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2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
, o- u+ F! R! L. b+ |/ H; b1
& D9 S7 ?4 G6 @& v5 _2 o+ KDVD 在线租赁的研究
2 Y8 O, G# e7 u尹作龙,姚明,金伟' S# T2 p8 m8 S5 T2 E
指导教师 汪晓银; [( z. r/ u9 s6 S$ Y6 @" O6 b
[摘要]:
6 [: b3 G: G4 y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
4 A, z4 S' o$ O# T1 i% ]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
5 C+ ~% ~2 T6 B8 U: L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
3 M3 D2 a1 K' r& f* O1 q6 d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
) l- D. @& {# v- V ?7 Y( b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
; N7 N4 F" M5 |, D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
% J* W: s; ?3 j+ M2 p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% B5 p: `1 t* b6 Z) Z& m
下。/ j- v# ?4 d$ K, j9 y
DVD 名称DVD1 DVD2 DVD3 DVD4 DVD5/ r2 O6 M% p5 g
一个月内至少 50%
# H0 t% V. f) n7 y, a' q0 p- V看到的最少张数3 M* r* F$ @! Q5 ]
4000 2000 1000 500 200# @% a1 O* ?. V
三个月内至少 95%8 @& X/ h2 w; p1 P. ^9 \
看到的最少张数* s+ ~! j( D& K% h$ V- @. u$ p3 X
2534 1267 634 317 127
X2 S: D/ S/ Z0 Y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/ C7 V% B. a0 P- Y6 ~) J/ o% {
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
0 S5 r% L: O. H+ `! z$ g- z9 j, A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 \6 O5 e* f) B% a: GU 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2 w, J) M1 q8 d, r
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2 C+ Z4 B) P" `' T5 U- J1 k3 h" _+ l
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# K6 L$ X+ k' `* R
预定这些DVD 的会员,因此我们选择第二种分配方案。9 Q: F# Z* m9 R/ ?, v0 S% Q
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,
5 A- ] Z3 E& {5 y+ Y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。+ {9 Q9 j p3 h
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
! A- P- m; P) y+ \6 ^" d. v( r; K6 Z& `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- d; G1 d. X+ L u! k+ ~4 T, r
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
# j# D, g R# Z2 D0 ] {: U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
' U' l$ n% m+ ] P s+ o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% L0 r( e1 h: O1 g, b" Z2 _
性规划模型,此模型在租赁方面有着较高的参考价值。0 Q- s+ E" h8 i; j
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9 L/ I4 ^3 i6 ^! n
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( Z8 F" F9 a Y" ]1 Z
心算法速度快,但得到的解难以达到最优。
! P' `5 [7 V1 L# P' o( ?* v[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2 ?9 N e- A( {
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文 }$ Q( D) U/ W4 o; Z L
2
" @1 l- u% e- `/ w7 Q一、问题的重述$ f$ B3 c$ p) j: a; ^6 k) D4 ]
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DVD3 H7 \5 r' Y1 w( a2 \8 E% ]) b0 c# 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# ?7 _5 j& l7 }2 {: S; l8 r' K
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。
3 v$ A- u# g$ G7 h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- D, z7 y7 Z( S, X& ]
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1 O1 z* W! O- v2 o/ j- y4 t
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:
* n8 ?* u1 ^8 A(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
' i* U& ?1 Y4 a3 _" y6 D2 T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9 ~, t; ^ x, f: n+ l
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; @9 n* A9 {# J. E3 V3 _& |
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: x; c6 d3 w, u8 m& A* J- G
果要求保证在三个月内至少95%的会员能够看到该DVD 呢?
, Z0 f7 C# f9 _$ |(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$ V+ c7 p8 E# P' R
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" r+ E0 y! P1 g2 {
出前30 位会员(即C0001~C0030)分别获得哪些DVD。0 X( T" Q# H% i7 h L4 r0 W F* |# J8 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- I, m6 L1 C1 g. g6 y8 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
4 \3 l6 E; a& x. w* N( j月内95%的会员得到他想看的DVD,并且满意度最大?; r2 W/ c& @& G8 P" q. y
(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
3 v) Z5 l% ~+ @! }' g' [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。
( i! ]: Y! q5 O% N/ \二、问题的假设
( t( a+ L. I8 r8 _" x- ~1、假设所有的DVD 都不能拷贝
( D5 Q+ ^7 M9 L2 E. s" A: f2、假设调查资料具有一定代表性
9 M e. P! S1 n7 I; O& [3、假设所有会员自觉遵守会员规定
0 G. D& ?7 S+ E* B4、假设在租赁和归还过程中DVD 的遗失或损坏忽略不计
8 ^; Y, e/ u! T& F% ?5、假设DVD 的种类与购DVD 费用无关
* P* w# G2 ~1 a( c+ d( J2 u三、符号的说明
8 A) c5 @% N( V( l2 ^0 G3 ^+ g符号 符号说明% ^3 i$ t4 n- G6 r+ R. q
V 该网站拥有的总会员数
5 }- K( z. {. p* r0 Z; u/ MDij 第 i 个会员在线定单中第j 种DVD 的需求情况
/ l* x6 r( f3 s. K( G8 q2 W+ SDLij 第 i 个会员对第j 种DVD 的偏爱程度
1 o0 o& W4 d0 U! ^& z2 Uyi 第 i 张DVD 的现有量
# P; D& Y9 Z# z2 i, M6 o* l$ JMi 愿意观看第 i 种DVD 的总人数
* ^& k- K7 i% K: V% W* N5 U# \Pi 愿意观看第i 种DVD 的人数占总人数的百分比9 D& V" \& k5 t$ u6 ^8 j' u
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
8 s+ p5 p5 y) G( `$ W3
+ l; B3 y8 t- _8 J lR 为满足会员要求的百分比数
# F$ N8 V* n% s" v/ Q3 gU 会员获得 DVD 后所得到的总偏爱度,其值越小满意度越高
R/ \ c) {# e/ K1 ]0 C4 V四、问题的分析及模型的建立及求解3 ~& E6 |; r4 B5 ?! |6 e1 v
4.1 问题的背景资料' C2 ]5 E7 [8 C; S% |
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
+ y: D K8 H7 n P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 n; j4 U# S3 [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
2 E. |5 F$ L0 o8 U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 Q* Y0 R. f+ S
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4 ]( X% a9 N7 t9 J- N( A6 e( v
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,
+ x/ z) z8 L6 t, v# O' a) m0 |既省时又省力。
) D- t# K/ D) l4 P+ z ?4 m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# |% R' @' T: ?5 v1 J# x
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
( {! \% q: C7 B9 Y- _了676.5%[5]。" x! [ v+ M- p+ ^, z) L
4.2 问题一的求解
/ S2 b2 A: P7 `8 P4.2.1 问题一模型的建立与求解
& X. a2 w3 k8 J7 v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% x3 l, a5 n8 s5 U; \' K$ x6 k, H( z
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- j% z' t G8 b4 P8 j3 S
从DVD 的周转情况来考虑对DVD 数的需求量。0 M7 o+ Q7 z M& j
由题目我们把所有会员分成 A、B 两类:如表15 I2 S6 a3 T& z( [6 U q7 X
表 1
. u3 a% Z. @# J5 b类型 每月租赁 DVD 次数所占会员总数的百分比 会员人数
! \$ A6 t* d! J% W zA 类两次 60% 600007 p/ Y$ B1 |5 v2 U- F- h
B 类一次 40% 40000, d7 O4 o( U4 v3 n8 d" d% G) K
考虑到 DVD 的周转,我们对两类会员作以下假设:
" k6 W1 ~9 Z3 R5 X, N' w! wA 类会员归还一张DVD 的时间X1 范围为3—15 天;
5 g) P' {6 G. E: bB 类会员归还一张DVD 的时间X2 范围为3—30 天;: {& o1 U$ N/ t7 v" j+ p1 }9 e# x& Q
根据现实情况,我们假设X1, X2 都服从等概率分布,则:. ]6 K% q) l" g4 |0 j- u1 h
9; p! ^* X+ ~1 }5 h) @4 y& ?
2+ V: [1 `+ E* v U. C- L8 \7 [. A
15 37 x6 n0 h) i$ P2 Z, t8 S) f
1 =- t" _- o' V0 ^! q
+2 u# ^# D P, f. B$ _
EX = 16.5
2 Q/ _, Z, w+ Q" l. O2
! ]) q) x/ g4 ?# {1 L% A30 35 D# `+ D& `1 D4 Q. D/ H
2 =
- A6 u/ d0 q+ l4 P8 `; Z! p+4 u- c2 K/ r, Z! T. V Y* a
EX =
2 R# m$ _/ m ?1 y+ l, m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& ?4 D0 u% @0 V; Y! h
DVD 在会员手中保存的时间大约在12 天,
9 i) l. W2 `0 m3 r那么:
6 P6 Z+ }' k# X- q# N在一个月内 DVD 的周转次数为:N=30÷12=2.5;
v2 G x$ k, c* d# z) p在三个月内 DVD 的周转次数为:N=90÷12=7.5。(设30 天为一个月)
0 `* U; w4 M/ B; D3 o6 X3 \, I: ]; M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; j& @% `$ n% r9 V6 Q8 l
DVD 的经验概率分布统计结果如下(见表2):
2 d1 z) t/ x; R9 o表 2
9 Z4 o6 J- S% A2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文6 ?8 C7 U q4 k( [7 l b
4
1 ^1 ~& F9 h( A; uDVD 名称DVD1 DVD2 DVD3 DVD4 DVD5
9 b5 i Q7 D p; V经验概率 Pi 20% 10% 5% 2.5% 1%
/ y9 E9 D. S d& V/ _7 ZR 为满足会员要求的百分比:一个月为50%;三个月为95%。
7 L( C) \/ O: f1 e* ?: v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
% r! O" I( l9 j' q4 c) v% ~员数)。8 A [/ d9 E! a3 C2 R% e
那么所需要 DVD 的最小数量为:S=M÷N。(向上取整)' g$ @! u: t+ K' _; C$ h1 o. M
我们得到 S 的函数表达式:S=V×Pi×R÷N ;
# C/ u3 \6 @! H L. W2 w求解得到每种 DVD 的准备张数(见表3):# t+ h* Y3 M" M2 ^7 N
表 3
' e6 i' u* n" X# N8 YDVD 名称DVD1 DVD2 DVD3 DVD4 DVD5
2 k) L2 g/ V% `2 b一个月内至少 50%0 e% P, {/ G- u% T/ k' P& W( D9 e
看到的最少张数: i0 s2 @. @. e/ B8 i z" b
4000 2000 1000 500 200
9 u. X+ P% J9 F% B* n7 X# x三个月内至少 95%
" ]" M+ q6 H/ A" o' |看到的最少张数2534 1267 634 317 1271 z0 W2 w6 v* G/ Q9 ~5 i
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1 ]! o/ E2 [# u2 g8 E2 S
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, ?, S( [- X' e. o
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
% ~3 I% R! q# d. s8 S最少张数为2000 张(小于4000 张)。( N& l! Q# @* [* j% Z
4.3 问题二模型的建立与求解
: {0 p7 Y4 R$ |9 t4.3.1 问题二的分析4 y, y# T7 `1 _, r2 J: L
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
: ~& t2 u# c: f: k- n3 g& V/ e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0 U1 {$ Z# B8 a( E
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1 U' _5 Q, S8 [3 V0 H
员对DVD 的偏爱度为:
) s3 g0 x$ N- o# L \$ `/ hïî$ H, `0 P/ J& D* b
ïí ì
; j" C0 v1 l" `" q0 ?¹% h$ d+ s% {! h" q1 I
=0 U- z6 {) y+ D7 S
=
+ s ~4 F1 i7 i+ ~! w/ X' a! O, 0
1 b- q5 y. w6 D9 o/ r11, 0) t4 X$ `$ x' i( h
ij ij
8 q2 `% b$ |# O, ]$ O8 g/ qij
+ ]# I% I3 o! {( Aij D D" [) F6 r q( A1 f$ ~
D2 n) N' O1 j# X& |% p9 S8 q+ p
DL1 p9 S- X7 p- `/ O- m4 _! B
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
# ~1 I3 u. Q) v4 m9 \8 `( S8 _: b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5 L! B! b% t, o6 [" \& p- ]" D
第j 种DVD,其值为0 时表示没有租到相应的DVD。
- a8 u" n! _" f8 ^+ H: p" {! C4.3.2 问题二模型的建立
( W5 d" v i* v7 Q会员租赁 DVD 满意度的目标函数为: åå
' ]8 A" j4 f6 r2 R" [1 [& w= =
5 B4 G0 H! E; x9 y6 Q- ]0 X´. Y( W: `6 o3 C/ v, v. N$ a: n
1000 w1 f2 [6 q& F7 G6 k+ j
1
, j+ Q. A# v0 S _9 E100# i3 @& P4 L! j) T' c/ _1 Q
1; o3 b) L* u. D/ @9 _! m
min
" M0 M' _: \3 r- e# S$ ri j
) f: A4 y9 R% w. p$ ^; v- s) c5 Jij ij DL C+ B- q5 S% ~0 F' M7 O5 z; c" W
0- 1 规划模型的约束条件为:
5 {0 f* V/ s: l! G$ W. T! ^; B) Y1、每个顾客一次能并且只能租到3 张DVD;
8 S, [. |+ d2 U( p5 _$ h- E J: l2、租赁给会员的每种DVD 总张数不能超过现有DVD 数量。$ X; P7 I4 c) ]; H
由上述分析得到如下的 0-1 规划模型:
1 [: {- U m6 t/ [. u+ A! s2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文' K0 Z# q5 W$ b5 Y) x$ B
5
8 m# E: G& K9 W$ k/ r+ L8 T) yï ï ï ï" H7 }2 S% W+ O/ a) I/ Y/ q
î* G5 j- }. ^: ]% i% y( m
ï ï ï ï1 x6 s; c5 D5 `0 g* A
í& ]3 c- ~4 R; a3 e" V- U
ì
/ `+ O& X9 Y3 d7 O& u= =! `$ G2 k6 I+ {% P$ p- a
£
& Y- m0 z# i3 n7 T5 n" _. h=
9 l) o/ q$ M% s8 o. V- K6 P=3 b U) ~5 I9 z4 T* g7 Z9 E; P B
´
, Z) \- C9 m$ {2 _2 D8 gå
1 E; Q( o' |& M7 V3 {1 d0 Kå6 O8 N# [# [- ?+ }% K
åå' I" {$ ^2 A( W+ f% A5 g
=
. @# ?" _! q( |4 i$ G=
. X0 @ K; g" K8 y= =
5 l: `3 J* n3 I7 u- g2 ^( 1 1000, 1 100), {) ~0 D* z; v: |- T5 m
31 L8 u J( r4 g; a9 B: Q2 V( w4 S! X
0,16 O, \* ]$ t2 }0 d7 @
. .- j. q% v5 e) i8 g/ H$ n' S
min
: Q* l' _( s( q4 D4 t+ E) z1000
3 w% T$ x) [+ D# L. Y8 I10 O( h. x4 j6 G& _8 `# ], C* _
100
8 B( {2 r+ J# s/ g19 T- |5 c" {/ Q6 t0 k
10009 d3 K7 p9 R) A. t; X |% ^. V
1
% r M3 o4 m0 D" @2 n0 K0 y100
2 i3 S- n3 f. z$ Q* E% [1
# S3 _6 N0 g$ p) N3 ?i L j L* U5 b0 [1 M: }2 p% l+ h2 K( \% h
C y7 L/ a! N+ e y$ h# y
C( v0 i( v0 ~) d6 M5 Q$ S3 e
C
0 z$ G- \% t% J5 ~s t
; x8 ?$ Y Q' @- x- W0 _DL C
0 u" d3 P; c4 i3 N4 ~8 q' ii5 X+ V3 u- D$ Y2 e' y" |
ij j
3 Q0 x. V3 y0 _$ ej
& `' m" d8 s& H' U/ Xij
& d9 o2 f+ B$ R; X% Fij
+ n' Q8 Y5 F1 c) J8 wi j
* J' D) f& b' r+ fij ij5 G4 B# l' c8 @
4.3.3 问题二的求解
: N8 a$ h" ?% b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
% t/ Z9 w# M- |% O2 P, x. W2 }Ci,j 求得总偏爱度为åå% \; _. @) } z) R/ G
= =
) x( d# `. W5 g) o= ´5 Q# a9 E. R+ t) {9 A
10009 q- C+ Z4 d& b3 P& T* P
1" j& d7 R& M$ {
100
1 h& {1 B, d8 K+ t% |i j 1& u1 o& j! Q% e! W8 Y
ij ij U D C 为7924。由Ci,j得到分配了30 张DVD给没有要求
( K- L. @* w1 c ^# k! Q8 j预订这些DVD 的会员。前30 个会员租到DVD 的情况如下表4:3 x w8 I& V, F2 r; [1 a
表 4
! h3 o, _7 J7 v, n' M# h& J5 t会员号 C0001 C0002 C0003 C0004 C0005 C0006 C0007 C0008 C0009 C0010
+ `# c% E7 ?! h5 b. x1 8(1) 6(1) 32(4) 7(1) 11(3) 19(1) 26(3) 31(4) 53(1) 41(6)
# n9 |* p8 \1 K2 41(7) 44(2) 50(2) 18(2) 66(1) 53(2) 66(6) 35(5) 78(3) 55(2); A% A: M# \- j- t U
分配+ V* ~ k8 `) Q# d/ s
DVD 的
/ H+ J8 S. J8 H" h种类号3 98(3) 62(4) 80(1) 41(3) 68(2) 66(4) 81(1) 71(1) 100(2) 85(3)
' n/ r" O7 L. y3 Q8 v& K$ R会员号 C0011 C0012 C0013 C0014 C0015 C0016 C0017 C0018 C0019 C0020 I, |& I1 s' Q3 Y! a E
1 59(1) 2(2) 21(3) 23(2) 13(1) 10(4) 47(2) 41(1) 66(4) 45(1)
4 s8 M( s1 p& Z/ d4 c1 `2 63(2) 31(1) 78(2) 52(1) 52(4) 84(1) 51(3) 60(2) 84(1) 61(3)
3 x; r1 g) M+ k; X) D分配) O! e6 v8 \1 C% r: C) f8 v) ]
DVD 的8 j h- M2 @8 L1 y
种类号3 66(4) 41(7) 96(1) 89(6) 85(3) 97(2) 67(1) 78(3) 86(2) 89(2)4 R- y G- _, o. L5 q
会员号 C0021 C0022 C0023 C0024 C0025 C0026 C0027 C0028 C0029 C0030
, o3 ^& R0 `. ]8 w5 l; i/ l8 M2 l b1 45(2) 38(3) 29(2) 37(4) 9(1) 22(1) 50(4) 8(1) 26(4) 37(2)0 k* ?4 Q$ g! |. p/ S2 D% N
2 50(5) 55(2) 81(3) 41(2) 69(2) 68(2) 58(1) 34(2) 30(2) 62(1)8 g r! ~1 J: \5 d+ e9 Q Z3 A
分配
P- [$ K& n$ K$ h5 ?! G6 xDVD 的
0 S6 T& U( s7 j' N2 k种类号3 53(1) 57(1) 95(1) 76(1) 94(3) 95(3) 78(7) 82(3) 55(1) 98(5)
9 P" v" K7 G3 U1 [& Q( _( v注:括号内的值为会员对该DVD 喜好程度。
3 K& z6 {; V9 u9 D* l* a3 X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
0 {! d8 l; {5 |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
! _. D0 H4 b; F) G3 M3 f- U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。- Z/ V9 [$ g; l ^9 T: p. B
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
: u) b; r0 a1 [! q3 j8 G$ E2 ]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,. E% z5 b' q3 U+ A J8 R
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* e5 |: Z6 ^: R
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
( p1 R$ H" J% Q) I4 J- z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 I3 l3 D0 h3 t4 c9 J了没有订这8 张DVD 的会员。
' k4 R8 D( q7 Z5 D* W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 a# V8 c+ s2 _3 Q7 }% A8 V+ g; I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)- O* E; e% ]' q& p
4.4 问题三模型的建立与求解
- _* _9 E8 s+ u0 `0,1 变量' G+ i9 \+ \$ |4 D# X3 }
每位会员租 3 张DVD8 v* s' B+ {- M0 L1 H
DVD 现有数量的限制, L/ I7 {8 F; D: W2 g3 u
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文9 X7 L0 Q! L9 \! c+ ^0 m
6
( e/ _( ?' Y6 I5 f% `7 t( o4.4.1 问题三的分析及模型的建立8 N6 i7 J4 N4 s8 W
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' J1 Z# ^6 S+ k8 _6 t/ e
会员的满意程度达到最大。) P6 N) R& C# d r
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
4 d0 f# A- {9 B: E) m记pi 为 1,否则记pi 为 0。: ~1 J0 D! \! T" k5 A" e' A* A& y2 b% q
ú úû6 ~2 g3 ~& o. O3 i# ]7 M
ù6 A* u6 ~' L5 C( F6 d1 c
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# D! u% ?& n! I _é
# M5 i0 u% ` z; M+ z' W8 w! p÷ ÷ø4 g/ f3 J s9 j0 r* i( w
ö4 r" B; s+ ^5 W( }# F" Q
ç çè
, B0 k( w2 ]0 T! y) Dæ
8 J/ z0 U- X6 [6 C# J2 G- {8 v= å
: [& o( G5 O4 t' d/ {+ j7 h=+ ~ {! N0 G, }- q
3/ J0 B$ D- s. P6 D
100# @8 z9 W& g% g6 C& h1 {
j 15 j3 z5 ~; }5 C# z
i ij p C (注: []为向下取整)
; M3 S8 C: o5 ^% C- }要使一个月内 95%的会员看到他预订的DVD,则得到0.95 1000
5 [" O2 w. I6 [9 C. D1000
% o) w; L5 p6 T1
; S( q0 \2 J* {. c" y {% f1 R´ = å
: _: @$ u' W4 D( z e= i
2 J+ ` E% v8 d. `pi
9 a! G8 z2 z% Q) V# Y: O根据问题二以及这里分可以建立以下模型:
4 x f. \& q% t) t' ^3 gï ï ï ï ï ï
1 i9 R2 `6 q3 I/ \( Z- w# f5 oî
( f4 ^% m2 v6 Z4 I- z/ z2 \/ Tïï ï ï ï ï
9 a) J) ?. V2 Rí
' B7 A1 r% I8 f% [& T3 x. V+ m3 Wì
4 r' L2 Q4 g1 z7 }= =
1 S; w; Q" x3 c6 T6 G2 e2 r=2 D6 R) n3 F* ?' _& P" W5 |
ú úû* D$ P) L$ y, ^# L' r2 q
ù" ~2 C; u- T+ E! V/ h+ I
ê êë
" Y* n4 ]3 v2 l; j/ I3 |é7 g5 s. t+ i- W# q& {
÷ ÷% I. `# v# L' T% Y6 S1 w
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9 [+ y# Z+ w- N! _- ]2 _ö% b5 X' }) W T6 o
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5 ]* b4 y* `- T; K, T/ J: [è
" v0 D* w/ V" n/ H3 W- }æ4 }2 M- c |5 [( A% S9 g/ a4 u6 C
£
( A3 {) h+ }, G+ v=
v/ f4 U5 T2 q1 J% u, _/ u- z=, b! F6 A& _8 A( m7 t( J- J# F
´* P3 C7 I: S" L8 n2 H
å å
3 c; z# }: G% o& k* j" u9 på; M3 \" M) k9 u( m! b
å6 H* a" R) i9 f- F0 i
åå% r* I* f2 g/ [+ V1 [) n
= =
$ f5 L+ j- T: d=# W2 x. q2 @% N
=2 l4 `2 U& W( K3 u$ s C0 A) G
= =
& t2 w7 q, ~: q; H3 c" Z+ b( 1 1000 , 1 100 ): R9 I. X, Z( S! G8 R9 z' s
3 0.95 *1000. A: ^5 _$ i; F0 }# R
3
% i; Y' |# I) ]9 M0,10 S; j9 L# Z: {; ~ `
.$ r* N; J, \- ?/ m% P7 B
min$ o* g' K' J3 T/ g! Q( w, p
1000
9 m$ ~8 S- R) H+ y/ W1
5 _7 b& o4 y4 U+ C/ L100
# R+ A& u8 z8 O( c }+ M8 `6 m. h1
" Y; n9 D, s( P' D1000
/ D! `6 q% L# [' } t1
+ }4 y+ k, \8 u/ F* _100
) @* U5 y* m+ f i7 h1
7 h" D6 b4 y) d/ S10009 B9 _# [9 m; i v
10 `, i! Y, V6 M. d
100+ Y o8 a& H- M! N% G
1
& s3 H V& I/ Y2 L0 ui L j L
2 w7 G2 H" O: u4 KC
5 P# [/ p5 f, A4 n6 n' D+ r* bC y
. }' I, N: x; a& M' Y' `. TC+ t3 M8 Q6 }! q8 V$ w
C# X8 s6 D( e2 V5 R' C
s t2 S' }4 @0 V& u8 W
D C
0 D5 O+ k' H0 X) M. D& `i j
4 ]) I* U, s' [& b9 Fij) s3 L4 G$ N2 W$ z5 g* s2 x7 p1 C/ R
i' e2 ~" ~7 o- R5 ~' I0 [# o: \& G* R
ij j
# J. W+ f9 ~) cj
' E+ I# W* a; K3 N( Hij1 w6 r8 u. u7 M0 j4 z, S# S' [
ij
7 Q6 A3 G- {0 r& f. [* U: \i j
- `$ Q, K5 ~9 c# R2 hij ij
# J4 [" T7 q8 d, a1 H4.4.2 问题三的求解
8 Z6 Q$ z; B+ y; }3 ^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0 D: w8 \8 |7 ?6 j" u1 G6 ?
如下假设:
# n# d) e' r' b+ ya,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. a. X& ]# Z! u. U
还DVD 天数在3~30 天内并服从等概率分布。- @% W# {% m6 ]6 q
b,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
# g0 ~9 l/ {4 x" y2 \8 F(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
2 V7 @/ W$ G e; W$ G& V" m7 [å=" A7 H u3 Q5 U" m+ A
-
) @" j% ]2 R9 y9 [-
$ N. c$ o& c6 K, s6 r% }8 `6 S=
# V6 a# l8 L' ~$ j5 \& u! {8 zn
3 P, E( ^( u0 ^! j/ si i1 p( j( j; ?# G& V1 Z$ l1 k
k$ r) B7 l, P& R
p k$ p: G8 ]# b# @9 ^
1 11- W, O: L! e/ I8 E
11# ?+ r% F2 e+ ?4 e
( ) ,
1 \* B; N O. A* j$ }c,假设已经租到DVD 的会员只有归还DVD 后才能再租, f- _! h) w0 r
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/ x4 i" f( A7 u* U
求的最大量。仿真流程图见图1,程序见附录。) }# f# C% b# L" S! ?' g8 Q" k- ]
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,9 h1 Z4 `. u1 c6 U% V! K
其中一次结果得到各种DVD 购买量依次为(见表5):- o( q R& F& a2 X$ f9 h5 Z
表 5* _: e. x+ q; ]3 S$ N0 c
D001—D010 28 33 29 26 24 30 31 35 28 27
+ \* m" Z9 Q: Y6 t& d$ PD011—D020 25 24 35 39 23 34 37 29 27 35& w6 S3 K; [, X. ~" y/ c
D021—D030 33 31 42 28 32 32 27 23 35 35
, p; z0 F5 U$ L( H C! ]3 RD031—D040 35 29 22 28 38 32 30 33 30 290 M3 }; C& ?9 c b
0,1 变量) R4 N. A4 {" ^; S/ I
每位会员租 3 张DVD
. }2 C1 q! ^/ q# A. dDVD 数量的限制# G+ t& I, O0 g9 d. r
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文- G w* z, e2 r2 I+ v, m
79 a# Y+ C$ r: o& k/ m
D041—D050 34 39 23 25 38 32 35 35 27 30, q- i1 r6 r! u3 Z; e
D051—D060 31 31 38 21 30 32 35 31 36 38+ P) E; i E) o# T# t4 Q7 J0 y6 H
D061—D070 25 33 23 33 34 43 34 40 42 36
8 S: |6 V3 Z% Q$ e; o3 z" GD071—D080 35 36 30 30 33 29 21 31 23 333 m' A' X4 X/ A. \1 p; R& F
D081—D090 34 20 21 26 33 20 31 20 38 32
2 l+ W& V$ `2 }; T* OD091—D100 43 25 30 31 29 26 29 30 26 34
( d5 j$ v) l. k7 _; o总和 3086& [4 u4 ^9 @8 l* R
Y8 h" T3 N, \1 t7 x5 ?& Q
N
& C, K) k* J yY
0 f$ k' n: o* K6 C( S% K$ |, Z8 dN7 N, u L3 U# R* ]0 }6 g
N
. [1 z: N) ~* a5 ~/ F7 q HY
& J1 T# c; M( \- b* ZY
7 A) S- y$ w. C$ L+ m; e, Z# Q! Z2 bY0 u" a( h! P7 P; Q R
i<30?# T# N+ C `' p- j6 n2 n1 U8 \
i=i+1 第i 天
0 j' O: {7 s& L5 C9 y% Sj=j+1,# Y% Y( k& h. z
第 j 个会员" e- f) e; r1 A
j<n?/ _4 C) i1 r# s3 [; h2 @/ l
会 员 j 是否还
A4 h! u! @& L8 F" r# ^+ ~5 [租到DVDd1,d2,d3,
/ z. u7 W, |5 ?" ]4 S$ A8 i( i) sD(d1,d2,d3)减15 f8 {2 j% B7 N& k7 T
计算 30 天中Di
, z. y/ M4 f) v2 i/ C+ V7 R的减少最大+ f! T! p% Y- Q; ]+ }$ ]0 O3 R
结束
3 n# g4 M2 r, g$ r9 d1 C9 dN
3 y7 i3 a5 p5 U! a+ N' Q: r将 1000 个人分类i=0,- T$ `* [8 Z( {( v
D(1..100)=1000,
" \3 O) o+ J$ u) q7 lj=0,n=1000
7 R" P6 C: s# Z还回 DVDd1,d2,d3,/ Q" e, G! P$ s8 B) U
D(d1,d2,d3)加1( x H/ N; U* r$ }' C. m6 T
会 员 j 是否租
/ q5 J3 d$ b9 H, ~% L S) o1 @2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文$ Y- U+ L9 U! w, @" ^ @- d
8- U; t* `/ B- l
图 19 P: P: W& O0 C1 h8 z( f( {
4.5 问题四的分析
1 H/ i% |, `. |9 l9 X3 n我们分析了 DVD 租赁的实际情况,发现以下问题:& x. s8 G. n6 b- |- j
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
3 m" ]5 {! X4 Q8 X4 j情况?8 }9 V* J4 ~) w! t: m. `
假设前 5 个月的DVD 总数的需求情况为x1,x2,x3,x4,x55 Z4 m3 p$ q* U4 R0 i% m- K
对与上述问题,我们建立灰色GM(1,1)模型求解[3]。$ P/ r* `5 k+ H m- U2 S v
以第一个月为起始点,即在该点t=1,于是有原始数据序列:
, G5 U" Q g- u# K7 gX(0)={ X(0)(t) t=1,2, ⋯5}
8 j; `+ b$ n% x7 ^# R Y$ c={ X(0)(1), X(0)(2), ⋯ X(0)(5)}% Z3 i0 Q2 I2 t' g+ D; P
={x1,x2,x3,x4,x5}
6 X& U( ^( g7 P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
4 \; v6 m, [# s. |(即1—AG0):
+ C# E' ~9 f4 C( z6 få=
5 s3 `9 W4 u8 s. t+ q6 N- ]1 f=
p. W1 S, O' C: ^ v8 M4 O) Q( At, c, m( r. r4 }) I5 ^4 ?
m3 v" C d I. \8 j1 M6 i
X t X m+ a0 S1 o! c- D A% M% \! |
1
) m1 D/ e7 s& {+ i, c: V5 J8 C0 l% r(1) ( ) (0 ) ( )
6 R$ r$ s7 d p。得到生成数列X(1),如下:
! _' S. w6 ]4 ~3 K! _# e+ _X(0) ={ X(1)(t) t=1,2, ⋯5}
$ }% V9 v1 l w+ A, o. @={ X(1)(1), X(1)(2), ⋯ X(0)(5)}
, X- |5 P# Y. \+ x$ ^={ x1, x1+ x2,x1+ x2+ x3,x1+ x2+ x3+ x4,x1+ x2+ x3+ x4+x5}8 B1 G$ T; B2 n, k
构造数据矩阵 B 及数据向量YN p( V4 ~; A7 c- V
ú ú ú ú ú
, u/ s; a T0 iû4 z }" \3 k: d( u
ù2 b$ n: v0 {; X7 @! X- [
ê ê ê ê ê
( F5 L) A+ K! F& v }- J" eë
8 W! C8 n" d, [; ké
1 d) u% Y8 T; { c8 f# X; c( C) q- - +
7 `) P9 {- p, q; F; H- +
' h" e- Y/ G- d9 r: [- +
0 B. j: n" X* @$ q3 z) h4 M=9 E8 ~* ^- Q, q" R1 W- W1 _
1/ 2( ( 1) ( )) 19 l* n% Y( o+ z' N0 o
1/ 2( (2) (3)) 10 Y' i% I7 H6 [ h* t
1/ 2( (1) (2)) 1- |: n2 ^ o1 |1 s2 ?
(1) (1)( e, s' W; ~' S$ c, L8 m8 D
(1) (1)
! i& R9 e, I1 @1 O, p0 p(1) (1)& T7 _3 C, b) p
X n X n/ G+ z0 }( S6 \6 d z8 j$ g: F: C
X X1 U( t: g/ I) G3 y' G
X X
# \. w" d* j% K3 S+ x8 |5 q1 xB$ W8 u7 ~" H1 [3 x z. s+ F/ K
M M
& f# g6 \, J: L3 y7 L |YN=[ X(0)(2), X(0)(3), ⋯ X(0)( n)]T
2 }" a) \8 j6 {8 L+ I% K求模型参数a :' x. `4 O! R4 o( b& Q. V0 U
N: d k" l7 N P/ z' P
a) = (a,b)T = (BT B) -1BTY
8 f: z0 h0 l9 U1 Z) U. ?建立模型:根据参数a 建立模型。模型的时间响应方程为:
$ g: ]3 K& k/ T3 pa
. w. V7 H& u0 s. `) M" W# x4 Qb
- ~. H3 W" T4 |! J9 |4 v0 Ne
% S& u: q" r# X ca
. U8 f0 A7 c2 ^0 R( x; X; pb
% U6 H: J7 R8 ZX (1) (t +1) = (X (0) (1) - ) -at + )
$ {, c: W9 \5 F, p1 E模型的改进:2 i; t5 A/ U& z E% w, O
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2 r. X- Y1 G' B, k
写成:/ s: J! m$ u% x$ ~
X (1) (t +1) = Ae at + B
, K% L2 H4 M- M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
% [+ _6 y6 `. w# W; y/ _" Y, w! `# s# K矩阵G 及数据向量X(1):
9 e/ q8 \' h; G: q5 U; ~) e2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文- g8 e' t, J i1 c
9 Q$ p. p# b1 z2 D
ú ú ú ú ú! x0 i) {/ y8 H0 p' Q
û0 L* M5 u3 D1 e, z" D
ù
, Q" W! u- p: z, l2 s! l" ]ê ê ê ê ê' e/ f* N. R/ f- g+ ^: k
ë4 s% ^5 \/ T7 u* u4 H
é2 }5 \, h8 s- E# j- s! C: I
=
6 r- ? a6 o( F: K- -
& v1 x0 N. {, T6 X7 Q-
' n* A/ B8 J+ O: k8 [- a) u1' e5 g/ { C& F' o# v) H0 U
1
5 |% |9 G3 M7 X. t! \# O) }1 V v2 _0 M0 r/ e+ b
( 1)
* U! ?/ ^( P/ _9 I/ x4 @. g; i9 M8 a0
; A3 Y5 e% w, K6 L+ qe n
% {2 `: _4 L& P, ?( |! b1 O3 We
1 W8 q8 ]4 X$ `! W E2 te
, Y% p( G0 w6 }8 ?' r# {3 RG+ U( ^3 s8 q o/ I; t! z0 U( Y
a: Z& V7 X8 Q! L% Z
a
& F( L9 d* c- M( z4 z2 J$ HM M/ T6 Q3 \; ?0 B: p6 Z
Y(1)=[ X(1)(1), X(1)(2), ⋯ X(1)( n)]T
1 j8 Z& D0 |4 V- t求出参数 A 和B8 z: Z0 }" E d, W8 V/ h$ w
(G G) 1G X (1), h2 Y) R% k7 e
B
/ Z, s1 \3 v7 U: y( [+ m, u* KA = T - T ÷ ÷
' f$ A% f) Y7 U0 C( Y# Cø+ R5 r7 W' V! J! n s& ~$ N
ö8 C% G0 q: W' G# p P
ç çè$ X4 M( C+ E. K& j! r
æ8 K$ F X6 c% p
求出时间相应方程: X (1) (t +1) = Ae at + B
/ i' z* Q9 ^: ?) G则需求总量的预测模型为: X (0) (t 1) X (1) (t 1) X (1) (t) ) ) ) + = + -4 r; r4 o8 p9 n. k0 S% ~
4.5.2 网站月盈利与网站DVD 购买,会员会费的关系5 E1 I9 s; L% c$ j9 @/ h
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
. _: [5 c- d% K% B买DVD,如何确定会费使得网站盈利最大
( ]) J3 L# E/ f S+ d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:
8 x: K* T% u4 c- _3 v8 nW = f (e,m);
9 \/ q# C4 r8 }' X3 z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- @6 z) e% i% m+ I. \5 i) r
有关,设:! k0 S' H( Q9 {& v6 g
m = g(s, n)
9 h4 i3 T) R+ t0 @9 |& N/ E+ |假设拥有第 i 种DVD 的数量为ai,第i 中DVD 购买价格为bi/ `& s1 \+ b) P: d" Q
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
% A8 F+ g6 B& z/ M根据以上假设建立如下规划模型:
" g6 C+ E& [) G% B8 ^ï ï ï5 r, H8 h) h: u
î% V- K: Y# t J0 E0 r. j, k4 t- h
ï ï ï
) q( t; \' T5 C3 n* m$ yí
9 ^+ B" }8 c/ `3 U$ d; [9 [ì
. r6 f1 V5 c) c& `6 S1 z- J7 C* g2 \=
5 r; P# w2 W5 O5 t* S=
6 E, L; B' A0 j" r# i p/ b=0 W) Y3 s2 p# Y. {- v/ k `6 r/ j
= ´ - ´
7 E. [; g2 v! ?6 [å/ s; E) M2 X5 L0 g; f) ]
å
: H" z/ R* l, a- B=
! h) d" F' N {! J5 G$ x=
. t4 Q( _; Y" zn
; r% C( B) A* m2 x3 {/ q# ri: X2 a& J. F+ s. J5 ^, p( J4 |
i, i6 C+ L! E c5 @ F2 J, M ]# I V9 Z
n; E, I& e/ ~* r- n2 w5 Y
i* e- e6 g& C1 d& U) u" G' \
i i$ C2 i; b! F Y, V) ^8 Y+ P
s a
- n, c! G3 T3 qm g s n8 [- s+ Q$ c$ \, S" A
W f e m
! }; X4 F- a/ P: H6 Hs t% V3 n+ p" f. v
F W e a b
3 N) O0 f* B/ ~/ \% Q, }1
1 y5 K9 M# p8 b: K1
' |; [: E# p' J; v. Z4 P+ f( , )( t& M4 R" {( I+ n) v. I% ?
( , )
, S7 f2 Z9 e/ N8 s' Y. ., [ u" f( Q- g9 _( {+ p
max) T R5 `2 I2 J4 N# N* k+ S
六、模型的评价及推广
$ m, G. Y; ?- t* T" K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
/ b8 |- E" P# a0 J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
$ E( n; m$ a& Z2 D; O7 V# y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. z2 [3 y8 k5 r: T- T: G0 `" C
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
) ?. {, L6 s/ v1 ?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。
4 S& b) J; t: C2 ?( j2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
- s; q% f) O9 V' D) L4 m10
1 T3 s6 [- E4 I4 R& j6 g! P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
' ^1 e5 C4 E5 r4 E8 _- {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
3 F) Z/ \# a2 U0 N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。: H( W1 v8 A- B# O' N9 u
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。# h; a$ Y7 W5 D( A! B
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
' c9 e* j0 r! C Z2 F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DVD4 G4 K" E9 e( H( U; G
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+ `3 U3 K% }8 n/ Y6 u& s
结果难以求得最优解。, v8 F. v3 W- e4 b; }8 C/ e
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9 [) Z( y4 M( W6 [
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
- l0 Q6 |- O# G/ c: [# [实际情况,但在精确性上还有待改进。
2 ^( ?( N9 m2 W3 r[参考文献]:) w' r% Y9 g/ V: R1 c5 g! k
[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' q. |7 N) v; o9 N' `
[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" V6 P0 V0 T6 `) i n6 `. U A! p5 ~
[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,7 ]1 t8 u1 b4 \8 A9 B6 [
第17卷第1期:72至74页,2003年3月
+ c M, l& C6 J1 H% Y6 n[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; N0 ^. t+ U4 J( H0 N3 W" M$ Q
[5] http://www.netflix.com,2005 年9 月17 日2 \1 X. _; q0 [ X! J3 |
[附录]:8 n @. w3 u/ g! h8 _: {* b! N, v
1、问题二程序:& b/ O; Z: [" \: O# j
运行软件:Lingo 8.04 {7 j* H1 t- w* g
运行环境:windows2000/ ]4 i6 g0 t- C; |9 Y
运行时间:24 秒3 n# z5 i" [3 A0 S
model:# Y; ]( I( N% f
sets:
T( f* t& o% s5 Y6 fcd/1..100/:dvd;
$ I* V! o% ]6 }6 }- a( c8 oren/1..1000/:people;
8 m0 y7 a/ O2 ]3 ]) | a' j+ q0 Clink(ren,cd):c,b;& `7 P$ p+ Q9 n0 Q
endsets
0 t5 M# K. {: D9 Y. Z[email=min=@sum(link:c*b]min=@sum(link:c*b[/email]);
: [# J# Y* c; D' _- d. C+ I!dvd总数的约束;
& T- Q# K( Q0 ^) W+ w@for(cd(J) sum(ren(I):b(I,J))<dvd(J)); d P l# Q( x2 I8 i/ @! C
!需求约束;! k5 r$ T+ u3 W" L
@for(ren(I) sum(cd(J):b(I,J))=3);! c2 n+ |; }' w
@for(link bin(b));
9 u0 o8 y) U0 W3 s% |; X) gdata:, w4 W% a$ ?: T9 W: I
c= ;!输入偏爱度;, b. H! t% i* O- @( x
dvd= ;!输入现有的每张DVD张数;
0 n' I8 ^: W& tenddate' m- i! d' x1 t$ H5 ^ e @, n
end: x" q# M2 B1 ^7 m' {6 U; \5 P
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文/ c$ Q) i7 z+ J( W9 U( M3 n% x
11: X2 ~6 ]# x1 j- v/ e6 {' v
运行软件:Matlab 6.5
1 d& Q6 T5 p% W ~& ~' X9 C0 n运行环境:windows2000- R" B( |) d" y4 d, x; W
ding=[ ];%输入订单表
! [* R; G. Y" P5 ub=[ ];%输入由lingo 解得的最优解
/ D0 ]5 b6 ~" i9 Q5 v+ r, g7 R5 Kk=1;
8 B. n& u6 Z O. F, A# r3 { @for i=1:1000% x 为分配DVD 方案表
+ f, ]# S" X" N! {% ^for j=1:100
' c" x& J3 {+ oxx(i,j)=b(k);
( j+ C( E) |. \) X% ok=k+1;( c z0 P8 I: E$ ]- @, a
end
: Y( A+ T6 e# @end& e- V6 \3 G9 F# Z' g: g+ o$ W
for i=1:1000 %满意度
, c+ }2 H7 e2 }* t% ~for j=1:100
! ~$ m# b& }: @5 C; H1 vif ding(i,j)>0 %ding 表示订单表
6 I4 q2 k* o7 Q( ?7 F* qman(i,j)=11-ding(i,j);+ ?' f' f, e4 t$ Q- x) T
end3 t, @; ^0 n# A, o/ X
end8 g8 V3 `$ y: \: \
end
$ h# [: \/ [% J9 K. j$ ^tt=xx.*man;4 R$ w8 a) r( q9 w( C& R3 @, c
ts1=sum(tt( ) %ts1 满意度的最大值. |( L4 S+ D3 s6 E
tt=xx.*ding;3 P# l" M5 l" h$ \# p/ X
tt2=sum(tt( ) %tt2 订数字和最小: i* c/ U" G' Y0 J
for i=1:1000* Y" ^. _: g) r5 a
k=1;
( m- Y6 y2 T8 p9 Q5 \5 o3 u, k8 ^) |for j=1:1006 q* O3 e: E) C& P
if xx(i,j)==1
$ m, a1 e, A4 [) S8 v# u% od(i,k)=j;%d 表示发放表
( F, Z8 _$ K1 _& T1 k& Rk=k+1;
; u0 o' u% K5 D5 qend, D8 q. {4 u8 l" q7 C2 b
end
: l# [- v- P: N; n$ m* send
+ t" c0 I: z. @. E4 dfor i=1:1000! Z7 t3 M; c& j
for j=1:35 O5 b+ Z9 z, D5 ~8 O q
ddd(i,j)=ding(i,d(i,j));%ddd 与发放表对应的订单数字
$ {- v" e; ^+ h& P# h* Gend
* B' @+ f# I8 C7 ^' v) {end
6 p& p5 S( ^& X( ]0 n2 m+ Y: sk=0;%租给了会员不愿意租到碟的个数1 y L- x$ c& L/ J
for i=1:1000
0 f2 I: J( Y: @9 h$ ]5 T7 Y5 nfor j=1:100
6 Z4 r5 C7 @2 O. G2 ?. sif (xx(i,j)==1&ding(i,j)==0)
8 W+ f0 G; B f4 D- A) j0 e: d6 Pk=k+1;
3 d0 u [/ {& D$ j2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文2 L M5 q4 U0 N# O# _7 }: y# f: U
12+ |8 l* O6 I8 a9 I/ e
end1 H) \9 ?/ a1 l, V# n
end
- I+ F/ ?1 b) c' F. }end
5 B8 z3 R$ K: _+ J* \- {k* b) j0 z3 \9 x( p2 Q. r. r. c
2、问题三程序, f0 {4 w# T4 q3 y( @( I6 q
运行软件:Matlab 6.5
. D9 q, r X/ F- r' w2 X5 t运行环境:windows20008 \& y. e" W5 H. C! h# i
c0=[ ]; %输入在线订单表
/ q) D- S% C: ^+ J9 {n=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,
- o+ {! v% F8 V2 Jolddvd=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,5 h& E4 t& V a& T n
c1(j,7)表示借次数3 q( `7 \( @: X& I' Y% o
c1(:,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
7 n7 \. F `+ X* Z! U) H人
/ j6 D3 o1 M+ b1 z& K u0 j$ na=10;b=20;- d& @7 t l- h" U) e
yt=olddvd;7 I% N% V9 P. W' Q+ u
for(i=1:30)%对每一天的情况进行模拟# c- V7 l0 Y( A5 _: p( y8 c
for(j=1:n)% }4 x( \! T# k/ `
if(c1(j,4)&c1(j,5)==i)%还碟1 e4 S% ?5 Q% C
if(c1(j,1))olddvd(c1(j,1))=olddvd(c1(j,1))+1;end
. E8 n, g- @! D3 j. [if(c1(j,2))olddvd(c1(j,2))=olddvd(c1(j,2))+1;end
M P1 {6 I+ K6 N1 {if(c1(j,3))olddvd(c1(j,3))=olddvd(c1(j,3))+1;end# _# a% U: W: l3 n4 _
c1(j,4)=0;
- k3 |7 X4 o" ^" Lend5 r$ S2 i+ Z x4 r0 G, J6 n
if(c1(j,4))continue;end %以下可以租- W' N! G/ V. p9 {5 T
if(c1(j,6)<=6&c1(j,7)>=2)continue;end % 60%的会员租了两次不能再阻
: l5 [. E0 }* W( P; j2 Dif(c1(j,6)>6&c1(j,7)>=1)continue;end % 40%的会员租了一次不再租
7 l% h! z- Z6 R( k/ f: |if(unidrnd(100)>95) continue;end %保证0.95 的概率能选到
" o; H2 u2 J$ i! Zc2=c0(j, ;%以下开始租
" m6 L6 j, Z0 mts=0;' u# Q3 y8 v& B; x8 h
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%3 e/ S! J1 x4 p+ O; q: i
生成三个随机数+ _8 {3 m0 V$ g: E5 ^! u
ct=0;# [& e1 k, j9 Y$ z1 _# _
for s=1:1004 [( q; L* U+ i, `" a
if(c2(s)) ct=ct+1;ts(ct)=c2(s);end
; b% j+ R# [, C" J. t8 Cend
: ^6 v6 J* |" V% z5 G. Z( ztt=length(ts);* V( W" O5 s/ K+ t8 q$ ^
%tt=max(c2); %第m 行的人预选个数
: f D( `) c9 }) z: H' @ Q- u2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
- x5 M8 V) C" o- H7 a: W- e! F13
8 d/ ~- e! y5 D- s5 \- A* C%ts=1:tt;$ T# I# s$ D5 t
ts=11-ts;
7 b9 f% D. _6 m: f%生成三个不同的随机数,按照概率
' b. G7 X8 t7 \tm=sum(ts(1:tt));
' [. a5 t3 J3 Ct1=unidrnd(tm);%生成第一个随机数( t. M4 S: U z" I, b5 L5 S
t0=0; ss=1;* Z) E% l6 c; V' ^/ }! j3 q, W
while t0<t1
2 f$ f; |+ Z t. b, q7 Lt0=t0+ts(ss);
8 u& G6 u4 Q$ I% M9 _1 G- uss=ss+1;2 r' q( _9 s3 z: X
end
2 M! Q% K4 F& S) B, g8 J- S( Wss=ss-1;
. p0 n9 k/ _; h/ usj(1)=ts(ss);* v5 Q$ X$ \. z
%生成第二个随机数
1 z# \9 Z% B- B, Cfor r=ss+1:tt%删除$ N4 e- i9 A9 K% ]
ts(r-1)=ts(r);
9 T1 r3 ?. x, n% P* }' _8 h& }) q5 fend
& o+ Y3 i" Y- F5 `" ]tt=tt-1; L. |2 |7 x! F
tm=sum(ts(1:tt));# l# L& K/ ^+ Z# l8 N1 w
t1=unidrnd(tm);& T p( c* }" m& U+ t/ B
t0=0; ss=1;
0 o! K3 Z# _2 ?4 a+ m% @- {/ wwhile t0<t1
3 e8 M& t7 x- s( G, ?t0=t0+ts(ss);
8 v4 L4 P. v/ d( C& ]3 Bss=ss+1;5 a6 n* Z5 j/ {6 R- V3 R" `
end, ?* M' a+ s x
ss=ss-1;! L1 A" f5 {; r$ W4 Z. ?& R3 A D
sj(2)=ts(ss);
+ k/ o' Y4 a# u3 K& _* y4 a( Ufor r=ss+1:tt%删除
. J) Z8 J- @' u3 b0 ] U8 U" Pts(r-1)=ts(r);
+ s) L; z3 d" m$ k8 [, nend
7 j9 ~8 a9 A# F. Q# |tt=tt-1;+ `. w5 ]. T( L3 j @
tm=sum(ts(1:tt));% e1 S3 I, L% `% K3 @0 v
t1=unidrnd(tm);%生成第二个随机数3 A9 c. [4 G( |5 r( Z, d
t0=0; ss=1;
}" B% n3 h) p& ^" dwhile t0<t1, n$ v% }2 I$ V. K+ J
t0=t0+ts(ss);" p5 Z# ?+ L) J. E& @1 N
ss=ss+1;
- m+ o5 U5 G7 N1 l; mend
! n0 \# l. z/ tss=ss-1;
" [- Q- k0 P+ J% n" ^+ ^sj(3)=ts(ss);) k. V0 X: r7 W6 i( F- L$ {
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%- l* `4 B" `4 B( v
for s=1:3
e- B% f$ G! dj1(s)=find(c2==11-sj(s));
3 y: J. Y; O& r+ J$ j' ~* N' |c1(j,s)=j1(s);9 s. x- \( g& D
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
( {4 L4 P1 k) w14; G( L3 ]( n ?; w
olddvd(c1(j,s))=olddvd(c1(j,s))-1; W Z% Z- W0 B& c" n, C1 o" j
c0(j,j1(s))=0;
$ J4 X0 j2 ~8 \7 j8 {- zend+ y6 ] @" B; w1 f& Q
c1(j,4)=i;
) H$ I: m' j+ x% n3 E% x7 Vc1(j,5)=i+round(unifrnd(a,b));. D/ H* T# ]+ k) |6 \) I; {5 A4 i
c1(j,7)=c1(j,7)+1;
# ~' X$ E6 Z* z( {+ Yend
) x* V: v0 K* z+ u- _mindvd(i,:)=olddvd;. o2 d6 H; |2 i/ m4 z& M! `
end
% \& n6 `" F) N5 U+ F! i" Dmindvd1=1000-min(mindvd);1 l- w( C6 e* |2 O; q. f
sum(mindvd1) |
|