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2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文& K) g- ~1 Q8 i; v' j; r
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V" {) m. R+ f$ l& @8 f! k- l' TDVD 在线租赁的研究
$ y$ Q/ U" H% c' k7 ^1 B尹作龙,姚明,金伟
: i s. ~+ c" M指导教师 汪晓银" E& V" H2 M; b0 h! G( E" U
[摘要]:- z& S8 Z) 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
3 I+ m1 x/ C2 H5 p& P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, ^& |7 X/ R$ n1 f% e
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
: j( z+ l6 C. E& R8 H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1 m. |+ D# N D
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" j9 X4 \7 e& h3 x$ v* l# n
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 O- J/ {; F! V3 R$ V8 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2 F8 I. e& E7 e
下。! z- E. G2 W2 T5 L. R# N
DVD 名称DVD1 DVD2 DVD3 DVD4 DVD5$ \2 \5 h7 Q0 r
一个月内至少 50%
Z$ X% l1 x1 I* D0 U% w+ I看到的最少张数5 l. q* P+ X; r f/ W3 J, b9 B
4000 2000 1000 500 200
2 _5 I' c2 _6 e3 J; e三个月内至少 95%
. Q/ @, G! L! n9 z看到的最少张数# w4 a) Z. Z ^( E1 o+ `
2534 1267 634 317 127
% G+ F5 |& E4 d8 M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
0 h6 }) O. L. T& [5 g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
. |( v5 B/ x# Y7 E% o8 }; j) Z7 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
. W' A; q0 o; D( k. A) KU 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
: C; t2 G; t& C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+ {) h& F8 E4 e1 }0 b/ p: i6 K8 g G
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
# z" z( u7 L; r) T' j! |, @# a' _* V预定这些DVD 的会员,因此我们选择第二种分配方案。- e3 D) t9 V! 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,& g3 c, Q) t7 L
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。
+ C; ^$ _0 Q5 c8 v# C* D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
7 b6 l. ^, X7 C/ q( }, {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
4 D1 {( [; S' [6 H; A; J; I8 ^+ d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 m$ D' a8 r9 v2 l
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" d: E9 M% y; t/ Z
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
5 F( g& X9 c4 n性规划模型,此模型在租赁方面有着较高的参考价值。5 @' w' S' r3 V F- \2 N
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0 e6 G: Z* J1 {+ e* r( 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
5 N7 E7 J, t: v, u) n. S; l心算法速度快,但得到的解难以达到最优。+ C2 e& o9 c8 T. n/ f" K
[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; f& |5 C" L* g C
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
7 \5 W" |! y7 {2
) d+ p( Z1 R m# P1 {一、问题的重述
4 V0 p- ]& H% ?* q4 b8 U9 w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) n9 A( A% I9 y2 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; e5 l2 ~# [, E2 q d& C
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。. |4 v0 L, n) w
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
' }+ e. o/ g y- G( o" m' ^/ j0 s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 Y6 R/ }+ {6 [5 _: y( o& {
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:+ F8 r) T# e$ }( 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: O1 [9 c& `* u/ m0 ~: R+ K+ `
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
) z+ {: C$ g* C) c) U$ A2 V40%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
z8 b$ w$ C. ^( U( 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2 G N" R, {. w/ s" u7 b
果要求保证在三个月内至少95%的会员能够看到该DVD 呢?
$ T' ]. e+ l2 V& l9 y/ T r, ](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! h) T/ h! u# K$ _" f) [
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1 U" O/ B1 ~( _
出前30 位会员(即C0001~C0030)分别获得哪些DVD。5 w2 R' E8 a$ F* l- |1 U
(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; b8 w* M8 X, B# V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$ D/ l- g3 f$ i* J( y
月内95%的会员得到他想看的DVD,并且满意度最大?* n ^ w" u/ N5 T
(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$ k4 J1 V, Z/ F1 t
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。
$ j E! ?+ j6 ?4 k! {二、问题的假设) A& E' k$ B+ n; [
1、假设所有的DVD 都不能拷贝
& L* L H' A6 P8 C: h7 G- V1 o+ m2、假设调查资料具有一定代表性
+ W) |7 R: o9 r% M7 i3 }% e3、假设所有会员自觉遵守会员规定
0 E4 j: W% `- [4 z# |4 l4、假设在租赁和归还过程中DVD 的遗失或损坏忽略不计
0 w# F, H1 S6 X0 J; m5、假设DVD 的种类与购DVD 费用无关
; @# N) Z' H( r* p1 c. Q% n三、符号的说明
- o# V" _4 p, \4 n( [符号 符号说明
! v8 }; g5 ?' l6 wV 该网站拥有的总会员数
& l" ?! W3 T. D' w' J+ u/ }Dij 第 i 个会员在线定单中第j 种DVD 的需求情况' D8 m/ L0 o+ D# V$ K. h
DLij 第 i 个会员对第j 种DVD 的偏爱程度
* L- n; [3 K1 g" oyi 第 i 张DVD 的现有量
2 y3 }. a( z; c/ E6 q* k' _Mi 愿意观看第 i 种DVD 的总人数 _: L: _' c: O9 D' b
Pi 愿意观看第i 种DVD 的人数占总人数的百分比
0 x" D1 {; b# {' K' c D. q( h. w2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文! R! V! \( F# n
3
% F9 n9 W/ L/ qR 为满足会员要求的百分比数" \+ g" F5 o/ D! i3 S2 ~
U 会员获得 DVD 后所得到的总偏爱度,其值越小满意度越高
( }8 f) c1 L' d& x/ T$ M! \四、问题的分析及模型的建立及求解) i3 J0 A3 n1 @0 g3 j* ~3 A
4.1 问题的背景资料1 a9 }" R; R# n. p
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
9 @( x X X( } u( K+ u0 {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
: l8 ^# |. N3 q$ ^* E( 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! ]# j: {& R% ^9 {- j, x V
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
+ t3 e3 Q- e. W- `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
, ]' M/ s' ~- t3 L* 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,
0 `' [3 j0 ]2 @" U0 ? l" e4 m既省时又省力。* \& J8 c& _1 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
6 |) ]- H& ]% u( }1 W0 X9 z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 Z; _4 }" s! C$ O
了676.5%[5]。
, K9 \" Y! ^6 ? N; z) b1 `9 r- w4.2 问题一的求解' C& K5 U3 Z9 q' n0 ]. g
4.2.1 问题一模型的建立与求解
1 h: ^2 k7 p/ K0 H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; m6 d+ y( {2 _* s! T, K
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
0 A2 n4 |# ? I8 q! r- a从DVD 的周转情况来考虑对DVD 数的需求量。
8 m5 W! D8 y0 e' @3 \; C由题目我们把所有会员分成 A、B 两类:如表1/ Y; ?9 g9 W$ ]+ @: G" g
表 1
# ^5 b6 j9 S0 P/ R9 Z: E8 L' M类型 每月租赁 DVD 次数所占会员总数的百分比 会员人数9 P# G2 C* K& F. l# J; x8 _, v
A 类两次 60% 60000
0 f& ?* e* H8 t& H" C$ UB 类一次 40% 40000# ?1 {, U+ S% ?$ U' J W* y
考虑到 DVD 的周转,我们对两类会员作以下假设:
! L+ ^ r' j4 I0 z" M" g# e' _' NA 类会员归还一张DVD 的时间X1 范围为3—15 天;
2 s! x9 r8 D& p' r& o. rB 类会员归还一张DVD 的时间X2 范围为3—30 天;
8 P" W1 g7 F7 {1 w: j# H根据现实情况,我们假设X1, X2 都服从等概率分布,则:
. Y- C2 e( `# z# E0 h9
: n1 H( @, E. J22 ]6 g4 r& O+ g8 ]( I
15 3/ r, s6 v1 { Y5 }5 w
1 =/ `8 D% p( F4 S: Z' r( c, V
+( }8 B K- ]9 @4 v6 Q
EX = 16.5
* Y4 G; I0 t6 ?1 z* ^) ?0 L f2" f1 F& a4 K. s3 H# W8 E6 |4 P) W
30 3
# m6 J& j2 G* |/ O$ R$ S3 W2 =
" @! a) p1 ?! \# k5 F+
# t% E1 K5 T! \& Y9 O REX =
$ W8 `7 Y- w: 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
( X$ U% H; | L& ]8 d8 MDVD 在会员手中保存的时间大约在12 天,
0 {; R) B0 m" ?, _- B( \* q那么:
& q( M0 A( s6 T0 L7 W/ g3 M在一个月内 DVD 的周转次数为:N=30÷12=2.5;0 w, ^+ Y6 b( `' a( f. M- u
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 k; ]3 ~9 }4 n, Z6 ]
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
+ O. K5 k, d7 N; h% RDVD 的经验概率分布统计结果如下(见表2):
& w5 Y, r$ m9 t表 2% l: H+ M$ U/ y
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文! }1 l; w6 V; y( X& A
49 @' a( J; P+ r6 q& C, B; s
DVD 名称DVD1 DVD2 DVD3 DVD4 DVD5. J9 L, V1 W I% ~
经验概率 Pi 20% 10% 5% 2.5% 1%( ]$ u# y* {$ ?
R 为满足会员要求的百分比:一个月为50%;三个月为95%。. d$ N9 U3 S) b: j, G
因此愿意观看第 i 种DVD 的人数Mi 为:Mi=V×Pi×R=100000×Pi×R (V 为总会3 Q0 I' q2 P& S$ V+ r
员数)。
- d. U) s6 i. q那么所需要 DVD 的最小数量为:S=M÷N。(向上取整)( Q6 D. ~9 V/ L6 t$ k& Q9 Q
我们得到 S 的函数表达式:S=V×Pi×R÷N ;
3 C# [! g( c& F1 S3 s) [求解得到每种 DVD 的准备张数(见表3):: S. K" U' M/ r; }; d+ U6 G; |% }; K
表 3
1 X; K* F: ~/ S5 [0 J, hDVD 名称DVD1 DVD2 DVD3 DVD4 DVD5' D9 H4 _ E4 G6 Q
一个月内至少 50%
" }7 L4 T+ D; Y0 K o Z" M4 ~, l看到的最少张数
: O; ]* C/ z. ]' U& z4000 2000 1000 500 200
0 Z$ }# ~$ u) B7 e# r三个月内至少 95%
4 ^2 F8 {7 G2 X! x. @& L9 ]看到的最少张数2534 1267 634 317 127
9 z# I) ?0 _2 H7 G2 U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
) `+ J0 @( |. T7 V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
! S6 X B3 W3 Y3 Y# O2 Q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( ]( ^9 M' z% ?: R: h
最少张数为2000 张(小于4000 张)。/ S; f- N0 Z7 t
4.3 问题二模型的建立与求解
5 C% X( u* b! N8 e4.3.1 问题二的分析
3 t9 P1 V- Q3 f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
- B5 v+ S& D* l* D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
1 g+ o0 x) Y* z( T, v0 H+ F6 ^2 Q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 Y: ^$ z# S! V" e员对DVD 的偏爱度为:
+ w/ _0 }1 g5 R2 G& Eïî
0 ^/ W" V- G0 I# sïí ì
! _- C. Z+ B$ t3 Z2 v¹1 d0 A" {5 |7 m2 X- n
=
* m& G z+ z! I$ w8 ^=
; A# u) U3 Y" |5 J a, 04 f2 ~' C* D; H% T# D$ t% n
11, 0
! X6 o$ a2 X& L2 gij ij. R9 p" l3 v# T: A
ij
+ t0 w ?# U& h: p7 f; v% T5 o9 Xij D D
+ A% @( r1 r8 y& l/ sD
2 c5 x$ @* X9 T% _" k( BDL* R M! z* G1 Q- ]+ @# x
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
+ s+ |; s( h5 N2 M$ W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 q( F5 {$ A! b) A第j 种DVD,其值为0 时表示没有租到相应的DVD。# C |* X$ g" l) p
4.3.2 问题二模型的建立
3 h) N) F; ]7 h C9 u H4 X) r# D会员租赁 DVD 满意度的目标函数为: åå( I- ]! b# H# h0 i. F# O! [7 m
= =( ]% J6 i9 J0 M0 O% I5 c
´
5 m* ]0 z" ^# G9 z) x1000
) v# L& N& ~# B# Y' k1' A& q; |! R, m. s. H4 Y4 h) m
100: {& h e3 U3 H( r( r4 X! e; y
1
7 K Z8 p' K1 m5 d8 W# omin
% N5 c V: J, g- ci j
; d# k8 G& b6 q, w% v( v* xij ij DL C
, A7 f4 f6 e7 `0- 1 规划模型的约束条件为:$ m7 V/ G; |4 V) u' ?
1、每个顾客一次能并且只能租到3 张DVD;+ O: ?$ [/ S) R* p* p m
2、租赁给会员的每种DVD 总张数不能超过现有DVD 数量。 ]6 H- S2 J2 }8 J
由上述分析得到如下的 0-1 规划模型:( Z( ?$ O+ M- G" I1 [
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
& e: s9 m( z, r5% J8 b7 K+ L" Q5 V# a# F2 d
ï ï ï ï
' j' E/ J. G1 s/ {+ R3 {î2 ?; j) _0 [7 O
ï ï ï ï5 V0 G- C6 b4 Y
í$ U3 [% `: u; f, }+ A
ì( {: t; ?1 ^- m. [
= =7 K( e4 Z! g! t- i
£
5 i# e! k1 H& @8 T) X# ?, p=
6 U; R4 G0 ~5 E=, L$ p# |$ g' f: r2 A% Y Y
´5 f# h m0 U2 b3 H! f
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0 e' l: u2 Z E& o, A6 o$ eå
8 A5 q; U, b/ |1 ^ |( C9 S4 W# ]åå
% ^) \* ]' ?! z4 I0 {" m=) I8 ]. o8 W: W( M9 i, A$ W
=
+ [% a" `5 n. I3 Y+ @; S" i5 I= =0 G# L K! M1 i6 x2 v: D* B- p
( 1 1000, 1 100)
. {( i, {; F5 l& ?# z39 L o4 U/ v0 ]0 Y$ v
0,1
( T: V5 k5 ~) Z `2 h& U. .
1 e: U( q$ }* K9 ]& n0 q8 H# Qmin
0 L4 B% t! _9 R5 q1 R1000* O# z2 _- o$ p1 [% i# j+ I. m' G/ ]
12 ^3 G7 A& s5 g `
100* L) [/ B- Y7 U8 ~
1. ]1 }# U' K' a0 E# g
10002 t( c6 ?' g( h
1
5 j: f/ ]7 _ `1 b* \* Y100
! }2 m' y6 B4 b) I0 _- y1
9 j& S' {( T; |i L j L5 F( Y9 [7 @" w9 t" Q
C y
' T9 f) Q: A; z9 yC* v$ L9 S9 A/ Z
C/ f# y; \5 ~) A `, j
s t
& ?$ P0 i n9 D# i. {& Z* ADL C. o! j/ J6 h, D
i+ l/ G- x* i) m2 X
ij j$ S- _& l7 }9 p; U9 k1 U
j" E, ?( D! k9 b* x6 a. E
ij) s- Z$ u, z- S- z6 v* n
ij
s$ n! Q8 ^6 ^: Y, D# `( H; [i j
4 }' @- h+ }: ]: x6 w x. cij ij
% E( X& O- U5 z- y1 @4.3.3 问题二的求解' B+ _$ o. x1 N& [; n
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 u' v; i6 s, g: R6 }' R' ~: _) s& G9 [
Ci,j 求得总偏爱度为åå/ j4 u0 x; G) H4 Y, y+ g7 i: e
= =
4 I% x$ N$ ^" s+ L= ´3 g) y" t6 u8 q: O
10006 {: p l) ?# l8 ^) a, e% [
1 J8 z/ H2 i" ^# G ~- k* c
100
$ ^: x7 a8 E" d5 ?' J( y. h# Qi j 1
2 k! q" t# t" u' Y oij ij U D C 为7924。由Ci,j得到分配了30 张DVD给没有要求
* z! y0 j8 D7 O预订这些DVD 的会员。前30 个会员租到DVD 的情况如下表4:2 P2 d3 P% n, f4 f( a c
表 43 [% B' |+ \( y3 w& {$ _( @( h
会员号 C0001 C0002 C0003 C0004 C0005 C0006 C0007 C0008 C0009 C0010; ~7 f9 f" c) e
1 8(1) 6(1) 32(4) 7(1) 11(3) 19(1) 26(3) 31(4) 53(1) 41(6)% ~( x2 O, {) ~
2 41(7) 44(2) 50(2) 18(2) 66(1) 53(2) 66(6) 35(5) 78(3) 55(2)0 }! L, q8 z) T: s+ e" K3 S/ F
分配
9 a5 y6 _) ?' ]* [DVD 的' _6 q) y( S% r4 n
种类号3 98(3) 62(4) 80(1) 41(3) 68(2) 66(4) 81(1) 71(1) 100(2) 85(3)/ e& Q7 T. D. S+ e6 e
会员号 C0011 C0012 C0013 C0014 C0015 C0016 C0017 C0018 C0019 C0020$ W; h$ d( G- c. @
1 59(1) 2(2) 21(3) 23(2) 13(1) 10(4) 47(2) 41(1) 66(4) 45(1)
4 P1 {" S' T( d& p9 ^ {2 63(2) 31(1) 78(2) 52(1) 52(4) 84(1) 51(3) 60(2) 84(1) 61(3)
+ X `) ^1 {) E6 _& f分配% }2 _2 q) g, ?9 E( Y; X
DVD 的
# K3 b' R0 j! J: [种类号3 66(4) 41(7) 96(1) 89(6) 85(3) 97(2) 67(1) 78(3) 86(2) 89(2)+ G- K) A& h) s; v
会员号 C0021 C0022 C0023 C0024 C0025 C0026 C0027 C0028 C0029 C0030) t% J; Q; a- m+ B
1 45(2) 38(3) 29(2) 37(4) 9(1) 22(1) 50(4) 8(1) 26(4) 37(2)
9 x) G9 p( c# f1 e& x1 B/ g2 50(5) 55(2) 81(3) 41(2) 69(2) 68(2) 58(1) 34(2) 30(2) 62(1)7 m& b: O% q3 b4 g6 J+ E/ f5 v
分配
: J; s/ h+ Z/ O# C N# vDVD 的/ |1 y' U* W ]( |! r
种类号3 53(1) 57(1) 95(1) 76(1) 94(3) 95(3) 78(7) 82(3) 55(1) 98(5)
& E' Z: g9 Y8 D0 w, r. r* B注:括号内的值为会员对该DVD 喜好程度。1 |$ K! _! U" @2 z9 y! [$ _
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) b2 o/ h2 @% @4 W# j
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* }2 p! `: R) g, i! Y( y
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。
( k5 j; ]8 b. ~3 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% t9 { L% ^5 i1 A( I1 L f
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- h4 Q# h/ X* R6 `: ~2 ]
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
( }- H& B. x$ T. ?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
' X+ H4 d& q3 p' M3 ?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- S, U- g6 v; P$ t( P2 {
了没有订这8 张DVD 的会员。
8 W/ G A) V2 c f$ P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 u! z( Y+ j6 h, 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)! g7 g7 b$ j5 X! F/ Z
4.4 问题三模型的建立与求解
: V7 L8 o5 u( j, n, `+ l8 P. e3 X0,1 变量- T7 y4 M/ d! I# Q }$ R" w; g
每位会员租 3 张DVD; n q, X9 \, `! s
DVD 现有数量的限制
8 f, C8 C# N. W+ H2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
$ Y) l3 I2 I& a7 _6
) K3 O5 \1 B* o' q* }$ k+ B4.4.1 问题三的分析及模型的建立
) U* F% Y) w0 {# U; e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
: C& t2 z( S+ H% ^6 _0 r$ u会员的满意程度达到最大。
4 Z0 G/ a4 Q; t3 p E6 @" G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
( D6 ~9 J/ q- d! W记pi 为 1,否则记pi 为 0。" M6 R5 `/ |% R8 ]3 G, Q* @
ú úû* w, B! V& t: h$ T
ù
4 P8 D3 [/ I V) c+ H! e* Rê êë: j3 g% H& R4 J E- n1 d
é
# p% @1 E7 v- K: y4 [÷ ÷ø( o% ^8 U. X, h& x4 K C
ö; {5 Z" ]+ d% P4 u: E* ^) q
ç çè# k. m' d$ D7 ~5 G6 w1 H6 L5 R
æ
6 B# M6 ^ {; z( k: K# O9 ~: T= å
l. j2 C2 Y5 D2 ]8 q2 {=
+ z: _0 a) q- T, \- B3 o: m32 e2 ^" y; y1 s
100
3 ], m' ^% w9 m* L, L3 K; o3 c% uj 1
, ?3 U' \+ ?" `3 r. L% g& H1 xi ij p C (注: []为向下取整)8 h: f& Y7 K0 [: G) u% W* J
要使一个月内 95%的会员看到他预订的DVD,则得到0.95 1000
1 |. A, z* y/ z6 K( A10005 G. R, E; }/ Q( g I
1
7 r, a( M: {5 H& j* W´ = å& }* y' J& z% {1 e% ^& @
= i0 f4 d" }3 B. U1 j, y
pi
# t/ }. C( V. r9 O根据问题二以及这里分可以建立以下模型: C2 X" r* y% @: a9 t
ï ï ï ï ï ï
9 k q1 E9 h0 S: F0 j; ]) x! Wî' G! ^7 x* O4 w% w0 n9 E% w6 w- ~* t
ïï ï ï ï ï
3 p6 _: O1 z+ _+ S6 kí/ W- ~0 { A) q p; {2 H- {# f, a
ì
4 q# a" x( {; g7 A+ v= =
8 }; V7 o1 u/ [6 D$ T+ Q=) A. P1 I! a8 K. k" C
ú úû) ^- E( J/ H, L' v3 o: ^2 w/ g6 g+ B
ù
( x2 _' q' j+ C( O9 l. Eê êë
8 M- a2 O# S3 @ \7 w$ ^- Oé
6 O% v" i, c" i* o/ o0 d÷ ÷
8 M9 l2 u. a9 U# d$ e3 |' ]% Y) _ø6 _3 p. p- ]/ i; ?+ c k1 a
ö
0 }; h5 J6 T9 F0 m% g; jç ç
- }2 }8 B; i) `& e6 |5 ?( k) ~è6 F5 F. X# g$ T# c; p
æ
# z6 |" K9 }9 f" ~. m# u£( K8 f5 h9 R+ g4 [* L: t
=
/ v/ G2 q( A: ~=7 V+ g& [: E$ M2 c* r6 N
´- |+ X0 |+ I4 B( G; {& _
å å
& v/ a9 `+ P+ ]) T" Z# Kå
- j2 W$ h: ]$ w# s ]/ Q2 På
7 S6 k6 E5 f: r% H+ L# måå! i" w e* w' N' z" J
= =; y8 R. p4 v% p: B" s" h0 X
=
6 s' ?* k( _, o( M& Y3 X+ S% i=
3 Z+ A7 i p, n( b# P) [: _: e= =
3 `" u5 L3 l/ q, n" r3 T8 R( 1 1000 , 1 100 )1 I" G% q! ^0 }& m
3 0.95 *1000/ N6 Y8 o$ ~" Q
3
1 y( Y, X6 p1 `; v! q& [8 }2 ?; y0,1( v8 Q) [6 B7 z) X' M6 }( C
.
1 b# d; x3 v: k; I1 A5 Ymin
p' k: z; c% |0 U6 O10003 v3 z$ r: A4 M) e' i3 e
1
" I+ a8 m" V3 y100
5 k4 C) ~, e0 z, M7 Z8 O3 g7 O7 Y1
x% }. x* c! j* ^) z) I1000
& c) u, B! o( H( d) f. Q7 ]1 Q1: R- g% i+ x" H
100
6 V+ s6 h# [( n c9 m* [1( ^2 O/ N4 t5 N. V% N% {' d
1000
. R# M( M0 I" K" N d1
! V, P2 W! A" R) G100; M" l# ^, E, K y, w% x1 [
1) ?4 Z& r, a& m! O( g' G
i L j L5 k* o( @' c" J. W
C
" I& ?- l; G9 D: S+ IC y
8 n7 N2 \$ O; _C
# t4 c" a2 z' f. O5 vC
! @$ q S" O, t/ v* d- j; p2 Is t
( p( g+ `9 t. j% L3 A9 RD C/ t' q6 z* _& w! E: s# h' E
i j4 W; m* r) Z1 v$ L E
ij
+ y3 k" m/ h. H& m3 s8 wi, ?* @% g( A+ c% H5 R# W: ?
ij j
7 C6 ~+ @5 P, K' z/ Ej
; t3 o5 d4 O, Tij
* b" d& o. I! |. c1 s0 e. @/ p" yij/ G1 K& O1 |2 ]$ q
i j: \8 W; w& R" h+ s, m3 ]* s
ij ij
" j+ ^ k- m1 }6 d1 A- D4.4.2 问题三的求解6 K1 R7 K1 U6 @; K- X
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" D1 E- @/ X% l% i
如下假设:/ p+ \" z4 Y& Z% x# \
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
9 a5 c3 M$ o" e) Y" j% r8 }+ J c, R6 h还DVD 天数在3~30 天内并服从等概率分布。' X: i" {8 U7 M( n9 O }. n9 H6 R1 }
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n9 T& E4 c& @7 u% ?6 W% @
(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
. D, j* Q+ ^8 e0 \å=7 o$ X6 W* T) Q; L
-4 V; z1 Z& r) m
-; F5 F) v! Y$ ?5 ^3 W5 ~6 C
=
/ a- l) l- n( Cn+ S2 c+ X8 @" D7 X
i i
) u! @6 b& E( |- c5 o4 G& O! E3 A- uk
& w3 Y9 E$ p7 s! c) _6 Vp k# t, \/ y# N; L9 I( t4 \% I' i
1 110 R# B4 q1 k' r- [
11
g" n& i) X/ J: ~* @' V( ) ,
. g+ I7 {# v" w5 d# Bc,假设已经租到DVD 的会员只有归还DVD 后才能再租,8 K3 s+ x$ ^+ D. [: b+ ~( G' {, h
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
8 y* e8 S$ k% P. t% u求的最大量。仿真流程图见图1,程序见附录。7 t5 g t! J/ J/ ]: h: B4 w
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,. c2 V) m, f' a0 d& S
其中一次结果得到各种DVD 购买量依次为(见表5):8 Z u# u4 e/ f$ `. }# C5 |
表 5) e. s3 L M! E. G: s; z
D001—D010 28 33 29 26 24 30 31 35 28 271 ] l9 G% d, l; h
D011—D020 25 24 35 39 23 34 37 29 27 356 q, Y$ b( c: G. @0 ?
D021—D030 33 31 42 28 32 32 27 23 35 35
* `+ o5 t" n0 v3 QD031—D040 35 29 22 28 38 32 30 33 30 29
% P% c1 e" x0 H e/ K/ l/ r' {" x0,1 变量
& v$ k+ x% t3 z: o" r每位会员租 3 张DVD7 Y2 G2 i% `3 W+ d) \
DVD 数量的限制. I4 ~/ T1 {- ]6 d$ {9 L7 s" M
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
& }; \- ^( w" _5 L* A7' E# { X6 u; {" b# |
D041—D050 34 39 23 25 38 32 35 35 27 30# k" c) d. ~& F, u) A
D051—D060 31 31 38 21 30 32 35 31 36 38, T9 e2 `' G6 n n% z
D061—D070 25 33 23 33 34 43 34 40 42 36& R) p6 E, i( O9 N F7 i0 J
D071—D080 35 36 30 30 33 29 21 31 23 33- U( @% K( t9 Z1 {( K. @
D081—D090 34 20 21 26 33 20 31 20 38 32
0 k; y, T5 o8 h8 x) x% b% O3 PD091—D100 43 25 30 31 29 26 29 30 26 34 \7 V( \1 v+ ]4 [- b5 }
总和 3086
' [4 e& _: w4 V; q3 d7 D9 Q" z% Y5 qY. @/ K' K" |, O
N9 v! c S- n* L: M7 C% U0 u3 i
Y- L! } l3 _3 I' g
N
+ U0 ?: i& h' WN
! C! h/ ?3 q$ I, S. y3 ~Y- T3 M. c# T$ U% | T
Y- B; Y2 n7 Z: b, E" ]4 m3 w
Y
. [# u6 d4 g$ f+ Vi<30?
, q4 E4 [. l* Ci=i+1 第i 天) U L$ u, u; i: s
j=j+1,. w% s3 v; A0 X5 W' J0 ?3 w
第 j 个会员
0 N4 r8 i* i; k0 c6 l6 Y# N1 Xj<n?
# q% k0 y3 m* J: W; n' h8 r会 员 j 是否还' S* F3 \+ |) [2 T2 R6 }
租到DVDd1,d2,d3,/ @3 ?+ p9 |& j; {0 Q% |$ m# p+ y
D(d1,d2,d3)减1
8 k* X- e J/ M: _% }计算 30 天中Di
: ~+ s+ l: ^( I$ ~, D+ O7 [% L, ?+ O' E的减少最大2 Q0 C h6 t1 [* X; |* o- u
结束4 k2 z3 P7 U! U; f- D
N; G& b6 J/ T/ r! o% D7 `
将 1000 个人分类i=0, X0 O4 ^) Q1 Y9 {1 g' t; \
D(1..100)=1000,9 l* V w- @6 ?9 v8 v( T% J9 l
j=0,n=1000
@4 [3 k# ^8 q8 N7 V4 G还回 DVDd1,d2,d3,
7 Y8 ?& l" n& O4 G6 ?( ?+ c! pD(d1,d2,d3)加1
4 {9 t% t6 ^! |5 L9 }5 }0 D" k会 员 j 是否租
7 W* E' N/ ]' c2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
$ h+ ]$ u) h/ L: x8+ p3 H U( k. Q; ~
图 1
6 A" l# w# j! u# @4.5 问题四的分析
0 M- d) w& a: R. U% ?我们分析了 DVD 租赁的实际情况,发现以下问题:
$ _: @5 }2 D9 f' L: Q4 w4.5.1 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 Y* a* q$ h* H9 q
情况?
5 f A' {9 C& M) |: z2 l7 _假设前 5 个月的DVD 总数的需求情况为x1,x2,x3,x4,x54 R" J9 l2 ~4 p( q" G
对与上述问题,我们建立灰色GM(1,1)模型求解[3]。
/ @: x! J; S9 `- B以第一个月为起始点,即在该点t=1,于是有原始数据序列:, g! f8 F( f# ?4 ]; j" H
X(0)={ X(0)(t) t=1,2, ⋯5}
, X! S/ s5 [! U7 q={ X(0)(1), X(0)(2), ⋯ X(0)(5)}
5 C6 ?* d; L& M6 C% ?={x1,x2,x3,x4,x5}
7 z. D' O O, Q) i; ~7 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
0 j( O4 c5 U# @(即1—AG0):
5 v9 A. [: ~0 I- c9 |. x( Aå=0 ]) w* p6 B+ Q4 |
=! d w1 g4 |. s9 G7 X. }* }
t9 h& N5 t) [1 w% P' T! {6 y# k
m
$ D' n7 h2 H) bX t X m
$ `8 R. n, p& w, A4 N- ?8 m5 R1. M Y6 t) u) @$ A) T3 o; a
(1) ( ) (0 ) ( )2 w! x3 V* D6 p
。得到生成数列X(1),如下:
B# Y% I9 E6 P! n! L( e3 OX(0) ={ X(1)(t) t=1,2, ⋯5}, e0 M$ t+ u0 ~, ^
={ X(1)(1), X(1)(2), ⋯ X(0)(5)}8 z7 A5 c+ F/ Y
={ x1, x1+ x2,x1+ x2+ x3,x1+ x2+ x3+ x4,x1+ x2+ x3+ x4+x5}( C( D# a, L4 N
构造数据矩阵 B 及数据向量YN1 }. k$ x3 j' ?7 M
ú ú ú ú ú
+ h2 h* B$ p' W4 p! wû
7 `! ? H% E) Y- k7 M2 _6 t! \ù
9 U0 Y! s' ~$ Z/ Yê ê ê ê ê9 F) L# e' ~8 f
ë2 A9 U* M( Q9 A6 k$ s; t2 v
é9 b: b" n. n8 }+ o+ }8 P8 Y
- - +. V" ?+ T3 g8 @- Z
- +3 g: G$ W& l1 }% V# f
- +) e; Y( K5 R1 c9 e% m3 |2 M
=
' c) T6 S0 \% s; e1/ 2( ( 1) ( )) 1
1 L6 h6 w% Z" k7 b& o% ~, S1/ 2( (2) (3)) 1. A- u* C) o# \. W: j
1/ 2( (1) (2)) 19 Q2 f8 F& \/ P
(1) (1)
% i7 e- C, ^( P5 f4 G8 l4 m: R" @(1) (1)$ i" O4 f0 e" W$ u! U: N# G
(1) (1)5 G( K* e4 ]2 @) X& \1 ]
X n X n
$ y5 M, J7 w+ jX X5 b2 x: s2 l% p8 \' T& ]* y
X X
3 j1 M( h- Z' NB
/ W) L' q& z) F* j* A$ `! sM M3 @# D3 f1 W; F _3 }4 b
YN=[ X(0)(2), X(0)(3), ⋯ X(0)( n)]T2 t: c% e0 ?/ j# D
求模型参数a :
+ E5 ~: o2 `: c# U8 T- zN9 c; _8 h6 ~* W& w. N) T8 a
a) = (a,b)T = (BT B) -1BTY
- A% S* \ P2 w1 c* v& q建立模型:根据参数a 建立模型。模型的时间响应方程为:
' e. U2 X% s! t w- {% k& l* Wa5 q: [7 }/ G4 O l2 `' M4 i
b
6 Z, e, m: g2 \e
% V" B3 @2 q, }; O$ xa6 E+ p. x1 M8 |* I* P- v4 p% o, A
b
6 ]4 h% O- d5 [( f0 U: Q& gX (1) (t +1) = (X (0) (1) - ) -at + )
( r U9 e9 @8 r* H1 M模型的改进:
: ~: l3 @3 D/ [; U. l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
: ]. \3 G; ]$ T! \9 j写成:" w* s! w# J4 ^# J* i5 n
X (1) (t +1) = Ae at + B: K3 f8 l% T2 ^% j- h9 G5 C" B( }
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' u& N/ r) S+ k/ x/ F% A+ l
矩阵G 及数据向量X(1):
- r7 D' m9 {# p, }) l2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文0 H8 [* u9 S: A+ ~7 V" \
9# v3 W6 s* e- ]
ú ú ú ú ú0 k! E0 t( |4 M7 E: `7 ?8 ^
û; V( r% _+ W. V7 E" W
ù- Q$ k* a7 y5 g9 Q
ê ê ê ê ê, j' @3 T" g9 |4 a, ^% |$ |
ë# Z$ s9 g( C: t" N4 c2 w( o5 |
é
) G$ I; g( R8 [2 w2 d0 b/ a=; C( c, X9 V% _2 _! T) h
- -2 _( j$ D7 b' l
-! J9 O$ ^+ G7 s9 n; o* C
1
) |% j1 b& Q5 [$ O3 E7 s v) e1# c1 e* g8 f/ d
1& A8 S- w6 g6 K
( 1)/ B3 [' ?; X2 n* C
0& q- o5 q, d* j, { s! c
e n/ v3 b% T" p4 e1 E( U
e
$ P+ }4 O9 Q# M! ~e
9 F) n2 q- K& w( |9 {G
& b" x) O% I( C2 L* Ia
+ v8 l1 ?, F4 wa
4 ~* N) w% V. c* I# t2 n, ~+ EM M4 \+ F1 |$ z# V2 s, K, o. x; R T
Y(1)=[ X(1)(1), X(1)(2), ⋯ X(1)( n)]T
' H4 U/ Y/ ~9 N; x, _求出参数 A 和B; P& x1 J" j3 ?
(G G) 1G X (1)
2 @& G# o! q4 {, c7 ^7 L1 s4 yB
/ Y3 [2 {6 r9 u ]% c: F% YA = T - T ÷ ÷
# l6 E; e# i4 F6 k/ P8 @ø/ F- A& h1 k3 Z9 _1 \9 @5 T2 l: _+ w
ö% L* Y0 A; I# S& L
ç çè
& x. ?9 g- k# w3 e$ P& }2 y9 Tæ4 D2 Q- i7 V9 r6 w
求出时间相应方程: X (1) (t +1) = Ae at + B
2 @7 }! r8 z* s5 P则需求总量的预测模型为: X (0) (t 1) X (1) (t 1) X (1) (t) ) ) ) + = + -# j/ J' v6 w9 y" X2 |5 f' H
4.5.2 网站月盈利与网站DVD 购买,会员会费的关系: A6 z, F% }% ?; E
网站盈利与网站会员数、会费、会员的满意度和DVD 总量存在一定联系,如何购8 V+ ^3 ^; e ], C6 a- W
买DVD,如何确定会费使得网站盈利最大1 D" K0 ^& u0 o( ?! U& c, T0 T' W6 U
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:
' `( F6 z9 @( F6 C' OW = f (e,m);( m9 \; q' ~# H8 W! w- A
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
8 ~1 z0 E. L$ }6 ?& U1 n有关,设:
: h! e* G. U9 o* d n# Zm = g(s, n): ]5 j0 {! r g- h# \" n. h
假设拥有第 i 种DVD 的数量为ai,第i 中DVD 购买价格为bi
3 G- a) F1 Q5 Y' m! |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
% z$ L9 u7 n- V1 h6 e根据以上假设建立如下规划模型:9 x5 e7 a6 s; x& X- u
ï ï ï
. f5 A. [) X& Y0 oî! J4 t! _' P7 [; q* }. c M
ï ï ï
# u& J. t; G% v5 B) pí
) y" H" O, \& o- ^ì# j. N& u' Y7 K0 \3 D
=
0 L! Y& I' d/ D% i* i& h=
2 f4 r. c) ~1 n=
4 t- Y" u5 @3 s& u J3 @= ´ - ´- L4 i$ i8 C2 |+ o. c! r1 l( ?
å
& p" x! F' F5 J2 S' Hå
1 X, G1 V* ^% H& N=9 H9 \5 ~- k; _6 z. k/ y
=
7 j# L: C7 | Qn9 G: D" u2 C( \/ V6 P7 x% p
i
8 K i3 l7 n5 o/ D! A. X7 ai
. q, ^1 t$ F I/ Vn
& M% T2 @1 N7 L5 J: t! J+ t2 Ei* O2 ^/ O4 @4 ?5 I
i i
( X% }' D5 I+ z( \& H5 c' Ns a
) n1 R3 L- V2 d5 N4 l3 D- om g s n$ v2 X7 I! A6 O' j7 F; R
W f e m- T8 R/ Q' d+ A B& B9 H8 @+ M! N
s t, p1 Q. c7 J! w. N
F W e a b
( s" T7 `: d1 Q W" F0 M% x% I, \1
9 Q5 S/ i$ y. K& D# H; Q" ]1
& |6 x7 j! t' e6 N7 D( , )" Z, V1 ^9 Y0 p( t7 P# C& l" @
( , )( G' y/ z0 h! V8 r
. .
0 S, K" _' ~* F; I0 N8 hmax
5 j; T9 p$ V% _* V; O& A( H7 R六、模型的评价及推广
) n" h/ t' }0 ~; ^: V3 X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5 j( J0 s d/ y$ d
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7 J3 H* D1 t2 ^ A
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1 v, B7 C( S6 A# y2 P& s8 E* m
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
3 P( ]% w* o$ z3 a! `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。
! Q7 K7 x7 Q+ F5 P0 B. s8 i8 k2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
3 U( q2 z/ m: E, F8 r( k; a7 p10
% x) V3 | W2 j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& I' i3 i+ }1 t! Z6 E! \
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% t3 ~( u! E: S; z( o. y0 ~
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。" G7 W6 v, V2 U& S! k4 ?" _
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。
: j4 ]$ {0 V! C( V) ^+ q, V* T5 L! [# M( O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
5 ?" ?8 P1 U% k( G* M% ~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
# y. B2 |% C/ q0 q3 v" J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
7 x7 t# O' V$ }1 d6 c9 N结果难以求得最优解。
6 l( Y4 g; G( d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
: |0 E: d3 v% v% M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7 j: O* u" S, Y2 n; R' n+ Y4 `
实际情况,但在精确性上还有待改进。, T0 I9 ?0 C* v `- f2 X5 c6 o2 d
[参考文献]:$ S9 h, E7 J3 M. ^! i2 M6 [
[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
' W+ P, o- P1 m8 F* E# |/ 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5 Y! U5 m3 B/ E7 ^% j8 j3 z
[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,
4 x+ V4 O3 T8 L( \8 I第17卷第1期:72至74页,2003年3月) I* v" H" P8 |. F7 \
[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1 j: f; v% V9 g
[5] http://www.netflix.com,2005 年9 月17 日
3 v6 K. L0 B% g4 z) F[附录]:
9 E1 n }- f3 l ?" d1、问题二程序:
1 N( T) Q; D, Z运行软件:Lingo 8.0
& a+ P N$ \' _* {2 M: n' x) W1 t运行环境:windows20004 ^; y7 G/ b+ g9 ~5 S& \4 o: n# U# {/ n
运行时间:24 秒+ H( z l6 l( s( x
model:8 C& S( K: g- u, C8 ?7 b2 N
sets:
+ ]6 i! [9 |7 v" \+ R/ c' C0 Qcd/1..100/:dvd;" i+ M: |( X% c3 X& L! V
ren/1..1000/:people;8 h% s4 X1 \7 w1 O9 w
link(ren,cd):c,b;
/ p L& t1 d! {3 g% Yendsets4 r: `2 C+ G" c) l0 ?
[email=min=@sum(link:c*b]min=@sum(link:c*b[/email]);; `0 X5 h1 l4 G
!dvd总数的约束;
3 I0 k6 C) M) }8 l; L@for(cd(J) sum(ren(I):b(I,J))<dvd(J));& L2 k( |: }0 i" y* X ~1 u9 m9 ~
!需求约束;
! f; S4 ]' A, @- ~@for(ren(I) sum(cd(J):b(I,J))=3);, S7 L; [1 n# Z# i0 L3 l
@for(link bin(b));
! e( H9 Q% M# d" ldata:
" V [; ~3 }; ~4 v1 b7 W X+ J3 @c= ;!输入偏爱度;
L) C' U9 J2 K4 D) bdvd= ;!输入现有的每张DVD张数;* O9 d, d6 k0 _' x7 J
enddate. p/ b" r$ Y6 \# w/ A
end
1 j+ D. }" z: f$ i3 S0 v2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
9 C# L9 I8 G/ P1 k# ?11" h% A+ u# q3 c+ g. ~
运行软件:Matlab 6.5( {2 ]7 l: ^8 R% D
运行环境:windows20007 i W6 u# I r2 r
ding=[ ];%输入订单表
3 H; u% p- Y" ^ @6 n- u$ |# _b=[ ];%输入由lingo 解得的最优解4 F6 z* D, g* Q. `) q8 P H2 ?
k=1;& x/ Y# @- Z- o+ X! }* U2 [- O7 j q, w7 p
for i=1:1000% x 为分配DVD 方案表
( N! F$ W! S+ \1 l/ lfor j=1:1006 y" w0 o+ E6 e9 S' U* k! r
xx(i,j)=b(k);
1 u4 l+ B4 g: x2 c3 K) i8 o1 Ik=k+1;
% u$ _+ s% ]4 O. ^end1 @/ b1 m: y" m4 K& |7 m: t$ S' n# A
end
: y, Y7 J1 P5 x! W; ?0 }6 sfor i=1:1000 %满意度
1 x5 j, x6 ~: X6 x/ ]- efor j=1:1005 C' @+ p3 z8 q
if ding(i,j)>0 %ding 表示订单表& |1 O3 v1 S( p. o B
man(i,j)=11-ding(i,j);7 y; B3 V0 G0 R* j- V# t {
end
0 J# V0 T( Y2 M- Zend9 [7 M; `6 c; \7 M1 W( L6 n8 w
end. f$ D, _/ e! C, w1 f
tt=xx.*man;
) E4 }3 R$ i0 |2 K; z) d+ Hts1=sum(tt( ) %ts1 满意度的最大值% j9 k2 e3 g/ n( _# E
tt=xx.*ding;
+ C* @$ n) E' o- f+ H5 K7 r" H* a) _tt2=sum(tt( ) %tt2 订数字和最小
8 r: C2 p0 U( w+ h5 Qfor i=1:1000
2 T& z1 n7 u; ^7 C" r1 R/ P- a6 ik=1;4 [, a& H3 a2 s* g
for j=1:100. i7 `6 C% ?, ^
if xx(i,j)==1$ S2 u2 @! W1 p
d(i,k)=j;%d 表示发放表
. k! k# C2 ]0 F! W! zk=k+1;5 }3 W$ ?4 b% d
end
$ a+ q: w% s: e$ R- a3 L; Eend8 U7 e+ |0 L8 @8 d
end$ j$ L# c: D- s
for i=1:1000* @, M0 h3 y6 t' e
for j=1:3& ]8 ^* Y/ H& g8 M* S6 L
ddd(i,j)=ding(i,d(i,j));%ddd 与发放表对应的订单数字
% u9 v* {) W9 R8 w' U lend
4 p+ @- O0 Z# D. ^! w$ C5 x( M) Y! Vend
1 Q+ s! n8 |0 e8 j8 lk=0;%租给了会员不愿意租到碟的个数9 r0 T% w8 U* b
for i=1:1000
* C* _8 w1 _% qfor j=1:100% b9 C( H+ [$ l% m$ N, L+ s# b- d
if (xx(i,j)==1&ding(i,j)==0)$ ?1 W+ k$ d O( s( O
k=k+1;* y: X0 k* ?/ Q+ H0 P
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
/ @# h1 p( L, j/ R, Z4 D121 ~% } x" _+ ?9 d8 }7 N
end! K9 n3 i# {! Q2 o) u- I
end: e- v! v9 h5 d& G& n3 d7 m
end" @4 C# n! ?5 C! }
k
. q) c5 M3 W9 T0 q; U" E/ W2 S; P2、问题三程序& g: Z" J9 m: @9 ?+ F2 b
运行软件:Matlab 6.5, s1 c- b$ Y. n& i, @' ?
运行环境:windows20001 K) W: N4 y+ M7 [' M% a$ L1 J
c0=[ ]; %输入在线订单表% K. [: @- F; a2 B
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 Q# `: v4 G: `! z g# c' b
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,4 G7 @( K6 q1 k+ X
c1(j,7)表示借次数
1 W! T) O2 x6 {5 y$ y) T9 l( K3 yc1(:,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/ z5 B( T2 Z: m6 h: f
人
+ Q& N8 }$ V. V$ Y2 Ma=10;b=20;
/ a7 o6 i" X; L; vyt=olddvd;
5 k( Z0 q8 y9 b8 Bfor(i=1:30)%对每一天的情况进行模拟
1 H4 |- S N# k, q3 d' @for(j=1:n)
, S$ d) C0 t- \+ cif(c1(j,4)&c1(j,5)==i)%还碟
. z' b# Y u; q, H/ s* S1 _+ `% Eif(c1(j,1))olddvd(c1(j,1))=olddvd(c1(j,1))+1;end
2 b1 f4 R$ ~8 G2 ~/ Yif(c1(j,2))olddvd(c1(j,2))=olddvd(c1(j,2))+1;end
; M* W; a% h1 X0 k% O! c+ [if(c1(j,3))olddvd(c1(j,3))=olddvd(c1(j,3))+1;end
" ^" P# V5 [7 Oc1(j,4)=0;* e6 O$ W3 q2 V7 L# T
end+ e9 C9 g! n! L/ {/ s; C
if(c1(j,4))continue;end %以下可以租' S- ^8 B; w% Y
if(c1(j,6)<=6&c1(j,7)>=2)continue;end % 60%的会员租了两次不能再阻+ ~: f$ c7 O4 q% X4 O/ A; H
if(c1(j,6)>6&c1(j,7)>=1)continue;end % 40%的会员租了一次不再租* H' w, ?- V' t) v
if(unidrnd(100)>95) continue;end %保证0.95 的概率能选到
4 Y( B. G, B1 y* Q+ Yc2=c0(j, ;%以下开始租$ u3 e* F! E- V. D& O- r+ n
ts=0;) M, g) }) k3 m5 b% `
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
9 _5 {0 V+ I7 z2 A) O生成三个随机数8 V) K$ O2 N4 R% P( d8 c- B0 e
ct=0;3 F( X& f7 ]$ M
for s=1:1006 I( [, h" a( g; w3 k3 c
if(c2(s)) ct=ct+1;ts(ct)=c2(s);end2 e' ^2 K" V8 Z3 P* N' g! {) W
end
; O) K7 |! ]6 W0 T/ Ptt=length(ts);7 O+ z( l: _ n5 ^8 ^8 g: e. P
%tt=max(c2); %第m 行的人预选个数
8 j7 P8 [! d2 l) q$ y c, x, B2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文, C- H0 D; A- d
13
; u1 F5 _: s0 P; e7 [%ts=1:tt;
H4 T U8 L- z& Bts=11-ts;
* p/ O! U* c+ b$ ?2 Q- c0 H%生成三个不同的随机数,按照概率
0 W1 Q! u4 \$ N( Ntm=sum(ts(1:tt));
5 }! @ B/ g: wt1=unidrnd(tm);%生成第一个随机数! j) S8 `) S l r8 x$ h
t0=0; ss=1;
7 G: s" e" s, T1 vwhile t0<t1% [% |3 H% A7 V
t0=t0+ts(ss);
7 R8 N' g% x' U( C7 l0 |ss=ss+1;! m- w8 t+ _* w; q: E: L {/ V4 _
end6 `, h: J; m N4 F. X
ss=ss-1;
( }* \9 X% e7 {2 Zsj(1)=ts(ss);3 S- F! T R. M. x0 s9 l x
%生成第二个随机数
3 w! r( q3 O4 B6 T% X. r4 L2 L) wfor r=ss+1:tt%删除
' C( `- E( }3 a% I7 [( G4 B' Cts(r-1)=ts(r);
" U- B; y6 n7 B o: J N+ Qend2 ?6 ?, r j: r8 `; }7 X: B
tt=tt-1;6 R$ T+ \$ v. c6 Z- B/ Y: ~; o1 R; N
tm=sum(ts(1:tt));! s7 j) X2 g8 C5 o( _9 R. \9 B" x
t1=unidrnd(tm);5 [7 |- o& R; t. I5 X0 N
t0=0; ss=1;% |9 a1 ?, Q% S2 x: j5 A u/ P/ i
while t0<t14 G1 c+ I; d7 {) v3 m
t0=t0+ts(ss);
6 [! e2 }" O$ U/ i& N" J' Qss=ss+1;
9 i( g* C+ c0 Mend7 M2 x' f. ~0 P
ss=ss-1;6 z& X; _: t) L; W( t+ I
sj(2)=ts(ss);
! F* @, e) H# h& w7 g7 Mfor r=ss+1:tt%删除$ \4 A8 N& g6 K) ?4 c8 g1 W
ts(r-1)=ts(r);
, w* o3 L' b4 s) {0 h% J: m4 bend
, t7 S1 ^7 K; A5 Att=tt-1;
]: T0 ~' q. M1 ~; ytm=sum(ts(1:tt));9 D* n3 p; {/ b$ h
t1=unidrnd(tm);%生成第二个随机数
# ~! J N" e: S C7 O/ i; kt0=0; ss=1;
1 C! d& t- \3 c9 K. z3 n9 |while t0<t1! {7 g0 m; \8 K2 ^5 Z) _5 K0 @: S
t0=t0+ts(ss);
- l6 M3 j2 ?! k" C. @+ A) ess=ss+1;1 T; a! q2 O2 s; o6 F$ _, F( v% h
end
3 O0 L% M+ H% k! ~: s+ Z0 Kss=ss-1;3 y2 ^, `& T' q+ b8 z6 g2 H
sj(3)=ts(ss);! L M: r0 r% V
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%8 o* k. `+ z, J5 T9 h4 C
for s=1:3
3 u2 ]8 _- ~! K% }; G9 y4 H* X" wj1(s)=find(c2==11-sj(s));, D9 _$ x" I; P8 y3 ~. r: V
c1(j,s)=j1(s);. g2 h- W! G. e( W
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文$ j9 Z- B( z* R/ H
14
0 r% m" o" k* {. H# R3 d- Dolddvd(c1(j,s))=olddvd(c1(j,s))-1;- M5 g/ O: y% d2 m% [" |, o
c0(j,j1(s))=0;: y# q9 B# y0 {1 c7 V
end/ X8 h/ _# _3 d( o% K" @, M3 O
c1(j,4)=i;
6 O) ^3 p; H. C! v, Yc1(j,5)=i+round(unifrnd(a,b));
! S/ h/ m) w9 Q4 T' R& ~c1(j,7)=c1(j,7)+1;
4 g/ }2 n, R1 h2 mend
/ I0 g' w6 ?# u' u6 H" e& X: Q' ^mindvd(i,:)=olddvd;0 v0 b3 m$ a6 Q y8 E
end5 g4 u. B9 D8 J, k% ~6 W
mindvd1=1000-min(mindvd);6 u v! ?0 ^& N! G5 L9 u* o
sum(mindvd1) |
|