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2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
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# C: F$ c# v9 O+ GDVD 在线租赁的研究
, @8 Z6 h, R: i6 [7 R0 \尹作龙,姚明,金伟
6 b- U1 B+ p+ w) k, t, p指导教师 汪晓银
* g' |# y. P& B0 u[摘要]:$ l' K8 C% j# {* A% B6 m+ v
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1 t5 p; b' M6 o: M) h( z* o
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
* C' [! K3 Q8 h+ b3 @' M- ~5 w$ |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" x7 F L# \/ e
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; s0 {- p+ B2 w' |2 [! O
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
) Y2 S' A& S4 O' E% a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
6 s$ _3 L! [# c) A1 T1 p) m. Y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4 D/ q8 p, d/ N5 b" s
下。& k6 ?' B5 k9 I$ I
DVD 名称DVD1 DVD2 DVD3 DVD4 DVD5
( J* p. n* \& O) {4 C4 |5 C% p& `一个月内至少 50%$ d9 F5 ^7 p# F7 s# U. K
看到的最少张数
1 y0 K D! _# q; m5 S4000 2000 1000 500 200! X- O4 ? D+ {5 W
三个月内至少 95% W9 G9 M! ]$ q0 B+ P y' h
看到的最少张数0 p5 ^; Z3 {/ u/ s3 s! x
2534 1267 634 317 1273 b- D0 ~4 t5 x: Z" l4 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—13 R0 l6 X. J+ q5 m& y
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# p$ r0 t1 l D2 T" ?8 m
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
) ?) @* r* B) |+ e9 D, y& NU 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
" g0 s, C4 F0 n3 A: w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
1 Q# w6 `2 ~& K7 `* D( P5 e5 s( g! i. p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
9 T1 R( z b. N2 d% v6 p预定这些DVD 的会员,因此我们选择第二种分配方案。
8 z) Y( F& }8 {: Z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,
, l/ b4 _7 V e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。2 p0 E, j5 T! J
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
6 I: v t/ B& g6 {2 ?+ k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 N3 S" ?* A& |2 A
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
- N% Y: _7 [1 G' q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 F6 e$ I! [$ t; W
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
0 x/ f/ K) h5 `8 M8 l性规划模型,此模型在租赁方面有着较高的参考价值。6 J9 I, [2 c- x; \( m# r9 M
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* @; x, w- g9 ?2 Z- q s/ I
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& A; I2 i0 O. U0 \8 d5 J
心算法速度快,但得到的解难以达到最优。
6 ^ W! i: N& ~ s& j[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
7 L! k0 w6 V7 w9 {: U" \! r2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
B) r/ G& \7 M, l2
1 O0 L4 ~% `' L4 g一、问题的重述" n7 p1 y! `2 F% X
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DVD1 L4 D9 Y! K6 g; W) A
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$ q7 `; ]7 ?6 `. M# v* a1 b( q/ 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。
, I) f! ]3 h/ l, t% G' K% e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6 U ~7 h( Y8 m( i8 t1 L
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
2 `4 a$ V; H& ~5 e5 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:/ ?0 c" I! w/ Z X/ M1 X7 ^. {1 O
(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. c9 {6 e$ F S* w5 m8 i# B$ x
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$ ]# P+ C/ Q8 e
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! |! q+ f' h# x5 U- D8 S
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! E( |4 m' |' `7 Q3 T$ [/ y
果要求保证在三个月内至少95%的会员能够看到该DVD 呢?
/ N9 k7 w- v9 v, B' f" w(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5 d) H% _. h4 h$ 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
) ~( \! V$ {: y5 ]出前30 位会员(即C0001~C0030)分别获得哪些DVD。
- z- {( p2 e0 T8 @, 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) c: a! j3 H. i8 P3 t# _: g
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
9 k! V$ D! l4 u: ]月内95%的会员得到他想看的DVD,并且满意度最大?! o7 p2 J7 y- l. H3 T" v- k
(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
4 V& z3 O9 y" x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。4 e; ~$ |& N8 r: y% |
二、问题的假设4 N% O( m1 V* m
1、假设所有的DVD 都不能拷贝
; Z0 j$ b$ M+ o7 O2、假设调查资料具有一定代表性3 H6 Y. Y1 y: C0 t- y6 ?& c
3、假设所有会员自觉遵守会员规定1 }/ J: n" g/ [& {' w) X& V5 ~
4、假设在租赁和归还过程中DVD 的遗失或损坏忽略不计
7 h3 P4 n* j$ n8 d9 L' G) S" e5、假设DVD 的种类与购DVD 费用无关
7 u B: S! I( k" ~( [三、符号的说明; O4 D( p$ r3 K3 T$ N
符号 符号说明
$ M: w0 j# k+ q' m6 B0 _! M* XV 该网站拥有的总会员数- E& v5 v7 d/ v& U6 P, O
Dij 第 i 个会员在线定单中第j 种DVD 的需求情况
! z2 ? l: p6 x: G* tDLij 第 i 个会员对第j 种DVD 的偏爱程度5 A& T6 `0 `) f2 D9 J
yi 第 i 张DVD 的现有量, g8 o3 r& ^, x, C5 i/ @
Mi 愿意观看第 i 种DVD 的总人数
, O# n. G, b7 V- j1 z9 W" pPi 愿意观看第i 种DVD 的人数占总人数的百分比( V( u, p0 f" W) ]# J$ H8 N0 U
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
# z, h0 d! K6 [4 d3
, R& w% N( Q% o" ^' P6 O6 MR 为满足会员要求的百分比数- g) A# L% K# r$ N' f
U 会员获得 DVD 后所得到的总偏爱度,其值越小满意度越高
) \: L; ?, m4 r) K1 {' @四、问题的分析及模型的建立及求解
+ q( B5 {0 ?6 r- D* ]4.1 问题的背景资料
9 r7 x$ _1 D, I7 w" X' N% PNetflix 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( k7 y1 d9 J0 k- n
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& u2 f) _& ?2 Y) ]; ^2 Y, g
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: K. `5 N# N$ s. l4 k
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0 C/ [) _# @- k. x$ G
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
$ y$ I5 u; f4 P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,! v9 M. b$ |) W- K
既省时又省力。' e7 @, `, d% a0 S- e
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. u: Z% l$ B' {
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
7 o8 w+ M1 g/ @9 t3 U了676.5%[5]。
7 r) p( I% M2 ]9 {, s1 |% S2 J6 R4.2 问题一的求解2 v3 p+ E4 U7 p Y* M3 m; u
4.2.1 问题一模型的建立与求解
. G( ~( X0 j I# K7 B g- T2 X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. w$ R% ^+ L" F/ N- j
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
3 P1 i: M/ b7 v4 S从DVD 的周转情况来考虑对DVD 数的需求量。
i2 Y T: y" T3 F r+ Z由题目我们把所有会员分成 A、B 两类:如表1# [+ E6 E/ Q! R$ [9 L
表 1
, L- [( [' ^0 {: N9 B" L( i类型 每月租赁 DVD 次数所占会员总数的百分比 会员人数; Q* A5 J% t$ j
A 类两次 60% 60000
9 x, b! T4 c& E$ w+ P3 {/ ?B 类一次 40% 40000
+ U- ? O3 H9 ?考虑到 DVD 的周转,我们对两类会员作以下假设:8 `. F: T+ _# j1 g8 }
A 类会员归还一张DVD 的时间X1 范围为3—15 天;- Q% T9 j$ F. i8 B4 \% H
B 类会员归还一张DVD 的时间X2 范围为3—30 天;& M- m: M0 U6 M. x; ~7 c
根据现实情况,我们假设X1, X2 都服从等概率分布,则:& t3 n5 O7 s% |- k5 i
9
. L& q' `0 G% ?0 F. \2+ `7 q! U/ V' @3 k# n# @0 c
15 3
+ {; F. Y* P" A4 p7 n3 P1 =/ _& o, _9 i" D
+! [: @/ q# [2 H# ]/ Q6 y: L
EX = 16.5
, |$ W3 W9 Z1 m5 a; {. `2
0 V# V7 ?+ l6 [6 }$ c8 Q30 3
/ C1 Q8 H1 }( `; R d0 g& D2 =
" \$ S" h7 o- n# j: G, A+! [3 s- P! t F$ {4 h% g* V/ r
EX =' q( i0 Y/ D0 a. i4 m$ h" P- u
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. F4 B3 i* }: C$ V* r7 M
DVD 在会员手中保存的时间大约在12 天,
! A! s6 P- d( S+ ~$ l* d8 E+ |那么:4 [& V* B, j/ T; b, }
在一个月内 DVD 的周转次数为:N=30÷12=2.5;0 f& m% O/ B6 n5 i
在三个月内 DVD 的周转次数为:N=90÷12=7.5。(设30 天为一个月)
) w0 l' f4 _- N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
! h. H* j$ O# k8 Z5 {DVD 的经验概率分布统计结果如下(见表2):
/ ~! Z9 m: [( S; V表 2
8 l) J5 ^" Q! i) B2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
7 i# x4 h ?- s. d49 N$ C5 m/ e5 u6 V4 Z S) r) H
DVD 名称DVD1 DVD2 DVD3 DVD4 DVD5) K' j2 k1 _5 A* Y- d; ^* j
经验概率 Pi 20% 10% 5% 2.5% 1%8 s% R/ o/ n+ I* [$ d6 N
R 为满足会员要求的百分比:一个月为50%;三个月为95%。
+ }" N, u& g4 q' D5 q' h7 ]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$ _2 a6 v% c8 Y4 q
员数)。
3 a2 p8 { D$ j' z: `- B那么所需要 DVD 的最小数量为:S=M÷N。(向上取整)
c# M: T4 E. D我们得到 S 的函数表达式:S=V×Pi×R÷N ;
0 W+ Q' S0 H0 |6 t求解得到每种 DVD 的准备张数(见表3):' k7 T8 E/ Z3 L) q. b+ h6 W
表 3 }( C+ e0 ]* G8 ^- \9 W
DVD 名称DVD1 DVD2 DVD3 DVD4 DVD52 i2 N! V0 e# w* g# `) g
一个月内至少 50%, X, t; ^8 o! a5 ?7 K6 H, s" O
看到的最少张数
" U, L) D& {$ O! b4000 2000 1000 500 200% k$ q/ m7 n$ X1 f& V# p) J
三个月内至少 95%2 Q: |. |9 z% y+ m j# ^6 @) J) ?
看到的最少张数2534 1267 634 317 127+ S- B$ B6 J% }2 ?
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
. {6 B. S- {8 C! y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' K8 y( U+ \; ]" y( v
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
& y+ f3 s8 o& u! p& S& m1 g+ w最少张数为2000 张(小于4000 张)。
! P' s7 X" _ B6 r* X1 A% K. a4.3 问题二模型的建立与求解; J' ^$ `# S6 Q# Z* G5 J8 u
4.3.1 问题二的分析& p5 v' s# g) N; e+ Y
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
, {2 z9 V* k+ D% U E+ _3 }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
7 O) h- X% Z1 @7 b3 S( K, B4 u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
$ ^, y" n; h e) o7 h0 O# t" x员对DVD 的偏爱度为:& \: ?8 k" A. B" O- v
ïî
2 k- s$ r) ]1 l* U8 a: d- |ïí ì
7 l& ~4 T2 P, f: b¹& p6 Z& H8 m2 s
=
' N/ G. k5 p( h% E- ^' Q4 O8 h5 {=
+ z8 c- d5 M' r# K- B5 l# j9 J, 0- l: d; L @1 w ~; L+ l" r* x
11, 0
- E; Z* a, X- V! J& y$ _. vij ij1 ]+ |9 b, v9 f! W' L1 j
ij
( p1 h0 l% a9 m2 {3 Vij D D
& j' b. t! r% O! c oD4 p1 Z5 [' m# {" P
DL
' [7 x* B8 E: _1 ]4 k6 c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
7 D- W/ u) v5 r# f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& H& L, d1 D" D3 Z0 c6 b
第j 种DVD,其值为0 时表示没有租到相应的DVD。
' @5 w- o+ t L* ]: `% X/ z4.3.2 问题二模型的建立' B- X1 ?3 ^; f8 h; C: ]
会员租赁 DVD 满意度的目标函数为: åå
6 B, ~$ ?. l1 J3 r9 j9 }= =
# L! ^5 V4 @+ [& e; k´) _* X* M" d6 L. s6 t$ ` H" b& g/ |
10001 {8 o5 _" l; ^$ \
12 {" E/ J0 K- d1 s0 X- H
100
/ G' h8 U1 w8 a6 `5 z! [12 A9 H" M! O) R$ X/ } z" \
min6 j) |, t: b+ C% s
i j
6 B* d# d! \" b" ^7 Zij ij DL C% `* C# j5 L2 B& t; K$ z
0- 1 规划模型的约束条件为:- Y9 j8 a5 ~; T
1、每个顾客一次能并且只能租到3 张DVD;
% ~) K" Q9 K1 v' C* a+ m2、租赁给会员的每种DVD 总张数不能超过现有DVD 数量。) B! ?4 J/ m6 O" {8 \
由上述分析得到如下的 0-1 规划模型:6 E$ k0 r! Z2 \$ Y2 Z( E1 d. I
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
7 _: u9 q3 ~ i) u1 R- U7 y5
Y! ^" T$ q; [9 `- R9 v) yï ï ï ï& z1 k+ X: k/ r/ ]. v
î
2 c' e! @0 K5 e* i0 Mï ï ï ï
$ e7 R+ Z O1 D/ L# f; n9 L2 G' n fí9 \- j7 Z* N5 b2 ?. d4 ?4 n
ì
9 r; E. u3 N$ N3 U7 u= =
7 k: z7 G% V/ l+ D* Y, J£, w6 n+ [1 [8 J- E( H8 {$ b- v: e
=
* a5 l9 J" z' ^# d& ?=
8 C, I0 M9 d. K" u/ x´
" x8 f2 ^" _8 u' \) oå$ K, K z% a* s$ L" C+ f: n* E3 o
å/ l, A2 o5 A6 ]$ `" I. e# ?
åå
. C* P6 p: o; \4 s" L4 S& d3 [=
9 D1 h" k( f5 c8 L! |6 R=
& a9 [2 ^ a/ ]) H* o1 l9 p4 ]= =
* z1 z$ A! }& m2 N" w0 u: ~' c4 v1 e( 1 1000, 1 100)$ i$ t+ g, Q! T' o9 n; d2 J
3. J1 e8 K% N7 A: d
0,14 X+ k6 H4 q3 H# c" e
. .
' h& | B% M: A( ~7 t0 c3 U {min0 B6 i6 k ^$ f* J$ L8 o
1000( w3 ?6 `5 j3 L% I; h! G1 a
1
! v7 G+ g. ^5 p' Z+ U+ P. W100
9 Z0 e4 c* I9 U8 W- a8 _1
" i* i7 P a9 t" f5 X6 K1000
, w, ]/ x* R- |: V2 ^8 l1- N' s: _0 W3 D, O
100
7 v" i* F( R: `9 s; U" e1" z; k0 W# u7 Z
i L j L$ F$ v' n j, @; o& ?
C y
* O( \% W% W& zC% J$ w8 M+ u" }2 G) `1 T/ m$ c5 y
C
9 }/ X3 B4 q" e* Hs t
k! e- I: P# G! c" SDL C( z% S0 K* {/ [9 {0 ~
i/ C0 \9 O6 i6 V) m( p: _9 b
ij j
% p. M$ K) n/ I4 R3 Tj; L0 G3 c3 t5 s; X/ R2 I* z4 h
ij7 q9 m/ l" r1 ~6 e7 m. x
ij
. l4 k* ?/ a3 V! r/ ui j2 S# Y$ h% S$ B* Y/ p7 w3 h
ij ij
" H$ l6 y9 J; i' Z+ H |$ y! [4.3.3 问题二的求解9 V, p4 t/ F* }
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
2 b: W! k- T/ C, uCi,j 求得总偏爱度为åå
& i1 Z7 g8 @3 C9 f1 a= =
% u H1 f. `1 `4 u/ C5 O= ´
, H" p0 { [" K* J: e6 Q6 v1000" _/ V! a/ p# [
1
! C" D. ], Y l5 R1007 V6 B' t3 w0 Q. {: L+ p
i j 1
( E- H$ v8 i# a; Y9 ?2 a" sij ij U D C 为7924。由Ci,j得到分配了30 张DVD给没有要求% d' K6 l7 e- F9 I2 }) d
预订这些DVD 的会员。前30 个会员租到DVD 的情况如下表4:, d0 j, G; \0 a
表 4# s4 \: e/ S7 J8 [9 |# d! Q
会员号 C0001 C0002 C0003 C0004 C0005 C0006 C0007 C0008 C0009 C0010
: z: T7 u' F D m- b1 8(1) 6(1) 32(4) 7(1) 11(3) 19(1) 26(3) 31(4) 53(1) 41(6)
' K X, v+ j" H2 41(7) 44(2) 50(2) 18(2) 66(1) 53(2) 66(6) 35(5) 78(3) 55(2)
- c/ |! X8 s& b分配
, _6 ^/ g$ ^$ u7 l K" M+ hDVD 的
. u) D1 j: l7 {% P种类号3 98(3) 62(4) 80(1) 41(3) 68(2) 66(4) 81(1) 71(1) 100(2) 85(3)
$ U; s9 x2 w) S9 Q8 {& d0 N会员号 C0011 C0012 C0013 C0014 C0015 C0016 C0017 C0018 C0019 C00204 V3 u O; M4 Y9 Q' V5 e% @
1 59(1) 2(2) 21(3) 23(2) 13(1) 10(4) 47(2) 41(1) 66(4) 45(1)
% a# {" N) {# z' ^! D2 63(2) 31(1) 78(2) 52(1) 52(4) 84(1) 51(3) 60(2) 84(1) 61(3)* m K. H- J. ~/ s+ R
分配! l: Q' l% B2 n7 d# i
DVD 的
! X$ O" ?5 m3 M# g种类号3 66(4) 41(7) 96(1) 89(6) 85(3) 97(2) 67(1) 78(3) 86(2) 89(2)6 P! N8 }6 j# x) c( h+ F
会员号 C0021 C0022 C0023 C0024 C0025 C0026 C0027 C0028 C0029 C0030# M! O' @3 P3 c$ p# t2 Z
1 45(2) 38(3) 29(2) 37(4) 9(1) 22(1) 50(4) 8(1) 26(4) 37(2)
, Z, G; |0 ], r2 I* k2 50(5) 55(2) 81(3) 41(2) 69(2) 68(2) 58(1) 34(2) 30(2) 62(1)" ^$ A3 \+ Y0 S5 J: Y
分配+ }* S# o0 Q6 q8 T
DVD 的
. r# Z, E! n8 C种类号3 53(1) 57(1) 95(1) 76(1) 94(3) 95(3) 78(7) 82(3) 55(1) 98(5): O% j( h8 z' ~/ O" s+ ^
注:括号内的值为会员对该DVD 喜好程度。( a/ f. H- y1 h% G. C. b' Z! \
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) u3 }, b- B% T# v
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U9 v+ E5 p& c( X- B$ L
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。5 N9 q( b( P; t9 E7 t: ~( i
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
8 j/ n" |0 X4 g* F: w, b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," o& O# b g, u% i4 }! m) p* \
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" \1 u: o' w! h; _$ G2 f, q7 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/ p9 X# B0 x- y2 x9 J' e
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
$ n" o# C4 O8 {了没有订这8 张DVD 的会员。
6 ^3 V G0 X6 T# o6 t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
, g: C I& U2 B( ?" W6 T# y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)
( {: @" M. t* M v8 g4.4 问题三模型的建立与求解( ^ h w4 X* _+ A! _9 \; D
0,1 变量
# W5 N) T! u! g, {每位会员租 3 张DVD
# J2 Q$ [( D2 i5 w6 X! ?: pDVD 现有数量的限制
/ t/ v7 R) y* E8 B' {7 g7 i2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
2 u5 A9 u4 S5 j5 W E% e6
M% n$ v3 P8 B7 M& G8 B4.4.1 问题三的分析及模型的建立
* u7 ]& Z1 e7 ~+ v1 N( }* ~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& m, C; m( j# A1 j: \
会员的满意程度达到最大。 k+ g; D% u0 ^) T/ l! I
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
6 F& l8 ^( I: C# K) }) D4 ?* {记pi 为 1,否则记pi 为 0。
7 B8 ]' d4 T0 Z7 fú úû
" N- U4 M9 U# b! Yù
. F: ?8 v/ l# w' |, yê êë; N) M R8 _: Z4 j
é7 m' r/ p/ }' ^1 P
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ç çè4 f" h" d: f% P, ~
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/ l" \! K2 @2 I+ x+ w8 f= å# K- ?. J9 D$ y' q3 X* f/ D2 o
=* b% c2 A2 \1 j
3% u0 u" S5 q. M9 {
100
. U" T5 X) ]+ r: j: y$ ~- V, _j 16 r3 |6 O/ K4 n3 C
i ij p C (注: []为向下取整)
* ]& d; ?+ l7 N' J要使一个月内 95%的会员看到他预订的DVD,则得到0.95 10003 e6 C0 r3 E$ a4 @" r& R. C
1000
3 j0 M0 C( m- p+ f, u1
% b* H3 Q2 x3 ^3 a% N1 W´ = å
, ~2 U9 Y. e, ~0 [* A. N$ `= i
! U @6 q2 E7 p1 L) o/ Lpi
/ l7 }: O9 z# b- F0 E1 L5 y$ ^7 _根据问题二以及这里分可以建立以下模型:. ^7 V: r' m+ V9 O& g
ï ï ï ï ï ï$ X- X# {* R1 k! u0 @ \
î
6 n% f, ?* [* X ?ïï ï ï ï ï( ]" o1 r4 B. z0 L
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1 |+ }/ A% K/ y2 \5 L+ oì
i2 |8 A6 O3 j# G/ M7 [= =
, N1 _$ C* o% ^" s, u( d% W=
; p" F9 U5 G( {) d& F) w" hú úû
7 s9 b2 _. F. V6 u( X" I; P2 d# Tù
( A! p! \! S+ M9 Xê êë
5 F3 @6 w4 E" e% H8 x9 z8 R1 Té0 C! H6 ^9 X. L$ `" x5 O1 ^
÷ ÷2 f" g1 M3 S* I: K6 V) e, D) w
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- g0 x* b% T& j" y0 H3 lö% e8 j! A( S* m# |- ~& u9 r3 F
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( D, Q0 c2 R3 L, b8 _7 ]´& [- C. ]6 Z; n' c; t
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= =# ~- ]. r, p8 w% ]
=
: @3 g0 J* t, c# o! u/ J, O=( e/ A- v" u. |9 ?& {
= =# v1 \7 B' [; Q" }0 q
( 1 1000 , 1 100 )
0 k$ P( I5 \1 x9 Z" G3 0.95 *1000
6 b: H( |$ J+ g5 e/ R3
+ v! a7 }. W- o n2 k) c0,1- {6 c$ t; m1 E# V5 W, _
.9 u0 V" A m9 i+ a7 i
min6 C8 I& |( q/ {
10002 k5 v8 V: e0 H& b+ L% K& ]( E
1$ ?! D& N7 g- r6 E% K. @
100: P" T. j" F& ^, A' K& i
1
# s }; v1 E5 }6 O! u1000
) k/ u' r# _7 p+ _6 T( o1, X; M. p& h3 G4 x9 J
100# l7 q' a2 w/ h0 o' Y7 s( j2 c
1
5 G, W. z" ?: L# H1000+ y% j9 I _" ^- v
1+ I8 R/ B7 {% [' ]
100; I) V& w* Q! p1 R. Z, g! n
10 J; w0 ~# F- B6 F8 Y8 g
i L j L
) J; @4 v9 e1 @0 B- y$ WC, O8 m2 m% M. P( J
C y5 R1 r6 Z4 P3 M& ~
C- B0 M1 w" R$ N& k- J8 |
C
, W. A: a% n$ [0 f3 C5 _" ]1 Js t
4 F) C6 o+ W3 W6 h8 G; |5 ~D C' V1 K* v/ l/ {
i j
* v8 U( g$ Z7 t( G& }" zij% r0 p6 G+ s+ Y, u+ |: F1 y
i' a5 Q0 H3 b8 i8 k# C& e# G
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- [0 w# F# s9 ]" M& X1 F9 aj. x* e2 w2 ?2 ]# h7 q& B
ij
S/ ?* v6 o. U4 j6 iij/ L! Q. A+ D" F6 u/ s z
i j
0 D. {5 W) l7 Q* Yij ij
+ @2 ~9 b; w q/ C4.4.2 问题三的求解
4 V2 N0 F5 `- c4 q W5 A( U; c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
1 y* x- m% a' \5 {1 p6 U, S如下假设:
7 a- b" z! F4 n, Aa,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
( W) F* p- w& @; p8 X还DVD 天数在3~30 天内并服从等概率分布。* k6 {! ]3 A' B2 ~( I
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
! z2 i% k8 ~, R: h3 o, n- i+ e(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
/ |: q1 D1 z/ }. x% W% v1 d: Qå=6 \4 s$ B3 p# @2 |
-. ]2 ~$ B" D7 p7 |) N+ r2 G6 B
-( X- | K% k; l7 d9 i& ?* M# Q" j
=" @: n3 r+ I$ t9 ?
n
* g. I0 Z9 c! ~ ]0 Ci i* P+ V" B- p9 T0 d0 o" a
k
+ ]8 L# I; F" Jp k
( R9 [9 R* t3 K" h+ R1 y1 11
& W9 u: _0 g' {# X6 L. w% ^3 i11
1 R% K6 W9 O- c( ) ,# M# |& P% n) I
c,假设已经租到DVD 的会员只有归还DVD 后才能再租,
; x* m) m$ _; \ Q2 L0 x2 l ^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
/ K ?+ |8 e7 ~+ f% }3 h求的最大量。仿真流程图见图1,程序见附录。
2 I- j9 N1 k* q9 P/ L" H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 w: O! z( J* n8 E% g其中一次结果得到各种DVD 购买量依次为(见表5):6 h0 m- n7 s: l0 {4 |1 z
表 53 W( D. O; S6 o- c" `* i R, R
D001—D010 28 33 29 26 24 30 31 35 28 27
F3 K! g' @3 T5 PD011—D020 25 24 35 39 23 34 37 29 27 35' l7 B3 X9 o! n5 Y2 `( E3 \
D021—D030 33 31 42 28 32 32 27 23 35 35
- [: _( z" u% c aD031—D040 35 29 22 28 38 32 30 33 30 295 {) j/ N& j8 x! U g! N# k2 k! k) e
0,1 变量
$ e$ o* P# A3 k2 u# b& G每位会员租 3 张DVD6 Y4 v& }0 X9 v; X
DVD 数量的限制
6 r- u& m( D+ r) r4 O2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
5 w: { c0 |+ y* i. p% \4 y0 q7
- g; o3 N0 @3 k5 w7 Y3 ?1 [D041—D050 34 39 23 25 38 32 35 35 27 30
- Y) i9 T6 d/ t2 C+ ?- ~& p/ K- ZD051—D060 31 31 38 21 30 32 35 31 36 38
* F4 o# Q2 M. c0 P8 T+ U+ B" JD061—D070 25 33 23 33 34 43 34 40 42 36( U# W% n$ p, K- X
D071—D080 35 36 30 30 33 29 21 31 23 33
6 f3 \: _1 H. AD081—D090 34 20 21 26 33 20 31 20 38 32
: g6 b/ y( ^" N( v4 nD091—D100 43 25 30 31 29 26 29 30 26 34
% ~) k" _& S4 {$ W) Q$ f总和 3086) q0 [' j& t9 n# N4 Q
Y0 f/ a; ^& J- t6 y+ }; h
N7 L. l/ }4 m) L5 d5 G [3 F
Y4 B- s ^& a; g; h, E# F
N# h' i/ u6 T5 L, G6 o3 i6 B
N4 \0 T2 z* `' Q& F& V
Y
. _$ I% U8 E. o2 C% }% W# @6 EY
7 e& h/ j1 w9 Q9 OY8 B. q/ H7 |4 R3 J N0 l# t7 o
i<30?
, q6 H( d+ h+ t/ U9 H" `i=i+1 第i 天2 T; d8 L1 F# l |# e% r7 X
j=j+1,
. w6 w$ Q+ ~! }9 ?" j& x3 e第 j 个会员
& J+ G( Y' c9 H" a& j3 Mj<n? q3 C% p' E3 `- X$ T
会 员 j 是否还& r4 X7 f0 d9 M/ k
租到DVDd1,d2,d3,: Q* k/ \0 h. }% X' {
D(d1,d2,d3)减1
# l; Q' q R+ ~ t3 }计算 30 天中Di
- C+ |: d! ?0 G. B* h/ v的减少最大9 I. ~; `0 ^6 _. t1 X
结束
, E9 P8 \7 b6 ^! s7 Q) P! }N
) {# _2 C3 U* T9 t( |将 1000 个人分类i=0,2 E' b' f! e& Y; w# T4 @
D(1..100)=1000,
3 {. Q1 G7 k+ y, }( p+ d7 p4 l1 @j=0,n=1000. n7 Y: J0 M0 ~- F4 Z( d4 ~! |
还回 DVDd1,d2,d3,
. ?* ~4 ~8 P( w# bD(d1,d2,d3)加13 w; P/ F, P& B5 u& j8 z
会 员 j 是否租7 l7 @1 V3 v$ _& R g% n* l0 s
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文1 X0 S7 G! H" }+ B
8
0 j0 b2 B* K4 O- O6 s& l8 _图 1
0 R# t5 C& g8 }; A' {4.5 问题四的分析
8 \# t! P- ]+ |* a' h, X9 q+ R6 v我们分析了 DVD 租赁的实际情况,发现以下问题:: n( R' E8 a6 g* I: X3 z! v
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
5 X( v. {7 g3 m( g+ M0 S情况?7 o ^) p1 i* T: X0 Z! Q$ E) U/ n
假设前 5 个月的DVD 总数的需求情况为x1,x2,x3,x4,x5
* t9 O( \8 W# p# J: Y. c) \8 S对与上述问题,我们建立灰色GM(1,1)模型求解[3]。 D0 @: a+ V' r6 _; _5 D
以第一个月为起始点,即在该点t=1,于是有原始数据序列:
6 o! R1 W2 |7 v: K# QX(0)={ X(0)(t) t=1,2, ⋯5}7 R6 _% d% @4 \9 [
={ X(0)(1), X(0)(2), ⋯ X(0)(5)}
. s1 f3 H+ ^+ g$ q }+ }+ E={x1,x2,x3,x4,x5}
: }, l( m1 c. e: k1 V9 W' ]) Q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7 o; _7 Z. a8 k: l9 R+ H
(即1—AG0):
5 U, B* H2 c" eå=
6 ]% I+ o) \" B7 J2 {=+ B1 K$ L4 F3 e S' l7 V4 ~
t
+ t* P% [& c7 \6 qm
5 k: ` S; Q- {! {X t X m
' I/ G7 C* Y) U. p! p) P7 \1; F( I1 d( [, _$ b% d. c& o% ^+ a4 X
(1) ( ) (0 ) ( )2 Q0 t! P4 C- \, p, }) l% V" {
。得到生成数列X(1),如下:
' L- F/ M( y! w T& {/ gX(0) ={ X(1)(t) t=1,2, ⋯5}' N4 x, @( k! |9 ?$ v$ d. E# n
={ X(1)(1), X(1)(2), ⋯ X(0)(5)}, c; ^& v0 K8 z
={ x1, x1+ x2,x1+ x2+ x3,x1+ x2+ x3+ x4,x1+ x2+ x3+ x4+x5}( W: G# c2 y( v) P
构造数据矩阵 B 及数据向量YN& G' k' b( P4 a" |" V& t2 f! r
ú ú ú ú ú
- X) _4 Z* k: q- \ F% S$ K% T4 p: vû
( Z( S0 M- p$ |/ v( L- o$ dù
; ]/ E& f# o+ Y4 ]. n$ h6 v0 @, ]% \ê ê ê ê ê
0 w9 |5 a" u% G( d6 b% X; n* ^ë" ^( l* p$ p0 C! d; T" S
é3 F5 f0 ]- P9 y6 F8 R: x- {' t
- - +
" L( Y# S( ^) L z5 H- +2 F# m2 A9 k9 V' d- j
- +. G$ Y: o) W/ A3 ]
=# B; Z1 Y! C# s+ W2 B- u* Z
1/ 2( ( 1) ( )) 1+ O- {: q* D% I: p
1/ 2( (2) (3)) 1
/ \0 [% I9 s9 k" e% g. q$ F4 u1/ 2( (1) (2)) 1
4 U o$ Q+ C+ v(1) (1)
{! e! m4 ]9 S7 F( Z(1) (1), }) W* ]( B1 ^) e+ F
(1) (1)" S2 W S' P% P3 s
X n X n
. Y, a; p, V: m8 c0 ]( GX X
8 u( Q# c+ |' l. S$ pX X
0 U3 v9 e! B( B( {6 x/ lB( w4 H- K# Q" K! {' l2 S( B
M M
- a& S1 X6 | L4 ~YN=[ X(0)(2), X(0)(3), ⋯ X(0)( n)]T7 n& i4 r- E/ z, x) S3 i. Z
求模型参数a :/ r# E6 @7 H3 R! R
N1 w+ u1 R! d* C O) B3 ]! F- n
a) = (a,b)T = (BT B) -1BTY
+ \# M. u$ V4 W6 t1 R% R建立模型:根据参数a 建立模型。模型的时间响应方程为:
# Y9 d& A6 ]6 B$ b1 Ha
/ V% u) k" d% u+ c! y6 Ab4 P I( N, `9 i4 E' r2 p8 m
e% n+ p, v' V3 ]
a
! ]1 {9 B; K6 w6 _) rb9 X5 x: B; [6 q# \; Z
X (1) (t +1) = (X (0) (1) - ) -at + )) ?2 R1 k) L& w# S# g4 R
模型的改进:3 O6 t9 P9 R1 [( X& O# T0 q. ?' v
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
$ C0 a0 L) j7 r1 V# `8 m- F写成:
1 A3 _8 t; m1 W9 \3 w, e! \( l2 \X (1) (t +1) = Ae at + B
1 [# H1 ]2 i, }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
( K4 I, {0 c( x矩阵G 及数据向量X(1):
. F) @2 |$ }) \- F2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文- H" n$ T- m# v9 q* e4 A
9
# R& @3 [( {9 V! Bú ú ú ú ú: a; U% {. Y2 `( G; Q5 O( t) @4 E8 H0 @
û
w; e) o% Q( [( Q8 wù; ~" N+ ?# t7 r/ ~5 U$ p. ?
ê ê ê ê ê
& {4 V; `& a5 ?! ^ë* ]3 `, G4 E' z3 z
é
; R/ e; J" N3 w=1 `4 D" L4 n; ~" S9 f
- -6 R0 m( G7 O% I2 X; K' ^8 Y
-
! O8 y0 H5 j9 W( D; W! G1
! R# G) q2 y! [7 I1- S- ]6 d U; x6 \( a. G
17 _7 @. E/ n2 D" O
( 1)0 K4 M; I2 |* t/ a& |
0
" a) P% x- h4 {/ V" e: s) {e n& l4 S. L5 I$ k _
e3 Z! P- d' M a( x
e
$ z" G8 f) D( P+ A3 q- MG- Z2 s4 h' v r' h4 G
a- a5 G3 }7 r, L1 G6 }
a& q8 Z% g( v% O
M M- W2 r# H% R! @. J3 |9 s3 Y4 X
Y(1)=[ X(1)(1), X(1)(2), ⋯ X(1)( n)]T
% e# k5 {1 B& \求出参数 A 和B
$ B& I* x# G( M% {4 I. {(G G) 1G X (1)
: i7 A4 r% }8 w, i# aB) r2 D$ ]7 n0 L! S
A = T - T ÷ ÷
* p% V1 Z+ _* h. Z+ Cø
' }- `) `! [, I3 L; pö9 Z$ G; ^5 R% F! P% s1 ^
ç çè
. C) L$ `' g5 |4 l$ I5 |, sæ6 X( {$ }& f" S/ ]
求出时间相应方程: X (1) (t +1) = Ae at + B2 {; b: n; g, j' P4 S) |& i7 x; Y9 V
则需求总量的预测模型为: X (0) (t 1) X (1) (t 1) X (1) (t) ) ) ) + = + -$ l+ s, R9 \, l& B
4.5.2 网站月盈利与网站DVD 购买,会员会费的关系3 E. d5 F7 w5 {7 X8 l
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8 z# d3 v+ w- Q$ u
买DVD,如何确定会费使得网站盈利最大 _8 ?4 j: r5 N, ?$ {
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( U1 s$ X; }& a
W = f (e,m); U! v" z p5 ~- b
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
: Z1 d _: ^9 f# i有关,设:0 G/ V( A" i1 H! S6 _/ M% M; q2 V9 I
m = g(s, n)5 H* j; X) Y' F0 ~% _9 Z
假设拥有第 i 种DVD 的数量为ai,第i 中DVD 购买价格为bi* ]8 s1 Y) {! u0 i3 [
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
~: s- Y* T4 o. \根据以上假设建立如下规划模型:
- t6 m% F t' b. Y' i2 }, Y3 P* Yï ï ï
+ y! E c9 h1 \/ u) D8 V( J* ?î
, Z6 o& M: w+ w' S$ \# ^) R" x$ aï ï ï
% e6 J( j u1 T6 X) I! \. l8 `9 Ví
- N2 Y. ]' T4 ]* X. i3 C b. e. Mì& n8 s9 n7 w, d5 x7 W5 C; Y" h0 P
=
3 |. j+ w, f% v, G=1 O# c f: Y& K, j# t
=. g, ^+ B2 X; { J9 I6 c& z
= ´ - ´3 t6 T* Z* s" l7 V) m" ^9 P
å7 C/ p& T4 h" n4 P
å
' e4 p/ [" v% j3 G% R) o8 b=
, v: S- n$ C4 T) g4 | t( T+ U=. |' w6 t$ Z+ X; @. r& @1 x8 ^( F
n
( ^1 b6 {, v2 U1 si$ V! _5 `8 F* s L
i
1 o/ u9 d* v9 L+ L1 R% fn7 [; f9 p' \% R* Q
i
' c/ _% |) X% m- H. Ii i3 L" L% s3 Y5 A! `4 I
s a, k5 I4 l8 m) S3 y9 M3 K. E
m g s n
" U+ L, Z# z% BW f e m
. p5 H! E8 |0 V: us t
1 S0 M6 g3 O, Q9 z& p; q; uF W e a b
8 t; k! H$ J1 ]. P% p1. ^" s/ ?4 \9 v
1 p4 ~. c5 Y& {8 M* S% ?
( , )8 A# F, L W" V4 q+ c
( , )0 i# c7 F7 u3 Z! j. E. j0 {
. .
/ L5 N+ b/ f- o; i0 x% ^# Pmax( O c: n6 V2 ?
六、模型的评价及推广9 y3 w; C, z, `! 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. q1 ^0 h, o5 i7 ?) C% H. F
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
0 y/ X' \3 k) H/ G9 `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
; ]$ D6 E' v7 D+ V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/ Y) B. s7 a* x; k
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。
% S3 Q5 y3 Q& s# U1 m# D9 i+ u2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文' _: r& t9 O; Y: G$ F4 g8 W
10
+ c8 y7 X6 r) O6 Q! [, ~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8 Q2 h# y1 X4 r: N9 q
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
5 R6 f4 V4 h7 b0 ^+ k! T/ H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。2 l* k: U) s( m b( C9 |
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。: }# F/ O0 Y5 N# P: m1 w I$ K
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
# k4 z; ~8 l; G* _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
4 L* s3 E c$ A& I- f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
' M2 x2 e1 E( U4 L& a" i' }" Y7 U. g结果难以求得最优解。
' v! D0 \% G* L; G u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/ O3 O3 ?2 w6 V* o' ~/ b) m8 m1 ]- f
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
& P5 s# [, h9 Y; ~' C实际情况,但在精确性上还有待改进。
) W! _. [; ?0 } G" Z[参考文献]:
8 ?, X. s$ _6 b1 T[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; [* B: j, X* |5 ^+ k( x
[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9 B+ y) R! A- ~3 O$ \ j
[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,
) l( t) L3 p* q9 L9 D第17卷第1期:72至74页,2003年3月3 r% \8 u4 l7 {: d5 N8 `% ~
[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3 ]# G% N. ~, T% e8 F7 a
[5] http://www.netflix.com,2005 年9 月17 日
0 H& }2 d& O7 t5 E2 c1 T4 @5 R! b: s$ X[附录]:$ \$ O& t) L% F( O8 T
1、问题二程序:% v( M" }" N1 d
运行软件:Lingo 8.0
. v: M1 {- I! u) t9 k# U# r( F运行环境:windows2000; Y) Q$ T' u% L# @8 i
运行时间:24 秒
4 X: p1 ]$ e& ~5 N2 _model:
5 O7 w- T: D1 Msets:
: G$ M+ G+ m- Q1 L4 x8 Mcd/1..100/:dvd;
. n5 l3 `3 d+ y- G+ v6 ^2 a vren/1..1000/:people;
6 O* C+ \5 @, W: Ilink(ren,cd):c,b;. @3 K7 L5 {. g, a( W" Q( P8 w
endsets
r3 p I- H, |; ]2 h[email=min=@sum(link:c*b]min=@sum(link:c*b[/email]);; x' p3 r+ i: p5 u) z
!dvd总数的约束;
6 B7 N% C1 q$ J1 |! Q- \@for(cd(J) sum(ren(I):b(I,J))<dvd(J));/ Y8 [3 t4 S' Z; }0 {( U- R4 o4 ]
!需求约束;
. m1 F) B+ m" b* R3 |@for(ren(I) sum(cd(J):b(I,J))=3);
{. g& ]$ R2 {) j3 q/ \@for(link bin(b));; c/ Z u6 ?* d: N) k
data:! p* I! [8 u- x. G& Y* I$ Y# h) Y
c= ;!输入偏爱度;4 H& y( |' t$ b: ^
dvd= ;!输入现有的每张DVD张数;0 r2 P7 I; `5 [' O6 i+ x
enddate
" C- J2 {$ J, M1 |end+ M. U1 J W; k/ s" B: H
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
/ j& Y q$ k+ [7 x8 l3 p1 H11( A+ C$ X( J" z1 x* `! w/ E" o9 T
运行软件:Matlab 6.5/ n$ S4 F8 c2 r2 |$ n5 q
运行环境:windows2000
. O& _! |* S* ]5 O3 @- u/ Bding=[ ];%输入订单表2 |8 F! Q5 m/ s
b=[ ];%输入由lingo 解得的最优解, |# `% h6 Q) B/ @ b! ^' v; i1 ]
k=1;
. w6 [9 P$ i9 a1 Mfor i=1:1000% x 为分配DVD 方案表5 H# g5 p5 N6 A: ~/ @4 }
for j=1:100
' D7 i& w9 d7 s yxx(i,j)=b(k);! W0 R \4 \* I( A! n7 ~
k=k+1;: F' b, x) j1 i- L$ X1 n# U
end
% u' Y3 ]( W7 u5 u% U6 \end
* E4 J: `1 L1 @for i=1:1000 %满意度: z6 Z3 C Y" g. ]! y
for j=1:1005 w% o( x# g* G( K
if ding(i,j)>0 %ding 表示订单表, u2 l1 s1 V2 t% y/ u5 }* Q
man(i,j)=11-ding(i,j);
0 u i/ i$ `0 y8 ] l% A, Mend
/ v- e5 y* f* Q2 ~% ^& k# y7 q4 eend' C* z: V3 W4 D3 G- Y2 u6 Q
end
0 K# f/ `- r; a8 vtt=xx.*man;
t, U5 B/ f3 \, } U8 }" Dts1=sum(tt( ) %ts1 满意度的最大值0 {5 o* ?: M' \4 F; l
tt=xx.*ding;
# s7 o& D! `) S2 ~, X. Mtt2=sum(tt( ) %tt2 订数字和最小8 ^1 Z$ {: y" R$ |; R' N; c! P
for i=1:1000
! f0 D9 b! ~) e" ^! l1 \! lk=1;. B# ~4 f5 J0 y8 `
for j=1:1009 w0 T/ N( K) t/ ]' X* j. i! j% {% t
if xx(i,j)==1) ]% \& A1 Q% P3 U0 [ d3 X
d(i,k)=j;%d 表示发放表/ Y! s& _# J' @2 g6 x
k=k+1;; D' Y+ ~' n# k, t& e$ Q
end
) L7 m9 S( N) Z7 ~+ z( ?0 Oend
/ | R. O" m h5 H1 Mend
7 x" L. w6 Q# V% ?for i=1:10004 R9 x6 p& g) b' E
for j=1:37 g: G: @4 z$ _' U
ddd(i,j)=ding(i,d(i,j));%ddd 与发放表对应的订单数字
# c, X% h/ ]3 D7 A- Z' dend
! S' T& m) ^- F! lend# s" w: X2 Q1 f, j2 f) ?5 C: k; J0 W' P
k=0;%租给了会员不愿意租到碟的个数
& D& c( k6 o6 L; Kfor i=1:1000
, M3 ?5 ]8 v1 }" rfor j=1:1000 P) h6 A5 r& q$ e: g4 h* I
if (xx(i,j)==1&ding(i,j)==0)/ R V/ H0 K5 y1 H8 b6 b
k=k+1;
: D' ^ Y" g" ~" x9 H/ G2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
2 a# C' L9 H) O- ]( X t129 \3 x. O( p' z1 |) l8 L9 l) D, U6 M
end
: ~3 a2 s) Y+ J4 @end0 P! o' g3 }' o- G" h
end
/ z1 J& B; v# Y$ T6 E5 |k2 J- ?- S1 m R- D4 @3 N
2、问题三程序3 j2 F. `- c% S; Z3 S/ b
运行软件:Matlab 6.5
1 v5 u- Q- g! Q% @运行环境:windows2000
: @1 m9 W+ M& |9 H& qc0=[ ]; %输入在线订单表
; u0 O m- `6 H) ^4 An=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,2 R% y/ y4 E! ?7 o+ [7 f' o, Z* f9 N
olddvd=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, r1 V4 ~1 F; j
c1(j,7)表示借次数( z7 r& ^7 {5 O1 k) M: {
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6 U8 w7 J: F# l4 A
人& A" K/ |# w' l6 t. ?0 k
a=10;b=20;
. f" U! z( u% c* ~yt=olddvd;2 q8 _# H- @) v" p8 o! I: D, d$ O
for(i=1:30)%对每一天的情况进行模拟
! E2 m2 n. X0 d& m+ }2 \' yfor(j=1:n)
$ f6 _& y( I8 Uif(c1(j,4)&c1(j,5)==i)%还碟: |$ C3 T+ M! S1 p& \1 q# F/ j9 G
if(c1(j,1))olddvd(c1(j,1))=olddvd(c1(j,1))+1;end$ \/ `3 W8 X+ [5 |& v- \
if(c1(j,2))olddvd(c1(j,2))=olddvd(c1(j,2))+1;end) _. X: b" Q( k# V) j! C! J
if(c1(j,3))olddvd(c1(j,3))=olddvd(c1(j,3))+1;end `% a: ~- E9 A" c: J
c1(j,4)=0;
9 [& Y# h3 S9 p; Mend
* s/ R- b$ f7 Y v" x8 @if(c1(j,4))continue;end %以下可以租* j1 u9 ~8 B0 Q, D9 Q5 c5 x0 {
if(c1(j,6)<=6&c1(j,7)>=2)continue;end % 60%的会员租了两次不能再阻
1 h, A ` ~8 n* f. Cif(c1(j,6)>6&c1(j,7)>=1)continue;end % 40%的会员租了一次不再租
( ?) z$ l3 @( `4 g: Z: rif(unidrnd(100)>95) continue;end %保证0.95 的概率能选到2 F) ?3 ]4 o" w" S6 ]" }
c2=c0(j, ;%以下开始租
& T4 ]( B5 Y2 t/ {2 ]! [1 jts=0;, e4 h7 }9 f2 ?1 J: k6 `
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
, r5 M% |* y7 _3 ?! b+ _生成三个随机数) P6 I! x% e! {( p0 j
ct=0;
' y( g/ Z, T+ M+ K3 \# Gfor s=1:100
4 V' z; _& r# h# I+ iif(c2(s)) ct=ct+1;ts(ct)=c2(s);end5 Y/ W+ w' g* U* _
end
* j0 Y$ c! e: p# @tt=length(ts);7 X8 i0 W3 A3 L- v9 g
%tt=max(c2); %第m 行的人预选个数
2 Q% r0 k0 w. o; J4 z6 v2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
, W7 y S% ]8 q" B# P13# p4 _! e1 @" B+ D
%ts=1:tt;; y7 d* l# e/ V* y+ i) w- Z
ts=11-ts;- b% K% P+ I( t* h. v0 d4 ? o
%生成三个不同的随机数,按照概率' V0 k% g- F; v. q9 k6 p% L
tm=sum(ts(1:tt));
$ r" Z! x" u2 r# m' c2 a( ?t1=unidrnd(tm);%生成第一个随机数' d! o5 d! [7 _" }2 U) }* y7 d
t0=0; ss=1;
# s; }$ M; \1 X2 pwhile t0<t17 @4 B/ {$ y: I0 Z5 j: y7 u+ z# L
t0=t0+ts(ss);4 e, Y% c/ d% `8 B
ss=ss+1;
( R, w$ Y7 b, t, X, Z- hend
' t* F0 E" ]; V& w( ^* p( n0 [ss=ss-1;( ?' _/ {7 g$ a$ Q) ]) a$ ]. F
sj(1)=ts(ss);
6 S" A4 t+ A) v5 j%生成第二个随机数1 [' J: w2 |! U* G* I
for r=ss+1:tt%删除 R) x0 m3 g, g$ \" F
ts(r-1)=ts(r);
' Z- h3 p: S( K$ h# R6 M+ o0 U( iend
: G+ q1 y* Y, Z, |8 u* [tt=tt-1;
7 r6 ~/ x( g1 n9 e3 _1 T' Qtm=sum(ts(1:tt));
/ l' h: I9 O3 V0 E& S8 X: Rt1=unidrnd(tm);6 w. q2 M, H3 d( C
t0=0; ss=1;
R: G% _) q9 d8 Z! Wwhile t0<t1
' D3 S4 z4 q! o3 p& ^$ ^/ Jt0=t0+ts(ss);5 m# |3 |, p2 J7 |* D) C5 t/ v @
ss=ss+1;* `8 d' ?% E- e' Z
end
1 G0 F/ D A5 hss=ss-1; F w5 A8 x3 D% ?0 r+ n0 B
sj(2)=ts(ss);
2 A1 D' q/ X- M' C$ Efor r=ss+1:tt%删除5 i) j9 H* w- A: Q
ts(r-1)=ts(r);+ L* b3 Z/ t# t3 [" v
end- i0 b1 X i5 B4 @" b
tt=tt-1;. n0 W8 M! X$ m( [1 P3 |
tm=sum(ts(1:tt));) E4 L+ n/ \3 M" ]( d6 y1 z* ?" k8 D2 q
t1=unidrnd(tm);%生成第二个随机数2 k9 x6 m* ]) r. d' @+ g5 o
t0=0; ss=1;1 C6 i* ^ r! P' K/ f
while t0<t1
- R* d, N5 _# h5 z( wt0=t0+ts(ss);: D/ g# Q3 D6 l7 }& ~9 {
ss=ss+1;$ @( k! q" N3 F5 e
end
" Q7 A3 j- K+ F; Lss=ss-1;) J; \, `% ^5 X! _" c
sj(3)=ts(ss);; K- B/ s* l; ]9 s' I
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
( D6 G# g" c |4 b/ P' z8 Z% W0 bfor s=1:3
- K3 M3 A" M2 [+ ^) C& o5 mj1(s)=find(c2==11-sj(s));2 C- a/ b2 t. c$ Q# c: h" \
c1(j,s)=j1(s);* q% U: m1 }( ~/ a4 h1 I0 ^- M
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文) ?; G# `: ^3 v7 l# |
14, P! j/ A( Y) _$ D" s0 h
olddvd(c1(j,s))=olddvd(c1(j,s))-1;
7 @6 V0 S" m- [c0(j,j1(s))=0;9 O7 r! {6 }8 w! N: N2 K
end
. s3 I8 P8 g; u: pc1(j,4)=i;; P4 P) _8 I! S
c1(j,5)=i+round(unifrnd(a,b));
* r5 V! o9 M Hc1(j,7)=c1(j,7)+1;
1 [' o( F! i" P4 v8 K4 oend
5 d8 E O1 C& D0 E/ J3 p2 A+ C, x" D zmindvd(i,:)=olddvd;- w- O" p9 M$ s4 d; z" R5 K
end
' {3 N( @" S4 Q' R" zmindvd1=1000-min(mindvd);( W! n& @& H F' G7 J
sum(mindvd1) |
|