Контрольная работа: Экономико математические методы и модели 3
Название: Экономико математические методы и модели 3 Раздел: Рефераты по экономико-математическому моделированию Тип: контрольная работа | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ «ПОЛОЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра: Высшей математики Контрольная работа по дисциплине «Экономико-математические методы и модели» Вариант - 12 Студентки Финансово-экономического факультета Заочного отделения Группы У06-ЭПз-1 Галай Натальи Михайловны Преподаватель: Сороговец И.Б. Новополоцк, 2008 г. Содержание По условиям контракта торгово-посредническая фирма должна поставить каждому из двух покупателей Bj (j = 1, 2) два вида товаров Tk (k = 1, 2) в количестве bj k по цене рj k за единицу товара. Эти товары можно закупить у трех производителей Ai (i = 1, 2, 3) по цене si k за единицу товара. Известны: количества ai k товара Tk , имеющегося у производителя Ai , а также стоимости ci j k перевозки единицы товара Tk от производителя Ai к покупателю Bj . ТРЕБУЕТСЯ: 1. Построить математическую модель поставленной задачи, максимизирующую прибыль фирмы от реализации всех сделок в виде задачи линейного программирования. 2. Методом потенциалов найти оптимальный план закупок, перевозок и поставок по каждому товару от каждого производителя к каждому покупателю, а также сумму прибыли от реализации этого плана. Исходные данные:
РЕШЕНИЕ: 1) Для составления математической модели введем неизвестные j
= 1, 2 – номер потребителя продукции; k
= 1, 2 – номер товара. Найдем тарифы f111 = p11 – s11 – c111 = 16 – 2 – 2 = 12; f112 = p12 – s12 – c112 = 14 – 3 – 2 = 9; f121 = p21 – s11 – c121 = 15 – 2 – 2 = 11; f122 = p22 – s12 – c122 = 15 – 3 – 2 = 10; f211 = p11 – s21 – c211 = 16 – 5 – 3 = 8; f212 = p12 – s22 – c212 = 14 – 5 – 2 = 7; f221 = p21 – s21 – c221 = 15 – 5 – 1 = 9; f222 = p22 – s22 – c222 = 15 – 5 – 2 = 8; f311 = p11 – s31 – c311 = 16 – 2 – 3 = 11; f312 = p12 – s32 – c312 = 14 – 3 – 2 = 9; f321 = p21 – s31 – c321 = 15 – 2 – 2 = 11; f322 = p22 – s32 – c322 = 15 – 3 – 1 = 11. Значение полученных коэффициентов приведены в таблице 1.1:
Прибыль фирмы представляется выражением Задача 1 (по товару maxF1 = 12 * X111 + 11 * X121 + 8 * X211 + 9 * X221 + 11 * X311 + 11 * X321 X111 + X211 + X311 ≤ b11 ≤ 480 X121 + X221 + X321 ≤ b21 ≤ 270 X111 + X121 ≤ a11 ≤ 400 X211 + X221 ≤ a21 ≤ 480 X311 + X321 ≤ a31 ≤ 420 Xij 1 ≥ 0 Задача 2 (по товару maxF2 = 9 * X112 + 10 * X122 + 7 * X212 + 8 * X222 + 9 * X312 + 11 * X322 X112 + X212 + X312 ≤ b12 ≤ 130 X122 + X222 + X322 ≤ b22 ≤ 320 X112 + X122 ≤ a12 ≤ 410 X212 + X222 ≤ a22 ≤ 550 X312 + X322 ≤ a32 ≤ 480 Xij 2 ≥ 0 Как видно, решение поставленной задачи сводится к решению двух задач транспортного типа. 2) Для решения задач 1, 2 методом потенциалов, сопоставим суммарное наличие каждого товара у производителей и суммарные потребности покупателей.
1300 – 750 = 550 Наличие товара Т1 превышает потребности покупателей. Вводим фиктивного покупателя В3 с потребностью b31 = 550.
1440 – 450 = 990 Наличие товара Т2 превышает потребности покупателей. Вводим фиктивного покупателя В3 с потребностью b32 = 990. Получаем закрытые модели двух транспортных задач. Для их решения составляем две таблицы. В верхних правых углах клеток Таблица 1.2 (к задаче 1)
Таблица 1.3 (к задаче 2)
Начальные планы распределения товаров определены по методу максимальной прибыли, т.е. в первую очередь заполнялись по максимуму клетки с наибольшими тарифами. Более конкретно, просматривая таблицу 1.2, замечаем, что максимальный тариф 12 стоит в клетке (1,1). В эту клетку ставим число 400. При этом запасы производителя А1
исчерпан. Далее, в клетку (3,1) ставим 80, а в клетку (3,2) ставим 270. Из запасов производителя А3
осталось 70, так как 420-80-270=70, ставим их в клетку (3,3). Потребность покупателей В1
и В2
в товарах исчерпаны, следовательно, оставшиеся 480 товаров производителя А2
ставим в клетку (2,3). При этом товар Полученный начальный план проверим на оптимальность. План невырожденный, так как число занятых клеток (3+3-1=5) равно m
+ n
– 1 (m
и n
– число строк и столбцов распределительной матрицы). Обозначим через v1 + u1 = 12; v2 + u3 = 11; v3 + u3 = 0. v1 + u3 = 11; v3 + u2 = 0; Полагая, что v3 = 0, последовательно получаем: u2 = 0, u3 = 0, v2 = 11, v1 = 11, u1 = 1. Так как задача решается на максимум, то для оптимальности плана распределения, сумма потенциалов в незанятых клетках должна быть не меньше тарифов этих клеток. В нижних левых углах незанятых клеток выписаны суммы потенциалов. Все они превосходят соответствующие тарифы, т.е. начальный план закрепления покупателей за производителями по товару оптимален. Аналогично, таблица 1.3 заполнена в следующей последовательности: (3,2) – 320, (1,1) – 130, (1,3) – 280, (3,3) – 160, (2,3) – 550. Полученный план невырожденный, так как содержит 3 + 3 – 1 = 5 занятых клеток. Проверим его на оптимальность. Выпишем систему уравнений для нахождения потенциалов: v1 + u1 = 9; v3 + u1 = 0; v3 + u3 = 0. V2 + u3 = 11; v3 + u2 = 0; Полагая, что u3 = 0, последовательно получаем: v3 = 0, u2 = 0, u1 = 0, v2 = 11, v1 = 9. План распределения товара T 2 , заданный таблицей 2, оптимален. Сумма прибыли ОТВЕТ: X111
= 400, X311
= 80, X321
= 270, X112
= 130, X322
= 320. Остальные С помощью алгоритма венгерского метода найти план закрепления работ за исполнителями, максимизирующий прибыль, связанную с выпуском всех пяти видов продукции. Матрица эффективности AN =
РЕШЕНИЕ: I этап: приведение матрицы А12. Алгоритм венгерского метода предназначен для решения задачи о назначениях по критерию минимизации суммарных затрат (задача на минимум). При решении задачи на максимум (так как
Так как в строках 1, 2, 3 нулей не оказалось, то вычитаем из элементов этих строк минимального из них, то есть вычитаем из строки 1 число 3, из строки 2 число 2, из строки 3 число 5. Получаем нули в этих строках.
II этап: поиск назначения. Выбираем один из нулей, помечаем его, например, точкой или звездочкой или обводим его другим цветом (в дальнейшем, звездочкой), а остальные нули строки и столбца, в которых стоит выбранный помеченный нуль, перечеркиваем. Далее переходим к следующему нулю. И так до тех пор, пока каждый нуль будет либо помечен, либо перечеркнут.
Помеченные нули составили полное назначение (количество помеченных нулей равно 5). Следовательно, 1 исполнитель назначается на 5-ю работу, 2→2, 3→3, 4→1, 5→4. Задача 3-1Предприятие включает в себя три цеха по производству различной продукции и использует при этом четыре вида первичных ресурсов. Продукция, выпускаемая каждым цехом, частично отгружается за пределы предприятия (для удовлетворения конечного спроса), а частично распределяется внутри предприятия между цехами в качестве вторичных ресурсов. Баланс предприятия в натуральном выражении за прошедший год приведен в следующих двух таблицах 3.1.1 и 3.1.2: Таблица 3.1.1
Таблица 3.1.2
ТРЕБУЕТСЯ: 1) найти матрицы коэффициентов прямых товаро-затрат и ресурсо-затрат на основании данных за предыдущий год; 2) найти план полных выпусков продукции каждого цеха на следующий год, обеспечивающих выполнение госзаказа по отгрузке продукции в объемах c1 =360, c2 =90, c3 =450 соответственно; 3)определить необходимый запас первичных ресурсов каждого вида. РЕШЕНИЕ: Если обозначить через где Аналогично, расход
1. Для определения коэффициентов x1 = 240 + 72 + 140 + 348 = 800; x2 = 80 + 264 + 180 + 76 = 600; x3 = 0 + 120 + 400 + 480 = 1000; Тогда матрицы A
и B
коэффициентов
2. Заменяя выражения
Эту систему можно записать в матричной форме
Аналогично:
При этом ∆ = 0,70*0,30 – 0,12*0,06 – 0,14*0,02 = 0,20,
Умножая матрицу
То есть, х1 = 810, х2 = 612, х3 = 954. 3. При определении запаса
То есть запас ресурса Урожайность пшеницы зависит от количества внесенных удобрений и погодных условий. Фермер может вносить на 1 гектар Требуется определить, какое количество удобрений следует вносить в почву, чтобы получить как можно большую прибыль, если: а) известны вероятности Указание. Составить платежную матрицу, рассчитав значении прибыли по формуле:
Исходные данные:
РЕШЕНИЕ: Одним из участников рассматриваемой ситуации является фермер, который должен вносить удобрения в почву для получения хорошего урожая пшеницы. Если описанной ситуации придать игровую схему, то фермер выступит в ней в качестве сознательного игрока А, заинтересованного в максимизации прибыли с 1 гектара земли. Вторым участником является в буквальном смысле природа (игрок П), то есть внешние природные условия. Так как фермер на 1 гектар земли может вносить разное количество центнеров удобрений, то чистыми стратегиями игрока А будут следующие стратегии: – А1 : вносить 2 ц. удобрений на 1 гектар земли; – А2 : вносить 4 ц. удобрений на 1 гектар земли; – А3 : вносить 6 ц. удобрений на 1 гектар земли. Природа может реализовать одно из трех состояний: П1 , П2 , П3 . Таким образом, платежная матрица игры будет иметь размер 3х3. Вычисляем значении прибыли по формуле: h11 = 9*5 – 4*2 = 37; h23 = 5*9 – 4*4 = 29; h12 = 9*9 – 4*2 = 73; h31 = 3*13 – 4*6 = 15; h13 = 9*6 – 4*2 = 46; h32 = 3*15 – 4*6 = 21; h21 = 5*10 – 4*4 = 34; h33 = 3*11 – 4*6 = 9; h22 = 5*12 – 4*4 = 44; Итак, платежная матрица принимает вид (таблица 4.1)
В платежной матрице нет доминируемых стратегий игрока А , поэтому матрица не требует упрощений. а) для определения оптимальной стратегии игрока А
по критерию Байеса
вычислим среднее значение (математическое ожидание) выигрыша при использовании каждой из возможных стратегий по формуле:
Оптимальной по критерию Байеса является стратегия
Таким образом, располагая информацией о возможных состояниях природы, наиболее выгодным для фермера будет использование стратегии А1 – вносить 2 ц. удобрений на 1 гектар земли. Среднее значение ожидаемой прибыли в этом случае составит 54,1 ден. ед. б) для определения оптимальной стратегии игрока А
с использованием максимаксного критерия
, применим формулу: Получаем: m1 = {37; 73; 46} = 73; m2 = {34; 44; 29} = 44; m3 = {15; 21; 9} = 21; Оптимальной по максимаксному критерию является стратегия
Таким образом, в расчете на самое благоприятное стечение обстоятельств, наиболее выгодным для домовладельца будет использование стратегии Определим оптимальную стратегию игрока А по критерию Вальда : w1 = min {37; 73; 46} = 37; w2 = min {34; 44; 29} = 29; w3 = min {15; 21; 9} = 9.
Следовательно, оптимальной по критерию Вальда является стратегия Для определения оптимальной стратегии игрока А с использованием критерия Сэвиджа составим матрицу рисков. В каждом столбце платежной матрицы определим максимальный элемент и вычтем из него все элементы данного столбца. В первом столбце максимальным является элемент h11 = 37, во втором – h12 = 73, в третьем – h13 = 46. Матрица рисков представлена в таблице 4.2. Таблица 4.2
Определим максимальный риск при использовании каждой стратегии. Получаем: r1 = max {0; 0; 0} = 0, r2 = max {3; 29; 17} = 29, r3 = max {22; 52; 37} = 52.
Таким образом, оптимальной по Сэвиджу является стратегия Для определения оптимальной стратегии по критерию Гурвица
найдем показатель критерия по формуле Получаем: γ1 = 0,8*37 + (1 – 0,8)*73 = 44,2; γ2 = 0,8*29 + (1 – 0,8)*44 = 32,0; γ3 = 0,8*9 + (1 – 0,8)*21 = 11,4.
Следовательно, оптимальной является стратегия Для определения оптимальной стратегии игрока А
с использованием критерия Лапласа
определим средние арифметические значения «выигрыша» домовладельца по формуле Получаем:
Оптимальной по критерию Лапласа является стратегия
Таким образом, если все состояния природы представляются равновозможными, то для обеспечения средней прибыли в размере 52 ден. ед. фермеру следует придерживаться стратегии Для наглядности все результаты вычислений приведем в сводной таблице 4.3. Таблица 4.3
Вывод: Проведенное по совокупности статистических критериев исследование возможных вариантов внесения удобрений на 1 гектар земли позволяет сделать следующее заключение: а) при наличии достоверной информации о состоянии природы фермеру следует вносить 2 ц. удобрений на 1 гектар земли (стратегия б) при отсутствии информации о состоянии природы фермеру также следует вносить 2 ц. удобрений на 1 гектар земли (стратегия Задача 5-2Для реконструкции и модернизации производства выделены денежные средства в объеме 100 тыс. ден. ед., которые следует распределить между четырьмя цехами. По каждому из цехов известен возможный прирост
ТРЕБУЕТСЯ: 1. Основываясь на принципах динамического программирования, построить математическую модель поставленной задачи в виде функциональных уравнений Беллмана (числовые данные взять из таблиц). 2. Найти оптимальное распределение средств, обеспечивающее максимальный прирост выпуска продукции. PЕШЕHИЕ. 1. Системой S в данном случае является предприятие из 4-х цехов, в которое вложена сумма 100.000 ед. Состояния и управления системы S однозначно взаимосвязаны – это способы распределения суммы между цехами. Для осуществления инвариантного погружения задачи будем считать, что вместо суммы 100.000 ед. вкладывается сумма y : 0≤у ≤100.000. Состояния системы искусственно разобьем на этапы: начальный (нулевой), первый, второй и третий этапы соответственно означают, что сумма y распределяется между четырьмя цехами, тремя цехами, двумя цехами и вся сумма y выделяется одному цеху. Нумерацию этапов удобнее проводить в обратном порядке: третий этап – m = 1,второй этап – m = 2, первый этап – m = 3, нулевой этап – m = 4. Тогда функция Беллмана, имеющая смысл максимальной прибыли при распределении суммы y между m цехами, запишется в виде: Если при m = 1 … k –1 функция B (y , m ) уже построена, то функциональное уравнение Беллмана для данной задачи принимает вид: Пpи m = 1 дополнительно имеем: 2. При m = 1 функция Беллмана уже построена, т.е.
При m = 2 уравнение из функционального уравнения Беллмана имеет вид: Так как функции
Подчеркнутые значения являются максимальными в строке, т.е. являются значениями функции Беллмана B
(y
, 2). Они выписаны в предпоследнем столбце. В последний столбец выписаны значения x
, при которых достигается максимум функции Аналогично, при m = 3 Составляем таблицу значений функции
Как и выше При m = 4 Составляем таблицу значений функции
В двух последних столбцах этой таблицы получены значения функции Беллмана B
(y
, 4) и соответствующие им управления
С помощью таблицы функции Беллмана для данной задачи можно произвести распределение любой суммы у
от 0 до 100 между k
цехами 1 ≤ k ≤ 4. В клетке |