цикл начинается и заканчивается в ячейке вводимой переменной). Он состоит из вертикальных и горизонтальных перемещений по транспортной таблице, причем смена направлений происходит только в ячейках с базисными переменными.
|
|
5 |
15 |
15 |
10 | ||||
|
15 |
5 |
10 |
10(+) |
0 |
|
20 |
|
11 |
|
25 |
|
12 |
5(-) |
7 |
15 |
9 |
5 |
20 |
|
5 |
х |
0 |
|
14 |
|
10 |
5(-) |
18 |
Т
ак
как количество перевозимого груза не
измениться, то увеличение переменной
на 1 единицу эквивалентно уменьшению
переменной
на 1 единицу, увеличению
на 1 единицу, уменьшению
на 1 единицу, увеличению
на 1 единицу, уменьшению
на 1 единицу. Ячейки, в которых перевозимая
продукция увеличится, пометим знаком
"+", а в которых уменьшиться - "-"
(помечаются ячейки, в которых меняется
направление построенного цикла).
С
оответствующий
процесс всегда начинается на "+" и
заканчивается на "-". При этом,
переменная, выводимая из базиса,
расположена в ячейке, помеченной знаком
"-". Чтобы выполнилось условие
допустимости выбирается минимальное
значение в клетках помеченных "-".
Эта переменная будет выводится из
базиса.
Переход к новой транспортной таблице осуществляется по правилу: значение переменной, выводимой из базиса прибавляется ко всем значениям переменных в ячейкам, помеченным знаком "+" и отнимается от значений переменных в ячейках, помеченных "-".
В нашем случаи min(5;5;5)=5.
Следовательно, любую соответствующую
переменную можно вывести из базиса.
Возьмем переменную![]()
|
|
5 |
15 |
15 |
10 | ||||
|
15 |
0 |
10 |
15 |
0 |
|
20 |
|
11 |
|
25 |
|
12 |
0 |
7 |
15 |
9 |
10 |
20 |
|
5 |
5 |
0 |
|
14 |
|
10 |
|
18 |
Значение целевой функции при этом
уменьшилось на величину
![]()
Далее проверяем условие оптимальности с помощью метода потенциалов. Можно считать потенциалы по транспортной таблице, не выписывая отдельно систему. Оценки для небазисных переменных так же можно записать сразу в таблицу.
|
|
V1=10 |
V2=0 |
V3=2 |
V4=13 | ||||
|
U1=0 |
0 |
10 |
1 |
0 |
-18 |
20 |
2 |
11 |
|
U2=7 |
х |
12 |
0(-) |
7 |
15 |
9 |
10 |
20 |
|
U3=-10 |
5 |
0 |
-24 |
14 |
-24 |
10 |
-15 |
18 |
Условие оптимальности не выполнено.
- переменная, вводимая в базис;![]()
- переменная, выводимая из базиса;
Значение
целевой функции не изменилось. Продолжим
решать задачу и перейдем к новой
транспортной таблице:
|
|
V1=5 |
V2=0 |
V3=2 |
V4=13 | ||||
|
U1=0 |
-5 |
10 |
1 |
0 |
-18 |
20 |
х |
11 |
|
U2=7 |
0 |
12 |
0 |
7 |
15 |
9 |
10(-) |
20 |
|
U3=-5 |
5 |
0 |
-19 |
14 |
-13 |
10 |
-10 |
18 |
Критерий оптимальности вновь не выполнен.
![]()
- переменная, вводимая в базис;![]()
- переменная, выводимая из базиса;
Значение
целевой функции не изменилось. Продолжим
решать задачу и перейдем к новой
транспортной таблице:
|
|
V1=5 |
V2=0 |
V3=2 |
V4=11 | ||||
|
U1=0 |
-5 |
10 |
15 |
0 |
-18 |
20 |
10 |
11 |
|
U2=7 |
0 |
12 |
0 |
7 |
15 |
9 |
-2 |
20 |
|
U3=-5 |
5 |
0 |
-19 |
14 |
-13 |
10 |
-12 |
18 |
Критерий оптимальности выполнен. Транспортная задача решена. Ответ можно записать в форме таблицы.
|
|
5 |
15 |
15 |
10 |
|
15 |
х11=0 |
х12=15 |
х13=0 |
х14=10 |
|
25 |
х21=0 |
х22=0 |
х23=15 |
х24=0 |
|
5 |
х31=5 |
х32=0 |
х33=0 |
х34=0 |
Суммарная стоимость всех перевозок равна 315.

(-)
(+)
31(+)
(-)
5(+)
21(+)
5(-)
14(+)
(+)