运筹学模型及其应用

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页数:436
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出版时间:2012-8
价格:45.00元
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isbn号码:9787302298182
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  • 运筹学
  • 数学
  • G
  • 运筹学
  • 优化模型
  • 数学规划
  • 线性规划
  • 整数规划
  • 动态规划
  • 排队论
  • 图论
  • 决策分析
  • 仿真
  • 应用数学
  • 管理科学
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具体描述

《运筹学模型及其应用》主要介绍了运筹学的基本理论及其在工程实际中的应用。教材在系统地介绍运筹学基本模型、基本算法、经典实例的同时,以解决工程实际中的运筹学案例为主线,以LINGO软件的使用为手段,从问题的模型建立、算法设计、模型求解到结果分析,全面而深刻地探究实践、认识、再实践、再认识的认知过程。《运筹学模型及其应用》共11章,内容包括绪论、线性规划模型、运输问题模型、整数规划模型、多目标规划模型、图与网络模型、动态规划模型、存储模型、排队模型、决策模型、对策模型等。书中配有大量训练题并在附录中给出了参考答案。书后光盘刻录了《运筹学模型及其应用》中所有实例和案例求解的LINGO程序。

《运筹学模型及其应用》—— 揭示决策优化的科学力量 在信息爆炸、竞争激烈的现代社会,如何做出最优决策,如何在资源有限的情况下实现效益最大化,已成为个人、组织乃至于国家面临的核心挑战。无论是企业规划生产线,物流公司优化配送网络,还是城市管理者调配公共资源,亦或是科研人员设计实验方案,背后都蕴含着对复杂系统进行分析、预测和优化的深刻需求。《运筹学模型及其应用》一书,正是应运而生,它并非一本理论堆砌的枯燥读物,而是以其严谨的逻辑、丰富的实例和实用的方法,为读者打开了一扇通往科学决策之门,揭示了隐藏在各种复杂现象背后的数学规律和优化原理。 本书的核心在于“运筹学模型”,这是一种将现实世界中的问题抽象化、数学化的工具。它如同一个精密的放大镜,能够帮助我们剥离现象的表象,聚焦其本质结构,从而发现隐藏的规律和瓶颈。运筹学模型并非简单地套用数学公式,而是建立在对问题深刻理解和分析的基础之上。作者以清晰的脉络,从最基础的概念入手,逐步深入到各种复杂模型的构建和应用。 第一部分:运筹学模型的基础与思想 本书的开篇,并非直接扑入高深的数学公式,而是从运筹学的基本思想和发展历程讲起。读者将了解到,运筹学并非凭空产生,而是源于二战时期军事上的资源分配和决策优化需求,经过几十年的发展,已渗透到经济、管理、工程、社会科学等诸多领域。这种历史的视角,有助于读者理解运筹学解决问题的普适性和强大生命力。 接着,本书将引出“模型”的概念,并对其进行分类。读者将了解到,模型可以是描述性的,用于理解系统现状;也可以是预测性的,用于展望未来;而运筹学的重点,则在于“规范性”模型,即指导我们如何做出最佳决策的模型。本书将详细介绍不同类型的模型,例如: 数学模型: 这是运筹学中最核心的表达方式,通过数学语言来描述问题中的变量、约束和目标。读者将学习如何将实际问题转化为一系列代数方程、不等式,甚至更复杂的数学结构。 统计模型: 在数据驱动的时代,统计模型的作用日益凸显。本书将介绍如何利用统计学方法对数据进行分析,识别变量之间的关系,并为预测和决策提供依据。 仿真模型: 对于一些难以用精确数学模型描述的复杂系统,仿真模型提供了一种强大的工具。读者将了解如何构建和运行仿真模型,模拟系统的动态行为,并评估不同策略的效果。 在建立模型之前,明确问题的本质至关重要。本书将引导读者掌握一套系统性的问题分析方法: 定义目标: 任何决策都需要有明确的目标,是追求利润最大化,还是成本最小化?是提高效率,还是降低风险?明确目标是模型构建的第一步,也是最关键的一步。 识别变量: 哪些因素是我们可以控制的(决策变量),哪些因素是我们无法控制但会影响结果的(状态变量或参数)?清晰地识别这些变量,是建立有效模型的基础。 确定约束: 现实世界中的决策总是受到各种限制,例如资源的数量、时间的限制、技术的瓶颈等。本书将引导读者如何将这些约束转化为数学表达式,确保模型的实用性。 选择评价指标: 如何衡量一个决策的好坏?是利润、成本、时间、满意度,还是其他指标?选择合适的评价指标,直接关系到模型优化的方向。 第二部分:经典运筹学模型及其构建 本书的精华在于对各种经典运筹学模型的详尽阐述和构建方法。这些模型经过了无数实践的检验,在解决实际问题中展现了强大的威力。 线性规划模型: 这是运筹学中最基础也是最广泛应用的模型之一。读者将学习如何构建和求解线性规划问题,例如: 生产计划: 如何在有限的资源和市场需求下,安排最优的生产比例,以最大化利润。 混合问题: 如何根据原料的成本和性质,配制出满足产品规格的最佳混合物。 运输问题: 如何安排货物从不同仓库运往不同地点,以最小化总运输成本。 分配问题: 如何将任务分配给不同的工人,以最小化总耗时或最大化总产出。 本书将介绍单纯形法等求解线性规划问题的经典算法,并分析模型的敏感性分析,帮助读者理解参数变化对最优解的影响。 整数规划模型: 当决策变量只能取整数值时(例如,是否建造一座工厂,是否安排一班飞机),就需要用到整数规划。本书将介绍0-1整数规划、混合整数规划等模型,并讨论其在如下场景的应用: 选址问题: 在多个潜在地点中选择最优的工厂或仓库位置。 排班问题: 如何制定最优的员工或设备排班表。 项目选择: 如何在众多项目中选择最具投资价值的组合。 非线性规划模型: 现实世界中,很多问题的目标函数或约束条件是非线性的。本书将介绍非线性规划的基本概念和求解方法,并展示其在以下领域的应用: 投资组合优化: 如何在风险和收益之间找到最佳平衡点。 工程设计: 如何优化产品的结构参数以获得最佳性能。 化学反应优化: 如何调整反应条件以最大化产率。 动态规划模型: 当问题可以分解为一系列相互关联的子问题,且子问题的最优解能够构成整个问题的最优解时,动态规划就显得尤为有效。本书将深入讲解动态规划的思想,并将其应用于: 路径规划: 例如,最短路径问题、旅行商问题。 库存管理: 如何在需求不确定时,制定最优的库存策略。 资源分配: 如何将有限的资源分摊到多个阶段以达到整体最优。 网络优化模型: 许多实际问题都可以抽象为网络结构,例如交通网络、通信网络、供应链网络。本书将介绍: 最短路径算法: 例如Dijkstra算法,用于找出网络中最短的路径。 最大流算法: 例如Ford-Fulkerson算法,用于确定网络中的最大流量。 最小生成树算法: 例如Prim算法,用于连接所有节点并最小化总边权。 这些模型在物流配送、通信路由、项目管理等方面有着广泛的应用。 排队论模型: 在服务系统中,顾客(或任务)的到达和服务过程常常呈现随机性,导致排队现象。本书将介绍排队论的基本概念,如到达率、服务率、等待时间等,并通过M/M/1、M/M/c等经典模型,分析如何优化服务资源配置,减少顾客等待,提高服务效率,例如: 银行柜台设置: 如何确定最合适的服务窗口数量。 呼叫中心管理: 如何根据来电量安排话务员。 生产线上设备维护: 如何安排维修人员以最小化停机时间。 决策论与博弈论模型: 在面对不确定性或与他人互动时,决策论和博弈论提供了重要的分析工具。本书将介绍: 决策树: 用于分析不同决策路径下的收益和风险。 效用理论: 如何量化人们在不确定性下的偏好。 基本博弈模型: 例如囚徒困境,用于分析参与者之间的策略互动和纳什均衡。 这些模型在经济学、政治学、军事战略等领域发挥着重要作用。 第三部分:运筹学模型的实际应用与案例分析 理论模型的构建固然重要,但其价值最终体现在解决实际问题中。《运筹学模型及其应用》一书的另一大亮点,在于其丰富的案例分析。本书并非仅仅停留在模型本身,而是着力于展示模型如何与现实世界的具体场景相结合,解决那些看似棘手的问题。 供应链管理: 从原材料采购、生产制造到仓储配送,供应链的每一个环节都充满着优化的机会。本书将展示如何运用线性规划、库存模型、网络优化模型等,解决库存积压、运输成本过高、响应速度慢等问题,实现供应链的高效运转。 生产与运营管理: 企业如何制定最优的生产计划,如何安排设备维护,如何管理质量控制,这些都是运营管理的核心。本书将通过实例,说明如何利用排队论、整数规划、仿真模型等,提升生产效率,降低运营成本。 金融投资与风险管理: 在金融领域,运筹学模型被广泛应用于投资组合的构建、资产定价、风险评估等方面。本书将介绍如何运用非线性规划、风险模型等,实现投资收益的最大化和风险的最小化。 交通与物流: 优化交通流量,规划最优的物流配送路线,减少拥堵,降低运输成本,是城市发展和经济运行的关键。本书将展示如何运用网络优化模型、排队论等,解决这些复杂问题。 医疗与公共服务: 医院如何优化床位分配,如何安排手术室,如何调配急救资源?城市如何规划公共交通,如何分配警力,如何应对突发事件?本书将通过案例,展现运筹学在提升公共服务效率和满意度方面的作用。 第四部分:模型求解工具与未来展望 掌握了模型的构建方法,下一步就是如何求解这些模型。本书将介绍一些常用的运筹学求解软件和算法工具,例如: 专业的运筹学求解器: 如CPLEX、Gurobi等,它们能够高效地解决大规模的优化问题。 通用的科学计算软件: 如MATLAB、Python(with SciPy, PuLP, OR-Tools等库),它们提供了丰富的函数和工具,方便用户进行模型构建和求解。 电子表格软件: 如Excel的规划求解(Solver)功能,虽然处理规模有限,但对于入门和解决中小型问题非常实用。 在介绍了丰富的模型和应用之后,本书的结尾还将对运筹学的未来发展进行展望。随着大数据、人工智能、机器学习等技术的发展,运筹学正迎来新的机遇和挑战。本书将探讨如何将这些新兴技术与运筹学模型相结合,以应对更加复杂和动态的决策问题,例如: 机器学习与运筹学的融合: 利用机器学习预测需求、识别模式,然后将这些信息输入运筹学模型进行优化。 大规模优化问题的求解: 面对海量数据和日益复杂的系统,如何开发更高效的求解算法。 面向对象和分布式优化: 如何处理多主体、去中心化的决策系统。 总结 《运筹学模型及其应用》是一本面向广泛读者的著作。无论您是学生,希望系统学习运筹学的理论基础;还是企业管理者,希望利用科学方法提升决策水平;亦或是研究人员,希望将运筹学应用于自己的研究领域,本书都将为您提供宝贵的知识和工具。它不仅仅是一本教材,更是一份关于如何用科学、理性的思维去解决现实世界中各种复杂问题的指南。通过本书的学习,读者将能够更深刻地理解决策的本质,掌握优化系统的方法,最终在不断变化的环境中做出更明智、更有效的选择,从而在个人和事业上取得更大的成功。

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这本书的篇幅相当可观,内容详实到让人有些喘不过气来,它就像一本详尽的百科全书,几乎没有遗漏任何一个运筹学领域的重要基石。我最喜欢的是它对网络流理论的阐述,从最大流最小割定理的证明,到最小费用最大流的应用实例,层层递进,逻辑链条严密得如同瑞士钟表。这使我对交通网络设计和资源调度中如何利用流模型进行优化有了深刻的见解。但是,这本书的挑战性也正于此,它的数学门槛相当高,对于缺乏扎实数学分析基础的读者而言,很多章节可能需要反复研读甚至需要查阅其他数学预备知识,阅读体验略显“硬核”。我发觉自己需要花费大量时间去消化那些复杂的矩阵运算和不等式推导,这在一定程度上拖慢了对实际应用场景的了解进程。坦率地说,这本书更像是研究生阶段的专业教材,而非面向广泛工程技术人员的入门读物。如果能设计出一条更适合“带着问题来学习”的读者所走的非线性路径,通过更生动的案例引导读者进入复杂的数学世界,或许会更具吸引力。

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这本理论著作的深度实在令人惊叹,作者对基础概念的阐述细致入微,尤其是在对随机过程的建模部分,简直是教科书级别的示范。我过去在处理一些复杂的生产调度问题时,总是感觉缺少一个坚实的方法论支撑,而这本书恰好填补了这个空白。它不仅仅罗列公式,更重要的是引导读者思考为什么这些模型能够完美地映射到现实世界的复杂系统中去。比如,它对排队论中 M/M/c 模型的推导过程,清晰地展现了极限分析的精妙之处,让我对如何优化服务窗口的配置有了全新的认识。读完关于动态规划的部分后,我立刻尝试将其应用到我正在进行的一个供应链库存优化项目中,发现相比我之前采用的启发式算法,基于 Bellman 方程的精确解法在长期成本节约方面有着显著的优势。不过,我个人希望在讲解一些高级的组合优化算法时,能有更多的实际案例穿插其中,让理论与实践的连接点更加紧密,毕竟对于初学者来说,纯粹的数学推导有时会显得有些晦涩难懂,增加一些图示和更贴近工业界的例子,无疑会让学习曲线更加平滑。总体而言,对于希望在决策科学领域深造的人来说,这是一份不可或缺的案头参考书。

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这本书的排版和逻辑结构设计得非常清晰,章节之间的过渡自然流畅,使得读者可以循序渐进地掌握复杂的知识体系。特别是作者在引入每一个新模型时,都会先从一个清晰的实际问题背景出发,然后逐步构建数学框架,这种“问题导向”的教学方法,极大地提升了阅读的代入感和学习兴趣。我个人非常欣赏其中关于组合优化中启发式和元启发式算法的介绍,比如遗传算法和模拟退火法的原理阐述得非常透彻,这为解决那些计算复杂度极高的问题提供了实用的工具箱。不过,书中对于如何选择合适的求解方法这一“元知识”的探讨相对薄弱。面对一个全新的优化问题,我们如何快速判断它更适合使用线性规划、整数规划还是非线性方法?书中更多地是分别介绍了各类方法的原理,而缺少一个高层次的决策树或比较框架,帮助读者快速进行方法论的选择和匹配。如果能增加一章专门讨论“模型选择与方法论导航”,这本书的实用指导价值将更上一层楼,成为一本从入门到精通的实战手册。

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我花了很长时间才将这本书读完,最让我印象深刻的是其对决策过程不确定性处理的深入探讨,尤其是引入随机变量和概率分布的章节,让我意识到在真实世界中,确定性模型往往是过于理想化的。书中对蒙特卡洛模拟在评估复杂系统风险方面的应用进行了详尽的介绍,这对于理解金融工程和风险管理领域中的不确定性建模至关重要。作者在解释如何构建稳健优化模型(Robust Optimization)时,清晰地展示了如何通过设定一个可行域的“不确定性集”来构造保守但可靠的解决方案,这远比传统的简单敏感性分析要深刻得多。然而,在关于大规模优化问题的求解策略上,这本书的覆盖面似乎不如预期的那样广博。例如,在现代大数据背景下,分布式优化算法或者机器学习辅助的优化方法(如利用神经网络来近似价值函数)的讨论几乎缺失,这让这本书在面对“大数据”和“实时决策”这两个前沿议题时,显得稍稍有些落伍了。对于关注前沿动态的读者来说,这可能是一个遗憾。

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翻开这本书,我感受到的首先是一种扑面而来的学术气息和严谨态度,它几乎囊括了所有经典运筹学分支的核心内容,从线性规划到非线性规划,再到整数规划的各种变体,脉络梳理得非常清晰。特别值得称赞的是,作者在讨论对偶理论时,不仅解释了其数学意义,还深入挖掘了其在经济学解释上的价值——比如边际效益的直观理解,这对于我理解资源稀缺性下的最优分配决策非常有帮助。然而,书中对于算法实现细节的着墨似乎略显不足,例如,当我们真正需要用代码去求解一个大规模的混合整数线性规划问题时,对于割平面法或者分支定界法的具体剪枝策略和收敛性加速技巧,书中的介绍更多停留在概念层面,缺乏足够的伪代码或算法流程图来指导实际操作。这使得这本书更偏向于理论研究者而非直接应用工程师的口味。如果作者能在附录中增加一个关于常用求解器接口调用的简要说明,或者提供一些关于如何处理模型病态问题的经验性建议,那这本书的实用价值将会得到极大的提升,成为一本真正的“工具箱”。

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