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2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
?( k4 h! M5 @* b. `" U1
, p( ~/ m3 [. \! G8 o+ YDVD 在线租赁的研究
, C% j- x1 K7 ]. g2 ?9 u2 ]! y尹作龙,姚明,金伟
" c# N3 @$ N: y( }% i- w指导教师 汪晓银
) c+ U2 ~1 l* s/ f z- v[摘要]:# Q4 J' |- D$ d/ w* K- U, s
随着信息时代的到来,网络成为人们生活中越来越不可或缺的元素之一。许多网站
^! q# c! U D6 s! ]! Q( u利用其强大的资源和知名度,面向其会员群提供日益专业化和便捷化的服务。例如,音1 L; E8 u. s1 E" q1 Z, J( D$ K
像制品的在线租赁就是一种可行的服务。本文主要讨论了在线DVD 租赁的问题,对网站
7 Q4 K) C' [: Z- Z* ]; i如何购买DVD,如何分配DVD 进行了一些研究。对于问题一,我们首先把会员根据每月
+ @! H1 `9 W+ U# \租赁次数分成A、B 两类,并对两类会员归还日期作了合理的假设,根据求出DVD 归还
, R9 A% S5 |1 O& \. J% _的期望值。最后求得会员归还一张DVD 的时间期望为12 天。然后用DVD 的周转次数来2 u- O" w; Q ^; A
计算网站对某种DVD 的购买量,最后根据问题的要求,求得每种DVD 至少准备的张数如
1 x, S/ d5 s0 T! r: w8 ?, b下。
% i/ B: Q/ r# w4 }8 ]0 TDVD 名称DVD1 DVD2 DVD3 DVD4 DVD5
0 S; z1 Z/ T! j一个月内至少 50%2 T8 H2 C* ]. o6 P# `- q- a- B
看到的最少张数5 I, B9 c) ^5 j
4000 2000 1000 500 200
9 I, S A3 E9 [( w! n三个月内至少 95%
( C( y! H! N# }. }0 _ g看到的最少张数
- o$ ]" @- E; Q3 g2534 1267 634 317 127# Z: R" U+ ?1 U! `5 j. G6 ]
问题二,我们首先对满意度进行了定义,并作出相应的假设。根据假设建立0—1
9 e/ L0 m# Z0 a' j规划模型,用LINGO 软件编程求得各种DVD 的分配方案。我们根据实际情况修改了偏7 F) i* \; `: T4 Q' O
爱程度,再次用LINGO 编程求解,得出第二中分配方案。第一种分配方案的总偏爱度5 {$ ?! v: `7 P4 u9 n( K9 [
U 为7924,有30 张DVD 分配给了没有预订这些DVD 的会员;第二种分配方案的总偏* L9 r5 `' z* Y4 S" M; q
爱度U 为8191,有8 张DVD 分配给了没有预订这些DVD 的会员。虽然第一种分配方
$ J& [1 Q& J2 j3 e" I. f# h9 O案的总偏爱度优于第二种,但是经证明无论怎么分配,至少有8 张DVD 会分配给没有. K0 V& b: G6 n9 J2 t2 B
预定这些DVD 的会员,因此我们选择第二种分配方案。6 ^2 o' I: t: @ T* n7 k4 ?
问题三,根据满意度最大,我们建立了一个规划模型,由于模型难以用计算机求解,
, Z, I2 u! n R7 ^/ U1 r/ W我们改用计算机仿真来模拟现实购DVD 方案,模拟生成的购买的总DVD 数为3086。1 q" D+ V7 ]1 }* z" [5 E' ]
问题四,在DVD 的需求预测、购买和分配中重要问题的研究中,首先研究了DVD
" U4 t8 v. L s$ |5 A5 m的需求预测,并建立了灰色GM(1,1)模型,灰色GM(1,1)模型能够克服相关数; K& T$ S' L2 ?+ i
据不足的缺陷和避免人为因素的影响。这表明基于灰色理论的预测方法,适合于对DVD$ D$ F$ I- L9 X0 S
在线租赁业务趋势进行预测。该方法是切实可行并有效的,并对DVD 在线租赁业务发展
+ i8 b. e; n% G+ ^8 h" H规划有重要参考价值。然后从网站的赢利角度出发,建立了一个以赢利函数为目标的线
1 @7 |& i: p/ l$ y$ i3 b性规划模型,此模型在租赁方面有着较高的参考价值。
% ?& H) G; e) g2 Q2 c. c l2 F6 {$ I最后我们对我们所建立的模型及求解方案进行评价,推广。我们考虑到对于更大规' }5 o, j* u. H; s4 R1 z
模问题,现有模型的求解就会困难。因此我们想了模型的另外一个算法:贪心算法。贪
) s$ e/ W3 I6 L, H3 a& ^- \. g* z! }心算法速度快,但得到的解难以达到最优。5 M4 D" `% }" r; c
[关键词]:DVD 在线租赁 0—1 规划概率模型 计算机仿真 灰色 GM(1,1)模型
* ?6 A3 v' c* Q/ P2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文. o) {7 _* t6 r' H/ t0 F9 k, K0 F
2: ]+ u* A7 B; D* O+ b7 ^8 B* }
一、问题的重述8 y9 Z3 m# Y* H: c
考虑如下的在线 DVD 租赁问题。顾客缴纳一定数量的月费成为会员,订购DVD* B0 v: X: e+ j# A6 j" [' w
租赁服务。会员对哪些DVD 有兴趣,只要在线提交订单,网站就会通过快递的方式尽; T( \; k2 i9 o' g' F
可能满足要求。会员提交的订单包括多张DVD,这些DVD 是基于其偏爱程度排序的。
- y" C7 V9 P1 P' [1 U& K5 ]# u6 p网站会根据手头现有的DVD 数量和会员的订单进行分发。每个会员每个月租赁次数不# M3 d0 c } N9 O0 o' i6 ~* [
得超过2 次,每次获得3 张DVD。会员看完3 张DVD 之后,只需要将DVD 放进网站% v2 L4 p* q' U" R1 ?7 M/ ]) F
提供的信封里寄回(邮费由网站承担),就可以继续下次租赁。请考虑以下问题:
7 H( f0 ^+ Z I0 {(1)网站正准备购买一些新的DVD,通过问卷调查1000 个会员,得到了愿意观
% F# L' W1 t; \" O ^/ k, n看这些DVD 的人数。此外,历史数据显示,60%的会员每月租赁DVD 两次,而另外的; M( q0 _& o: _8 Q% r* s) I. R1 Z# S% d
40%只租一次。假设网站现有10 万个会员,对表1 中的每种DVD 来说,应该至少准备
2 l6 K0 j0 m' b2 f# v; r( `多少张,才能保证希望看到该DVD 的会员中至少50%在一个月内能够看到该DVD?如* z; I* x- U4 L$ S. C9 M; T* [8 @
果要求保证在三个月内至少95%的会员能够看到该DVD 呢?
6 G- Q4 ^/ K7 h, V2 }8 F(2)表2 中列出了网站手上100 种DVD 的现有张数和当前需要处理的1000 位会
! u$ y2 X% d' Q员的在线订单,如何对这些DVD 进行分配,才能使会员获得最大的满意度?请具体列
; A5 R2 Q% f% n' v, _ h- y出前30 位会员(即C0001~C0030)分别获得哪些DVD。/ ^' m$ J: D7 W: I( g
(3)考虑表2,并假设表2 中DVD 的现有数量全部为0。如果你是网站经营管理$ ]" J* o2 C" `- V8 o
人员,你如何决定每种DVD 的购买量,以及如何对这些DVD 进行分配,才能使一个1 C' ] Q4 l# o# B+ Q& H9 H. I
月内95%的会员得到他想看的DVD,并且满意度最大?; E7 ?* C: Y. }8 I# e
(4)如果你是网站经营管理人员,你觉得在DVD 的需求预测、购买和分配中还有
% j1 x6 l. c' w) a, S# Z* j4 e0 {哪些重要问题值得研究?请明确提出你的问题,并尝试建立相应的数学模型。
/ U. t- N" d' i# }' v$ B二、问题的假设
; u4 a {/ j% V% g3 |3 \1、假设所有的DVD 都不能拷贝3 D' g+ {4 c# H( o: W+ }2 U
2、假设调查资料具有一定代表性2 N7 y! }8 N( U) x8 V! n
3、假设所有会员自觉遵守会员规定- E1 s( O8 |# L+ T d
4、假设在租赁和归还过程中DVD 的遗失或损坏忽略不计
0 \& ~7 a) Z1 a5、假设DVD 的种类与购DVD 费用无关1 W+ i( \7 M; ~
三、符号的说明
' j0 H# y( e k0 e+ h符号 符号说明4 p0 U8 B5 t3 V9 U, k5 j
V 该网站拥有的总会员数1 M* Q( c+ F; Y& C* B0 w( p
Dij 第 i 个会员在线定单中第j 种DVD 的需求情况
4 ]+ n0 G* `( A+ \( d5 B2 EDLij 第 i 个会员对第j 种DVD 的偏爱程度
( f' ?' m* r7 g7 ], |( C2 Fyi 第 i 张DVD 的现有量
Q R+ _/ \( t' Q; P) fMi 愿意观看第 i 种DVD 的总人数. B; o0 t5 z" G T
Pi 愿意观看第i 种DVD 的人数占总人数的百分比
7 ?# U+ \' G2 l1 p% Y: R! @2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文# ]2 } q s# Y7 ^- M% } \/ g: v
3
, ]& ~% A; o) [1 X6 T, fR 为满足会员要求的百分比数
( _& L; o% S! P- KU 会员获得 DVD 后所得到的总偏爱度,其值越小满意度越高
+ m2 B2 ]! S" g/ m四、问题的分析及模型的建立及求解
4 ?+ [0 y; V v4.1 问题的背景资料8 v5 W: Z1 l1 z9 }
Netflix 目前是美国最大的DVD 出租网站,现在公司预计可在2006 年达到500 万订
6 S' z0 Y {5 @1 Z户。这家网站的经营方法是,顾客在成为网站的固定会员后,可在网站上选取自己喜欢
2 G' i* {! x0 b: e) `) F的DVD 影片,该公司现有DVD 种类有5 万多种,包括一些最新面世的大片,由这家; P) C: u! ?4 v: S
网站快速寄送到顾客的登记地址,每次最多3 张。顾客可以无限期地借用这些影片,但: [5 O8 L1 C0 b! ?( F1 _4 ~
只有在寄回这些影片后才能借用新影片。顾客只需每月缴纳19.95 美元的会员费,而
8 ~! |% _; {0 ~! {8 _邮寄费用全部由网站支付。对顾客而言,坐在电脑前拖动几下鼠标就可得到中意的影片,; J8 u% w4 p3 l2 K! s
既省时又省力。& P8 I# K" v1 I( p+ z1 P; Y
据统计,超过60%的美国家庭至少拥有一台DVD 影DVD 机。去年,美国人在家
, e! v4 x" Y+ @( N# ~看DVD 的时间平均为78 小时,比2000 年上升了53%。DVD 的销量和出租量则上升6 v+ a$ j" C& A# F9 P1 E
了676.5%[5]。
! h$ {; E/ J. f* `% d4.2 问题一的求解
. L+ }$ l6 c4 k4 J4.2.1 问题一模型的建立与求解: m) _6 Y! G( L9 c" }
对问题一的分析,我们根据实际情况作了一些积极的假设,并简化了模型。从网站4 y9 }5 l! w y! i, o, l5 M2 w
经营者的角度出发,出于对自身赢利的考虑,希望DVD 的周转越快越好。那么我们就
# c1 P; s( M. e; |1 l. M; V6 e从DVD 的周转情况来考虑对DVD 数的需求量。' u0 a0 d. K7 W+ ^8 S6 [) |
由题目我们把所有会员分成 A、B 两类:如表1% m( T7 `$ f( J
表 1
3 y/ R5 ~2 l9 x7 |类型 每月租赁 DVD 次数所占会员总数的百分比 会员人数8 W3 ]/ R' B0 f% f# b
A 类两次 60% 60000
& }. }6 I' M6 J" T, o) Y. Y$ jB 类一次 40% 40000
3 t; w4 H8 q8 J' N$ P- t9 F考虑到 DVD 的周转,我们对两类会员作以下假设:
8 Q/ [# X' X5 K$ K% KA 类会员归还一张DVD 的时间X1 范围为3—15 天;
* V6 @% N T: e/ @5 {4 U$ rB 类会员归还一张DVD 的时间X2 范围为3—30 天;; t8 O( Q Z8 Z0 m9 m( z; n& P
根据现实情况,我们假设X1, X2 都服从等概率分布,则:
6 A- x% r% w2 w4 j96 k$ W: _# l6 p1 T" Z6 z$ d
2
U5 Q1 `2 H- {$ r5 d15 3' U3 J( a) o/ C( v& }
1 =" i0 k% Q8 a4 N3 q+ G& [$ A
+
7 l8 S2 ]! Q" _2 [EX = 16.5
1 X( j7 R' X: x2
1 K2 ~ _" o% B* N( e30 38 z, j( ~" g- V
2 =9 z. d0 _1 U" w! O! d/ u* b
+
1 }; c. A4 q/ |# h6 qEX =
" v& |3 P! F/ l则会员归还一张 DVD 的时间期望为:μ=0.6×EX1+0.4×EX2=12 天。这就是说每张 _. O. C/ n6 S( w+ i
DVD 在会员手中保存的时间大约在12 天,
; ^! ^- H0 `$ l2 x那么:3 H* g* J5 w$ ~9 R# l5 a
在一个月内 DVD 的周转次数为:N=30÷12=2.5;
5 v0 A" Z# `9 c/ `0 u" T在三个月内 DVD 的周转次数为:N=90÷12=7.5。(设30 天为一个月)$ c: F2 O: S& K
根据题目中调查 1000 人愿意观看各种DVD 的人数,我们得到会员愿意观看各种2 ]. j2 T& ` O$ R
DVD 的经验概率分布统计结果如下(见表2):
) U0 n6 s# Y) T. J$ k6 D表 2
# Q4 e M# K7 K/ p/ x2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
/ U) Q5 \" }0 c' ]+ X: o% s4
4 q4 i# ~9 d* A9 K- U# GDVD 名称DVD1 DVD2 DVD3 DVD4 DVD5$ J& ^" \: ?( r U& {* e8 \4 F
经验概率 Pi 20% 10% 5% 2.5% 1%6 P2 Q* l' [4 u( e& r
R 为满足会员要求的百分比:一个月为50%;三个月为95%。' l& X' Z. t( y9 l* y4 P2 k; G
因此愿意观看第 i 种DVD 的人数Mi 为:Mi=V×Pi×R=100000×Pi×R (V 为总会: Z9 }; s7 @8 H4 Y- q+ I) h+ \
员数)。+ q0 w# j$ |8 _+ u2 q
那么所需要 DVD 的最小数量为:S=M÷N。(向上取整)
5 P% i1 W2 G+ O我们得到 S 的函数表达式:S=V×Pi×R÷N ;. U, @+ Z/ `! W7 C
求解得到每种 DVD 的准备张数(见表3):
, p7 {+ F4 N( k. ~4 c# Y6 k6 o) u- T表 3
; D/ t- C2 S/ b6 w" G/ `0 BDVD 名称DVD1 DVD2 DVD3 DVD4 DVD5
8 p# T! d) t+ K' [+ \$ C一个月内至少 50%) Z4 I: B0 x; d- ^7 ]
看到的最少张数
9 g9 S! I! K; k h4000 2000 1000 500 200& C9 i# ], o' ]
三个月内至少 95%
/ p( c8 a5 |/ y看到的最少张数2534 1267 634 317 127
3 ^- T4 I, O3 L- T7 y' q* z; Z作为一个租赁网站的经营者,总是希望赢利更多,就要提高周转次数,减少周转天% X8 C4 `' V# i+ k5 a, i
数,这样他的先期投入也将减少。就可以考虑尽可能缩短租借的天数,来增加网站的赢
/ d j! k: C. h4 u& }利和减少先期投入。若我们将归还时间定为3-9 天,则期望为6。一个月的DVD1 所需" c4 i# K7 Z s8 b' o' s! F! g
最少张数为2000 张(小于4000 张)。) O! K* G* }, d' r
4.3 问题二模型的建立与求解8 R6 i% K# G$ t4 O2 a0 X
4.3.1 问题二的分析
9 F' W" ~) i# K2 d" b* @8 ]顾客满意度可以简要地定义为:顾客接受产品和服务的实际感受与其期望值比较的& t4 T5 l0 P T8 K
程度。首先对满意度进行了如下假设:在会员的在线订单Dij 中,数字越小表示会员的
2 m& O9 H3 j; U; V! Z0 ]. W偏爱程度越高,如果会员得到他偏爱程度越高的DVD,则会员的满意度越大。假设会
- p' m- N, U r! [员对DVD 的偏爱度为:
( \1 k4 _; u0 v* Nïî9 K, p1 S' w! W4 j; U0 f
ïí ì/ j4 V/ I( L8 B
¹
1 N" K: p: A) U, c: V# b4 b( g=
& k6 g8 G4 b; s0 I5 y7 j# a=
* d/ Z) ~1 q# g( T6 A' R6 I5 L, 0
$ l' V2 R& |4 O" l' G2 J# X0 |% t11, 0; o9 D3 b. L+ N" o' N& @6 j
ij ij
3 X0 b4 E* z6 V+ g9 dij
5 L& B! T% z( I' ~( l6 {! ~ij D D
: F+ R! Z6 ]8 z3 |D
" V/ Y9 z4 J, X4 gDL
6 D0 W; V( ]8 S7 ?& J该问题的目的就是分配当前的订单,使得这些顾客的满意度最大,可以用0-1 规划, ~, l3 f8 M& _; x8 `
模型来求解,定义0-1 变量Cij(i=1⋯1000,j=1⋯100), Cij 为1 时表示第i 个顾客租到了
3 G( t! D ~' |/ o第j 种DVD,其值为0 时表示没有租到相应的DVD。0 ]0 n: ?0 t1 J% |* f
4.3.2 问题二模型的建立
- t5 R8 t: L- |& |3 Q会员租赁 DVD 满意度的目标函数为: åå
; O" u/ R) Z( X3 ]$ `= =7 K. z- A/ O" @% N, [. b/ f5 H5 z
´
0 _( P! p0 R9 f! n/ Y10000 w: R5 Q, y! z$ e% d4 j& \
1
: a8 ]! Y9 C: V100, x8 H6 ]0 h% B8 T4 e! a* I
1
. p: M# l$ a# u. D6 q- Wmin
# d$ E6 w5 ]) K5 A! Wi j/ t' T( z6 g# c# {/ S ~
ij ij DL C
% j/ x& v1 G: K0- 1 规划模型的约束条件为:! K5 R5 W8 T7 v2 s: i5 B
1、每个顾客一次能并且只能租到3 张DVD;* a3 X' x8 n( O) U) y8 I& S
2、租赁给会员的每种DVD 总张数不能超过现有DVD 数量。
, ~/ w2 H& N" m+ M6 q5 J& h6 _由上述分析得到如下的 0-1 规划模型:: g7 c, h7 K5 \& _
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
5 {+ x" `1 W- u- s5 _& P. l2 D1 K" x: e5
u3 ~9 q3 v# {ï ï ï ï
2 I. @$ l$ A8 W0 c Sî
. Z; j5 w, v$ J1 S; L7 {ï ï ï ï
; q3 i) H v& mí
# o* b2 [, R9 y' B: g" u5 _ì
' h7 Y( U" L9 \& S= =: H; G: y% i* b1 g
£* l% y" ]! Y% a/ ]
=
1 [2 j2 z5 Z0 {9 E2 ~=
9 R6 Z1 r2 m# d( t´
; [0 Q; A) H% A, _9 M- C% Kå6 J4 w r4 u+ S. f k4 S' R
å9 X9 @& Y# C9 V
åå* j/ y' L+ Y6 c
=5 F$ T% a7 |& v6 N
=' I6 u9 [* J$ J# Z9 J3 V& M) B
= =% Z, t& X' i5 L4 c5 v0 x+ r% C
( 1 1000, 1 100): D, {4 U' w) F& o
3 e6 |' k& p# ^0 r! f1 d t* V
0,1
& O) d; M X9 Z9 J. .) ~8 Y0 |8 X. y. r8 i
min
- R5 r% b* R- \2 R# c7 v0 N) v, [1 N10000 P) Y, { A8 G- t8 Y
1$ C0 n$ S T, ^; b5 R1 C% K4 z# {
100
- n/ X+ P) x1 c; U8 v1
/ I% R7 d+ Q# g! ]" c8 E1000 b6 c: u1 ]/ U7 U5 L6 g
1$ V, p' C( n8 I
100+ p+ o) [, R3 l r
1
) Y' V |/ v. H. d% v7 qi L j L0 \ ]9 g: m9 j2 `: E. [
C y. N% M& @9 q6 f$ @+ a9 v9 k
C
$ a9 e! E4 N2 h9 bC+ U. T+ }5 ]8 x) N" h
s t, l- g8 T) ]" E/ {" _" Z7 s* e& G
DL C
. o; E' {, [0 Y# z: H, pi# E" }/ K2 L/ R
ij j
6 R7 f& a& E l1 q' N yj Z6 ]3 f, [) ]( @) E* l7 X
ij2 v! w( @- X. l g; W
ij
3 [, _% l. @8 }i j
y& V. L0 e2 H$ ? D4 Lij ij/ ~9 n( j* T. x2 {1 C+ Y* o+ [
4.3.3 问题二的求解2 }- A& O! M2 K& I d& @0 _
对于上述的模型,在用LINGO 编程求解(具体程序请见附件),得到分配方案为
' s0 w2 i1 ~% R+ E5 u5 t3 V7 pCi,j 求得总偏爱度为åå
4 Y, g7 R* e: _1 |' z9 k* I; }= =
' E' p/ y. L! @* t& }4 c- d= ´
4 i6 `1 x1 A7 G3 ]2 ~1000
6 \2 ?+ u, e/ a7 m; t; i1
; H) z3 s6 M) G" ~100
+ J4 d; x, x$ hi j 1
B" f' Y+ J! L& |; q' q& Bij ij U D C 为7924。由Ci,j得到分配了30 张DVD给没有要求+ Q' O( W& k. ^% _2 c# Y g
预订这些DVD 的会员。前30 个会员租到DVD 的情况如下表4:- `4 {! Y) |5 w! ?5 p9 H6 J9 e0 L
表 4
& G7 q% G7 K p( c' v会员号 C0001 C0002 C0003 C0004 C0005 C0006 C0007 C0008 C0009 C0010
5 v+ M" N3 K! @& z1 8(1) 6(1) 32(4) 7(1) 11(3) 19(1) 26(3) 31(4) 53(1) 41(6)
- I8 J: F! |" [# p2 41(7) 44(2) 50(2) 18(2) 66(1) 53(2) 66(6) 35(5) 78(3) 55(2)
2 d" h3 V2 J7 h2 w分配
" [( I6 P" F" n; n m3 N. }8 lDVD 的- V! T1 q" ~! L. W2 o
种类号3 98(3) 62(4) 80(1) 41(3) 68(2) 66(4) 81(1) 71(1) 100(2) 85(3)
6 {* t5 ~2 G4 {; `' H" r会员号 C0011 C0012 C0013 C0014 C0015 C0016 C0017 C0018 C0019 C00208 }- K, L1 k) i9 E
1 59(1) 2(2) 21(3) 23(2) 13(1) 10(4) 47(2) 41(1) 66(4) 45(1)' @# s& j0 B6 O; v# ?6 B9 `1 R
2 63(2) 31(1) 78(2) 52(1) 52(4) 84(1) 51(3) 60(2) 84(1) 61(3)
' \! A3 M' q) q# n3 ~分配
/ L: O. C* {; E) V% KDVD 的
) m' l& X2 R; ?" A6 w1 }0 p种类号3 66(4) 41(7) 96(1) 89(6) 85(3) 97(2) 67(1) 78(3) 86(2) 89(2)
1 K3 L" \* q6 W9 U会员号 C0021 C0022 C0023 C0024 C0025 C0026 C0027 C0028 C0029 C0030' }( x0 @! c P9 d: f$ [9 M
1 45(2) 38(3) 29(2) 37(4) 9(1) 22(1) 50(4) 8(1) 26(4) 37(2)
; Q( l! b% z& Z2 50(5) 55(2) 81(3) 41(2) 69(2) 68(2) 58(1) 34(2) 30(2) 62(1)
L, R/ x; o8 U3 y& Z8 y分配
5 x# y1 d9 U, ^4 RDVD 的! E( B% @$ Q% x! F
种类号3 53(1) 57(1) 95(1) 76(1) 94(3) 95(3) 78(7) 82(3) 55(1) 98(5)
. s1 \( ~$ _- @% _1 f0 H* @注:括号内的值为会员对该DVD 喜好程度。! \5 {( z* [/ G3 I7 F" k; Y# k2 d
为使会员得到自己没有预定的 DVD 总数最少,可以将DLij 中为11 的数增大变为# {, L( U% C/ u% b# _) G: I
1000,即将此偏爱程度降低,再如上求解得到一种新的分配方案Ci,j,求得总偏爱度U
~/ ~/ ~, i% g. z) p! S6 M为8191(>7924),但是经分析,只分配了8 张DVD 给没有要求预订这些DVD 的会员。
( J2 }+ \/ Z4 R) @: y" e事实上这里的8 张DVD 已经最小,具体原因是,现有DVD 总数为3007 张,每个人得
. A& r P7 k4 y& t# J5 p到3 张DVD,1000 个人就得到3000 张DVD,则还有7 张未出租。根据所给的数据,
4 q7 y3 @ F* w' o) x4 N4 D第37 种DVD 现有106 张,只有91 个会员愿意租此DVD,即第37 张DVD 按照会员的
, J2 f+ ~/ ^1 l2 L0 @, z p需求无论怎么发放,也会有106-91=15 张剩余,而总共应该只有7 张DVD 未出租,这% r ~: U5 ^, x- M+ }5 O
样就无法满足所有的会员租到自己想看的DVD,而且一定至少有15-7=8 张DVD 发给
5 k7 D. f2 b P了没有订这8 张DVD 的会员。
8 b! w( \' w3 u, u# G9 ^比较上面两种分配方案,我们选择第二种分配方案。第二种方案下,前30 会员的
0 G! ~% a7 h# E7 {) \! N租赁情况是只有第25 个会员的第3 张DVD 与第一种分配方案不同,其值为81(4)
3 c* U1 |6 I+ O8 W4.4 问题三模型的建立与求解
1 V' p: {9 p/ q2 Q. y0,1 变量
" z4 x, @2 U+ D# T) ]每位会员租 3 张DVD B) T4 W' K6 \0 d$ [ j) \, O; w
DVD 现有数量的限制
9 {- w2 p w$ \! f2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
& R2 q7 r9 G. Y9 ?* F! ?6
2 G4 u4 ~% ~6 O3 u' `4.4.1 问题三的分析及模型的建立
1 X! L6 d' V& }$ Y# }( x分析该问题的目标是保证一个月内 95%的会员得到他想看的DVD 的情况下,使得 ?4 Z, w6 [- q1 D& j) @, e0 A
会员的满意程度达到最大。/ I3 B, S9 r' ], q
假设分配给第 i 个会员3 张DVD,且这3 张DVD 都属于该会员预定的DVD 那么5 \4 z" r0 z2 Y! S4 H1 a( Z' B4 G; E
记pi 为 1,否则记pi 为 0。) E; i1 O# A( f
ú úû; J" v5 h. i9 [+ z+ A7 T+ s. w
ù" J: z* |- t+ Y" _6 c! S1 _
ê êë2 D% [0 r6 L5 D$ t# j2 d
é
3 x( ~. p* {% t. {÷ ÷ø
, g/ [, d. H d4 eö! ]9 y$ d# C5 D+ K2 V) x
ç çè
4 b! O8 N' y1 w9 o2 Yæ, P2 p% g# P5 R) t4 S& U
= å
# y4 Q: e5 r! W# a" @; }( g=# z v- |8 T1 O( s3 f
3
, ?; r! c0 c) I100% o! v* S! @4 u, D
j 1
7 ~. i1 K) G& u' O4 Wi ij p C (注: []为向下取整)
. L" w! M0 S1 C& s要使一个月内 95%的会员看到他预订的DVD,则得到0.95 1000
9 B; f* _/ d1 e' j5 z' C y1000
* X- U: `& y$ `* r7 N1
4 ?9 l, A. G8 ^; X: B) p, i# k´ = å
- B) j$ \4 d5 A8 Q" a$ E! e= i
4 }0 i# R5 b( O; _8 n% Ypi, Y# P% o e% L0 c
根据问题二以及这里分可以建立以下模型:
& |! T: h2 R* m) R; A- \4 n" `" Pï ï ï ï ï ï
! `, i1 W( n+ ]2 yî! \8 n% r- E1 v( X. D1 I& D
ïï ï ï ï ï, S7 u- x% \) _0 p2 A* F
í0 u7 A0 q7 @' `5 n. H( s
ì
- `, B' H$ Y5 U= =
) A5 v' e, @. @! y' b6 V=: S4 }, S" [. M; }7 {# `* A
ú úû4 d% ~5 M# K' t" y+ E
ù& L# C. W' W! i0 ?0 M7 J( `
ê êë
0 f8 z7 x- b! ]+ ]( I: D2 P8 Mé
- m) D* w& T% M% I( K: M. c÷ ÷( T7 U; R- N! L' ^; ^" K
ø
" L2 y" W+ Z' ~* b0 }1 m7 V tö+ c+ |3 @5 ]0 w5 L7 e
ç ç l! ^' `( I. d6 Y+ O1 h
è
3 ~4 G- c# \+ [0 B3 Uæ
* F5 [( U, J& A6 }0 Y% v# l" e& r£
n' ~0 A" ]& d$ e% d M! s=
' J$ O' k4 E% C=. q0 a& k% ^3 H9 F, x
´
. B$ i) b$ ^! y3 _; \! ~5 t& Så å
1 V8 Z. P) }; Wå ]" \% G1 _" t8 O1 O
å0 y( E- J9 y2 W& }$ j8 w1 \5 g
åå
$ \9 Q- }. M2 y9 Z4 i= =
+ {5 G( D- t4 T- u! m E=
* \6 u" X0 r6 Z; F# a5 o=
* _! G& c1 s( M/ O: {* l= =, ]4 @4 i( r* G- g* p2 }: L, ]6 S
( 1 1000 , 1 100 )6 u& f/ M3 G& f' R7 e1 H
3 0.95 *1000; R' w4 G* R: z2 D1 b2 f) r* I
3
% h( j* E( f( Y4 N0,1
6 Y a& n8 R( C5 O- Z; ~., k4 F$ a0 p" x2 h+ ?. U' e6 N
min
Q% {- T9 B$ p- N& M1000
* c5 R) A) ~5 s/ r6 H- J12 r, S5 M2 o8 T3 n! Q
100* Z7 d( z1 d `9 _4 \( W; ~! u
14 A* r: m y/ x
1000
- z3 t: ?. u1 o$ s) [5 B. o4 K1$ R! Y) d9 V" |/ R
100& @( `0 c2 O: }/ b* @2 ~+ w0 ]
19 Y+ I$ P( W% n" V9 q$ s
1000
0 q( n6 ~( A$ ^: {5 O, z14 v ]" ?) J7 o9 |- ^! l9 K/ m
1005 s. [) [* a4 q6 l" H5 I
1; X. I+ v! X; s* ~
i L j L
s- w$ w+ Q- g5 [+ |0 eC
8 b: l) X4 ?& D/ C, ^" \C y
# i. W2 A, t7 g. KC
9 p' E9 t9 D' p7 |* |0 C) JC
: \( I, G" T2 T1 ns t
2 {( y5 ?- d; j) r/ ]D C* H5 ^( G+ R2 s3 V* f* r
i j% l+ `* _: k- T5 o2 j
ij, j2 d* s: L8 j; q. n
i: O7 l( W- [1 _: L; ]3 t# \
ij j" `$ _4 T" ?: D% X( s
j
; ?5 y0 J9 V" Qij9 a3 e$ Q( n; r; m8 M, ~
ij
( }# E5 E: f* _* E6 o! z$ Z" `0 ei j; n$ e4 D; }: ^
ij ij
# R8 {( U- R2 j4.4.2 问题三的求解
0 @" O1 c; L$ O7 d. a& \- Y7 W上述模型难以用计算机实现,这里我们用计算机仿真来解决该问题。仿真前先进行9 r2 U' Q( M9 J5 T" G/ H
如下假设:) S+ l, q9 l3 v; I" q) O+ J
a,假设40%的会员一个月只租DVD 一次, 60%的会员一个月租DVD 两次,会员
# T+ T" T3 ?1 _3 h) V8 N% R" }还DVD 天数在3~30 天内并服从等概率分布。
7 I# c, d$ o) c! ob,假设每位顾客都有95%的概率租到自己想看的DVD,若一位顾客按偏爱度订n. o, r! O* {5 h+ w c
(n<10)种自己想看的DVD,设该顾客租到偏爱度为k(k<n)的DVD 的概率为
3 C& v, X: o1 ~å=" n5 W& g) a9 A, M- n/ P; A0 H w
-
6 _0 \5 j v Q. o$ J$ C' ?+ I7 k7 E# `-
5 L( U+ T! h9 Y7 b=
, p/ C) E$ R; Kn
4 P- b6 N: ]5 S* i- Y; @+ mi i) c/ y8 S* x2 V0 b: ]6 e6 Q
k
$ r |3 Q8 l9 T( Y4 a4 u& r ^p k: G" a9 {2 h* ^/ I
1 11. k1 r, x5 b$ Y
11
U n6 O1 a. `3 b2 K+ S; T( ) ,5 V& `" z- R0 W
c,假设已经租到DVD 的会员只有归还DVD 后才能再租,
/ r" p) ?" m/ A( E& c# ]在此假设基础上进行模拟一个月内 DVD 的供求,得到这一个月中每种DVD 的需# _; Q4 @1 G/ @# R* w1 q7 X) V
求的最大量。仿真流程图见图1,程序见附录。' K# q h' s( L1 E( v
用 MATLAB编程[1] [2],经过多次模拟,得到每种DVD 的购买总量在3085 左右,* Y5 u. t1 h) ?
其中一次结果得到各种DVD 购买量依次为(见表5):
: P! j6 g% ?* g/ K表 5- ?) k8 y( t5 g7 S. V
D001—D010 28 33 29 26 24 30 31 35 28 274 ~' R2 P8 I: K" I
D011—D020 25 24 35 39 23 34 37 29 27 356 L2 B- M) E9 Y/ L' e
D021—D030 33 31 42 28 32 32 27 23 35 35
" l8 a! p) u+ ^) S9 z' X; D- gD031—D040 35 29 22 28 38 32 30 33 30 29
+ y9 e3 r# z9 D5 x* t' G7 I4 A6 n0,1 变量 f: S' h Q2 a& B+ e+ c; y M
每位会员租 3 张DVD
* P4 c- O# o2 V- z0 qDVD 数量的限制+ `0 o! l4 _; o& G7 N8 b
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
8 ?, k5 I% Y7 n$ Q4 f0 n7& {+ L1 ]% u- m# C
D041—D050 34 39 23 25 38 32 35 35 27 30
$ t: w9 L; S* }- e SD051—D060 31 31 38 21 30 32 35 31 36 38' e/ _6 O: {( W8 I& g4 U: A6 g% O
D061—D070 25 33 23 33 34 43 34 40 42 365 j7 w9 v6 i p
D071—D080 35 36 30 30 33 29 21 31 23 33
6 V1 ]* W. L# c4 qD081—D090 34 20 21 26 33 20 31 20 38 32$ g' D& K+ q( j' C7 F
D091—D100 43 25 30 31 29 26 29 30 26 34) T2 Z- _" V% o7 p9 q4 _5 \
总和 30862 D0 c8 r$ R, F
Y
' D+ m6 G" R! a2 ~" ^, H' FN" s7 V. |4 |3 E' c
Y- J; L( s& X: { a- X4 v4 e
N
8 q# V+ C7 g2 s, ^, g! e, I0 [( DN
& Z; T: D9 ?: w Z& n' k& u. L$ {Y
! @+ ^6 V! ?6 J1 i4 [3 q# e: M' sY
$ @, A2 U; R% i, m; v% ZY
3 \9 s8 E8 k# k2 G: |/ M( N% }. t6 L9 Si<30?
5 N! F" `' S, N$ gi=i+1 第i 天
, B) ]# y" X, `' Z: pj=j+1,- N9 {0 R( }/ S) e9 r$ G
第 j 个会员
/ q* i$ B: c, Z# ~, oj<n?% A+ {% z. u2 L( ^9 o8 s
会 员 j 是否还: z# l* @& @8 C
租到DVDd1,d2,d3, x0 ]$ i9 P9 a" D# c4 _- h5 |
D(d1,d2,d3)减1
* o1 @8 l" w# Y/ `计算 30 天中Di
/ k2 A( J7 c5 e! l的减少最大
& P8 g% x* R- B4 o0 s结束9 o7 j" |- s. G" f4 j
N0 t! ^7 n9 \1 L5 a4 h# P+ x* l+ W
将 1000 个人分类i=0,; }1 i. f6 h8 b
D(1..100)=1000,
) q" x! F- M/ Q3 Gj=0,n=1000& S; U; q: ]0 }* M3 ^
还回 DVDd1,d2,d3,
5 y# u) o. Y1 b3 x' M! \4 D/ \: ^& @D(d1,d2,d3)加1
R) v# ?( ?9 R& p会 员 j 是否租
+ Z7 t3 d* }3 _9 n2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
. v" A9 M) w$ u3 Z8' B0 C1 B' d0 x$ f
图 13 O. W+ |, W0 ]6 ]
4.5 问题四的分析. A$ d/ q* x) I# [* [6 L! H& b
我们分析了 DVD 租赁的实际情况,发现以下问题:; P7 C9 X: V8 v% Z- U
4.5.1 已知连续前N 个月的DVD 需求情况,如何预测出第N+1 个月的DVD 需求
0 h6 E* x+ v' o1 d) M, {7 p情况?
1 G( j) I: [/ O4 j2 y" A3 a4 s假设前 5 个月的DVD 总数的需求情况为x1,x2,x3,x4,x5) f! \+ u& A4 Y! ]6 S
对与上述问题,我们建立灰色GM(1,1)模型求解[3]。
& N- i! Q' F3 T) m1 }9 `以第一个月为起始点,即在该点t=1,于是有原始数据序列:/ ]; V% h' Y! ~8 z: ]2 O' J' W: ]+ m
X(0)={ X(0)(t) t=1,2, ⋯5} ]! Y8 z$ D5 o6 s. {) g' r) Y
={ X(0)(1), X(0)(2), ⋯ X(0)(5)}
% Y1 h7 i4 I" V={x1,x2,x3,x4,x5}4 q- J, d9 a( s) b2 z, o# W0 l0 c- D
首先按 GM(1,1)建模方法,对已知原始数据序列X(0)进行一阶累加生成, ~0 Z/ M: n; H. Y! z
(即1—AG0):
7 a# H" U" s, l- b* V' Zå=
) D& c0 R# R& H$ G! k2 G7 l=
$ ?9 }: d+ p# |. A7 pt7 L$ J/ z2 U/ Q7 L0 I+ F/ Q
m
?7 i& V7 q; [1 O5 w& fX t X m
# f1 p( F$ U, t' W+ E16 {/ k0 j( X' J3 M; p+ i
(1) ( ) (0 ) ( )8 h9 Y4 U! z& P/ Y/ `% D1 |* Q
。得到生成数列X(1),如下:
[6 T* w: A0 b2 @, ~+ LX(0) ={ X(1)(t) t=1,2, ⋯5}
6 Q8 `5 v% I0 d. @3 E={ X(1)(1), X(1)(2), ⋯ X(0)(5)}
6 r0 ]0 C# w- K={ x1, x1+ x2,x1+ x2+ x3,x1+ x2+ x3+ x4,x1+ x2+ x3+ x4+x5}" ?/ T; `# v$ o" L! c+ C8 z
构造数据矩阵 B 及数据向量YN+ x( ?8 J9 [/ H) Y
ú ú ú ú ú
3 l7 U( f! X" ]% i7 N* T4 ]8 Lû8 k2 I; u' G8 n! X* P2 J" d
ù
: f& ?, ^+ r# P4 Bê ê ê ê ê* p' R$ I8 t, P2 m1 q/ M9 h! L
ë
6 J9 Z, l3 T# h/ yé
4 U2 S2 {, y5 s, X9 a- - +
! O9 i) ^# k6 G: O/ l& e5 n y6 F, c- +8 x6 M& W8 }% g/ G4 s6 e
- +
) a% K4 ^" [4 c8 `( H+ J }=/ E6 G; }! ^, R) K& W
1/ 2( ( 1) ( )) 1- W& `: u6 B0 S- i$ g+ O) i
1/ 2( (2) (3)) 1
; F1 W3 n. n) r/ K1/ 2( (1) (2)) 1* k! n' D0 j$ K8 M
(1) (1)0 [; ~3 F- m+ H
(1) (1)
6 [' L8 c/ e$ @8 @6 b, ^# I. }+ p(1) (1)6 l0 z. a9 X5 I! ]# Q& F
X n X n2 |$ A+ B4 o; X7 u. s7 o
X X! G4 \" U4 D# ^5 E6 M
X X* ?# g, h. {& E# {8 @
B8 u5 [1 f) q/ Z8 ~5 C3 p2 Z% K
M M7 q7 X& h7 _/ w! M( c5 [
YN=[ X(0)(2), X(0)(3), ⋯ X(0)( n)]T% x: C1 }9 ^. V4 S: M# {; R8 G
求模型参数a :
0 Q: d6 f7 g# I% WN
) {& X1 D- j: w8 ?a) = (a,b)T = (BT B) -1BTY
% V1 e# J3 E3 z# Z建立模型:根据参数a 建立模型。模型的时间响应方程为:
: } m. g, @7 @a
! ]. X% P1 I" [1 r- `7 vb. M0 \- b9 ~8 G/ ?
e' X( A' e! j$ u/ O* ~+ O, @
a
* u) y" l f, n# t e$ x9 @b: q" d) \, @" C) S# X
X (1) (t +1) = (X (0) (1) - ) -at + )
4 }/ Q% d; u- I( t$ H s模型的改进:
. r( [: c6 u* }. K7 }8 l: A为了提高模型精度,又对参数进行估计,以进一步改进模型。将以上时间响应方程
. h, V m3 R! s6 Y# Q" M写成:
2 ^9 L Y& H2 F6 b, tX (1) (t +1) = Ae at + B- L. k0 D2 B2 e: d% P0 C5 Y
根据第一次估计的a 值及原始1—AGO 数列X(0)( k)对A 和B 进行估计。构造数据
+ A" y3 y% [- G8 o1 L矩阵G 及数据向量X(1):
* S" a- N9 |, v: S# U& c2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文, E- R3 c- i/ V2 M/ X- y
9
6 i7 Y* J8 M6 C. K# E- ?$ ~$ Gú ú ú ú ú
* N! o; r7 \, a% E$ uû2 ~8 t0 f, Q& i9 q
ù5 U( X) W3 y3 \2 S
ê ê ê ê ê& b7 }3 C* \) v4 Q5 F6 P$ ?0 p
ë6 H4 V% }' V& M) Q% Z- y
é
$ T8 M9 M4 b' G=8 O% Q& ?& f6 K, y& G) a6 R4 Z
- -
7 j. ^, \9 M# R- S, T% O-
0 r% Z5 [; H% R( Y- A! P1/ v x- Q/ F( ]! X" N% b& @5 k
1
0 ^/ r: m7 o9 p8 R- u1* a& X0 D# l0 _$ z7 E
( 1)
6 B/ i9 C% _9 v+ s# g8 s0
7 n! ^+ |, v6 a( |% a* S j7 be n* q- x5 \! U; Q. R" g3 L* T4 v1 O
e
; ^3 v0 R+ e& ^6 k3 g& de4 ?5 } h* C- Q: \& E" v( g/ Q
G
& M5 k# s3 L) q/ Pa$ ^1 Y* x$ }, k1 B
a
' _, z/ R @8 j7 pM M
; q9 ?1 M8 M/ m' L8 L& TY(1)=[ X(1)(1), X(1)(2), ⋯ X(1)( n)]T
) ^9 y6 J& m% q3 H- J, z( n求出参数 A 和B4 L. n9 a: T6 |5 D( h
(G G) 1G X (1); u' q) D0 `: c* Z( K+ |
B1 J/ ?$ d9 }+ |$ m- N
A = T - T ÷ ÷
. ~' H# X' |/ X9 O8 d0 g$ }! Jø
$ V" m+ p. S' X0 }& eö
F+ p- U1 Y# B9 K( uç çè
( S. A6 `$ k+ jæ" g. W6 ?* V5 G$ e
求出时间相应方程: X (1) (t +1) = Ae at + B
8 {: d( y$ W. Z: b6 n m8 H; r* B则需求总量的预测模型为: X (0) (t 1) X (1) (t 1) X (1) (t) ) ) ) + = + -3 c9 U. E4 _- }5 H* d6 x; i
4.5.2 网站月盈利与网站DVD 购买,会员会费的关系
4 o. ?; J4 `" P0 _; E网站盈利与网站会员数、会费、会员的满意度和DVD 总量存在一定联系,如何购
- Y( j( j( k! Y) X s买DVD,如何确定会费使得网站盈利最大" b7 ~# n; H" X6 k5 r# f
假设网站会员人数 W 与网站会费e,会员对网站的满意程度m 有关,设:$ d/ {: v7 x' n0 ^! A
W = f (e,m);7 I9 G7 h+ K, f# Y: M# N
假设会员对网站的满意程度 m 与网站拥有DVD 总数量s,网站拥有DVD 种数n
+ B6 z; ]! U" ]9 V4 j: V! z有关,设:. D+ S! F: u2 g5 {
m = g(s, n)
5 ?8 k# R. w7 S8 Y* v2 w假设拥有第 i 种DVD 的数量为ai,第i 中DVD 购买价格为bi
5 Q- l! P2 p) S2 p假设网站的每月的盈利 F 只于购买DVD 的费用与会员的会费有关5 B, B( o5 V: V
根据以上假设建立如下规划模型:, v; C2 d: k4 ^
ï ï ï: ]1 V# N3 }* I% h- M
î
& F; ^9 A. C, o* Z; L/ t7 Q( f: }ï ï ï
6 y; A# n6 X, _0 K! o. ^í3 X& N1 S. H9 ^8 s" {5 }
ì# X- w0 H7 ]) @8 q0 Q o7 X
=( L# t" n, S& x* p. v/ u
=& p! I" ^/ @ Q5 ], S- G h
=
9 D( y5 e8 }* j, Q, h= ´ - ´( A2 h5 }( Y6 R y1 d' H# X- g$ A
å/ }: E& y0 q- S
å) _$ \: H4 ~9 h( s- c, ]( _! {
=
. o: q& k3 w. v/ s=
/ v! I# U2 j* v* p7 \n
^ d' @: G3 B% X9 D. |- V. I) v% Fi( x1 I( \- b. ~) L5 ~0 a6 z
i" k2 `1 h6 q4 I/ w; `
n3 ?8 ^' T0 [5 S3 N; s. h
i
; h: m5 w+ W6 b" u/ Bi i, N4 I! ?; I; M0 h6 Y& {; P
s a, [' ?- ~6 x/ @! k& c! v" D
m g s n+ t7 a/ r: f. d/ Q$ s( l; j9 ?1 b
W f e m
1 p& Q, u4 s- u' ]5 h6 Ns t
6 N3 G1 X) |* MF W e a b8 D4 p8 B; K2 L
1
" a) J$ |' A6 Z3 Z1
: a9 B" g2 A0 x: c, M( , )
3 N, {; T; Z5 `. r$ }2 I( , )
2 O% L& b# S6 u2 Q. .4 r+ A) T W7 x+ e% W) b
max4 ~8 l$ }" X# E6 t( |. ~
六、模型的评价及推广
1 P4 l9 z5 P$ _+ P% R5 P; D" m在问题一中,我们的根据实际的情况,突破传统以会员为参考切题巧妙地转为以经6 l, y) l, E; U. F' s) |7 r, \
营者的身份用周转情况来考虑问题本身,使解题思路突现,运算简单,而且模型非常明
! Y! b0 H; t" ~- m8 J' B了,十分容易理解。问题二中,我们证明了在题设条件下每位会员不可能都租到自己想看0 b A; d0 |: _9 ?% E
的3 张DVD,至少有8 张DVD 租给了不愿意租到该DVD 的会员,同时用 0-1 规划模+ m. O3 g+ c# |: L! I
型求得了在只有有8 张DVD 租给了不愿意租到该DVD 的会员情况下最优的分配方案。% y7 {- p2 z# ~8 a
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文/ X" r6 }# E' T- T
10) u+ Y8 I7 D2 v7 ~( i% e: r
此模型中有10 万个0-1 变量,规模已经相当大,但是运算只有20 多秒,在10 万个变+ C6 x B: o" M% ?! y, t
量以内规模的问题都可以求解。对于更大规模问题,模型的求解就会困难。因此我们想& w- b; j5 T( b% O
了另外的一个算法:贪心算法[4]。贪心算法是在让计算机按照当前的要求逐一进行分配。
+ w* O( k: d( t1 q1 i8 |! u8 Q2 g% c在满足一定约束条件下,每次搜索偏爱度最小,然后按此进行分配的原则,得出较优解。, R8 Z+ \# b( x. b$ B% V
对于问题三,我们建立了一个规划模型,满足题目要求并且容易理解,但模型求解较为4 c' Y7 ?' n/ v0 F3 K* ^- y8 ?$ h! i
困难,然后用计算机仿真的方法模拟一个月内会员租DVD情况,得到网站应该购买DVD
1 r& r3 s& J3 |4 Z, S% D的数量。次方法比较贴近现实,但是每次模拟的结果都会有一定的差别,而且所得到的( F! r" [3 W9 y
结果难以求得最优解。" u0 g; B1 N2 Q1 K2 J5 S& T
本文建立的模型,不仅能够解决本文的问题。在超市物品的需求预测,货物的购买# }& i! z) ^, P1 b, h! J2 h( S
和各个连锁网点的货物分配,都能运用本文的模型进行解决,本文的模型,能很好符合, p/ q. E* t1 ?9 s/ i
实际情况,但在精确性上还有待改进。
7 c2 g( @+ ^& X[参考文献]:
- r9 ~- ?: m: q, c8 y. r1 p8 J[1] 张平 等,MATLAB 基础与应用,北京:北京航空航天大学出版社,2001 年1 m, ^5 x; g9 G% ~: ^
[2] 苏金明,张莲花等,MATLAB 工具箱应用,北京:电子工业出版社,2004 年
4 Z$ _/ R* \7 Q6 \0 s) ?[3] 蔡家明,灰色系统模型在汽车市场需求预测中的应用,上海工程技术大学学报,0 Z7 j) E r8 H, p
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[4] 余祥宣,崔国华等,计算机算法基础,湖北:华中科技大学出版社,2004年. ~8 [4 i3 p8 \9 W
[5] http://www.netflix.com,2005 年9 月17 日
# H) i3 `9 ?' i6 j' j5 m4 ~, L[附录]:1 w" M* {. R% w/ o3 D* |$ Z+ }
1、问题二程序:
2 G3 ~3 E' ]+ O运行软件:Lingo 8.0
9 ]: u) U! @7 N+ L( F运行环境:windows20003 I9 i. S, T+ k1 J q2 A. j. A
运行时间:24 秒
/ z; ?; w5 _% I7 f) L+ G" |model:
/ x7 Z) ]7 _$ ]& p8 Q0 {sets:
0 z0 D S; ?4 ?2 s1 K, vcd/1..100/:dvd;
9 b7 C3 t! Y+ L f6 Kren/1..1000/:people;
$ ~0 I' n& a- Blink(ren,cd):c,b;
6 x7 k* i, d0 k h6 u3 a! {endsets
6 V/ i" k* {0 @[email=min=@sum(link:c*b]min=@sum(link:c*b[/email]);+ E! l; m% [$ f+ O4 n# f
!dvd总数的约束;
/ e u/ C* B, K0 f9 I+ E. k, I@for(cd(J) sum(ren(I):b(I,J))<dvd(J));
* m( O& `4 d+ y- L4 G; o% k!需求约束;5 e9 E& ]- j$ u9 k
@for(ren(I) sum(cd(J):b(I,J))=3);
& E+ m9 `6 A" e6 `@for(link bin(b));
3 ?/ t# K$ Y! @) i% x# f( adata:
- ^9 c0 O! h2 [0 Jc= ;!输入偏爱度;
, i- ~6 g8 d# l# q4 P0 P vdvd= ;!输入现有的每张DVD张数;
O( v; S$ V5 K% x; i& w# lenddate% a% B; p, k$ s# T2 m6 d. x
end
3 h0 l! i- k$ M O2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文' }+ u/ i9 |' k5 w; x
117 Q7 ^) P9 E/ \5 ?! P: }$ f0 T; c+ C
运行软件:Matlab 6.5' ^. ?5 J- ^( Q8 j: Q5 g0 E" T! u
运行环境:windows2000
" M1 X1 N$ w, E3 Z0 D( Gding=[ ];%输入订单表" }: W" ?; G* K' s$ |, d
b=[ ];%输入由lingo 解得的最优解' s2 K; @- E* x4 x6 Z: q
k=1;
8 V, A8 O4 ~7 F, M: p' h: ]for i=1:1000% x 为分配DVD 方案表1 A/ f- \8 A! j4 E' A' y
for j=1:100
% X1 `6 X: T$ u" Y* ]$ b- x7 txx(i,j)=b(k);
& n! V5 G* o$ p- o( W/ Bk=k+1;
; z+ b! ]7 ]0 V" N9 D; Fend% C9 Z7 o: g" |/ N+ C# `
end: ^4 }3 ? F. X0 n9 x1 A0 D
for i=1:1000 %满意度8 t. S# _+ d) @' T' K3 l; T
for j=1:100" o/ G- ]" n+ B" u
if ding(i,j)>0 %ding 表示订单表
; k7 x1 C. @( g, l6 x; s$ Fman(i,j)=11-ding(i,j);
- b, |. m- R: ]# b/ j* Send
% D: Q" l3 M/ u2 x/ y+ Zend: W0 I$ o# v0 H7 G! `7 u
end
. v; t! T. q) x) Stt=xx.*man;+ X. \. U. A6 B3 c0 D. z4 i
ts1=sum(tt( ) %ts1 满意度的最大值
- P/ y/ g- ?$ _7 ltt=xx.*ding;
# R' R% c# C) h+ Z* h \tt2=sum(tt( ) %tt2 订数字和最小 {( a/ e$ s N% _) w/ \. N
for i=1:10008 C. N, R7 m* V7 v
k=1;
J- ]6 u/ n0 b" v) F9 e) [for j=1:100+ Z( q" a D4 z' w: X' m* C: l. M" b y
if xx(i,j)==1
; \( i! D6 g# N) }: ^' Z3 Jd(i,k)=j;%d 表示发放表9 @: [ f* {0 `# |1 v! W$ _0 P
k=k+1;
( A8 `! z! S$ E2 b* Nend
( Y' O7 z' u. Xend
. W" O; n2 Q& S# a& Bend
K; w8 \( }% F$ d8 Ifor i=1:1000
' L, Z2 X5 {! }8 X+ f) [: xfor j=1:3; ]8 k. d9 n. _ h1 W% b& F0 u6 ^
ddd(i,j)=ding(i,d(i,j));%ddd 与发放表对应的订单数字
6 j. c. X: N5 y! M9 ^$ C6 uend
, n4 K! {) I2 G. ]) T! v: Xend4 y- f2 O6 `' ]. [" h9 h/ R3 t
k=0;%租给了会员不愿意租到碟的个数- B+ V9 x$ D" [/ q6 M: ]" a
for i=1:1000
- r: j; q7 d8 M( g+ h( F6 Efor j=1:100
! r" `* c) y+ l' ~! C7 Pif (xx(i,j)==1&ding(i,j)==0)
7 m6 i6 O8 w9 M+ ~) O r; t s& gk=k+1;
6 V. q$ ]6 S+ `2 R1 L8 D2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文3 Y H" v9 ]* L# z6 V; ]$ N
126 B `( Z6 B3 \( k( q4 K0 c2 e4 _
end* s& [1 Q; E" ?
end9 e9 k; M/ a- i; I* F" F3 b) x' }
end. R' ?$ _, M# ~
k# n1 J( u8 L1 I
2、问题三程序
" i% W3 ]2 n: B* x1 S0 C" @运行软件:Matlab 6.5* O) B7 ]: s- I' U. ^
运行环境:windows2000
, ]- z) t) e- yc0=[ ]; %输入在线订单表
! u* C; g" W- i& j: v! gn=1000;c1=zeros(n,7); %%记录j 号会员的信息,c1(j,1)-c1(j,3)表示会员借的三张碟的号码,
# \- x" d" ?! z' U3 Z; h4 L3 {# e. Volddvd=ones(1,100)*n; %c1(j,4)表示借的时间,c1(j,5) 表示还的时间 c1(j,6) 表示会员的类别,2 Q/ D/ y" |$ y' L/ f" k
c1(j,7)表示借次数
% n- h+ C5 I2 e% T" }4 jc1(:,6)=unidrnd(10,1000,1) ; % 人数分类 60%会员只能租二次 40%会员只能租一次小于 6 为第一类" K1 Y& M3 Z6 }8 q7 J
人
1 t- k+ }: n7 ~% h" v% C q" ca=10;b=20;9 `1 t0 y4 I/ C
yt=olddvd;
/ ?& q* n0 X& ^4 z& g; X! [for(i=1:30)%对每一天的情况进行模拟- M3 U; N4 N$ B( M) j9 n. k
for(j=1:n)
0 l) s( m4 G6 f2 Z* Hif(c1(j,4)&c1(j,5)==i)%还碟1 n9 A* X; ~" f; ~
if(c1(j,1))olddvd(c1(j,1))=olddvd(c1(j,1))+1;end
7 n L2 m1 R& u/ w4 G# @if(c1(j,2))olddvd(c1(j,2))=olddvd(c1(j,2))+1;end2 `7 S2 |" l% ]! U% F, b( R
if(c1(j,3))olddvd(c1(j,3))=olddvd(c1(j,3))+1;end
+ M% X% }7 o4 L# E3 @c1(j,4)=0;
. y- C% Q, _+ i; \8 tend, R* o& v5 U2 A' I3 d* Q/ x
if(c1(j,4))continue;end %以下可以租; `6 s/ ^$ _, F* i0 R: P9 ?7 T
if(c1(j,6)<=6&c1(j,7)>=2)continue;end % 60%的会员租了两次不能再阻6 s/ Y& ^+ D/ f. `& O5 f2 d1 Z& N
if(c1(j,6)>6&c1(j,7)>=1)continue;end % 40%的会员租了一次不再租
: P+ x J! I) o. |0 F7 aif(unidrnd(100)>95) continue;end %保证0.95 的概率能选到
5 @$ D& ~5 ~' |: t8 [c2=c0(j, ;%以下开始租
: l% r/ N; P; {ts=0;/ J( C. n6 l( r ^( c
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
( W/ V- }+ E! @* c0 Z4 U生成三个随机数* h4 f2 M% H* f
ct=0;
0 l1 ~& {, u. o" z6 ^7 U/ J0 vfor s=1:1002 f9 u8 [' k! A( m4 H6 T3 U
if(c2(s)) ct=ct+1;ts(ct)=c2(s);end
# J& q, s1 _0 w N* v2 cend* {# W* V% x: \$ D, G6 @+ T
tt=length(ts);
! s6 ^, v3 k1 o; u* c9 y# [%tt=max(c2); %第m 行的人预选个数
" w: H. |) U2 `2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
- I( @/ |9 @" W1 ? ]13
! A" n/ Z% N& s% f5 W, t# F%ts=1:tt;
1 d* K% ^. Q N. |2 wts=11-ts;; [5 t4 G! A. x
%生成三个不同的随机数,按照概率
9 v! a. T$ Z8 V% xtm=sum(ts(1:tt));( |# b( z4 Q6 I
t1=unidrnd(tm);%生成第一个随机数
$ r& p" h3 W g' wt0=0; ss=1;
7 t' A+ w J# x% J, Jwhile t0<t1" c8 p; p' E Q7 d5 x" j8 `
t0=t0+ts(ss);
6 p- @7 g- g6 ?4 W$ u" A. O) p1 \ss=ss+1;: [( H# C+ H1 q! h- \! z( y; h
end
+ t7 F' \# S" K+ b' |: Xss=ss-1;
+ d Q6 A/ [" }% P) Z3 Gsj(1)=ts(ss);
1 M0 X4 a7 r( P- S- F" f%生成第二个随机数9 S$ r' Q+ V, _5 O( l2 R; g+ i
for r=ss+1:tt%删除/ y; j; K* e: \ R/ v
ts(r-1)=ts(r);, l. k# R: d# k5 ]+ m% Q
end2 Y% t, n$ f: F) ?; m
tt=tt-1;4 G$ O* n" i( u5 C- ~8 T
tm=sum(ts(1:tt));
/ _: S* O/ @8 e) Q% {- t6 {0 _t1=unidrnd(tm);' D% L( w; c$ l) f
t0=0; ss=1;
1 C6 H r% X- `! F) `4 Uwhile t0<t1* q8 i+ z1 u0 Y6 ? v
t0=t0+ts(ss);8 P! G5 c3 v- C) c- [% N
ss=ss+1;7 g- d. ?1 O' i, {+ c. w
end
. P* Q; c5 i6 Y6 B5 X. Z( Qss=ss-1;
& L! J/ b1 m" asj(2)=ts(ss);$ t# G# G$ P# u1 K3 Y
for r=ss+1:tt%删除
' G2 `5 W8 P6 W$ U6 }ts(r-1)=ts(r);% u S" p+ n! B1 X# f/ c
end. o- L4 b# M2 K: N
tt=tt-1;. }. ?) M& s) o) s7 v: K
tm=sum(ts(1:tt));
1 W" ]7 R7 a. @t1=unidrnd(tm);%生成第二个随机数# a7 T+ i* ?5 E( \' u
t0=0; ss=1;; u K0 B" y) n0 Z9 C" v
while t0<t14 ]* c0 I: _! j8 D m' Y2 r; f" o) w
t0=t0+ts(ss);8 m# s8 T& @ E) m# d! N7 Y) J
ss=ss+1;* n( Z" e. B; c/ M) A
end
/ ]! }) I: F6 Ass=ss-1;
- H9 i& \2 g1 x# E; A9 Z- \$ [sj(3)=ts(ss);
4 l. h y7 p' Y: Y) E%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
5 F2 I# m L4 O, D9 N z8 Yfor s=1:3. Q4 T% I2 b7 z% U, b
j1(s)=find(c2==11-sj(s));8 V6 z7 L; U- I$ F* P5 }% ~- i% v
c1(j,s)=j1(s);- `( J, N; V+ E4 T S$ I: I
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文- s) b. |+ Y1 y5 `* b
14
+ i) q$ v* Q$ z& d* J9 Oolddvd(c1(j,s))=olddvd(c1(j,s))-1;
0 R7 A. K; U; l' b L2 `c0(j,j1(s))=0;
* K) X2 t6 e; s8 o+ s3 b8 @end
1 m0 B2 k( A( x5 m2 u% tc1(j,4)=i;, U" c1 c3 ]% ~8 p2 a m3 d' [9 Y
c1(j,5)=i+round(unifrnd(a,b));
3 Z. e- R/ `( A8 u' q6 K Oc1(j,7)=c1(j,7)+1;* _5 b5 L5 @: v o e; b0 n i
end
: f# m( E' R* L/ D* `5 n# Amindvd(i,:)=olddvd;
( p, b6 a6 ^% S: k2 w& ?( Dend
1 k/ z C# {% p. hmindvd1=1000-min(mindvd);
& \8 j3 ?) k! i! xsum(mindvd1) |
|