运筹学基础及其MATLAB应用

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出版者:
作者:李工农
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出版时间:2016-10-1
价格:48.50
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isbn号码:9787302445760
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  • 运筹学
  • 数学
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  • 优化
  • MATLAB
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  • 算法
  • 线性规划
  • 整数规划
  • 非线性规划
  • 图论
  • 仿真
  • 高等教育
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具体描述

运筹学的思 方法 简的语言来描述,就是建立某个问题的数学模型并求其“*值”或“小值”。在经济、 理以及各种工程技*问题中,这样的问题 皆是。但是,运筹学的模型 方法在实际应 时大多数都是 算常烦琐的,如果不与 算机技*相结合,则较难将其应 到 决实际问题中去。MATLAB 是当前好的 学 算语言之一,在本书中,一方 继续保留相关理论 方法的描述;另一方 则对书中所涉及的所有算法给出相应的MATLAB 程序。本书将运筹学的基本内容按 数学模型分成线性模型、线性模型 *模型分别加以叙述。其中,线性模型括线性 划、运输问题、目标 划、整数 划、图与网络流 划 ;线性模型括无 束线性 划、 束线性 划以及存储论中的线性问题 ;*模型 要括排队论。本书可作为应 数学、经济、 理类以及工程技*类各专 本 生的运筹学课程 ,也可作为相关领域以及对运筹学 决实际问题感 趣的实际工作者的参 书。

《运筹学基础及其MATLAB应用》是一本深入浅出地介绍运筹学核心概念,并结合实际编程应用的书籍。本书旨在帮助读者掌握运筹学在解决复杂决策问题中的强大能力,并通过MATLAB这一强大的工程计算软件,将理论知识转化为可执行的解决方案。 本书内容梗概: 本书共分为四个主要部分,层层递进,从理论基础到实际应用,力求为读者构建完整的运筹学知识体系。 第一部分:运筹学导论与基础概念 本部分将带领读者走进运筹学的世界,理解其起源、发展历程、研究对象以及在各个领域的广泛应用。通过生动的案例,揭示运筹学如何成为提升效率、优化资源配置、制定科学决策的关键工具。 第一章:运筹学概览 1.1 运筹学的定义与范畴: 详细阐述运筹学作为一门交叉学科的特点,它如何整合数学、统计学、计算机科学、经济学等多种学科的知识,以科学的方法分析和解决管理和工程中的问题。 1.2 运筹学的历史与发展: 回顾运筹学从二战时期的军事应用,到战后在工业、商业、服务业等领域的蓬勃发展,以及其在信息时代的新挑战与新机遇。 1.3 运筹学的基本研究方法: 介绍运筹学解决问题的一般流程,包括问题定义、模型构建、求解算法、模型验证与实施等关键步骤。 1.4 运筹学在各领域的应用: 通过大量实例展示运筹学在生产制造、物流配送、金融投资、医疗保健、交通运输、环境保护等领域的实际应用,让读者对其价值有直观的认识。 第二章:数学模型基础 2.1 数学模型的概念与类型: 讲解数学模型在运筹学中的核心地位,包括确定性模型与随机性模型、静态模型与动态模型、离散模型与连续模型等基本分类。 2.2 变量、参数与约束: 明确数学模型中的基本组成要素,如何用数学语言准确地描述现实问题中的决策变量、已知参数和各种限制条件。 2.3 目标函数: 阐述如何将问题的优化目标(如最大化利润、最小化成本、最短化时间等)转化为数学表达式。 2.4 线性模型基础: 重点介绍线性模型作为最基本、应用最广泛的模型类型,为后续的线性规划打下基础。 第二部分:线性规划及其应用 线性规划是运筹学中最基础、最重要的一类问题,本书将系统介绍线性规划的理论、图解法、单纯形法等求解方法,并结合MATLAB进行实际操作。 第三章:线性规划问题 3.1 线性规划问题的标准形式与一般形式: 讲解如何将实际问题转化为标准形式的线性规划问题,为求解提供便利。 3.2 线性规划问题的可行域与最优解: 介绍线性规划问题的几何解释,可行域、顶点以及最优解的存在条件。 3.3 投资组合优化问题: 以投资组合的构建为例,展示如何利用线性规划实现风险与收益的平衡。 3.4 生产计划问题: 讲解如何通过线性规划优化生产资源,制定最优的生产计划以最大化利润或最小化成本。 第四章:线性规划的求解方法 4.1 图解法: 对于二元或三元线性规划问题,图解法直观地展示了可行域和最优解的寻找过程。 4.2 单纯形法: 详细阐述迭代求解线性规划问题的经典算法——单纯形法,包括其基本原理、计算步骤、人工变量法等。 4.3 对偶理论: 介绍线性规划的对偶问题,以及对偶理论在理解原问题解的敏感性、经济意义以及求解中的作用。 4.4 敏感性分析: 讲解如何分析目标函数系数、约束条件右侧常数等变化对最优解的影响,帮助理解模型的鲁棒性。 第五章:MATLAB在求解线性规划中的应用 5.1 MATLAB优化工具箱简介: 介绍MATLAB强大的优化工具箱,特别是用于求解线性规划的函数。 5.2 使用`linprog`函数求解线性规划: 详细演示如何利用`linprog`函数编写MATLAB脚本,输入问题参数,并获得最优解、最优目标函数值以及对偶变量。 5.3 实例分析: 通过具体的生产计划、资源分配、运输问题等案例,展示如何将实际问题建模,并通过MATLAB求解,得到切实可行的决策建议。 5.4 结果可视化与解读: 讲解如何利用MATLAB的绘图功能,直观地展示可行域、最优解,以及对敏感性分析结果进行可视化,帮助更好地理解和解释求解结果。 第三部分:网络流模型与整数规划 本部分将扩展到更复杂的运筹学模型,包括网络流问题和整数规划,并展示如何在MATLAB中实现这些模型的求解。 第六章:网络分析模型 6.1 网络图的基本概念: 介绍图论中的基本概念,如节点、弧、路径、回路等,以及它们在现实问题中的映射。 6.2 最大流问题: 讲解如何确定网络中两个节点之间能够传输的最大流量,并介绍Ford-Fulkerson算法等求解方法。 6.3 最小费用最大流问题: 在最大流的基础上,考虑单位流量的传输成本,求解在满足最大流量需求下总成本最小的问题。 6.4 最小生成树问题: 介绍如何找到连接所有节点的成本最小的边的集合,常用于通信网络、电力网络的设计。 6.5 最短路径问题: 讲解如何找到网络中两个节点之间的最短(或成本最低)路径,应用广泛于导航系统、交通规划。 第七章:MATLAB在网络流问题中的应用 7.1 MATLAB中网络流算法的实现: 介绍MATLAB中是否存在直接的网络流函数,或者如何通过构建矩阵表示网络,并利用其他算法(如图论工具箱)实现求解。 7.2 运输问题与指派问题: 以运输问题(在网络流模型中具有特殊结构)和指派问题(为一种特殊的网络流问题)为例,演示MATLAB的求解过程。 7.3 实例分析: 通过物流配送网络、项目调度网络等实际案例,展示MATLAB在解决复杂网络优化问题中的应用。 第八章:整数规划问题 8.1 整数规划的基本概念: 讲解当决策变量必须取整数时,问题转化为整数规划,其求解难度通常高于线性规划。 8.2 纯整数规划、混合整数规划与0-1整数规划: 介绍不同类型的整数规划模型。 8.3 割平面法与分支定界法: 介绍解决整数规划问题的经典算法。 8.4 0-1整数规划的应用: 讲解0-1整数规划在投资选择、任务分配、场地选择等决策问题中的应用。 第四部分:动态规划、排队论与模拟 本部分将介绍另外两类重要的运筹学方法:动态规划,用于解决具有重叠子问题和最优子结构的问题;排队论,用于分析和服务系统的性能;以及模拟技术,用于处理无法建模的复杂系统。 第九章:动态规划 9.1 动态规划的基本思想: 深入剖析动态规划的核心思想——“最优子结构”和“重叠子问题”,以及如何通过“阶段”和“状态”来划分问题。 9.2 动态规划的构建步骤: 详细讲解如何识别问题的动态规划结构,定义状态转移方程,以及处理初始条件和终止条件。 9.3 动态规划的典型应用: 讲解动态规划在背包问题、最短路径问题(如Bellman-Ford算法)、最短公共子序列问题、资源分配问题等中的应用。 9.4 MATLAB在动态规划中的实现: 演示如何利用MATLAB编程实现动态规划算法,包括递归和迭代两种方法。 第十章:排队论基础 10.1 排队论模型: 介绍排队论的基本构成要素,如顾客来源、到达过程、服务过程、服务台数、排队规则等。 10.2 常见排队模型: 讲解M/M/1、M/M/c、M/G/1等经典排队模型,以及它们的性能指标(平均队长、平均逗留时间、服务台利用率等)。 10.3 排队论的应用: 分析超市收银台、呼叫中心、交通信号灯、生产线等场景的排队现象,为优化系统设计和服务提供理论依据。 10.4 MATLAB在排队论中的初步应用: 介绍如何利用MATLAB进行简单的排队模型计算和分析,例如利用MATLAB的统计工具箱或编写自定义脚本来模拟和计算性能指标。 第十一章:仿真技术 11.1 仿真技术的概念与类型: 解释仿真技术作为一种研究复杂系统行为的手段,特别是离散事件仿真。 11.2 仿真模型的构建: 讲解如何根据实际系统,构建事件列表、状态变量、随机数生成等仿真模型要素。 11.3 仿真实验的设计与分析: 介绍如何设计仿真实验,收集数据,并对仿真结果进行统计分析,以得出结论。 11.4 MATLAB在仿真中的应用: 重点介绍MATLAB的Simulink环境,以及如何利用MATLAB的编程能力进行离散事件仿真,演示如何对实际系统进行建模和仿真分析。 本书特色: 理论与实践紧密结合: 在介绍运筹学核心理论的同时,始终贯穿MATLAB编程实践,帮助读者将知识转化为解决实际问题的能力。 案例驱动,易于理解: 采用大量贴近现实的案例,从实际问题出发,引导读者理解运筹学模型的构建与应用。 MATLAB工具全面覆盖: 深入讲解MATLAB优化工具箱、图论工具箱以及Simulink等在运筹学问题求解中的应用。 循序渐进,由浅入深: 内容结构清晰,难度逐步提升,适合不同基础的读者学习。 培养建模与分析能力: 不仅传授算法,更注重培养读者分析问题、建立数学模型、选择合适算法、并利用工具求解的能力。 通过阅读本书,读者将能够系统地掌握运筹学的基本理论和方法,并熟练运用MATLAB这一强大的工具解决实际中的各类优化决策问题,从而提升工作效率,优化资源配置,做出更科学、更明智的决策。

作者简介

目录信息

绪论.................................................................................... 1
1.1线性 划问题及其标准型..................................................... 81.1.2图 法及基本概念........................................................141.2单纯形法....................................................................231.2.2单纯形法的 算步骤......................................................251.2.4利 MATLAB实现单纯形法.............................................311.3.1大M法.................................................................351.3.3进一步讨论MATLAB实现...............................................41习题1............................................................................54
2.1线性 划的对偶理论........................................................582.1.2线性 划的对偶理论......................................................642.2对偶单纯形法...............................................................712.2.2MATLAB实现..........................................................732.3线性 划的灵敏度分析......................................................76
2.3.1 源 数变化的分析......................................................77
2.3.2价值 数变化的分析......................................................79
2.3.3技* 数变化的分析......................................................81
2.4灵敏度分析的MATLAB实现...............................................83
2.5应 举例....................................................................94
2.6线性 划的原始对偶内点算法...............................................95
2.6.1原理与算法..............................................................96
2.6.2MATLAB实现.........................................................100 3章运输问题...................................................................108
3.1运输问题的数学模型.......................................................108
3.2表上作 法.................................................................110
3.2.1求初始基可行 的方法..................................................111
3.2.2判断优 的方法......................................................116
3.2.3 整的闭回路法....................................................119
3.2.4产销不 衡的运输问题..................................................121
3.3运输问题的MATLAB实现................................................123
3.4应 举例...................................................................135习题3...........................................................................141 4章目标 划...................................................................145
4.1目标 划问题及其数学模型................................................145
4.1.1目标 划问题的提出....................................................145
4.1.2基本概念及一般模型....................................................147
4.1.3目标 划问题的图 法..................................................149
4.2单纯形法及灵敏度分析.....................................................150
4.2.1求 目标 划的单纯形法................................................150
4.2.2目标 划的灵敏度分析..................................................154
4.3MATLAB实现.............................................................157
4.4应 举例...................................................................159 5章整数 划...................................................................168
5.1整数 划及其数学模型.....................................................168
5.2分支定界法及割 法.....................................................170
5.2.1分支定界法.............................................................170
目录
5.2.2割 法...............................................................176
5.30-1 划....................................................................181
5.3.10-1 划问题的 点.....................................................181
5.3.2隐枚举法...............................................................184
5.4应 举例及MATLAB实现................................................185
5.4.1整数 划的MATLAB实现..............................................185
5.4.2应 举例...............................................................194 6章图与网络优化..............................................................201
6.1图的基本概念..............................................................201
6.2小支撑树问题............................................................205
6.2.1树.....................................................................205
6.2.2小支撑树.............................................................208
6.3短路问题.................................................................210
6.3.1数学模型...............................................................210
6.3.2带有负权的Dijkstra算法..............................................213
6.3.3Floyd算法.............................................................218
6.3.4短路问题应 举例....................................................219
6.4大流问题.................................................................222
6.4.1基本概念...............................................................223
6.4.2有关结论...............................................................225
6.4.3Ford-Fulkerson标号算法................................................226
6.4.4大流问题应 举例....................................................229
6.5小费 大流问题.......................................................232
6.5.1标号算法...............................................................233
6.5.2应 举例...............................................................236
6.6MATLAB实现网络优化....................................................238 7章无 束线性 划.........................................................255
7.1无 束线性 划的基本概念..............................................255
7.1.1数学模型...............................................................256
7.1.2优性条件.............................................................257
7.1.3优化算法的一般结构..................................................259
7.2一维线搜 .................................................................261
7.2.1线搜 方法.........................................................261
运筹学基础及其MATLAB应
7.2.2不线搜 方法......................................................266
7.2.3一维线搜 的MATLAB实现............................................270
7.3几个算法及其MATLAB实现..............................................279
7.3.1速下降法.............................................................279
7.3.2 轭梯度法.............................................................283
7.3.3牛顿法及拟牛顿法......................................................288
7.4应 举例...................................................................296 8章 束线性 划...........................................................304
8.1数学模型及基本概念.......................................................304
8.1.1数学模型...............................................................304
8.1.2基本概念...............................................................305
8.1.3优性条件.............................................................307
8.2几个算法及其MATLAB实现..............................................311
8.2.1罚函数法...............................................................312
8.2.2可行方向法.............................................................326
8.3应 举例...................................................................335 9章排队论基础................................................................346
9.1排队论的基本概念..........................................................346
9.1.1问题的 入及基本概念..................................................346
9.1.2排队论的常 分布......................................................349
9.2单服 及多服 模型..................................................353
9.2.1单服 模型...........................................................353
9.2.2多服 模型...........................................................363
9.3排队 统优化及MATLAB实现............................................370
9.3.1优服 率.............................................................370
9.3.2优服 数目.........................................................377 录MATLAB简介..............................................................381
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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这本书的价值在于它提供了一种解决问题的“系统性思维框架”,而不仅仅是特定公式的集合。我特别喜欢书中关于“建模艺术”的部分,作者没有将每一种问题都预设好固定的模型模板,而是鼓励读者根据实际约束条件和业务目标,灵活地组合和创新模型结构。这种开放式的引导,极大地激发了我利用运筹学方法去探索其他未知领域的兴趣。它成功地将运筹学从一个孤立的数学分支,提升到了一个可以应用于金融风险管理、供应链韧性设计、甚至环境资源调配等多个交叉学科的高度。书中对复杂约束(如非凸性、动态性)的介绍虽然简要,但为我指明了未来进阶学习的方向,这比单纯地啃完一本厚厚的教科书要有价值得多。它在我心中树立了一个标杆:一本优秀的工具书,不仅要教会你“怎么做”,更要让你明白“为什么这么做”,以及“未来还能怎么做”。这本书无疑达到了后者的高度。

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这本书简直是为我量身定做的“算法宝典”!我本来以为运筹学这块硬骨头啃起来会非常吃力,那些复杂的数学模型和求解算法总是让人望而生畏。但这本书的叙述方式非常独特,它没有一上来就抛出枯燥的公式,而是先用非常生动的实际案例引入,比如工厂的排班优化、物流配送路线规划,让我立刻看到了这门学科的实用价值。作者在讲解每一个核心概念时,都采用了循序渐进的逻辑,从基础的线性规划到更复杂的整数规划,每一步的推导都清晰可见,仿佛有一位耐心的老师在旁边手把手地教你。特别是对于一些经典算法的介绍,比如单纯形法,它不仅给出了详尽的步骤,还深入剖析了背后的几何意义,这对于我这种需要深入理解原理的学习者来说,实在是太重要了。我感觉这本书的作者对教学的理解非常深刻,懂得如何将抽象的理论转化为具体的、易于接受的知识点。读完前几章,我已经对运筹学的基本框架有了非常扎实的认识,这为我后续深入学习其他高级主题打下了坚实的基础。这本书的结构安排得极其合理,阅读体验非常流畅,绝对是自学者的福音。

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这本书对于计算实现层面的讲解,可以说是独树一帜,它没有将理论与实践割裂开来。虽然我们探讨的是理论基础,但作者显然深知,在现代工程和商业环境中,如果不具备一定的计算实现能力,理论知识就难以落地。书中对各种求解器(Solver)的接口和应用场景的介绍非常到位,即便是不熟悉编程的读者,也能通过书中提供的示例代码框架,快速理解如何将手头的数学模型输入到软件中进行求解。更让我惊喜的是,它对模型求解过程中可能出现的“病态”问题,如敏感性分析的解读,处理得十分详尽。很多教材只会教你如何得到一个最优解,但这本书会教你如何判断这个最优解是否稳定、对输入参数的微小变动是否过于敏感,以及如何利用这些信息来评估决策的鲁棒性。这种关注“解的质量和可靠性”的视角,是区别于一般教材的关键所在,它真正培养了读者作为一名优化专家的批判性思维。

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这本书的排版和语言风格,让原本严肃的学术内容变得异常亲切和易读。不得不提的是,作者在内容组织上展现出极高的专业素养和人文关怀。它不像某些技术书籍那样冷冰冰的,相反,行文流畅,偶尔还会穿插一些行业内的趣闻或历史背景,让人在学习知识的同时,也能感受到运筹学这门学科的魅力和发展脉络。对于一些复杂的证明和推导过程,作者采用了“先给出结论和直觉理解,再进行严谨的数学推导”的模式,这极大地降低了读者的阅读焦虑。我发现,当我对某个理论感到困惑时,往回翻阅前一章节的引言部分,往往能找到更宏观的解释视角,帮助我迅速理清思路。这种层次感分明的写作手法,体现了作者深厚的教学功力。它不仅仅是一本工具书,更像是一位经验丰富的前辈,在耐心地指导你如何思考和解决复杂系统中的优化难题。对于需要向管理层汇报优化方案的专业人士来说,这本书提供的清晰逻辑和准确术语,无疑是构建专业叙事框架的绝佳素材。

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这本书的精妙之处在于它对概念的提炼和深度挖掘,完全超出了我对一本入门教材的预期。我过去读过几本运筹学的教材,很多都停留在概念介绍和公式堆砌的层面,但这本书明显更进一步,它着重探讨了模型构建的思维方式,这是解决实际问题时最核心的能力。书中对约束条件、目标函数的设计逻辑进行了深入的探讨,引导读者思考“如何将一个真实的商业难题转化为一个可解的数学模型”,这一点至关重要。此外,书中对于不同类型问题的分类和选择合适的求解策略的判断流程,描述得极其清晰。比如,当遇到非线性问题时,它会引导你考虑哪些近似方法是可行的,并对比了它们的优缺点和适用场景。这种“决策树式”的知识组织结构,极大地提高了我的问题分析能力。我特别欣赏作者在讨论算法效率时,不仅给出了时间复杂度分析,还结合实际算例说明了在大数据背景下,算法选择对求解时间的影响,这种理论与实践的紧密结合,让这本书的实用价值倍增。

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