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2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
6 } f# h/ Y$ V, b0 C7 {9 C% ]4 J( l10 k9 J, W$ U) M. \( O( C
DVD 在线租赁的研究( Y6 T. z, W) h, i. H
尹作龙,姚明,金伟; u* y. Z+ K0 y8 h( T! e6 g
指导教师 汪晓银
% K1 P; w) j# |5 S' Z' d; y& a[摘要]:/ C; P: i- B5 e7 y6 S, R
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
6 _! M1 W5 y+ }8 Q, w+ 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
# {& G$ s- |" w J# x7 S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 Q' k7 L) [+ s: d, q5 S0 G F
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+ t/ U. `! ~) d9 [. z! P
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5 x1 m" O' C$ i6 ^
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
i6 _ I- {/ i, L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
: d9 O3 n) y8 Q% v! V+ x+ x) _下。
! f/ f% a. ^+ ~# rDVD 名称DVD1 DVD2 DVD3 DVD4 DVD5
; ~4 K0 u9 j1 y# L# }" L. s一个月内至少 50%
6 z( G$ ]6 Z/ \7 `: b0 |7 M! z+ z看到的最少张数
3 `# L; m/ Z& `4000 2000 1000 500 200
5 `1 c% ]9 a( |% R0 H三个月内至少 95%& C4 s# Z6 A O5 i! k2 q
看到的最少张数
% i: l {& v; f' j8 y% h+ P: [2534 1267 634 317 127
* j2 u/ \* B7 @- s7 j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
; K2 c" L7 d# N2 ]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/ w- S1 b& P$ k! P1 k
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
3 Q/ d1 L3 X' i* A! l2 EU 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
7 Y& k7 d! A6 B& J7 x2 O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7 ~, j! ~ }: Q
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
. q d) a' r4 \' b) [6 m预定这些DVD 的会员,因此我们选择第二种分配方案。0 |, d0 T' p B, |& P' A
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,
* \: o- a+ A7 L' n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。
$ K9 u# M2 B4 u4 L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: B1 h ?1 J6 }& n) j
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7 B+ [- G; e# @. e2 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
2 M2 u+ W) h" s" a% t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
" ?. W% V( g, m% l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- z) j$ ?! O# l9 [9 Q
性规划模型,此模型在租赁方面有着较高的参考价值。
$ M8 w3 T+ B9 b+ W+ o, @' C# z' L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
( }) _& N9 W- \" h1 K3 V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
/ \6 _! e l4 r心算法速度快,但得到的解难以达到最优。
6 c9 k. d' A# z6 C* 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1 S# @9 L J0 C! L$ v
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
" A2 J- U7 [& D* S' }6 O2
! j9 Z( l Y6 U; m% M! `一、问题的重述
, |+ @: k$ `1 H' `0 l x' o* L7 M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DVD5 W2 Z/ Q/ s4 }/ O6 _5 O( g
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) ~* W* a @1 J) l# i4 {: I; b
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。
! K/ O+ Q. O1 T' R' ^9 i: W6 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; x. }: S% B- T9 H/ |9 I
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
' Y) z* v7 r4 O" c, X4 H, T2 G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:8 R. I$ N) j. e9 Y+ ?( i
(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
, }" {# E3 ?0 {9 z' p6 \( l看这些DVD 的人数。此外,历史数据显示,60%的会员每月租赁DVD 两次,而另外的
9 y" m8 U3 Y4 X; F; |9 H. {3 ~) N40%只租一次。假设网站现有10 万个会员,对表1 中的每种DVD 来说,应该至少准备
1 D' }* z4 l9 j" S, A( |多少张,才能保证希望看到该DVD 的会员中至少50%在一个月内能够看到该DVD?如
B- m9 Q9 H- R/ L# ~果要求保证在三个月内至少95%的会员能够看到该DVD 呢?
1 A5 N5 b% J' u) h0 [(2)表2 中列出了网站手上100 种DVD 的现有张数和当前需要处理的1000 位会
/ t2 H% a7 u) P- b7 g5 O员的在线订单,如何对这些DVD 进行分配,才能使会员获得最大的满意度?请具体列
6 u4 U3 j2 J. N: I: ^! M出前30 位会员(即C0001~C0030)分别获得哪些DVD。; m9 r* {* U- C( Y0 h
(3)考虑表2,并假设表2 中DVD 的现有数量全部为0。如果你是网站经营管理! z1 |% m" Z3 v7 V3 D
人员,你如何决定每种DVD 的购买量,以及如何对这些DVD 进行分配,才能使一个# l, l* l8 p$ O
月内95%的会员得到他想看的DVD,并且满意度最大?
1 v0 {- r( p& Z8 S l(4)如果你是网站经营管理人员,你觉得在DVD 的需求预测、购买和分配中还有 z# N2 i }( ^- j. V, w
哪些重要问题值得研究?请明确提出你的问题,并尝试建立相应的数学模型。
" I1 z+ [$ J" l1 J3 B二、问题的假设8 M% Q8 X. U1 I7 G% U: V
1、假设所有的DVD 都不能拷贝
" {- }1 N8 s# N0 `- t% ?9 F2、假设调查资料具有一定代表性8 q8 W$ d* W2 `, m8 N( @ u
3、假设所有会员自觉遵守会员规定
3 B/ f. F( ~. ?4 O! ~9 M0 ]4、假设在租赁和归还过程中DVD 的遗失或损坏忽略不计
# g2 k: L( I% h/ K( \5、假设DVD 的种类与购DVD 费用无关
: Y& x% J- R4 C n8 Z6 {0 B三、符号的说明
8 i2 h" |) s+ F, n符号 符号说明
/ Z6 o, p. V NV 该网站拥有的总会员数6 K0 @9 X9 `. \$ w( K! o: _, A! E
Dij 第 i 个会员在线定单中第j 种DVD 的需求情况: B1 O4 C9 {3 h8 p4 O/ I1 L0 P: V. u7 q+ |
DLij 第 i 个会员对第j 种DVD 的偏爱程度* O& V% A0 D1 x! r6 w( e0 t
yi 第 i 张DVD 的现有量5 B& r& G$ Y: d4 V W# j0 _+ e* K' W
Mi 愿意观看第 i 种DVD 的总人数
& d* X* T3 {7 q0 `Pi 愿意观看第i 种DVD 的人数占总人数的百分比: ^- e. ~; ]5 @) Y4 {0 E
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
! K' j% u r1 p2 G" E/ B9 }( s3 J6 `1 Z+ Z" R1 s L
R 为满足会员要求的百分比数+ Z5 Y2 X8 W" D( \) f, N
U 会员获得 DVD 后所得到的总偏爱度,其值越小满意度越高
& n J$ l$ m# b% C! m四、问题的分析及模型的建立及求解
+ }# U% ~: O. Z4.1 问题的背景资料( Q: ~" \$ W$ m" Y7 _+ `8 n
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) E9 }" G8 L) @/ O! B# I, T
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
. C+ ~# u9 a3 M& @7 [& M6 a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) b4 X* A2 ~6 T8 u* L6 {* 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
* l, m N0 f( R% ~0 c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
3 n+ s* b8 t: H# s7 |! K3 M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,
1 V) a9 |% ?* f; i0 Z' u既省时又省力。% ?+ p' e0 G5 r7 L/ H4 |, f" F
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
( ^ u* Y- G+ s! S" d4 F9 C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# k& u( x- b) }4 L, O/ s \
了676.5%[5]。6 @. w' Q2 ?" ]) w# C! s8 k( P1 B5 Q
4.2 问题一的求解
8 B. S( Q( ~6 N* F9 H: ^) B4.2.1 问题一模型的建立与求解4 b7 I- M' V6 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
2 \- K7 q& W2 n/ j; m" I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
7 U, P5 N0 F) _7 s2 B6 M H$ g从DVD 的周转情况来考虑对DVD 数的需求量。: Y8 S* }2 r) n* u) k
由题目我们把所有会员分成 A、B 两类:如表1
1 j8 A% e) z! m表 1' K3 g9 G, H% S2 J) O
类型 每月租赁 DVD 次数所占会员总数的百分比 会员人数$ M, K! }# w4 I6 k. l7 S4 m
A 类两次 60% 60000$ A4 n. O1 X' @! w9 q4 x/ s
B 类一次 40% 40000
, I0 N) ^* [. I9 j* n考虑到 DVD 的周转,我们对两类会员作以下假设:& A K+ U% a6 X: ?
A 类会员归还一张DVD 的时间X1 范围为3—15 天;- N$ I& i4 \& }0 a) D5 W
B 类会员归还一张DVD 的时间X2 范围为3—30 天;* j) r( u" Q4 S+ p
根据现实情况,我们假设X1, X2 都服从等概率分布,则:
8 S3 e* q) ?: c% f5 w0 e; m- [91 Y; \3 @) N! \* p( W" m5 J' s
2
( @7 F9 ]* p3 B$ z! w: k% Q) O3 Z15 30 J( K4 G* _( H2 z2 m
1 =
& x5 P6 `6 c9 L+7 Y0 G8 I1 G5 N) ?! G$ A# K
EX = 16.5% R9 T( ~- A2 t# a+ A9 c5 y- D
2
3 M' v% H0 m. r) F3 Y5 l30 3
( @$ t- a- A; E$ m0 B2 |7 K2 =- \! ^! C5 f8 x7 ?1 ?
+ ]( h- j7 T) }7 k' m1 M8 h( `
EX =" V0 @+ n: j! V2 f+ R' c# O* a
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
# g+ p5 ?. l2 r3 O, H& lDVD 在会员手中保存的时间大约在12 天,
9 q W8 [6 V5 E. ^9 ^& E那么:
) d% r: f9 W( M$ Z; X在一个月内 DVD 的周转次数为:N=30÷12=2.5;. Z! @8 X" |0 O0 Q3 K
在三个月内 DVD 的周转次数为:N=90÷12=7.5。(设30 天为一个月)
; d8 H& M$ ^* B5 u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
* ]& e: A9 _0 `, j! V% XDVD 的经验概率分布统计结果如下(见表2):
. _6 k8 r3 N! I- b+ T; l. g表 2
( y- w& A2 C' q3 X; {5 Z0 b. g2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文7 e! j- _8 a9 H! ~
4* e* Z7 @1 J- R; p* m& L# I; j
DVD 名称DVD1 DVD2 DVD3 DVD4 DVD53 M3 L# A [- K u: ~& B
经验概率 Pi 20% 10% 5% 2.5% 1% `9 P2 z1 ], _* B, r. Q
R 为满足会员要求的百分比:一个月为50%;三个月为95%。
9 e5 e2 z* C5 F. k- ^2 Q! a: L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
9 a: V4 x2 t6 g* d3 ^" G员数)。3 l* y; S+ t2 I9 P+ [8 m- p6 P8 P e& S
那么所需要 DVD 的最小数量为:S=M÷N。(向上取整)) [# e" i6 n. z( F
我们得到 S 的函数表达式:S=V×Pi×R÷N ;
2 h P. D9 l& t% w; X求解得到每种 DVD 的准备张数(见表3):& ~7 I" y: B4 Y9 a- J
表 3
8 ^5 o- @" U+ L5 O! f6 ~8 p9 dDVD 名称DVD1 DVD2 DVD3 DVD4 DVD56 N2 w/ o% m8 g2 O( c8 J
一个月内至少 50%) C; k! D- H+ r( `3 f2 S4 b
看到的最少张数
2 v& ]% h8 D* k3 t4000 2000 1000 500 200) o+ g. M& \9 ^. K
三个月内至少 95%# H0 Q @! c( d7 }
看到的最少张数2534 1267 634 317 127
5 e% h% Z2 d% G: Z/ x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 L; X% t& e. }; G0 ]( R, ~: ]
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 {& C) j$ u6 u* G# k% W( a3 `/ ]& N
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
7 F% D* j" }4 D最少张数为2000 张(小于4000 张)。; K% i/ T# v5 g0 X% o
4.3 问题二模型的建立与求解
! h+ e! [" v. X8 n4.3.1 问题二的分析% ~/ t/ E8 D5 N0 I
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1 v+ Y" i: F% c
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
; v+ r0 \* ^' C* H e3 n3 Z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4 H" n7 ]! U) D6 h! M
员对DVD 的偏爱度为:3 G. F. G3 [( _1 r$ m
ïî
9 u8 X( o5 R% _9 uïí ì
' f! N% O. B' V4 A¹$ G, Z( g8 ~7 y5 q+ ]+ K
=
( p1 x# h5 o3 K% m2 B=9 U$ g+ [% C7 h1 n/ j+ P+ m
, 0
2 r/ t# A* ~1 V, T7 M4 l11, 0! b7 p0 v6 w% ^7 `1 U$ X# M( a4 J
ij ij
* y" H3 r9 c* _5 V" i" n- D. wij& h- q$ m4 e) c0 y% t( T. a& B: R
ij D D. M7 R' _) {' q0 k" l3 h% |- [
D
' Q: x) w3 U' }' Y/ ?DL
/ y8 [$ g9 ]4 j' q" U- V6 W- n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
+ E u4 S3 e. K0 n6 y. D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 ]( o9 Q- q" X, O6 _第j 种DVD,其值为0 时表示没有租到相应的DVD。
1 v4 ^4 v: e# N% K3 d( ?2 M) l4.3.2 问题二模型的建立/ F. Q1 ?& W. J' E* V
会员租赁 DVD 满意度的目标函数为: åå' B" F1 ~! L* y% T. r, ~
= =
& S2 U! e( F# _, j: u7 f: b& D´5 ~6 f9 G* a) d
1000
" q7 ?$ f$ r. D8 h( ?* N5 n- t1 A1) A+ c5 w F( m, u% W4 m7 _2 o" a
100
6 h7 g0 G$ V1 x! T0 r: z1. c2 w) g. k' h/ M3 E* }6 i
min
0 l. [; k! [# E6 u0 E. ii j
3 | u4 W$ A* L3 }- ?ij ij DL C
4 W2 s) Z6 G7 u0- 1 规划模型的约束条件为:
/ q7 K5 ^' T0 G1、每个顾客一次能并且只能租到3 张DVD;
* Y" t% B4 p% V2、租赁给会员的每种DVD 总张数不能超过现有DVD 数量。
6 P% a& x2 P0 U1 T由上述分析得到如下的 0-1 规划模型:! @# g0 t9 a1 f! C& K
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文. p, n, S* z6 u, x5 C/ J( Q
58 K( a' S+ M* |5 r: N
ï ï ï ï7 T, Z) V, t2 c; X
î; H/ h K1 D, k4 |7 S
ï ï ï ï0 ^: @% @) ]+ N! U) c. X
í( c- @, H. L9 J
ì t! o/ n, V; X
= =' J/ i% w5 o. g+ O! p
£3 D8 A4 F% T+ k) C0 }
=
% {" O7 |- a, ]1 m$ N0 P=. M8 F1 t) I6 c2 a& ~$ x
´
! k; c3 T% f( B8 ]" |" så
/ Z Q- B: l$ cå6 B4 a a9 k' Y& r u) O& W
åå
4 y* j) V+ G" B( E8 O6 f=* b3 ~; g) ]7 e) Q
=2 H4 g4 E: ~7 x8 l0 c/ v( h
= =
, W$ O0 K4 s- c& c8 V# o( 1 1000, 1 100). e, n$ r5 B& G
31 Q! ?2 H: s9 G$ h; }" }- o
0,1
, V9 g# X+ Z" p. .
* Q3 y: l3 Q! L1 T7 Imin5 V( Q* S' D# F9 |1 c: I( @
1000
# z& t* t2 R. G$ [1
$ W: } D! i0 a100
" g% i1 r4 l. }6 V3 o a, a1
9 C) y$ ]2 z3 p" r: R1 j1000. L) q& w; e2 \1 Q; s/ F
11 ]3 h% M( L+ w
100. z( i6 u9 l2 y
19 z/ J) D V+ j8 W3 G2 r! z. a" j' y
i L j L% b1 \/ ?9 q& s2 ?, t
C y5 m6 p8 t5 x& q3 o* }' d, o. j7 }7 T
C
: v& p/ S: Z7 J$ L: W& ?$ ?- LC8 s1 I* @6 J, \& j
s t8 \; ^. z2 M5 Z' r: F
DL C
: F) @5 i; }+ J8 ^+ G6 qi
@' h( u7 J! V5 a7 t/ Qij j
# ?! o* I: z) w6 jj
. ]$ ]/ M3 [0 i' Z# iij3 K5 b' k6 m; ^3 ~5 i7 z; d
ij
3 c2 X8 _& [6 J4 yi j4 H8 ?4 O4 c2 |/ P0 O) _
ij ij9 k" w' V s2 |& V# H; K
4.3.3 问题二的求解# y$ K/ L, K( f5 F) e" U& R% q: h3 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$ S2 l3 ?8 t; T' z1 s, A) w- @
Ci,j 求得总偏爱度为åå
) X3 N& ^9 g! n/ Y= =1 ?# H8 z. m5 |: \- n7 n; j
= ´
: [7 O R4 I6 o' \# \$ N- O1000
* Q5 K: O. p5 L- t1; Y- K0 t& x1 u" r1 S
1002 K8 l3 L' r! r$ U% T) R% w
i j 13 S, D0 g% f, @
ij ij U D C 为7924。由Ci,j得到分配了30 张DVD给没有要求
; A) J3 S( @+ [: G8 ?+ M预订这些DVD 的会员。前30 个会员租到DVD 的情况如下表4:# n6 p* ?" w: e1 I! y" W. _6 y0 C
表 4% G" Y* T0 | _$ q6 Z! L
会员号 C0001 C0002 C0003 C0004 C0005 C0006 C0007 C0008 C0009 C0010) M& e) i. Z: F
1 8(1) 6(1) 32(4) 7(1) 11(3) 19(1) 26(3) 31(4) 53(1) 41(6)
9 s! v5 M; C- k9 C$ p2 41(7) 44(2) 50(2) 18(2) 66(1) 53(2) 66(6) 35(5) 78(3) 55(2) x8 g- @8 J" j1 f3 n( Q
分配5 a5 S: \; U* t& j D! Z( r; x
DVD 的
7 T; o1 }0 @7 V% C5 L种类号3 98(3) 62(4) 80(1) 41(3) 68(2) 66(4) 81(1) 71(1) 100(2) 85(3)( f6 G3 j) A! n$ M% z
会员号 C0011 C0012 C0013 C0014 C0015 C0016 C0017 C0018 C0019 C0020$ R' K, H) P$ v
1 59(1) 2(2) 21(3) 23(2) 13(1) 10(4) 47(2) 41(1) 66(4) 45(1)
/ m0 E0 j; E ~! d2 63(2) 31(1) 78(2) 52(1) 52(4) 84(1) 51(3) 60(2) 84(1) 61(3)
5 x' K& o4 U' e: }$ m分配$ }& n2 l5 K* g! J4 k u5 ^
DVD 的$ X, a$ z# f; k8 X: w
种类号3 66(4) 41(7) 96(1) 89(6) 85(3) 97(2) 67(1) 78(3) 86(2) 89(2)
0 O8 h) p+ _, x8 ?会员号 C0021 C0022 C0023 C0024 C0025 C0026 C0027 C0028 C0029 C0030
; ?% y, N' L' w. ~1 45(2) 38(3) 29(2) 37(4) 9(1) 22(1) 50(4) 8(1) 26(4) 37(2)# i5 E4 c/ x7 o
2 50(5) 55(2) 81(3) 41(2) 69(2) 68(2) 58(1) 34(2) 30(2) 62(1)
1 Z$ n) i, F4 J0 y3 d8 E. P# W5 E分配3 n# Q3 V# b# H3 \1 `% B
DVD 的
/ l# h3 k. R' {* }1 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) [4 x( o; m" n$ V9 o0 r: @: v% m
注:括号内的值为会员对该DVD 喜好程度。# F L9 J4 X0 U
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
/ e/ Q9 Y3 v4 r l) e# {, `- w7 X' z1000,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U1 l1 ^: B" k# ]( k& o/ b* K
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。, k3 j3 p9 R7 m6 ]4 e' G
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
+ P% J. h, B* r6 i9 I& O! A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,
+ K- Q) h) b4 d, `) _$ f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9 f S- G) L4 C, R1 Z3 F3 ~
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
9 }) z B* ?3 b- L* t u8 i7 f- s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
7 N8 B' n% M9 Y9 I D了没有订这8 张DVD 的会员。! I v1 d' g: r0 k
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, [" j/ d4 C4 A$ u, l7 G) w
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 K$ a: K% L+ n" D3 Y4.4 问题三模型的建立与求解
, ?) o8 |' c5 [! `0,1 变量. r: I+ h$ B9 I3 H$ C7 J
每位会员租 3 张DVD
8 [) ~6 ` d2 T9 ADVD 现有数量的限制
- b. s; N" h/ h1 d2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
% L9 o$ C* c3 i0 u6
9 Q# A8 I1 Q3 F4.4.1 问题三的分析及模型的建立' S7 g. |6 _% }1 q! l' e( F8 j 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# b1 W1 {( X1 N, ^) C% a$ a$ Q
会员的满意程度达到最大。4 C1 v* p) T2 i. `" G$ u8 z4 J
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
% O x- _5 C+ Y3 D" p- c记pi 为 1,否则记pi 为 0。4 D- t7 X8 b# q& O
ú úû
0 W, L: o n+ p1 K+ r8 l, Xù. B2 `6 Y- Q( m( \$ g: U
ê êë
7 V- K+ g$ @( z# ~' ?é
2 N' k3 V% Y) t ^0 A/ K8 B÷ ÷ø3 |4 |. H. U! A. h0 L5 Y; y
ö
" E: T# x. p3 E; aç çè0 o6 x( e! W8 T' I9 Z
æ
9 ?6 x/ P+ I# M( \" r: w2 J= å
9 `% ]$ b' P5 o9 W=
0 ^, N' P6 p5 v3
: o, i' J! D) n1 n) @& F$ \100
2 o. z+ t$ b4 h% T% dj 1
9 C% Q" J6 n; V/ Z( ~ |! R$ ii ij p C (注: []为向下取整), ~3 |/ [4 |' v% S, i. g5 T& Z6 P' F6 q
要使一个月内 95%的会员看到他预订的DVD,则得到0.95 10009 T. r$ u! V0 y5 @+ Z% Q
1000/ H2 V8 T9 u, V$ Y
1
' _; r G( o+ _' }! [5 s´ = å
& P C9 r0 ?; P& j1 l= i5 z5 Z$ Q. h' Q
pi+ K9 [( P5 O1 A, |' `3 O
根据问题二以及这里分可以建立以下模型:
& @+ C" o+ Z5 z; O, aï ï ï ï ï ï
( ^) t* Q0 D4 T$ X9 n- @î
. h1 q( W$ P; G! qïï ï ï ï ï
0 u2 x$ H7 M b3 a4 Uí% k! z X/ @: v. f3 n5 Y" D
ì
. S8 m% |" n' l0 H( S5 h! I' |= =5 X$ h% e& {1 B/ [5 @+ o. V3 U2 R
=* ^6 ^& Y! k1 u. P$ {) y" j
ú úû
5 i' s8 H2 r. y6 x4 pù, `: `, p7 q$ h
ê êë
/ d8 p3 u2 z( C1 Yé, l5 L& O) j5 H: t
÷ ÷4 k4 U7 G2 c* Y/ P/ l% ^% r
ø
4 h. M3 J; n3 s/ o: i0 \ö
4 U; J& W' _& l- Z0 [ç ç
3 q' s B5 x) r9 R( \è
) h- f. l4 z+ q3 T. Y+ D1 u- gæ
5 m: m7 Y! q% l3 u1 L9 c£9 T8 I0 D# s# |% X
= |0 H/ Z8 p" y( U
=
# ?" @& ]+ s$ K+ D" k6 ?$ K" |! S8 \´) X" Q* g/ i) w0 k3 l6 [1 `. b+ o# K
å å( b, s4 B/ b) u% T8 b" x
å' a% _1 w# q5 \$ ?
å1 r4 J) f& ^0 h) p, p/ b" K
åå6 G( j. x( z! u
= =
0 r2 O0 |2 C) R2 y=* j C# d5 p1 R6 N; _6 J# \4 Y+ i7 C
=
9 b7 [( p' b, ]= =
) W! `4 V4 A- M% c5 f( 1 1000 , 1 100 )# c* X: ^& H* U& l% L
3 0.95 *10003 ]/ o' t, W, q! _
3
' m; K; p7 Q2 o' ]0,1
3 @; i; c7 K/ B1 A" ?.
* o2 x5 ~# N( `& ]min/ r- J0 X& o8 y) m
1000& ?2 j( r9 d) s. D- ]. s9 J4 R
13 E ]" u- ~# |5 ~0 O g7 t& F
1004 `( e7 F' i5 b
1
7 p) _& z+ h& i+ F1000
- o7 K+ G7 W! I1 K, Y2 S& F8 q" Y, t1 c
100& f2 Z+ J; D4 D! G- k) D ^
1! r$ z! X, d8 f; N/ A
10003 j' _* k( x% o4 x+ G3 H
1/ o% V+ ^ r3 d2 y
100
$ X4 l$ P* M4 _- L1
9 e; C, [; r; u% J* b: ~% ni L j L
/ ]% P* ~* V" \- YC+ m) V- E8 G1 D1 o( }8 C, |
C y
/ k& p. U9 P1 N0 CC
5 @" M( w* Z5 q9 s5 HC
2 s1 E% |: x9 g( x3 }s t
! l/ B& e2 s! A9 ~* U* [$ i" ID C" X% S* l V' d
i j
8 y6 B8 G7 P+ J. Kij
( H. [7 B0 b: @% n8 e, pi7 w/ H+ \; Y6 k; F' D( _. w
ij j7 s+ j3 f8 [& }: k, A+ I
j
4 [5 m0 \/ B" W. W7 X: A4 [ij
. R; c/ \3 v3 g$ L2 Pij
) N" A `3 g6 `1 k- n, i; V+ ni j5 [& [! ^* W$ O5 K' L1 \; T; ?
ij ij( x! e* c9 P! ?% K' C
4.4.2 问题三的求解
& m$ k/ k8 U# H( S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
# J8 @4 g/ B4 o3 ^. ^如下假设:0 m" }, V# G% V4 l
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
; u) V' h1 {6 h `还DVD 天数在3~30 天内并服从等概率分布。, k" Y1 U N( A b) ?
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
5 _9 f8 r! S9 j(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$ m4 \% `$ I. I# c H
å=
}# N; s/ }. G. r K-4 L S7 m* r3 O0 g) X
-2 U3 Q& ?* _# [* f9 L
=
4 r% l' G; s2 t M0 H( C0 H- v5 {n: o. ?, |$ z8 W1 P/ U6 W
i i$ F) J/ E. j- ~* L0 a9 ]
k; i7 j4 o( ?4 c. A% `4 j
p k
4 G. S# p$ u* N+ g2 M1 11
' Z* X! {* L ~$ H3 ^5 z: M112 q" M* _7 }. @4 d, i( ]
( ) ,% U6 k' G' {' O$ R
c,假设已经租到DVD 的会员只有归还DVD 后才能再租,
4 V+ [2 x9 n. g+ 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. m/ z8 X. v+ C$ W N
求的最大量。仿真流程图见图1,程序见附录。
?4 ^! b+ B7 O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,$ m9 a8 r3 Y+ B( R+ ?
其中一次结果得到各种DVD 购买量依次为(见表5):
5 y, N' O4 c6 ~) G$ \5 X表 5
2 N( Z8 R' e# U0 TD001—D010 28 33 29 26 24 30 31 35 28 270 G7 z8 z1 }* x+ j
D011—D020 25 24 35 39 23 34 37 29 27 352 m7 n3 B$ F' K7 @7 I
D021—D030 33 31 42 28 32 32 27 23 35 35
`3 F& @( o8 ~% X' bD031—D040 35 29 22 28 38 32 30 33 30 293 O/ t5 M- q* D$ B7 e& A; C s, L
0,1 变量
7 {+ O# c6 T0 u3 ~ u# c7 i每位会员租 3 张DVD
( ^2 r4 S1 K. M1 x; w, F' N3 k% zDVD 数量的限制
2 D% G$ ?# d' \. |3 I0 k4 P) J2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
- q% }! |% v; ]8 R0 r7( x6 f- u" M" C# e0 U! A8 t7 K+ c' t) M
D041—D050 34 39 23 25 38 32 35 35 27 30# c7 `2 n8 y5 ?) m* ~) r
D051—D060 31 31 38 21 30 32 35 31 36 38
0 I5 M- r8 v* k' P' }D061—D070 25 33 23 33 34 43 34 40 42 36* D- M% Y8 L$ L- l, E3 \3 ~
D071—D080 35 36 30 30 33 29 21 31 23 33
2 H- A! c3 r# ^4 x, ~& UD081—D090 34 20 21 26 33 20 31 20 38 322 U1 u q1 i) \" L
D091—D100 43 25 30 31 29 26 29 30 26 34. N& h7 q- e0 m. W+ D" y& F
总和 30865 e0 O( L. b- ^/ l
Y3 N$ ^# q7 T8 R
N! F- K+ T' Z( C$ D8 P% m/ V
Y: l5 c; E6 L- S, |
N
( E/ |6 \9 }) i, n4 L2 D9 j1 iN
" C$ _3 w) C8 L/ \3 k; f1 eY
: D9 J; ^& Y5 f9 X' TY$ D/ m S/ a7 w" n9 l# Z0 |% [2 X
Y a4 Y- D' W" A3 \2 u
i<30?3 m' S. M Q, O/ q7 R
i=i+1 第i 天' }8 p4 k5 [7 u
j=j+1,
- K, X- G& e# p( C3 S6 z. B' \第 j 个会员
8 o0 r. T- f- e, Hj<n?) X7 V% {( {% C
会 员 j 是否还2 U$ |1 ~) G# Y" U- k
租到DVDd1,d2,d3,1 V& R, ~" U- R, v' r; q
D(d1,d2,d3)减1
& i7 s5 O5 S2 _# S# N3 O计算 30 天中Di
' X5 f( }1 T- J" E' l; u的减少最大 C8 k) O9 B. p" p* Y+ {: j
结束% n+ t, d9 m5 W4 n6 k! c* D
N4 {/ d- d" S! W$ v$ S
将 1000 个人分类i=0,
3 `# _7 T$ c! u, R' D* \D(1..100)=1000,
9 l {5 C$ C# m) |3 W$ F3 c8 d7 Fj=0,n=1000" s) q4 F# U$ _" [
还回 DVDd1,d2,d3,' Y+ \+ n4 }# U% Q$ s' h+ w
D(d1,d2,d3)加1
|$ [6 t4 n6 _5 j2 J会 员 j 是否租4 Z; e+ Z* r3 z+ Y, h: U L1 l
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文# Q+ l4 o7 d, P9 s+ \1 ~1 o
8, X$ h' ^6 J$ ~# l8 n+ W/ f9 k
图 1) Y- q; w" C3 K, o' B5 F) ]/ b* a* Z
4.5 问题四的分析* K0 X& m( t/ R' w! ?& ^
我们分析了 DVD 租赁的实际情况,发现以下问题:
5 N% {* ~4 n3 |2 z/ ~$ r5 ?# |- g4 j4.5.1 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: q/ c! E/ G8 H0 h
情况?7 c6 x. B9 i( D$ E- D
假设前 5 个月的DVD 总数的需求情况为x1,x2,x3,x4,x59 c! F% }3 U6 E7 l5 \/ `
对与上述问题,我们建立灰色GM(1,1)模型求解[3]。) P' ]! y: E+ U: {
以第一个月为起始点,即在该点t=1,于是有原始数据序列:8 M8 Y; R5 R& Z( Z" z) H7 \$ Q
X(0)={ X(0)(t) t=1,2, ⋯5}
" t1 t7 Q: x: S8 @% V={ X(0)(1), X(0)(2), ⋯ X(0)(5)}
) M8 a2 c7 Z( N" G2 P={x1,x2,x3,x4,x5}
% v ]" r# ~: R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5 M$ k+ e+ B. x5 \8 k: Q" p
(即1—AG0):
' c; Y3 Y5 E+ X- n. } Iå=; Z3 }7 r( M# Y- G _( [
=! L7 ~' H8 @. A3 q) [5 I/ X( s
t* q5 a- F& E' r; b c- A! v( K
m
) t: F8 s0 B( i' n5 IX t X m. K7 B' P1 w9 s8 ~* z) v% t/ ^8 ]! `
1
' @1 N7 j, J8 Q) J0 _- T; G(1) ( ) (0 ) ( )% T2 m; n$ w1 J1 u
。得到生成数列X(1),如下:
2 ~ q! {1 u* N% [X(0) ={ X(1)(t) t=1,2, ⋯5} a/ z; O4 `) p& {$ q9 Y7 W
={ X(1)(1), X(1)(2), ⋯ X(0)(5)}
! G" [9 j3 L; e, p. H2 E={ x1, x1+ x2,x1+ x2+ x3,x1+ x2+ x3+ x4,x1+ x2+ x3+ x4+x5}
% L* p8 P4 x* G; c- y构造数据矩阵 B 及数据向量YN
9 j2 J1 m# q& z- Iú ú ú ú ú
; W. D, x/ l4 l) Lû
+ q7 [5 D6 L, ~, w5 S) w3 k' `- Lù
6 O0 C; I+ N- _7 d# y- v: Aê ê ê ê ê" `4 k- h' c" Y$ A
ë
2 @% A. |5 K5 C) p2 i7 I: N1 l+ Cé
9 j+ Y! ^7 o7 T: f$ e7 h& g- - +, B7 c/ L) t) B
- +
! @- n% K6 W% R5 m$ `& h- +1 Q# r/ V/ x& H- g2 |, i0 B9 n; X
=. n, c3 {1 `) J Y
1/ 2( ( 1) ( )) 1
M9 @6 B) j0 }) ]3 {9 i1/ 2( (2) (3)) 1
0 y6 r" m) Q( o, n2 u% t6 u1/ 2( (1) (2)) 1! r# L" l6 u9 A
(1) (1)
/ n5 L2 F: A: x1 X4 }+ ~) A2 o9 q(1) (1)! j" n2 I+ N2 a2 F2 H9 K/ i
(1) (1)
/ F, L1 s3 M7 p8 b+ nX n X n. K. d" a) j+ Z* f( Z1 d! a
X X
: w3 l! ~' w H" o: eX X
3 B* g2 N1 ]" R2 Z; X3 _B$ l7 Q: C5 K# d. D" t! y
M M2 l& h* k. A" I* V6 h# p4 o7 T
YN=[ X(0)(2), X(0)(3), ⋯ X(0)( n)]T
4 b0 D& P1 m. z% O3 x7 F' M0 ?求模型参数a :
% x- g4 d0 L* X; S" m9 AN
% }: J/ |9 i0 T5 R6 wa) = (a,b)T = (BT B) -1BTY
$ p( C( \$ m$ y+ }5 K" r建立模型:根据参数a 建立模型。模型的时间响应方程为:
0 h3 I0 J1 h4 ~9 m# Ka; z! k/ p# Q7 W- {( A
b
8 \6 x$ a) c8 i: Ue# R, A1 H1 s& a m: F1 J+ O5 F
a
( O( G) t2 d" o5 E8 l- \b
0 S9 P: b9 R( F1 ~$ I8 g" ^X (1) (t +1) = (X (0) (1) - ) -at + )
, d( k. l7 m# k- W7 J5 ~模型的改进:. y" d1 h" J0 O) w& O9 v6 G
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
. P( O( z6 C: i# x9 G* {1 e+ W; M% P写成:8 E9 T6 ^8 ~: p; i& c, P
X (1) (t +1) = Ae at + B
6 K) ?' a: V3 e) V% H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
( J4 z2 K. C/ D4 @6 |- b& U. `矩阵G 及数据向量X(1):8 I4 ]+ l$ p4 h9 P' I* e
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
+ s) g' r9 I9 r% Y8 J. {, f7 i9: R+ q& B! K& [. M& i/ b2 Q; s
ú ú ú ú ú" m( x, I8 p7 c" n
û# |0 |) V0 Y# L. H4 q& ]4 a0 s
ù* G7 A l( y5 j! t! [9 P
ê ê ê ê ê2 _4 j* w. r6 m2 r$ o, _
ë
+ e- o9 P! h' k) P4 L1 R6 c% o/ Lé- p; t: W/ }2 ?5 \
=
1 \ Y3 ?- {: K+ [" t$ P- -8 Y5 s' ?: M# J/ R+ h0 q
-& a6 T$ P. Q& {
1
; i7 ]7 d; E) n/ x; l1, ?% N8 }3 T+ m8 v5 q
1/ w7 p5 a; J+ F; V
( 1)2 N$ ^6 E$ i4 ?* a
0
_1 e0 ]* W" N4 R2 Q; f. \4 X( ye n
% O6 A, ], o2 H/ a! oe" G, n& B8 [0 W) \ B6 G5 v+ U
e( t. x1 W. Q* j5 I
G
6 Y; ]3 J, O0 h7 W& h) ^& Pa [ c3 K/ _+ |" @; I9 Y6 i
a
4 S* X7 W: A n4 e1 d# nM M
( d; o) L$ r8 L/ \Y(1)=[ X(1)(1), X(1)(2), ⋯ X(1)( n)]T
2 Y- g! E/ O; F$ i1 O1 ~* O求出参数 A 和B2 M3 g: f! G ~" p" H+ D8 H/ M. A
(G G) 1G X (1): `4 e; T6 l- v/ |! W
B5 x! z) X6 d7 q& J4 O
A = T - T ÷ ÷6 ]% m* T* i, H# E& W
ø
5 t- G% G( C! V, b1 A( N8 Z6 l% G2 [ö1 z1 }7 Z: @. h2 X6 N; K
ç çè- G* f v1 Q7 e; K% a' U. S. I
æ
% D( K2 L) \( A( o: {. o) E求出时间相应方程: X (1) (t +1) = Ae at + B
4 A" ]5 X+ T; h% m则需求总量的预测模型为: X (0) (t 1) X (1) (t 1) X (1) (t) ) ) ) + = + -
3 K& C; _) H' F: S K! |8 w3 o4.5.2 网站月盈利与网站DVD 购买,会员会费的关系 S* b. R2 j4 h, s
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$ m4 j5 b! N8 D4 D \8 q! ^
买DVD,如何确定会费使得网站盈利最大4 H5 G% R8 C" 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:0 m, D0 p* ~4 U0 o+ [# [# X2 E
W = f (e,m);8 f: @5 H( C5 ^' Y
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
( s: J' k8 I6 }$ ]9 w0 p3 y! k有关,设:
5 E9 L7 E E" q5 pm = g(s, n), P: w8 c$ X O
假设拥有第 i 种DVD 的数量为ai,第i 中DVD 购买价格为bi: B+ r) N2 w1 i, i3 j
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
4 ~& i! I& U0 j2 O根据以上假设建立如下规划模型:
/ q% y. e7 q+ ^, |& [" Eï ï ï
0 ^ O* p& ~2 D3 `î
. } a. q+ q; }& Vï ï ï
" Z$ n" x1 Q5 a9 z! x. v: K4 m) Hí
/ c# e& ^) R- m9 s' `! h: zì
+ [0 h z, b2 {=9 ]! ]- z' M8 f# ^/ w$ p2 Z& K5 ?
=
6 W. w c: m6 Q8 Z) }) v6 Y=9 }7 v; R% s8 N+ }+ Z" @. n
= ´ - ´
5 I6 k6 E- x9 W' bå9 a4 K/ q) X& [1 c* |( C4 t+ }! S- e
å) ]7 i9 Y- t) ^) j/ {4 O0 `
=* \3 G: P: F' O5 p9 j
=
$ S, L5 a0 W$ ?9 `9 on( b$ J! Z: n" z, V7 ~$ {, I0 Q) k
i
( n5 U8 S) a+ L: v4 Di
( t$ e( S3 ^4 [) O2 ^: xn
5 H. g, t- a" t9 M( ui
5 a- j) w; x1 X- L5 f) p9 \+ c$ vi i% w' d s8 l- S0 t& p3 d; v
s a
) k# I$ e/ l! m m7 j7 X. C+ Lm g s n. q1 b: S R! _% q
W f e m& Z I! G( n3 H: o
s t
. J; F7 G3 `: U) Y9 t& sF W e a b
& P! @4 M- r0 O+ z: W1 D8 r' c( b1+ ~) F6 G$ ?2 k, {
19 S) Y( b/ O! L- V5 b# t8 {
( , )$ p4 p- Z0 b! t
( , ): I: w- f2 G, r3 K3 |* N; d; O
. .5 m" f4 J/ _6 U0 T' F
max' G( u! l" s5 P) |1 _5 r, b( m5 _- T
六、模型的评价及推广; H; S0 u" e+ @+ f' g
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) H5 u& }$ L& Z8 t5 e2 |
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( W* ]6 p. R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
- A$ {# o* o- p% ?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
2 D# E! t# }; g7 N" T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。' M5 m% Y7 I0 M( n
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文$ N4 U' w! R% \* d5 O- z9 ^
10
2 x7 |4 t- Q* {4 \6 `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
' Z% x. l/ z) O8 P' r" J$ ?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( \1 p' C' e7 M/ r$ X& V# `1 X- K
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 A4 i( C' r+ l
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。" {! V" a+ K# h+ Y4 ^) w
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$ Y/ T8 I: c) s- d+ l* \& E2 z
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
$ C- c/ l/ x l; d! i8 e0 d7 q7 l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9 E9 J# B4 J" e( P6 H
结果难以求得最优解。
2 i0 @# V4 e$ a. w F7 J/ V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& t6 r; q" F/ l) y9 _7 F& h& C
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* G7 ~& B/ F2 ^( K# p/ y$ a5 u& ?
实际情况,但在精确性上还有待改进。
6 G! }& r$ D a$ }' o( H[参考文献]:8 c' q% Y7 k: ]# I. l
[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
' ]( |( _* k" u8 m$ G$ r[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
( S8 f3 r$ S( D; Y% a[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,
/ b" ]9 W# L) x; K7 f2 V第17卷第1期:72至74页,2003年3月
1 h7 b8 s+ o. e# _6 d[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7 E/ B0 C$ k' X9 j7 U4 |
[5] http://www.netflix.com,2005 年9 月17 日
3 i! K+ W8 R) }5 c7 D[附录]:- e* M6 \ i4 _0 N7 `
1、问题二程序:
/ `# p3 X: B+ {( T, J( L, ~运行软件:Lingo 8.0+ [( L; B* E, \; m5 O: y
运行环境:windows2000
0 }9 c3 {# Z R. w, s* |. a运行时间:24 秒
$ V: B/ _; a# c+ \model:
5 ~3 j8 Z t0 `( w/ r9 Zsets:
. f! c" G' |. K; Pcd/1..100/:dvd;
7 L: Q9 E* f1 A" e& Yren/1..1000/:people;
, \# V" D- D" y3 Q9 H2 u% dlink(ren,cd):c,b;9 f9 @! A, w4 e4 N
endsets
8 |0 ?2 g: J# ?, |[email=min=@sum(link:c*b]min=@sum(link:c*b[/email]);
' [7 O% m# m2 s& V0 A' f, P" E* i!dvd总数的约束;$ a8 \3 W4 \5 c# O4 M; G7 b. p
@for(cd(J)sum(ren(I):b(I,J))<dvd(J));0 Z8 T3 ` t! z' g8 k9 q2 L- d
!需求约束;
$ n+ { ^# X( @, z8 Z0 T4 `& k" {@for(ren(I)sum(cd(J):b(I,J))=3);6 N! ]$ c7 M6 A) W/ k! k- s
@for(linkbin(b));7 `9 U" ^9 `5 q2 ?2 J/ ]% w" m
data:* e# t' @6 N% y( m
c= ;!输入偏爱度;
5 \2 `6 u& t. L1 |* A S% g, Cdvd= ;!输入现有的每张DVD张数;
/ T: c! Z6 w p6 \) D, O' n4 W& M7 qenddate! d3 S* t7 X# |& y, G
end
3 D' @2 I9 s" K! D5 _2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
! \0 H. R* b3 t5 X11) p) S5 d1 t% p$ ?: z9 {0 {
运行软件:Matlab 6.5
# c5 q' E; X6 T, t# ^" [+ ?运行环境:windows20001 T' E ~7 |8 g4 V
ding=[ ];%输入订单表5 W- A. |5 j) Y$ S8 F6 {7 Y
b=[ ];%输入由lingo 解得的最优解
/ o, l2 w3 d _. `6 f. |" bk=1;. D3 |& Z- r! V% ?
for i=1:1000% x 为分配DVD 方案表: Y m5 h1 f1 c# g% n
for j=1:100
4 c8 U+ `' a* N* c0 }% Yxx(i,j)=b(k);2 D$ Z! t u' w [
k=k+1;
& {9 w! u, u2 [* \% z4 Dend4 G3 a* d! H/ d$ e5 ?4 }: D
end! \6 S0 I/ W/ L' E8 g+ G9 C: C3 N
for i=1:1000 %满意度0 f' h1 v: C! d: e G: A
for j=1:1009 k3 H9 R5 G+ N6 [
if ding(i,j)>0 %ding 表示订单表- B& f4 ]) R I' q8 I3 t8 V: A
man(i,j)=11-ding(i,j);1 f# }3 R" l8 J* L
end- V. y7 g' r4 a4 v1 }
end
/ A4 I- }- G; Z0 k c) q$ I! V3 Qend2 H9 M* u, b% S& b$ _4 X6 x! K
tt=xx.*man;
+ O6 C# p; E/ k9 x2 Yts1=sum(tt() %ts1 满意度的最大值
% E4 V3 ~6 I0 Z2 U( E( Xtt=xx.*ding;
% C) d' M8 v9 _, p/ G( i$ Ztt2=sum(tt() %tt2 订数字和最小; b2 \2 K$ i, D/ o
for i=1:1000! }( |8 c- G8 A' B3 ?: M* M; v/ ^
k=1;3 o0 }( s |# m6 a C4 d
for j=1:100
' U1 p; X' H2 X$ X4 v7 y* sif xx(i,j)==16 [% l1 F( p: k5 U6 M
d(i,k)=j;%d 表示发放表3 {5 @2 i8 e0 }
k=k+1;8 H2 m# J. o+ n) S! Z+ X
end
4 }9 l6 b- }6 P' Q+ {/ F6 Mend+ @& ]9 v3 i/ c3 G& i- _! |9 g9 i
end
8 n6 `7 S/ W* j1 nfor i=1:10005 F6 q) T X5 V+ K- j. ^+ F
for j=1:30 J, n7 F9 n* S) O
ddd(i,j)=ding(i,d(i,j));%ddd 与发放表对应的订单数字+ w4 \$ w9 B$ p8 b
end
! s3 |9 F: i' t# {2 u9 cend
2 Z4 i3 ? \" N2 u. ck=0;%租给了会员不愿意租到碟的个数
* T: q) p, E4 j- p- h; ofor i=1:10008 H, R% [# T" \5 h& O
for j=1:1004 g; e7 K3 K4 X) R4 R# q! e7 N
if (xx(i,j)==1&ding(i,j)==0)
$ `# R* [3 M+ e0 V; g( Fk=k+1;) s& T, ~- M3 i; i2 f
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文; z) p3 _) X2 H) |; T. K) ^
12
8 J/ J, K" `3 n2 Dend
+ ~- H6 Z% R7 q; M5 zend, p7 V8 Y X+ _# B
end& \3 z% m1 |5 _' ^5 \
k
8 t4 `; Y. K- a2 O6 m. n2、问题三程序5 E4 }3 F3 x! ~5 F8 z6 m
运行软件:Matlab 6.58 [# J( c7 Y8 r. O+ E
运行环境:windows2000
" ` ^1 ~* a+ ~9 \; K6 L) Uc0=[ ]; %输入在线订单表) _, S, I! B8 [6 H# g2 D
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,0 \2 F5 }7 O* w. w) y6 \3 K
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,% @! L: e( M _& q
c1(j,7)表示借次数
' ] W% [ w2 }. M0 w1 Y+ kc1(:,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/ n) G$ p: T% Q6 l8 _ s
人; u" ] [ V8 h, o; C
a=10;b=20;. w3 D+ K* k; f( P9 {' O6 f" u% j
yt=olddvd;' ?+ W1 X6 }" Y
for(i=1:30)%对每一天的情况进行模拟! v* W9 }/ k9 ?& d' M, X6 u9 ?
for(j=1:n)( |. r P( Z! \
if(c1(j,4)&c1(j,5)==i)%还碟
! C5 X8 S! V! g" p. @% [( @4 Z. _if(c1(j,1))olddvd(c1(j,1))=olddvd(c1(j,1))+1;end
- {! M* V! r4 _" A! h1 ]if(c1(j,2))olddvd(c1(j,2))=olddvd(c1(j,2))+1;end# w! k& A; s& \% I
if(c1(j,3))olddvd(c1(j,3))=olddvd(c1(j,3))+1;end
+ X% p' U" C+ }7 h& Kc1(j,4)=0;6 W- z3 p- I# D5 _/ c
end/ Z. i8 C0 Q) K
if(c1(j,4))continue;end %以下可以租$ e( p# j& U7 H+ z
if(c1(j,6)<=6&c1(j,7)>=2)continue;end % 60%的会员租了两次不能再阻7 C& C: r, c$ i+ z3 y7 R3 j
if(c1(j,6)>6&c1(j,7)>=1)continue;end % 40%的会员租了一次不再租4 d2 A! r8 p4 v4 R% X
if(unidrnd(100)>95) continue;end %保证0.95 的概率能选到
8 w! _4 q1 V9 A& B& `9 Y Rc2=c0(j,;%以下开始租2 t% S% }- ]/ o T
ts=0;/ \; H8 B; o0 G& f+ L
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%/ e- j4 l! Z) P
生成三个随机数
' n& B0 q# M: }2 \% vct=0;0 i' _ q$ q3 A! ?! a& w
for s=1:100
" I5 o; m x% w' ]if(c2(s)) ct=ct+1;ts(ct)=c2(s);end" h2 [0 ~! X, A
end
. y6 q! n: B+ ytt=length(ts);, `% P& R" e" \0 }9 f
%tt=max(c2); %第m 行的人预选个数
5 E- F* y6 c F5 S+ d- m) z2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文. i2 k" q$ ^& v" o" o+ s1 h
13, w8 B( n z& U0 M y( E8 d; c2 E
%ts=1:tt;
1 Z; ~" R5 @* p: l yts=11-ts;3 W8 a; z$ i0 x3 f0 k- Z# l% C
%生成三个不同的随机数,按照概率
+ \$ x2 B- O$ o/ J; K/ ztm=sum(ts(1:tt));, _" n1 S. \+ ]' o
t1=unidrnd(tm);%生成第一个随机数" [) R/ g1 L6 A
t0=0; ss=1;
+ p9 k% e& o! ]while t0<t13 U) Y9 u0 K( I2 U
t0=t0+ts(ss);& R2 t3 U0 o5 R% W
ss=ss+1;# Z( A$ p, b/ t
end+ n8 u, _. u- D/ S2 k) T6 x, l% r! z
ss=ss-1;
5 P- M( w/ h. |4 S' D% Psj(1)=ts(ss);# I b% L8 f2 s; x% h5 J
%生成第二个随机数; _% S" u: P/ D) i( p
for r=ss+1:tt%删除
! J! E- x4 Y$ k; X4 @ts(r-1)=ts(r);" t; g3 C7 _1 Q5 R3 @+ |
end; d; S: G1 y% l+ K; X4 y
tt=tt-1;
: c& _% X: Q3 s! U+ m7 Wtm=sum(ts(1:tt));
; n+ ]4 [- |3 \7 Mt1=unidrnd(tm);
5 Q, y. m" u9 E+ I0 ~0 ct0=0; ss=1;
o! d9 I5 _: l0 D7 gwhile t0<t1
4 d) b( s0 w' g+ N% Mt0=t0+ts(ss);% C6 a0 B9 T5 w: f% r7 }
ss=ss+1;
( [! U) p c% l3 Jend( Z5 h9 j, t. d! Q# O
ss=ss-1;1 |8 I$ t; e0 G5 k9 g
sj(2)=ts(ss);
1 X. _6 ^( Q$ o/ \& s* \' |# ~$ Ofor r=ss+1:tt%删除% Y2 E8 X+ ~) h. r6 U) d. q; S+ ?/ `
ts(r-1)=ts(r);
: o: p, s+ A, p" n' Fend
" K/ |" ^; n! Ctt=tt-1;: N9 Q* c0 n( M+ V8 A
tm=sum(ts(1:tt));
) n; ~) C# t# N% v: G( Y. tt1=unidrnd(tm);%生成第二个随机数- }! I. w' C# i* d8 g& k7 i5 Z
t0=0; ss=1;3 L% K+ t ~1 q5 P. ?
while t0<t1, T( V5 e$ J8 M
t0=t0+ts(ss);0 X- S& |+ W6 K
ss=ss+1;/ F0 U( w+ Z- S# E, p% s
end
% B4 Q" G! s) uss=ss-1;
) y" A' U4 l7 G: ^! S/ ssj(3)=ts(ss);
7 s$ y1 C9 x5 j3 x0 |- K$ d# e%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
& @# v. N/ d! G: n6 I( Bfor s=1:3' T' E" U, R0 ]- {! O
j1(s)=find(c2==11-sj(s));
! @0 p0 H6 k0 f% ^c1(j,s)=j1(s);
8 w& U. \$ ^# E* a2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文. e4 z1 E0 ^/ {) A& Y
14# v" B2 M/ ^, b( h) u4 |
olddvd(c1(j,s))=olddvd(c1(j,s))-1;& V4 @6 K8 t' ?- F% |
c0(j,j1(s))=0;% X1 ~5 M0 r5 U9 R! M, H
end/ @* g5 L) q+ B6 r
c1(j,4)=i;# X3 Y, P. X3 _7 N# ~! m/ H
c1(j,5)=i+round(unifrnd(a,b));
/ o4 Y4 }2 c7 d: Ec1(j,7)=c1(j,7)+1;
/ S( }! Z* A/ D& Send
# d" }- A9 ~- _% \mindvd(i,:)=olddvd;8 P+ e( N1 j% J: _4 o
end( [- e2 G- c$ y! u8 K' ?
mindvd1=1000-min(mindvd);1 s: [0 d3 h8 a
sum(mindvd1) |
|