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2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文4 [. N0 h6 [% d0 y! c- x, x
1' ^+ m! H% k$ o) g1 b X5 A- T# y
DVD 在线租赁的研究
% D4 F% s/ g9 b+ G8 E! D* x/ Y尹作龙,姚明,金伟
8 |- E* A5 p; W! H& Q: I: Z指导教师 汪晓银+ o5 ]8 [6 } A$ V! F, ^
[摘要]:- x' U# l8 W" e$ v3 k' L/ t
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
, K7 G: a' y" j2 G% g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
% M$ m9 V! i9 e3 {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
: t: M+ P/ ^& y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2 E, p3 ?3 L: _8 W. Z4 M
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" L% ?0 @' @6 d1 X. o- L6 C/ g& l
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, A( N. g7 w+ B% L# N
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
! _ G8 _ b! n3 K9 U下。, n9 B5 |( A) z
DVD 名称DVD1 DVD2 DVD3 DVD4 DVD5
- P- }7 [8 R# u' _5 }一个月内至少 50%1 i2 N G( e/ |( h6 G+ j9 f' H
看到的最少张数
' C5 M' [! P2 t0 s2 w2 K% a4000 2000 1000 500 2000 y0 \8 n, D" h
三个月内至少 95%
\% a4 I0 r+ E w$ M看到的最少张数- K0 }/ i: r( Z- f9 z0 ~3 H! z- m
2534 1267 634 317 127
; {+ T7 S5 @# o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—17 D5 y& x: X) z6 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+ T- k: E+ p$ @
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8 S/ o9 o$ U4 @! z, C/ @, w* \* e3 p
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
. G' R8 ?; n a7 s2 P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; M+ \9 g* _. B1 z4 Q7 E; a+ z; T
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. c& y% T3 {) E! Z( U( r, ]. L
预定这些DVD 的会员,因此我们选择第二种分配方案。' o! l& M: X+ s) P3 F* D% h% f
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,
) V" V4 r" G ?9 l% o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。
% ? s/ M3 c6 l+ Z( }9 ?. 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DVD4 R% t% \ J2 k& [. x. l
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 e+ R9 H$ y, I* X/ X8 H
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
; _: r# L& q! j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
) F$ ?7 `/ S( |( _3 k# 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2 l# W4 x% L0 S8 A3 d, ]
性规划模型,此模型在租赁方面有着较高的参考价值。: J4 ?; r" q& ^* c" 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7 q/ J0 I' E% W, n7 z8 B: O3 f: d% n3 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
. w' N- |& \/ r5 g& M* b" a) ]心算法速度快,但得到的解难以达到最优。+ K/ W2 W+ W9 p% [( y7 ~1 Y( s1 B
[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9 e' f* x. K$ ]$ E+ |! i
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
5 r0 [( }, h; x0 U! T9 U# O2
) \4 a" c8 i8 B% K- [, l6 v一、问题的重述" }% M3 X: L. k
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
; G7 E( g# k" }1 l& [4 o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* V; r# R9 x: o* s
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。 C) G4 ]& O9 c5 A5 }1 j
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
& V" |; b }( R7 W/ y, X; F. K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( j7 q+ S, S4 O0 M2 G' Q
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:) f3 q, F. q4 V# R6 ~% u3 R
(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& j- \* O' s0 z& a4 @
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* s4 y% I+ q; w/ i. W8 N9 y/ f- M: D+ y
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
d! o9 U( s0 ~( m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" G5 K# Q+ x* `, _9 i7 f" T$ D L
果要求保证在三个月内至少95%的会员能够看到该DVD 呢?0 ?" b# k; v4 V$ j+ \: _
(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, b! M- d+ U' O0 h1 L- [# ^2 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
7 G* y; v1 n$ g+ r2 D' r出前30 位会员(即C0001~C0030)分别获得哪些DVD。
, \' Q, D: d9 o3 J* m$ b(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
9 {6 ~' f; y3 {$ @% _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
3 T6 f' ?# u" m! t6 S月内95%的会员得到他想看的DVD,并且满意度最大?, ]0 |- i# a7 J/ K, G& c* r3 P
(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# B8 t) O6 i# A6 c
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。- c% t, r3 ~5 q" z$ J/ W0 e3 [
二、问题的假设3 m3 T" B3 i$ D" h g1 N( A
1、假设所有的DVD 都不能拷贝 G6 s/ V$ \/ o7 `
2、假设调查资料具有一定代表性
* q5 t/ P7 ~ r* u- C& d3、假设所有会员自觉遵守会员规定" Y h |5 @0 C( S, x
4、假设在租赁和归还过程中DVD 的遗失或损坏忽略不计* n4 F. P; l9 u& ?7 ~& p
5、假设DVD 的种类与购DVD 费用无关
1 v5 d8 o; y% u z" @9 ] y, c三、符号的说明6 v0 `4 ?6 p: S& V2 ~% Q( J% r
符号 符号说明/ }) y! D5 s. e4 l6 Z& Q
V 该网站拥有的总会员数
9 ?+ G/ S# `+ W+ N. B v1 HDij 第 i 个会员在线定单中第j 种DVD 的需求情况
3 d& k2 b; M" \3 u6 \) r: CDLij 第 i 个会员对第j 种DVD 的偏爱程度0 g- x( } o9 f/ P: R0 B, M
yi 第 i 张DVD 的现有量( u! w$ K$ ?" L/ R {- Y
Mi 愿意观看第 i 种DVD 的总人数1 F( M" X3 p1 ?7 ~
Pi 愿意观看第i 种DVD 的人数占总人数的百分比
2 c) `( }# r& u+ P. V2 t2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文; c$ n% [2 u2 ]) u; s
3& k6 p4 {0 @/ M2 c
R 为满足会员要求的百分比数( o3 w* L+ {& _3 n1 _4 a" w
U 会员获得 DVD 后所得到的总偏爱度,其值越小满意度越高7 C# w2 V3 B) O7 H0 c
四、问题的分析及模型的建立及求解
1 j. X9 F7 V1 a9 H! M- t4.1 问题的背景资料
7 S% B! Q& `3 Q5 F* ?) ~/ W. ONetflix 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; q8 ]7 m% ^1 M' A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
) Q2 N( J: v/ @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
1 ` M. k1 P3 o: O8 Q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; E3 M, z: r4 E; V
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" f- O# k6 p4 o
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,' g4 C, k" f5 S$ I
既省时又省力。
, z& F% u/ B$ [! h- W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
8 d. Y- e. p) }8 T+ y" i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 T2 e0 o/ j, I8 S8 M3 u7 C# j
了676.5%[5]。* |! x2 o/ S* I6 T
4.2 问题一的求解
- v* B5 A! B; `+ W U! |. x* p4.2.1 问题一模型的建立与求解
) h$ S! V H/ {% Q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' O o( C$ @4 g, ?% F7 @
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* j; u0 R$ Y3 X2 E+ `" X从DVD 的周转情况来考虑对DVD 数的需求量。
; \% Q; n, Y: I9 y/ H- b由题目我们把所有会员分成 A、B 两类:如表1
7 w4 W2 J2 h7 H表 13 v( ]2 U$ s6 D/ B
类型 每月租赁 DVD 次数所占会员总数的百分比 会员人数
, G7 X' f% C, _+ ~A 类两次 60% 60000, D+ v+ G6 S9 y1 [
B 类一次 40% 40000% l9 X( L1 G# Y
考虑到 DVD 的周转,我们对两类会员作以下假设:
1 ? f7 ^/ j+ l- O* L2 ]A 类会员归还一张DVD 的时间X1 范围为3—15 天;* H- u( |1 V( ^
B 类会员归还一张DVD 的时间X2 范围为3—30 天;
$ H/ R; Y: s, k, t根据现实情况,我们假设X1, X2 都服从等概率分布,则:
, B. t' k: q' K+ C7 M9, H0 e9 U$ V0 Q% i% O
2; X+ J" `1 [1 D2 u6 N2 M' U
15 3( m9 T s0 @) A
1 =5 p' E' y" V& z: ^
+
' ]7 c8 ~9 w; KEX = 16.5
6 Y, S( p# w! g6 E: a# B& V3 N1 I23 @& G3 l( X$ X, g+ ]
30 39 {5 |( u. F6 Q* x- H, Z
2 =
4 ` F) E8 X" @' u+; _, j- e0 m# C# F8 Z3 O) s+ S$ i
EX =
( i) k: n. s5 O/ `1 j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
# Q8 R4 E: f EDVD 在会员手中保存的时间大约在12 天,
: p& Q: L; `' I1 ~8 Y那么:( n. X8 i- n% {" M- `
在一个月内 DVD 的周转次数为:N=30÷12=2.5;
+ m+ m B& `/ o% e$ A: W3 x$ g在三个月内 DVD 的周转次数为:N=90÷12=7.5。(设30 天为一个月)6 n: N' F$ X8 u: X* 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
) f, d3 R0 J+ tDVD 的经验概率分布统计结果如下(见表2):* q8 A' [) s* I$ Q4 B
表 2# |, U8 H G) p; ~
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
' ~+ R7 D3 T+ o, D3 x$ ^$ O4
! l; P9 w& t zDVD 名称DVD1 DVD2 DVD3 DVD4 DVD5
5 F% H* X6 q& u% y. q# o2 F# R经验概率 Pi 20% 10% 5% 2.5% 1%
( n+ S! X( E( V" Y6 H' `" lR 为满足会员要求的百分比:一个月为50%;三个月为95%。
" G' A3 K" ]: w, `1 E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! H- u- ]" x& a3 H3 a9 e" W& i% m
员数)。 ]! Q1 P: o0 F5 `/ X$ q* I; ?+ O
那么所需要 DVD 的最小数量为:S=M÷N。(向上取整)
; R( W4 w# A* _* V" r' \我们得到 S 的函数表达式:S=V×Pi×R÷N ;* U% x: t; }9 q- U( o
求解得到每种 DVD 的准备张数(见表3):2 ?4 U% v' ]& z* w! d A
表 3- I F8 l0 i$ k" _: w+ {, B, z
DVD 名称DVD1 DVD2 DVD3 DVD4 DVD57 J( S; x% v5 M7 i
一个月内至少 50%
/ x1 w2 [, W2 R( Q7 d看到的最少张数
/ _2 Y8 K, D3 g- F' m3 I7 X4000 2000 1000 500 2005 B% l* m% _$ m" O
三个月内至少 95%
! i7 B' Q( S8 h$ X) h看到的最少张数2534 1267 634 317 127
4 W0 V( u8 A! m2 c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 y9 q: h7 a( |* ]
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
3 Q6 g; n4 }& Z( ^6 F1 M8 p; \1 ?3 }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% Q4 Y2 Y5 T5 ?6 U1 p$ K- U
最少张数为2000 张(小于4000 张)。/ s+ G5 e3 B t) ?) H0 _% A+ c
4.3 问题二模型的建立与求解
1 i7 s) {# [1 Q2 g. P4.3.1 问题二的分析$ y4 l( W6 M" i6 s6 |, o/ h 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 a2 ^* Y' G( K6 |* d; M, O
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
$ t5 E, g1 J( m% E3 c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
. }8 w, J; e, l2 k2 k+ G员对DVD 的偏爱度为:* W1 A! |5 \: s: R3 N5 k( c( g
ïî
7 Q6 Q2 k- d y4 xïí ì0 g. E, ^# O: }" k4 r: p3 t% ^
¹
n2 `1 z6 l3 x=* ^9 {- n! l2 e$ J
=
% F! g X3 n( O7 U, 0
/ D* z$ @+ G6 h0 R. x11, 0
3 Y& s3 p( G- l- E' fij ij' V3 N5 m0 O7 Y' n6 C
ij
0 { Q% F0 o3 `: ^% }1 {ij D D- K( e( {, j, A' f: `3 _4 s4 f
D: A6 l& W$ O6 G3 h$ Z( y
DL2 ~. O" ?3 E3 J1 v
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 F! |/ w- J: D% u) 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
# K$ |" z" K0 w% d第j 种DVD,其值为0 时表示没有租到相应的DVD。
' i/ U3 B7 ?7 _- M$ G1 x0 e/ D4.3.2 问题二模型的建立' D( K. |8 B( ]4 z8 Q
会员租赁 DVD 满意度的目标函数为: åå
5 C. C% `" D; B* v0 `% Q) _+ v= =
$ l, C% h& K0 Z´& {/ @! D6 F' z3 `, S' i+ p
1000
# s: N8 A! {# M# G- _; }" r) O2 K15 w0 y% p) `# c L: k/ }9 M) {
100# m6 P) x2 u( X: z7 j
1
1 ?; u- a" f x# `! K; rmin
% U: P' Q; N: T4 O; `/ Li j
0 n6 E9 G2 z2 l( [4 Fij ij DL C- J. X" k: M% N; \
0- 1 规划模型的约束条件为:+ l! E" Z2 f2 \) m) D& l1 G* H4 d
1、每个顾客一次能并且只能租到3 张DVD;9 n5 h! R& N2 i( {0 H" p* F7 L
2、租赁给会员的每种DVD 总张数不能超过现有DVD 数量。" Z& i* t7 G& R/ Z5 n1 ~3 m: I0 b
由上述分析得到如下的 0-1 规划模型:, W* [$ A4 |6 w$ ^3 f9 `
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文, F4 W( o. b+ M
5
8 q$ I. J( _6 Pï ï ï ï
; k' W4 I, V0 c5 S& w# l0 Qî" f0 Z& X& p1 n2 J0 ?0 q+ w
ï ï ï ï: n# w8 v% G7 b1 P: T
í8 Z8 U) o5 t& ^% u6 S
ì( t9 j- [2 k1 i0 }3 ?3 A
= =$ h& R" T6 T# S' D+ y2 F! H& l P
£
* P m! C! W, s' }$ @=% I5 N% J0 v8 E& a/ U6 j9 L
=
; J8 V( @" _) M1 p% o2 M& i´
3 d& X+ _6 h3 ^0 ^* z" ]å& u( t, W0 w( c; F7 Z3 i, Z
å$ E! s+ D$ }5 ^: q' S
åå
) j5 o4 X6 E3 f+ |; Y=3 h' z" v0 S3 {- o! x2 _/ X
=
: P4 Q7 l* s5 e: X: ?3 Q1 V= =: o2 o- t; X' M0 k
( 1 1000, 1 100)* z) r5 D# v! j; `, k
3
' X" o* w) {% v# z* p& ^8 ?' J0,1# s9 e) V% [8 |* q8 R! r) q1 c: [! s9 H9 R
. .% g$ K; [: H; K) b1 d
min& o, f1 C" j# e w# o! R) Y
1000
, r! {7 {' [# [# T" d1
4 y# K. k; B! Z% D6 S2 W100
$ C8 T) r* e1 u. V, H1
( N# C1 X' V; T2 \: J. ?1000) A. z$ A# Z4 d
1
0 N: z2 e0 z, y: w$ _- b# t" }' ~" l100
+ m& x M( l; N, O; `13 |8 p! t5 F+ i
i L j L
. {, J; R1 m w6 ^- {' E4 z8 QC y
6 p! c1 X% f7 W5 S. p: r( vC
( G+ Q0 G4 |& D/ {C3 R8 A/ w8 x# G
s t
5 C* D$ {1 i5 v- c$ P- b; ?) `DL C
' ^4 M0 X4 n" B9 z$ [6 Vi: Z2 B$ B) x" l ~6 H% t" c
ij j9 L, g7 {( F& Q: K& ?
j2 T; e/ r! J [ F7 G. W% b8 |
ij* E" j7 F' y0 P
ij, _* N. K0 u; U- }7 T
i j/ V8 h& E) ^; ~% w' o+ O* ?
ij ij" a4 A. C* v* i$ j
4.3.3 问题二的求解
* f' R9 m% |0 I( z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
+ c7 n8 L: O- {; W4 WCi,j 求得总偏爱度为åå ~' Z1 Z5 |+ C2 L! Y
= =/ f% `+ }/ P7 Z* o# F' q/ M4 D
= ´
$ Q# ]3 a2 T) E7 L" [10001 }. T4 T8 N( t0 n3 C% `7 _ V
1
" H) i* [: a8 x) j# f. h100
5 t7 m8 T6 Y1 p9 w: Q" Li j 1
3 l# x/ _& F& uij ij U D C 为7924。由Ci,j得到分配了30 张DVD给没有要求7 G; L/ q9 p- L% j" Q9 l+ W" j
预订这些DVD 的会员。前30 个会员租到DVD 的情况如下表4:1 M% K2 G4 q S7 f2 l, n
表 4. f9 B/ |5 A7 B% d! u
会员号 C0001 C0002 C0003 C0004 C0005 C0006 C0007 C0008 C0009 C00109 K0 S" k) @* G; k% L: J$ m3 X
1 8(1) 6(1) 32(4) 7(1) 11(3) 19(1) 26(3) 31(4) 53(1) 41(6)
) D) S r& o( O. B5 |% O3 m8 J2 41(7) 44(2) 50(2) 18(2) 66(1) 53(2) 66(6) 35(5) 78(3) 55(2), @" m' }: N9 n, }3 r
分配. c! ]/ s% @) _) Q% P& P0 q
DVD 的
7 r3 ~0 a u- V: G0 X# ^" S7 a种类号3 98(3) 62(4) 80(1) 41(3) 68(2) 66(4) 81(1) 71(1) 100(2) 85(3)
% ]+ `) @$ c' i! d+ d3 v6 c会员号 C0011 C0012 C0013 C0014 C0015 C0016 C0017 C0018 C0019 C0020- N, _) _) Y% j2 A
1 59(1) 2(2) 21(3) 23(2) 13(1) 10(4) 47(2) 41(1) 66(4) 45(1)7 p: O6 X( y: I4 x' p3 |/ |
2 63(2) 31(1) 78(2) 52(1) 52(4) 84(1) 51(3) 60(2) 84(1) 61(3)( s7 B; E$ L5 B
分配. s3 u4 d( T+ l" N# O
DVD 的
# ]; w& V/ T0 W0 y* ]" ~: K种类号3 66(4) 41(7) 96(1) 89(6) 85(3) 97(2) 67(1) 78(3) 86(2) 89(2)
* W5 X( Y$ N6 s! e6 b$ H! W: x& ?9 M4 R会员号 C0021 C0022 C0023 C0024 C0025 C0026 C0027 C0028 C0029 C0030
6 {9 k# K0 { w" F |9 ]2 f6 {1 45(2) 38(3) 29(2) 37(4) 9(1) 22(1) 50(4) 8(1) 26(4) 37(2)" X. O, P: s5 b" M9 d) e+ ]
2 50(5) 55(2) 81(3) 41(2) 69(2) 68(2) 58(1) 34(2) 30(2) 62(1)
& r ^9 b3 z! V. X. u2 [$ L* E分配' L( h2 T( K; Q
DVD 的4 f- n% g* b/ B/ {( r2 i
种类号3 53(1) 57(1) 95(1) 76(1) 94(3) 95(3) 78(7) 82(3) 55(1) 98(5)$ a9 F$ t5 b7 [, h" ]
注:括号内的值为会员对该DVD 喜好程度。0 C& K! w l8 U/ j
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& D+ l! c/ ^% C
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" v; N( m" g; a: G4 w# x( X. W
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。
# U' U3 X, A9 p# @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9 H; E7 u2 ^' f) S# C0 j+ 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,
# q! v4 Q% f3 S) u1 }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5 M2 c8 x# Y' Y; x
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8 `6 }( ?+ c& k; U0 ~
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
- g: n6 \3 u) U9 y$ G! {5 g了没有订这8 张DVD 的会员。
& i# f! l$ c% o4 q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3 z# b3 I$ e. b1 h3 c* r8 j; q
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)
2 q4 A. ^6 F& F+ B8 W: q! ^1 c4.4 问题三模型的建立与求解& W# M# E y- i
0,1 变量7 Q. @' d% q0 x
每位会员租 3 张DVD! h) T. P" m; H Z0 l6 u% N& ?
DVD 现有数量的限制
. m3 \( E1 W( P! T2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文* L4 x: G1 t8 P w1 U
64 y9 K" P+ r9 F/ o7 B& E; g
4.4.1 问题三的分析及模型的建立
, h# v+ I: S a+ ~; h k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
% ^# O# \1 q% i会员的满意程度达到最大。8 H7 i. r8 J& x8 }
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2 J y6 E) E3 U1 }; g! U. [9 J
记pi 为 1,否则记pi 为 0。
) _" R$ D# Y/ {$ J' [2 Y) Eú úû
# }0 V( I1 L; l C/ S# iù# A; K, V% x/ b1 M5 l
ê êë
* ~( M4 p \3 I, `5 |" W% v8 r; ué1 t0 D/ H: U2 C8 X
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# v) a& B) b# B$ }! Mö8 {% {/ R. J) c, j4 b5 n
ç çè0 s0 B# s: Q$ \$ F* _( ?
æ
W1 k0 ~3 {* O" s= å
1 }" \1 j% w, d# x5 T=" S6 V" z: c8 f8 i4 u. z+ I9 K
3. C/ F, o' u5 ^
100
$ ?/ j; b0 X8 }3 D4 U7 W3 |: sj 1
* T; {6 G4 S) R5 {2 D1 F# ~i ij p C (注: []为向下取整). G8 V6 y/ P- t# }# ]0 L, _- o3 L& h
要使一个月内 95%的会员看到他预订的DVD,则得到0.95 10000 E1 N3 @ t* o. E9 ?9 t) |, }
1000& ?# b6 ~* Q: r9 ]: u
1" F6 W& o. [, Q0 E% o' h
´ = å( l* E3 V! D9 U
= i* |7 e# |% H, x8 V& V1 o. u
pi
$ R* I9 Z1 G/ _3 T根据问题二以及这里分可以建立以下模型:
+ R5 J1 N( m. j& M- kï ï ï ï ï ï
" \% B2 _+ y4 v+ e6 U0 ^î
8 x9 Y! R3 T+ Z4 i+ W5 M; E1 k7 jïï ï ï ï ï: Y( c b1 ?* S+ ~: I# e
í( w+ X+ d" T# c+ A; I( x1 y1 V, H
ì3 v7 p0 p2 Q' h" b0 P+ a
= =
1 \+ Z" M3 g* p) }3 i3 s= G' A. B. x9 v& F, i( n
ú úû
7 O/ Z6 T) m9 B5 V- a9 i6 Zù
1 g* ]; R7 Q* P7 tê êë
; ~6 g H8 Y7 {' yé* N5 L4 j& W! K9 k) M0 t" y( O4 f
÷ ÷& w7 B5 T5 g& M/ G' Y% t1 t' e
ø" E4 H1 b& u% g$ q! `
ö
3 S9 B X# _* s1 w3 ?ç ç
7 w0 Z/ H1 D c8 G. j7 vè
; U# E2 l, h4 {& a! tæ$ j$ s7 t* _: x% L
£" P* T8 s9 O3 m; {
=! o' {; {5 B7 {; y2 E
=, g. C. g: q1 p$ k1 B B' s
´9 ?0 N# H. j4 u; r( [, B% i
å å& }0 g( T7 A7 p) [5 H
å
4 W$ R6 i/ u) S' q( d, t7 `; M2 }å$ y, Q8 h3 u) k& t
åå
$ F% j" m3 X' j' n* a* ?9 T* D( G= =4 Y0 u2 E; N: g0 _0 [, Z
=0 w& F, I0 q0 L- C- p
=
. h2 I; ^5 v; g= =; m* A0 k- P" g( `1 m
( 1 1000 , 1 100 )3 L) ]/ B1 l+ {, J/ U
3 0.95 *1000
6 T/ Z2 ^, ~+ |$ m: ^( i32 X- s, p, ~$ a C! |; e
0,1
3 E; t- N* l- Z7 X.& z9 c, O$ k, u" H9 j
min9 @3 q Z5 t v7 b+ ?7 u" Q
1000
% X- t& L7 {4 M/ F) B1 k1
+ u6 d# f, e7 ?$ @9 p7 }/ j. s6 B+ A8 ?% G100( m# ~' J: L# s
1
; [* {. W% e- h1 Z1000; ]$ B5 s- v9 o4 I- f+ l3 V
1
+ B1 R0 A$ {% v1 ~100
* C' E9 h8 ], t( J5 b: J, T11 ~4 V8 ~- |/ J& {$ [) {
1000+ B' Y9 V+ V8 d# \2 A% @' z
1
+ H/ a9 p+ P6 }9 i1 R; o100" ^& D" B% T- N: {$ l9 |
1* F6 M4 T9 o% T
i L j L! y" r$ R# H" T! v$ U6 L
C4 | p7 h" H; b: i4 j
C y
: K# ~3 }! E7 e' v7 @6 oC
- d9 Y4 T4 j9 r' T& a/ e7 xC& F" z7 ]) v) @" O
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( a: P( o0 M5 v* R8 O5 p( XD C
/ X1 t9 ?$ R" M3 A- O- I' c6 li j. n" N/ U0 d4 A; @" K( X
ij
1 K8 D1 v S6 v6 c9 q- l* p' m+ X% Hi
) o- U( C! J W ^ij j
; z) G! y) v- M1 qj7 Q3 a' L) {2 }/ D {
ij
/ W+ F+ G% J/ \- a! `$ W* M" Vij) I1 ]/ D) |1 c0 _, F. |1 n
i j
+ O( z/ N6 A$ z! d4 ^2 Fij ij _6 r$ M4 ^9 ~% o
4.4.2 问题三的求解4 k4 V' I- M @0 x. X; c* D
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
6 c& h. c( E' |: ^5 y& `7 }& ?( c- m( ~如下假设:
/ k* z& j4 N, T( G" O0 W/ Da,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5 O+ `/ z) A/ e) f4 v
还DVD 天数在3~30 天内并服从等概率分布。! R/ K( o) |7 i% J. 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n7 ~2 e, K1 n5 q5 g5 ~ m
(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# P4 W. ] z9 B
å=% z( `' q; ?, Y( F. ^
-
! |: ~# l" k5 z1 g2 I4 k2 O3 D-+ {& b: A2 V' F) s
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( E0 U# G4 g! ]i i& g3 d4 F5 n3 {, B9 k+ w9 h# }& F
k6 K1 Z1 ~0 n" F7 G, C; i: ~
p k
+ b2 o! I; z* X4 z @: w1 11! O5 @; ]& i7 I9 P
111 ^0 O" b& n6 m" D
( ) ,
& _1 k6 h: x( ?; v2 Q6 ^c,假设已经租到DVD 的会员只有归还DVD 后才能再租,
; v0 S; o% e$ Y. M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3 k, G- z% K3 e/ U
求的最大量。仿真流程图见图1,程序见附录。
b" [/ Z" R- H( h8 ^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,0 y }* d9 i9 ?; A$ ^, }6 ]
其中一次结果得到各种DVD 购买量依次为(见表5):5 P- m1 F$ v! X+ {. m U& }
表 56 k0 r( ~, d0 `
D001—D010 28 33 29 26 24 30 31 35 28 27
2 O4 I( b9 a1 d+ ?& JD011—D020 25 24 35 39 23 34 37 29 27 35
9 N) N( C6 P; X+ ?+ L0 dD021—D030 33 31 42 28 32 32 27 23 35 35
3 |1 z6 V: u2 Y) U1 ^4 B& ED031—D040 35 29 22 28 38 32 30 33 30 29
* b/ r0 | {8 W9 E) n0,1 变量4 b- S6 [- ]. i* H7 y
每位会员租 3 张DVD
5 u, Q' G, Z$ b0 jDVD 数量的限制" j. V$ f0 W% x
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文# Y8 C. E" P! H
7
) l- W' M" C* p, WD041—D050 34 39 23 25 38 32 35 35 27 30
, z- H* l U" C. N& PD051—D060 31 31 38 21 30 32 35 31 36 38
! @1 `/ J! t9 Y, UD061—D070 25 33 23 33 34 43 34 40 42 36
8 G5 ?- K. O# e# ~ Q5 N4 v& m( zD071—D080 35 36 30 30 33 29 21 31 23 33" P+ o/ D2 N5 v _: I. S- U j
D081—D090 34 20 21 26 33 20 31 20 38 32* G8 C$ K9 f% S: }! b0 B
D091—D100 43 25 30 31 29 26 29 30 26 348 G: H9 d0 e3 p" s/ y9 I
总和 3086
# L' X T" N4 }8 vY
( y4 x7 E! B' e1 N7 }N
& l P/ s6 k; L6 x1 B: dY2 ]/ i/ i* }3 H; h1 |: i
N
. j( V1 X- e* S1 x1 h" ZN# Q% L6 y; t: ~" ]4 u1 {5 V
Y
% |% B' |) A# _; I( d* [& |% fY# z( k) _. ~5 b( v7 T. Y, }
Y+ `0 g; c! r* G# j- {# G
i<30?
5 I# B4 ]8 v8 H: ri=i+1 第i 天
8 r$ ?, n; C+ M2 {0 ]7 P. ej=j+1,
6 _+ K9 i3 M( Y第 j 个会员
, E @, \( d1 N: Vj<n?$ ]- m8 F, s6 m# M
会 员 j 是否还
- y+ E3 A2 _: h( G4 M租到DVDd1,d2,d3,; |. y& `3 Y: ^
D(d1,d2,d3)减1
7 O/ v6 _2 C- J" S* S* i计算 30 天中Di
! B2 y7 l* Q7 k4 I的减少最大
1 k# {7 ^, M7 |' c结束, ^# y3 o4 ]8 ?, I8 y M
N; z. N. q" z% L8 `
将 1000 个人分类i=0,+ H: K; _! |4 w) q2 N" A0 [( P
D(1..100)=1000,0 k; n) | |3 U5 M; Y" N5 ~
j=0,n=1000" ~- L, V3 ~4 r
还回 DVDd1,d2,d3,0 r# t$ A3 h! d1 v& K/ ]0 S S/ f' ]
D(d1,d2,d3)加1
1 i% w1 O* H, R: @0 | S会 员 j 是否租# L+ t2 G @5 i% _: s" q
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文7 b6 @$ P! r+ @1 W+ f$ j
86 w; l8 @# d6 y: x4 V- M# }
图 15 g% e+ w' t7 T5 I3 ]& m- c2 {
4.5 问题四的分析! e8 V5 g# y1 \5 q5 t
我们分析了 DVD 租赁的实际情况,发现以下问题:; j% R* E0 X3 u
4.5.1 已知连续前N 个月的DVD 需求情况,如何预测出第N+1 个月的DVD 需求, _0 f. O3 B; E h P$ o/ T
情况?
( U3 J6 U1 o. u; p假设前 5 个月的DVD 总数的需求情况为x1,x2,x3,x4,x5
- C# F- z P6 g) V$ m/ f对与上述问题,我们建立灰色GM(1,1)模型求解[3]。
$ L6 @9 `2 e$ D" d7 q! Z以第一个月为起始点,即在该点t=1,于是有原始数据序列:0 H' V# s/ t& S! C8 [ I
X(0)={ X(0)(t) t=1,2, ⋯5}* ^. i" `% {2 ? ~
={ X(0)(1), X(0)(2), ⋯ X(0)(5)}
# t2 O u1 E8 V% C+ V- G3 y={x1,x2,x3,x4,x5}6 _& x, `" A% f5 C
首先按 GM(1,1)建模方法,对已知原始数据序列X(0)进行一阶累加生成1 v) `, W- {: B) W
(即1—AG0):
% O9 N ]' w# u7 y' Iå=
}. c: F$ z7 E* Q6 j9 S/ M=
/ J' \8 w! j) N: m% ht$ Z; y3 G9 S$ g5 u1 U; {
m$ i7 a% V: N2 q' d- |* q0 {. Z" x
X t X m
' H! Y* f2 K' q5 G2 V. u8 v O0 C2 y1
* J; s9 `- a5 a, ]1 q" I) X0 y(1) ( ) (0 ) ( )
: _- a, z- ^0 @。得到生成数列X(1),如下:; X# E: {8 G) ~6 s% m
X(0) ={ X(1)(t) t=1,2, ⋯5}
- l+ S2 @8 U" W2 U5 X={ X(1)(1), X(1)(2), ⋯ X(0)(5)}' H6 v: C3 s) f% D" c' t
={ x1, x1+ x2,x1+ x2+ x3,x1+ x2+ x3+ x4,x1+ x2+ x3+ x4+x5}- p) W: ` I( t- b8 W. i
构造数据矩阵 B 及数据向量YN2 n7 G' X5 f5 N
ú ú ú ú ú
) v; F8 U* ~ q0 Y6 u+ n$ o" j% j' rû
! m* c# L6 q- Q2 w* N+ t2 ]ù) @" Z5 L9 F" r$ R6 T. G9 x
ê ê ê ê ê0 V: @; Q1 B" e9 u6 |8 f
ë
: o1 g: z3 a2 K8 Fé
5 j j: L: \) o- - +
E1 p! ^8 o5 i) t2 Z1 G- +* c3 a1 f/ `0 u/ r2 _
- ++ k6 j/ R% n, [/ \3 f" O
=( w& ?% O% G8 N9 @5 R/ b
1/ 2( ( 1) ( )) 1
8 f. e( P' W$ R* E5 a! T9 {1/ 2( (2) (3)) 1
) K& I; m" W) S/ ~' Z1/ 2( (1) (2)) 1
8 v% U6 F4 y2 Z6 z# C7 k(1) (1)( @$ m6 ~- C0 Q) O3 \
(1) (1)
6 z& y1 V3 F X5 `(1) (1)
% C6 ^) G0 }+ H' ^8 OX n X n
1 H# u" ~+ w1 K3 m1 t: D2 O8 UX X: l- g# Q7 Z7 K2 P
X X
* d5 j9 U! H4 X( [8 x% @+ k$ h1 c: qB5 J8 g4 S, L2 G7 k: [) u& K" l8 H
M M
9 f6 Z+ y$ c9 W& D( ?& nYN=[ X(0)(2), X(0)(3), ⋯ X(0)( n)]T
; u$ ^( ?6 w( p- j3 p8 ^4 m求模型参数a :- s2 N! y: p+ t! V/ C+ z
N
% e# P7 s& Q% u; l) ka) = (a,b)T = (BT B) -1BTY4 @$ x& |$ G' g/ m( b
建立模型:根据参数a 建立模型。模型的时间响应方程为:5 ^! H/ y% z: g0 ~8 Q* ]
a
' m/ ]! I2 r& {$ }7 \) Db
5 P' j+ w$ C6 t' |, |9 U' K, Le# i; R# G" c5 r( r* Q; j
a
; A7 z) b/ R& M& z7 A5 i7 Bb& E) ^8 `. r6 K; m
X (1) (t +1) = (X (0) (1) - ) -at + )
2 P+ J2 c( L% g3 z% N模型的改进:; E. ~, v+ l* S1 ^
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" Z$ F7 ~, A, M
写成:/ y1 q& d9 q5 i" e8 r* f
X (1) (t +1) = Ae at + B) S) [0 G: A% f& w9 K2 T4 p
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
0 ?5 ]! d+ ^/ R% R6 b9 M8 L矩阵G 及数据向量X(1):" @) P/ f0 M& F0 [: Q7 M! }: X9 X
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
$ P3 C$ f" L( q- Y5 J$ g; Y99 A& W% ?% c+ h r! f1 H1 F0 C
ú ú ú ú ú0 w1 K1 z# [+ q, K9 p" }# `
û
' N; M5 V2 z7 z+ ~/ \ù
5 s! S/ l. ~( y6 N% hê ê ê ê ê
6 H4 [5 }( s6 M) }1 _8 |6 _4 ~9 Të, `4 F- H2 z2 G' x
é# g- @) ^/ R4 w% d
=
& e0 e8 e, P1 I) B- -
, ~! s, c H9 n7 T+ B, L% m-
8 I6 f% ]/ D: V% Q, W$ L1$ M& Y& c3 K; _# ?5 P* }
1$ A4 x3 w2 W. K# N* ^
1+ T8 k, _* a# i2 q
( 1)
: p2 L" w5 |: j) g! W0) r. z$ I4 u% }- L9 K
e n
/ S+ f; S7 E! \1 Te9 w1 u- e& l( ^7 U& B4 Z
e* _$ s; `- t& r" U6 y/ y
G
. ~$ T8 x, x+ F- |2 A- S3 aa" T5 T2 S3 K/ J' I# _ w/ z
a5 J, d* u9 ^5 y1 e7 m
M M( m; y; \9 @6 W6 E/ a! n' N4 q! y
Y(1)=[ X(1)(1), X(1)(2), ⋯ X(1)( n)]T( F* o6 [5 T6 o
求出参数 A 和B
" z; W3 B$ B1 }8 U(G G) 1G X (1)
% K( Y5 S' c! W. gB, X* n) w' j, Y8 j3 ]5 N. Y% J
A = T - T ÷ ÷
9 J3 z: P! \5 Kø
; u5 y) E& g: d# t% ?ö. |5 M& d8 L7 v) Q0 _, ^4 p
ç çè
; e- m- Z, l/ F( a3 k' T% I2 s) V sæ
6 A* q& X% X# V) B求出时间相应方程: X (1) (t +1) = Ae at + B$ F6 `; q3 c# Z4 a2 x5 Y
则需求总量的预测模型为: X (0) (t 1) X (1) (t 1) X (1) (t) ) ) ) + = + -
: g, L- N* h5 h/ M4.5.2 网站月盈利与网站DVD 购买,会员会费的关系2 x' n' e: h/ [4 q$ V! j& E- Z
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; `, Q; ]6 x9 e9 c8 q ^! Z) X
买DVD,如何确定会费使得网站盈利最大
& c% X7 b( g) R4 p$ o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:0 D4 i8 l; I, }( l3 m) F
W = f (e,m);
% s9 y, W! C- p1 t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n4 r( G: {5 A8 ?1 G. N8 | k
有关,设:5 I% g% `+ O$ F
m = g(s, n)
( V( [" _( b* K. u6 H7 Y4 o3 i假设拥有第 i 种DVD 的数量为ai,第i 中DVD 购买价格为bi
( G' W H9 D$ {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" m9 ?( v9 P# G( ?" b; \6 N
根据以上假设建立如下规划模型:4 D4 ]& \" g* W+ T# g
ï ï ï
4 ^# d' U N' Y# Q8 @( Rî: V! G7 b& l& z9 `& `; i/ s# `% I8 Q
ï ï ï5 N$ q# R5 k5 ~% z( a
í! `, f9 L- M8 \- {5 ?1 i
ì
# E) R- ?* T6 s; ^: I=4 Z: B; a3 ~0 k) O. T: D
=- c7 m; t8 k; O5 v$ }, |
=( r ?8 y8 b# a- w
= ´ - ´
4 u& y) C6 \: J7 J qå
: @" [( y) X6 Eå( k% K" h+ P' J
=# o6 A; ^- p. f! h3 h5 V
=7 Q4 {, k7 u1 H4 l- G; h
n: q+ e1 d/ O, u ]
i
6 ?4 `2 w* d; L c8 L- A2 B2 ~0 ]i$ S; R$ ]. Y7 g! g: G; E4 k
n: a. @' _2 u6 n; q/ y
i; ^# ?1 z5 J K" O/ f$ S
i i
$ O5 |* h Z0 z' W! Os a- Y; x: I7 t0 C P' z' Y8 }
m g s n+ j L& H# v9 l8 ]& f# y
W f e m! {' {' F5 Y/ q; l; a
s t1 u4 [" s, O0 @8 q# ]$ n1 R
F W e a b5 |; L# p! ^+ f0 P5 `! \
18 F# z) q& r9 E \
1, i: c9 W; N0 k. s$ r) X
( , )
+ `% o! ]! i: [0 w% f( , )
; o8 g3 `& Z- v) ?, ^. .& `! z! k* R% v! m$ r
max) L$ D- K: c6 Z& A; A6 t
六、模型的评价及推广0 k/ Q5 y3 Z! y- p( E: @2 v
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8 B* T D: r' }# ^/ s8 t0 w" Z, E
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 n* b' _" m; o j
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
/ z8 R1 i6 _, a+ c! D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! U) b" T( d9 `" u, b
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。
Y$ Q$ Y" i! q2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文0 u% R. ~. B+ }7 h8 N
10, U( R$ M7 U; a/ ]- ]1 t
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. y5 Y" Y, B. {
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& B# i# a! ]6 s* f* f
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。
8 a- Q$ ^( T/ y) H, ^% X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。- q4 _ j! J: Y! X
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" O2 M% H9 { I- p- ` k2 n' T; h& ]' u
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 W- a1 V- r" T2 J7 @4 P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! ?* s/ y! y" O, k1 T- u0 q: ?
结果难以求得最优解。
1 J; ^+ U9 V, L* F6 \/ o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
+ e, X7 a' H4 P& X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' ]" m7 ~- b4 @
实际情况,但在精确性上还有待改进。
6 e4 k/ a5 r2 B2 [6 o2 A) ^0 R[参考文献]:3 j5 G/ i7 c' h C+ C1 x
[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
% i/ W; b% q$ U, I[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
% p8 ^! e* W& V( g7 Z1 g; L[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,$ Z! D) m. i) \- `7 u2 p( M
第17卷第1期:72至74页,2003年3月
/ S: Z5 a+ G6 H! w- f9 P( f+ p[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
* g, ^* `' |5 M. b[5] http://www.netflix.com,2005 年9 月17 日
; f$ v/ f% M5 H( n6 G4 G[附录]:8 q1 e. ^7 Y4 A
1、问题二程序:
3 S! ]$ O( j, z1 L! R3 f+ Q& R运行软件:Lingo 8.0
9 \" x9 g# y6 S7 g6 A5 Y. W运行环境:windows2000! q( Z2 z$ P/ T! I
运行时间:24 秒3 F. q, B" l8 r5 S D [
model:* O" G# A$ o- s' K5 u
sets:
- m* s. }1 S8 N% u$ j% z% Z0 ?4 Zcd/1..100/:dvd;
9 k. O% }1 s. R8 j. j' d% fren/1..1000/:people;4 m" p* u) |2 ]
link(ren,cd):c,b;
* X/ T+ j* V4 f; k! ]+ j4 Hendsets u# D; R; }* B [# m2 r
[email=min=@sum(link:c*b]min=@sum(link:c*b[/email]);; Y2 L, R8 I# T+ i
!dvd总数的约束;
6 e1 O: _" F8 A1 T@for(cd(J) sum(ren(I):b(I,J))<dvd(J));" }2 L( v& h4 V. @8 A
!需求约束;
1 u8 k$ V0 s* w2 u3 n! S. T6 ^@for(ren(I) sum(cd(J):b(I,J))=3);+ K; C0 n7 Z4 T/ P1 l) F
@for(link bin(b));2 B/ p: _. s: s4 o' |8 {, P
data:
4 e$ H! \0 h) e' ^! y& T1 zc= ;!输入偏爱度;, F3 {0 x+ M! t" ^/ i* z/ L
dvd= ;!输入现有的每张DVD张数;
3 |7 Q' _: q$ e7 d5 p3 t' F: H; l8 tenddate+ F# f' ^; r7 [4 \$ a' e
end6 P; \3 s/ |/ y% u- `
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
9 h7 [; _6 e2 {) Q3 W11
+ {' L- g- U1 o- K- l/ w! r运行软件:Matlab 6.5
) U* h1 U1 Q2 a& S运行环境:windows2000
3 g& O# C" B$ ?- ~7 c2 U: ~ding=[ ];%输入订单表! e" Q6 B( Z) X5 x! e1 X0 S$ C
b=[ ];%输入由lingo 解得的最优解 V& F6 i6 e% u; w( L! H
k=1;1 C! D$ g. N+ A- Q9 T1 g
for i=1:1000% x 为分配DVD 方案表9 C+ k+ D3 O7 F5 ~! {
for j=1:100
4 J$ G% E( S$ ^1 E9 ixx(i,j)=b(k);) F; a$ l* V2 s
k=k+1;
0 V$ h% V: l4 G/ U# b5 p5 Dend! S( ~: h' I& X7 d
end
$ `+ }! A, V1 U0 x' K% [5 afor i=1:1000 %满意度
5 H5 l; z! w, Q& v$ afor j=1:100
; I' \* L" A1 f8 ?' j( Zif ding(i,j)>0 %ding 表示订单表
# p: A$ m y" r" a2 u3 u: b) zman(i,j)=11-ding(i,j);
7 n3 Y" p0 P2 Mend( }3 @$ v! F `4 \
end
5 Z4 I9 |3 i U. [2 zend
! ` J* j; l3 t; b1 a8 qtt=xx.*man;8 v' H+ s! A9 S1 u9 [& O& ]
ts1=sum(tt( ) %ts1 满意度的最大值( n. K! y5 X# \0 r/ l
tt=xx.*ding;% T. N: }3 E( B9 J, ~. Q( b0 \
tt2=sum(tt( ) %tt2 订数字和最小
0 N/ C" K- R/ {/ W% rfor i=1:1000
+ |( k/ `# k9 ?; c8 W+ Dk=1;! |* M1 X+ Z V
for j=1:100* i: a# l# \5 d0 Z- F9 I' k
if xx(i,j)==1) Z3 o" Y, V6 q3 T9 q# G$ r: ~: }: ]
d(i,k)=j;%d 表示发放表
$ M2 J# H3 h. ]3 Tk=k+1;
9 r' z6 z) l gend
! E" H( R3 w5 a( G" N' V% _( G3 Wend" q- [, G3 K1 ^9 c$ m! F( a$ B9 T$ ]$ H
end
# X) `6 E5 H/ R+ L6 m& Jfor i=1:1000. R( D2 S' ]8 j1 O! h! t
for j=1:3
9 ?: C8 o, a0 \* pddd(i,j)=ding(i,d(i,j));%ddd 与发放表对应的订单数字
% [: Y: W5 u U, O' Tend! z0 o' T$ j# x% T0 T4 j
end
' J: y8 L5 X; P; c& }& |, d# Ck=0;%租给了会员不愿意租到碟的个数 d5 N, x* i3 }0 z
for i=1:1000 g" T3 N6 Z- } o0 ]6 X
for j=1:100
$ v+ b+ j0 u6 Oif (xx(i,j)==1&ding(i,j)==0)
' x' Y1 }3 z3 Y2 e$ ^- U* T) lk=k+1;1 ^% K: F* X5 B* j- c `1 q2 m
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
, g* ~7 `2 Y, J! k6 R12' z8 v3 N' b9 E7 f! u, v
end6 m' {2 q }# B8 ^0 P, x5 l- Y
end1 F: m9 E. B4 L x# n9 H( p
end4 O) {' S9 i3 X# @
k
& f4 O* y$ p, p& o2、问题三程序
( M7 [+ o" M7 U$ }7 j" R+ z运行软件:Matlab 6.5( b6 M+ ]2 d, x* ~$ z# H, C% v
运行环境:windows2000; n: C j3 O9 a( q! m
c0=[ ]; %输入在线订单表
! ^7 _7 y% m1 Kn=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 f5 o0 c5 Z5 @9 Y( b4 g
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,
( a) a% F& n; U/ W$ V6 A4 J0 K4 ec1(j,7)表示借次数5 Z' M% w0 M) e( G9 g! @. W; a
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
# U+ g ]1 q6 Y/ M9 _/ c人
, Z$ A' f. o1 z6 ua=10;b=20;
$ G+ F9 D0 i% h9 syt=olddvd;, \* [. M$ J$ t M
for(i=1:30)%对每一天的情况进行模拟0 I9 L1 W: b1 @' g+ q/ N
for(j=1:n)5 U& C1 r- t3 ^; }9 s% o+ n
if(c1(j,4)&c1(j,5)==i)%还碟$ E1 A7 G7 \" o
if(c1(j,1))olddvd(c1(j,1))=olddvd(c1(j,1))+1;end' o! f, h2 \5 o ?0 a
if(c1(j,2))olddvd(c1(j,2))=olddvd(c1(j,2))+1;end
1 y5 b6 k" S9 tif(c1(j,3))olddvd(c1(j,3))=olddvd(c1(j,3))+1;end' ]' e: O& P& _4 N( N) P
c1(j,4)=0;
" r3 }/ C& n. e2 z" `* Pend2 N& w: b# c2 {
if(c1(j,4))continue;end %以下可以租7 t6 h, F0 U$ u$ Z3 F) @
if(c1(j,6)<=6&c1(j,7)>=2)continue;end % 60%的会员租了两次不能再阻
! @( K3 J7 z1 W, R9 S( ?3 Bif(c1(j,6)>6&c1(j,7)>=1)continue;end % 40%的会员租了一次不再租
) @$ p0 m, u3 X# Sif(unidrnd(100)>95) continue;end %保证0.95 的概率能选到 ^) X5 b1 C/ v% v& q9 Z3 h
c2=c0(j, ;%以下开始租1 {* r. D5 k- U) x2 c+ R9 y6 l
ts=0;
% B; o* F: E0 D6 ^8 {%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%$ U2 E5 U w; f% c6 P
生成三个随机数4 C" H: G% i, B; `
ct=0;: H( c: ~1 n5 h' S% o) H
for s=1:100- t4 [& `" {2 P' u$ r* B' y
if(c2(s)) ct=ct+1;ts(ct)=c2(s);end
' K2 ?/ M V. u2 [1 d' Rend
, ~( V- X( g( ~* ^# K( T$ ^tt=length(ts);! [% c1 G$ u& Q/ p8 C
%tt=max(c2); %第m 行的人预选个数
?- L; D' `6 y, Y2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
6 H/ p; l) u6 b" }13- m1 _6 `7 H+ N9 h% o
%ts=1:tt;+ _9 P1 M2 p5 Q& f5 ^& O
ts=11-ts;
% ^& H1 N3 N' ^1 M7 Y" J7 h%生成三个不同的随机数,按照概率
7 Z& K: R% T9 ]tm=sum(ts(1:tt));4 a! x+ ~* Q* I& N* L
t1=unidrnd(tm);%生成第一个随机数; W0 U! r/ V4 z& } W# T% L0 w
t0=0; ss=1;8 v6 j0 d% V7 M. D5 p/ x+ @
while t0<t1
; p/ G" e9 I: P; D" k+ st0=t0+ts(ss);5 C, G* t. C1 b
ss=ss+1;
$ T R1 p& d1 w$ Q6 uend
4 A- h1 s: Q5 p& D4 bss=ss-1;! f; b7 G: y3 d" x' K: ?
sj(1)=ts(ss);
1 H6 A/ c# W7 a%生成第二个随机数
8 h5 W6 o, C" [0 ^( ~- M, Nfor r=ss+1:tt%删除
. y2 b* ?0 {- N! ^; M/ fts(r-1)=ts(r);/ i2 P* l' ` _" I
end
0 Z& A, d9 g, |. j9 ~tt=tt-1;
1 O, V# @! |2 q# W$ r# E: stm=sum(ts(1:tt));
% i( X0 Q0 W( x; z/ L6 at1=unidrnd(tm);
0 }/ |( x& K0 V* T7 b8 c8 st0=0; ss=1;6 g* k9 [; v1 p- w( L2 v
while t0<t1% k, Z/ z& W% _. M
t0=t0+ts(ss);
" I: u8 u1 Z+ a, l$ I# _5 W7 hss=ss+1;
8 E( O0 e5 }" \! O- fend' T+ K5 J( ~$ s9 k% v+ X% @8 `
ss=ss-1;
" Y' W! u! P# f* d- osj(2)=ts(ss);
- O8 [2 a j$ [- a) a; |for r=ss+1:tt%删除
, A+ P1 }) O, F" e3 {+ ets(r-1)=ts(r);
) c. x5 D7 u" r/ ?/ Y( iend
5 D) [4 W8 O( }; u5 _3 itt=tt-1;4 C% H, n+ m) ^" C
tm=sum(ts(1:tt));
& g% c: C' v. b0 |t1=unidrnd(tm);%生成第二个随机数6 n [) ?8 F+ r8 Y3 m
t0=0; ss=1;
8 h d9 p& e( W/ [* ?while t0<t1
$ w* m H" J" R/ c$ Y5 }t0=t0+ts(ss);
9 l9 }) w( }' nss=ss+1;
( }( \3 q5 f; Iend" }7 y2 B% H& z7 _8 ]
ss=ss-1;
) g& R, a+ z* w6 U* p7 T/ Psj(3)=ts(ss);
3 j9 Q/ b- g: f5 e {& f/ |% k0 H%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% i b8 j2 M$ B0 c: q8 s. _0 e
for s=1:3
% \2 \+ r. `: H8 V0 T1 n8 o* w$ ?j1(s)=find(c2==11-sj(s));
: {2 Z% x2 Y0 X/ ^c1(j,s)=j1(s);" M4 [* C. Z* n2 {" y7 \! f
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
4 q8 F, o. j/ s% {14# d9 n$ q+ ^) }7 I- e1 u- `
olddvd(c1(j,s))=olddvd(c1(j,s))-1;
# m7 g0 R7 |) ]c0(j,j1(s))=0;
M6 b+ U& k9 a/ H1 T! `4 P; h& tend
$ O8 d9 C( P" c% m. q/ fc1(j,4)=i;
( L) @: \& i8 w& Bc1(j,5)=i+round(unifrnd(a,b));
! {6 G% d( ]% qc1(j,7)=c1(j,7)+1;8 s' w' ]& I; b
end# [' @: d4 _! J3 S8 g c4 m
mindvd(i,:)=olddvd;
# s8 r" e/ p" c4 _end
4 F3 y3 m$ A1 G$ [4 X6 L" i! m) Pmindvd1=1000-min(mindvd);
1 A& g! Z& g# c. s$ y& Zsum(mindvd1) |
|