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2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文! w5 n) w5 K/ @, Q# J
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DVD 在线租赁的研究 H* L" f$ y" z9 C* O
尹作龙,姚明,金伟" M* u8 m7 [+ H6 _+ e( j
指导教师 汪晓银/ B, B5 D1 S3 F' _' j' o8 j( W5 w
[摘要]:
: Q; V+ G- F( J8 h# r0 O% s% d C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 |/ E! H, z# A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
+ j1 V% y2 q, C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, v0 X! {* s0 ^! F) s: _
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
! ~( C" V! [7 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5 H+ h2 R6 K2 F; {2 b1 q% R: t& p- ~
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: _$ |3 Y4 i: m5 I
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
V( }/ ^# r2 h下。
& M+ a: }1 T# x: C4 ZDVD 名称DVD1 DVD2 DVD3 DVD4 DVD5
9 E8 @: F' r8 |) V一个月内至少 50%( h, ]2 p. H, ~
看到的最少张数
- u) k) H: |, e+ f+ }4000 2000 1000 500 2002 ]$ N; T' E3 d
三个月内至少 95%* |% G2 q8 P; A3 f
看到的最少张数
4 e" d B1 [! U G5 K2534 1267 634 317 127" r) x" q5 y- Y( U
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' o* q) v: a4 C$ e, f/ M
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 T. T- v: v% f1 |1 y
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 P+ p' h% G) v5 d9 U
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
' K. n+ m( q$ T4 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" V" ], k! G6 ^) q, C; a
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 F z# C( T8 f$ k1 H. |
预定这些DVD 的会员,因此我们选择第二种分配方案。
1 I3 @% [1 |: r3 p: [9 s) _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,
$ ^" {) e+ [5 B+ W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。. U0 Z% G) Q+ Y. N
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
! w8 C4 }1 |9 F: f& 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& R; ]- z3 a. }; ~4 H2 \- z
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( i( s5 f) m( a: c( R" E
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
! w4 ^" T" m m& L' Y" V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3 m7 v+ @2 y+ w
性规划模型,此模型在租赁方面有着较高的参考价值。/ ~8 `( g' N8 Y7 K4 y
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
: L9 _( @8 ~5 Z, P/ O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+ r$ y/ L1 G9 p5 k
心算法速度快,但得到的解难以达到最优。; T9 @6 F; W! o. R0 X3 W
[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
- t4 y- z2 e) _1 O2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文3 N) _1 t4 g" w1 a; a8 X" U
2- g9 ?3 F- @6 A3 I; ]
一、问题的重述
* J6 ]3 |) a8 T; n, m! i5 R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DVD4 i, I0 q- Z4 N" {3 s2 w) P9 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( k4 I4 J6 N6 ?- z4 {6 l
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) a8 g( [+ a y. R4 D0 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+ a+ x& @/ j; h8 X" B/ U8 h. d
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
6 d# U! P8 Q; P) E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:
5 {, v, X$ D- f, O# K' g1 b(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# V" v) Y" D6 a% C7 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
9 }/ D# l% f8 R8 l( k* |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! ?8 Q t* N2 C9 X
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+ J" p( ]! ?$ e7 p
果要求保证在三个月内至少95%的会员能够看到该DVD 呢?. N) f, v6 U- I5 e* y, E/ N3 K
(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* ~) B1 Z! }8 I( z4 g( j. Z/ d: j
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 y! t/ S% |# a; _- u出前30 位会员(即C0001~C0030)分别获得哪些DVD。
4 o( ?+ V. a! i8 g( [6 q(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
7 `& F6 H1 I5 ?2 G' N0 k. M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. u+ f* B' ?" b3 e
月内95%的会员得到他想看的DVD,并且满意度最大?. g8 h% T8 A) e* S) |9 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
; d1 q# u; O x. U- m [) N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。, p L' F# g9 b" b5 B! {
二、问题的假设
! P6 W) L$ @ H- \! Y( X' u1、假设所有的DVD 都不能拷贝% ]8 [! {" M5 X$ I
2、假设调查资料具有一定代表性
+ ~$ V; `; r, ~5 v8 y3、假设所有会员自觉遵守会员规定
. ?# c6 s! b# u: Z4 W8 d4、假设在租赁和归还过程中DVD 的遗失或损坏忽略不计
1 R5 \$ x! k" v$ [* l, D7 O5、假设DVD 的种类与购DVD 费用无关
( G# q! O+ G8 Z4 {三、符号的说明, O; \# I, {' ]1 y! t! |
符号 符号说明
9 ~7 H$ ~5 W; g o+ I' F( WV 该网站拥有的总会员数! n+ [7 q# b4 z( ~5 F" p
Dij 第 i 个会员在线定单中第j 种DVD 的需求情况
/ g* C# [1 ~0 h. B+ x7 S) R' |DLij 第 i 个会员对第j 种DVD 的偏爱程度) `+ {; y6 m: c# B; i1 K
yi 第 i 张DVD 的现有量; @. B+ Z, ~5 s* z
Mi 愿意观看第 i 种DVD 的总人数( |) i. T j3 G$ C3 v( b
Pi 愿意观看第i 种DVD 的人数占总人数的百分比6 y0 P2 d% J$ T% x9 b) s
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
4 f/ O$ o- M/ P) U! z( I+ w3* x/ ~5 G7 I5 s1 N( l }4 G1 [3 ~
R 为满足会员要求的百分比数
4 b, M7 X) A$ ?U 会员获得 DVD 后所得到的总偏爱度,其值越小满意度越高
% V! [& C7 L2 Y. B. ~% C四、问题的分析及模型的建立及求解; P# A7 p1 a0 Z6 H' B' T
4.1 问题的背景资料
4 j4 {0 p4 V$ a. E& CNetflix 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
/ O7 B* P! [2 E8 `4 I: w/ K( w8 R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4 ~- q& Y$ A# w6 R- I/ q' p: i
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
( w0 _: l% C/ r6 {+ D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3 P: y; E4 Z3 I
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
1 x3 [2 y; y6 t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,6 q0 C+ k& L N! U% J8 X9 L5 b4 `. w
既省时又省力。
- _9 l# h: a0 W3 B% _. I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: c8 x- S, Z! |* Q
看DVD 的时间平均为78 小时,比2000 年上升了53%。DVD 的销量和出租量则上升
( q/ N7 Y' K# y' z0 D了676.5%[5]。2 G* k6 s A: W+ \ O
4.2 问题一的求解( J. U, C! e! C' X! i: G! `; c0 D
4.2.1 问题一模型的建立与求解2 ` Q, O7 L g0 S% y
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
. d( S- s# [: H" E# P9 S$ f+ |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; O3 D2 \9 @! F1 v: u3 A从DVD 的周转情况来考虑对DVD 数的需求量。
3 Z9 r( |# U h) W' J7 Q5 Y由题目我们把所有会员分成 A、B 两类:如表1
, u* ], ~5 Y8 u表 1
) J+ ?* U0 O: w0 P$ d3 P5 E7 [类型 每月租赁 DVD 次数所占会员总数的百分比 会员人数
3 S7 _! R4 Z6 {# h& M5 JA 类两次 60% 600001 @+ |8 R; A4 Q; H7 }. Y; u
B 类一次 40% 40000
+ k1 P: \4 H/ d) w6 P1 x( j. b- j. I考虑到 DVD 的周转,我们对两类会员作以下假设:
4 h# t0 t& `8 y0 c, S6 P% H7 FA 类会员归还一张DVD 的时间X1 范围为3—15 天;
3 F1 P8 C6 U: J$ t7 n Q4 xB 类会员归还一张DVD 的时间X2 范围为3—30 天;
( n4 S5 w2 ^0 {- }0 @根据现实情况,我们假设X1, X2 都服从等概率分布,则:
" M9 N$ i6 b2 F& c' M- G, j6 F9
3 A: v9 D& r9 i r; E [23 t6 z4 D. _2 P8 U2 A2 g
15 3 [* M3 t( P- {, u7 }
1 =) U+ G, Y' z4 f9 |
+
/ e5 t7 t: h# nEX = 16.5* D4 \9 r% M- a& O2 i; W. L
2
" f! L! k4 K3 R30 3- `" E8 w4 v1 u. [1 @7 i8 a& h! x
2 =
, t( }" K& B7 N; D4 O+
/ L9 w+ r6 t) u4 kEX =
* W1 u k. M/ G1 q3 s则会员归还一张 DVD 的时间期望为:μ=0.6×EX1+0.4×EX2=12 天。这就是说每张
/ {4 t8 O+ B: m' v6 d1 hDVD 在会员手中保存的时间大约在12 天,6 d4 I. l- A1 A+ _5 A
那么:
3 o4 N, Z: F; K# g# g7 p2 o& C在一个月内 DVD 的周转次数为:N=30÷12=2.5;
$ e6 K/ G. {- C* u/ 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)1 f1 |. J" { u [# Q9 X
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% @5 b: B7 e* g; {
DVD 的经验概率分布统计结果如下(见表2):
6 w9 ?1 h$ X& x+ s; F表 21 C) }$ s b8 {
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
{0 o$ d& g3 o4
2 c: H) x: v3 N' l1 PDVD 名称DVD1 DVD2 DVD3 DVD4 DVD50 C& e6 B. W! E: C' L6 t7 v
经验概率 Pi 20% 10% 5% 2.5% 1%
1 S- r9 x6 i3 D0 S2 T B2 ^R 为满足会员要求的百分比:一个月为50%;三个月为95%。
2 z5 U* Q+ L a L8 S# d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8 n0 M4 Q+ j, D' V
员数)。
, X1 q5 S5 Y) I& `3 b那么所需要 DVD 的最小数量为:S=M÷N。(向上取整)- h8 d, o1 C8 d2 T4 J
我们得到 S 的函数表达式:S=V×Pi×R÷N ;
2 C0 y8 Y5 i6 Z: g求解得到每种 DVD 的准备张数(见表3):" Y& V' z5 N; C& k) h- H
表 3# d h( q5 f0 g+ a6 p& I
DVD 名称DVD1 DVD2 DVD3 DVD4 DVD5
" |$ Q( m. Z) d. _6 ^% W4 G* |; ~/ @一个月内至少 50%
6 e* ]( W+ P1 i9 {看到的最少张数 ~5 H4 i. C# ~
4000 2000 1000 500 200- x" G* r/ y) i/ m. n
三个月内至少 95%
) w+ {6 N7 C9 {; E( ~看到的最少张数2534 1267 634 317 127
0 _. a/ C2 {. j5 @- \0 g4 {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5 k1 u; B% D4 r. M% L! p% D
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0 `2 W" G8 r% W3 D8 n- s
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
; n, a% m7 |3 q1 X! g/ f6 I5 ?$ L最少张数为2000 张(小于4000 张)。
" j- L: A. K+ o1 V4.3 问题二模型的建立与求解! M! Y" K4 \4 l. w5 |3 b! _
4.3.1 问题二的分析
/ y' f/ Y$ f& S& K7 H- `) e* ^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! v" q7 _; I$ n/ w: T
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( g' v) [6 L0 u" `( 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
* I1 D$ t' ~- \) D# V员对DVD 的偏爱度为:0 x5 i5 L2 D& Y% Z7 G: G& V8 h
ïî9 ^6 o m- ]0 d7 a3 F. [! c
ïí ì& i& w& D$ F" p+ ]# K
¹
! `/ ~- w+ `3 a! r=
7 v; g- C2 F! I l$ y. ? j=
5 I0 o- L0 H: O. u" M, 0
. V' K3 Z: i4 K% e$ M11, 0
/ k! x5 m% h/ r3 V* Q" dij ij" T" y5 i. C e
ij
9 u* w% F) W9 y9 X$ j: i9 ]0 f/ Fij D D* j* [0 r9 M5 P ~! i
D
6 o P# c% ]' F) b) H/ ZDL
2 F! e! t) n$ W8 k3 M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
! u# L" I1 H( f# [5 I8 e- w/ P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
3 A. s( g" y5 ?4 p第j 种DVD,其值为0 时表示没有租到相应的DVD。
% g. W6 ~2 Z, q# U" E Q" K4.3.2 问题二模型的建立
( J, K% ~7 G7 U会员租赁 DVD 满意度的目标函数为: åå6 [0 ^% K, B5 a# _$ j: u
= =
" ?/ [2 `7 }1 z# L´
/ H; m* G1 W e3 L1000
3 b6 X6 G$ y1 m9 O1: D# _" ^$ y" T1 _: L
1006 o% {! ^ N! y
1, D0 [$ d# D5 K; e0 Q) E
min
0 h; s2 I/ I( ri j/ V9 o7 w4 g' d$ {2 l$ N
ij ij DL C" ^4 ]3 ]8 y T( r; ]0 X. L' ]
0- 1 规划模型的约束条件为:
: a, X* y6 `2 I6 o1、每个顾客一次能并且只能租到3 张DVD;
8 ^/ ? ]$ q7 o) a: c b2、租赁给会员的每种DVD 总张数不能超过现有DVD 数量。
( N2 t, ]4 P5 ^! P0 I8 k/ T, Y由上述分析得到如下的 0-1 规划模型:
$ y0 |9 z+ K9 K( |. j0 ^8 J$ I2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文* } B# q% J3 A. A# P2 G
5, [( a/ w- V4 ]- y" p! G7 d8 S3 C7 t
ï ï ï ï. H8 G: g5 v5 z2 r) E) P S
î% ]6 B6 J8 {/ @: P' ~$ a; R: [; g9 d
ï ï ï ï2 k* `3 J/ P0 P' _
í* R& c6 B" J% h$ F6 o
ì: [/ O; l6 }1 V& ~6 q" B
= =( z9 n$ H: `# P
£6 l3 E) c% I- u9 h3 E2 R
=
4 j& J9 v& b8 u. m2 G4 x+ a- K$ A=& x% F* Z4 h- V& Q5 ~8 R1 H
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7 f! q/ V$ x7 s U/ bå/ p6 t4 a4 @8 _* `7 Z" F: e
å3 `, V# x- `: n" u# o( _
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' ^. ?; w& d* ~2 B6 v5 @2 Y/ H& v=( T p0 b4 S) C" M& S) N
=; n. M; C3 a! {( o6 V( r
= =% z" M8 p* `3 {2 ^3 b: P& `% y1 u
( 1 1000, 1 100): v1 W, g$ P4 f7 v# r% L7 t' A8 Q9 v
31 H5 K1 `( v j
0,1+ \4 A. y/ I) e9 J3 R
. . _( @' G( T: D' J
min# I- H/ x9 ~ R6 C Q+ H: k, m
1000
3 x8 P% F/ Q+ N5 U/ |) ~& {1 y1
+ y; d8 u: h U2 A! z1007 h% ?( o! W5 X8 d& k/ G
1
9 \" x! H& v% q* E' T8 R- y1000
7 a7 Y, `4 |0 q. N! `# z: H0 U: ?1
. ^( T/ I6 D0 a100$ A$ ~1 K3 a6 C: t2 l# k
19 W. J u, y7 e7 t: z- i/ s4 |5 |
i L j L
! g4 ~8 w* b# d9 N* O& k; [3 V; kC y
( [6 g3 z l! O7 ^. L% l- pC
' f# G2 g; Z i- z# u3 A5 [* ?C) [: |# P1 M' ?# F4 G4 P; h+ \
s t% r& x' _8 @6 \$ k. `4 s1 X
DL C
. A; c) L- z$ g0 yi
6 v- A3 {) K. T" S: gij j; i: z' _8 [% |) B4 B8 R4 D6 F! |, U
j. F6 Z$ p$ f4 y) A* q
ij
) A+ N, L5 H" Z7 }6 m- Rij5 R/ U8 i" T1 B( e. M7 @
i j
2 |1 q! P/ K" B1 R3 ^& V: C% Uij ij' N7 Q& l$ H& i: M4 N* |! A8 Y
4.3.3 问题二的求解" n5 V; R" a2 J3 q- o; u! i
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. R& C7 z" L- y; {" q
Ci,j 求得总偏爱度为åå
. B G& F# n6 a+ N% k= =
+ }* `* H% ?3 U/ U* ]: B- A( J= ´
1 ]; D8 R# t( T3 e+ Q7 ?! p O5 U7 M1000 u( C& i/ E' {; c% I
19 x# C# m0 J; G. a; o" n5 b }
100 q9 x* j$ x) h7 M4 ^& ]
i j 1
- Y# t* b& ]3 t& o, Eij ij U D C 为7924。由Ci,j得到分配了30 张DVD给没有要求3 j- ~, Y$ g: w9 U3 Y4 P0 o5 M& ^
预订这些DVD 的会员。前30 个会员租到DVD 的情况如下表4:
& K3 h8 i" q5 ^5 C+ k表 41 M- ^( e d# G6 F( T8 A5 K
会员号 C0001 C0002 C0003 C0004 C0005 C0006 C0007 C0008 C0009 C0010
5 c8 q, R% q7 z: f' T5 N1 8(1) 6(1) 32(4) 7(1) 11(3) 19(1) 26(3) 31(4) 53(1) 41(6)- Q7 O4 U& D5 ?- ^
2 41(7) 44(2) 50(2) 18(2) 66(1) 53(2) 66(6) 35(5) 78(3) 55(2)- l( B/ A, i+ p# B
分配
' g, ]2 b+ Y, L: U: D+ k( \+ l# YDVD 的 q; Z7 B3 L" u: c
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; i5 m3 T% o8 T* t) I- H1 m, G会员号 C0011 C0012 C0013 C0014 C0015 C0016 C0017 C0018 C0019 C00201 B! w/ ] M9 F* ^
1 59(1) 2(2) 21(3) 23(2) 13(1) 10(4) 47(2) 41(1) 66(4) 45(1); @7 v; d+ j& o
2 63(2) 31(1) 78(2) 52(1) 52(4) 84(1) 51(3) 60(2) 84(1) 61(3)
6 ]2 H5 i8 K) o, t$ a分配
1 x2 T: O! T, w0 B9 MDVD 的
+ i! t2 l) N/ J: Z0 i. z种类号3 66(4) 41(7) 96(1) 89(6) 85(3) 97(2) 67(1) 78(3) 86(2) 89(2)
, v+ @ }9 ]4 I! Q; h会员号 C0021 C0022 C0023 C0024 C0025 C0026 C0027 C0028 C0029 C0030
V6 W% l" L2 c) ~4 C1 45(2) 38(3) 29(2) 37(4) 9(1) 22(1) 50(4) 8(1) 26(4) 37(2)
) V& |- E# @! l* C4 T' a2 50(5) 55(2) 81(3) 41(2) 69(2) 68(2) 58(1) 34(2) 30(2) 62(1)
3 [; {! I6 X; S8 Q分配
5 O/ Z( |" Z0 F7 A' I* P. c2 P7 TDVD 的0 I D' n: c( N
种类号3 53(1) 57(1) 95(1) 76(1) 94(3) 95(3) 78(7) 82(3) 55(1) 98(5)
1 e0 {2 k2 u0 _& x- V' Y+ j注:括号内的值为会员对该DVD 喜好程度。
" l: w+ d& Z/ b |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
& V0 ~! n$ W$ J ~% ]3 n d1000,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+ k. w- O! v, \$ z; P/ q& [
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。
# E- X6 \, g6 ]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
5 \+ \9 h7 ~# g) ^3 k) u( a6 r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,
& n/ ?1 U: {7 w0 t+ j! c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 {( {' w+ G/ W, p/ c1 i
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
$ _! c, H0 J4 [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) Z, V3 V4 \1 G
了没有订这8 张DVD 的会员。
0 ^6 x5 b) C7 ^4 \2 F5 X0 \$ m% _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) m$ D" ?8 E. n+ y% y. T8 k
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)
% ~; s/ Y$ v4 E$ d; D4.4 问题三模型的建立与求解6 b3 J. ^6 C9 H0 j+ U
0,1 变量. B) p+ S0 U5 M3 U" y
每位会员租 3 张DVD* h1 j" B, Q6 u" w4 i. l# t9 J
DVD 现有数量的限制" h% N& x( L- E/ @' r n9 g+ n
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
) H1 O" a2 s: V4 _7 W6
* m0 v X& K9 ]4.4.1 问题三的分析及模型的建立6 [- G2 x# T- k8 s/ |7 @" q
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) ~- T2 H2 j; I* J ^7 k' {
会员的满意程度达到最大。
' u+ G% v9 P) Q6 ~7 z+ @; o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
3 K9 B7 i: ~! y+ H$ L记pi 为 1,否则记pi 为 0。
3 `1 y! u7 @1 D; Fú úû
7 ~" \7 T8 {/ P% Qù5 q) j. R1 k. X# Y
ê êë& }6 `$ {) Q9 n! a x
é
+ P9 t! M* a9 d7 ?+ O* C÷ ÷ø
2 ~: K0 L7 s( X& X& C* gö
/ `5 i/ R9 p5 L- p5 Dç çè
& ~& A2 J5 Y: E) p F, W eæ9 Q# w% n+ n( y+ P" D7 b9 n
= å( t1 ^0 q' k' S5 L% c
= Y# j- i5 d8 J& A+ T% _
3, z# c* b" J5 g! s9 w+ B) ~! ~- l' B
100" g# M+ I8 s6 Y$ D
j 1( I0 M2 }. A$ E
i ij p C (注: []为向下取整)* u3 e, w: ~. s& f
要使一个月内 95%的会员看到他预订的DVD,则得到0.95 1000+ G: E& \+ j5 N
1000
6 b: x3 S, i& b& p- q/ P1: y; n! d2 a: e) n: k& @
´ = å
6 V% M& S% |2 Q= i6 W: E/ S9 I2 Q
pi
- m- D: u/ R& b根据问题二以及这里分可以建立以下模型:
5 N0 N+ t1 G z7 Tï ï ï ï ï ï+ ~. t \( z) @' m" R: W" ~
î
% f4 {- M4 x% O( J( `, H5 X$ x: Uïï ï ï ï ï
& q8 E& g5 R6 d: l; Y: O" Y, zí
* R. X5 I' B4 N( h( p1 eì. R( Y) `4 [9 t1 @, @3 v2 C2 g: z
= =
# e! v. `2 \& y: c- q& O=) F; x- k$ f1 x+ g- w
ú úû
o5 A' X# l4 i5 W* kù
, i& O- F4 \2 e+ a, y# [/ Rê êë
3 E' c0 a, n+ y, d' fé: `# E! Z9 G3 g& C4 p
÷ ÷
: c3 s( E4 A8 b& y, v, \ø* T9 C2 s, |2 l! k7 S9 W
ö$ l3 H, Y3 P7 D# Y7 ]: k
ç ç, Q) V0 Q; m! K# o" W3 X9 ?
è
& e4 {9 M; ?1 x& s5 Mæ
) \8 A/ b) D8 Z' a£
+ c- @1 F3 N' D ?$ i=
H1 ~: I F: e' p. v- j, h=1 a. T: k+ K% W7 f* l
´- D, C4 p% K* C1 x0 w
å å- c( S3 S7 G1 c3 }! P" E9 o
å
( B( }% r, p7 O2 @! g- e: aå* Y5 j0 l9 J" z+ g
åå: X+ E( p+ F) e$ e6 _+ m7 C
= =
8 C4 O! B, h- S+ T=$ w1 t- L' r( ^/ J3 E+ q/ ?% g" h8 |
=- s- c$ l: e( ^* k, X% i
= =
" w7 d0 }- E. h( 1 1000 , 1 100 )
( n# ]- |; f+ R" w/ v, X3 0.95 *1000
* g# x+ y" J$ d+ \" a3: l& j6 k" U8 U. t
0,1+ r2 B! B) A7 h( {1 h9 l
.( q4 U' B' M" W( _& y8 B3 j$ e+ v
min3 ~- q1 K' Q0 x6 k
1000- g, h7 ]# v$ Q: s
17 n" ^; E+ Z* F. l
1001 q" T! K% N7 q( ^9 R; i$ f
1' ]; A: v: `9 i( x4 W- Z
10005 [+ k5 G: G% m4 z, d% l+ ^! ^: ~
17 D/ S# h) j8 d; P8 g4 d. _
100
x* ^- P3 q' t5 `$ A- |% t12 g6 S! r/ z: [4 i
1000
; a `0 J1 D. `; s* q$ v1& q$ g9 f y( p( }1 @% J
1007 L& B; ?$ q7 U V; c/ t1 _% r3 L3 a2 G
1; }% i0 U$ K) X0 R. S- R( i5 a: m
i L j L
4 L, D" K! ] g, YC
: b! v& p$ J& Y4 yC y
" V5 C0 K/ v" i, CC) `3 ~# o+ }5 l m7 l
C
}6 c, S5 {8 J, fs t8 k3 r3 n: b- g0 P, o( n4 ~
D C- a% T# R" {9 V
i j9 B7 \0 _0 q1 C3 r2 i
ij
7 [3 j d; L H0 i" W, Q& w( Wi! ~' E3 g( j; |: I+ a9 f
ij j
) y. M) U6 o- uj
7 l2 T6 v8 M3 \* xij
+ {1 c- g7 G; t" Cij
& \6 Q( x* y& r4 Ki j
' L$ @ N. X% `7 }ij ij+ ~" L: D' G5 I- ^/ g# m. D
4.4.2 问题三的求解+ }' M2 _! k7 w# v1 L3 O& w
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
* l( ^' J2 F) a* Y如下假设:
" [' o3 }* j( e6 va,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
0 a9 s4 ?8 D! z2 j还DVD 天数在3~30 天内并服从等概率分布。
- O9 I+ x6 x9 L3 g/ n; q Ub,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
/ R0 a+ T5 c% r+ ~* t(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$ ?- s# @' o3 V/ X2 C+ \
å=
# x r( l; p" r n, N" V# [-! h8 o0 Z) g( s9 s; {+ N$ J
-
/ C! O8 m! y; b% u1 w1 v, ^+ X=
' g) \6 m3 j' R& ]* Gn$ q+ N. ~6 D( Z* F1 Z% M- V9 B9 b
i i- ?# @; `4 n$ l. H+ a
k
$ r E) A! [& s8 Ip k' a! x2 ?& d P, x% O" G
1 11
W- |: g. P) i* n11% X! {9 B2 H5 R/ C
( ) ,, h: k: B; m2 j, {1 [1 d
c,假设已经租到DVD 的会员只有归还DVD 后才能再租,
6 `! J0 l/ {; {, ?7 c5 W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
+ H5 X7 z3 p7 Z求的最大量。仿真流程图见图1,程序见附录。3 }8 J. R9 d$ C7 b) Z3 J$ r
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,3 q4 |% O0 E: ]( n. `7 m! F* b
其中一次结果得到各种DVD 购买量依次为(见表5):
& a+ S/ F7 i4 W. b r表 5
, Y7 T) H7 z& {4 F; [5 pD001—D010 28 33 29 26 24 30 31 35 28 270 V# _3 Q* X+ o2 ?" v7 t5 L. l
D011—D020 25 24 35 39 23 34 37 29 27 35
/ Z- b* T8 W. s2 h# KD021—D030 33 31 42 28 32 32 27 23 35 35
" z( Z" D/ B2 ]/ J d. ?D031—D040 35 29 22 28 38 32 30 33 30 29$ B" _. d i3 o
0,1 变量
. ?6 m6 R; A2 [2 v! X0 ]& g每位会员租 3 张DVD& F, G" Y3 n9 D, @5 f
DVD 数量的限制
1 n K+ K) ^9 W, |9 F2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
5 ~& R( c/ s& O7
( o) e# l- W3 c8 o c: BD041—D050 34 39 23 25 38 32 35 35 27 30
, z; H5 b' C' J6 sD051—D060 31 31 38 21 30 32 35 31 36 38
( B5 s+ B+ B! A7 d- ID061—D070 25 33 23 33 34 43 34 40 42 36; t4 h/ N% v( ?
D071—D080 35 36 30 30 33 29 21 31 23 33& B Q& A. @8 k, r
D081—D090 34 20 21 26 33 20 31 20 38 32
% t" n/ N" T O! d6 Q* mD091—D100 43 25 30 31 29 26 29 30 26 34
% M9 C; M; g" z* H2 Q }总和 3086
" B' l( q: S- }: A- t* U' EY( n% l! L/ z: [, W
N
6 z( o! p' B' @& o# ^Y
8 S B- c$ q8 O( @8 eN" o, F6 L+ q' l1 ^ I
N
4 J C5 i' x6 WY5 w8 x9 M5 T0 J
Y
4 V6 j0 o/ O! yY
* d; w. ~6 e# Li<30?
+ `( O: Z' p# f; d0 i3 hi=i+1 第i 天
! I U# M# d1 b6 C& P* d$ qj=j+1,
, z' D g# z( b" T: M第 j 个会员
1 _' v. M. w$ F. ]# W1 W8 Y( T1 Uj<n?
H0 G5 Q1 ~* z' _% m0 E! M; Y" v% B) `会 员 j 是否还$ @5 X! w. O0 q" }( h
租到DVDd1,d2,d3,6 K( \# y/ ]% y! f$ s
D(d1,d2,d3)减1
5 r6 R' o9 X. h! e4 e计算 30 天中Di
$ m/ m- Q. c6 g2 r4 C) t的减少最大9 r# \$ E) p% |
结束# `; m; a; l, V6 p6 B
N
0 Y1 I e7 @% v$ U8 S将 1000 个人分类i=0,
# q& S9 L% ?5 n1 z) OD(1..100)=1000,4 a$ V+ _, Q; L1 P2 f4 V. _
j=0,n=1000
: b; W8 S2 L3 K1 D! @) l还回 DVDd1,d2,d3,) p+ N7 d' I1 M N* ?
D(d1,d2,d3)加1" w" e, H$ t- V, h0 t: Q2 l" \* H# v4 e
会 员 j 是否租1 \7 L, S: I% m, u
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文/ A: [0 }. C9 v( b* z6 I% t) g
8
; T; B4 q: F$ O6 S K' @7 e图 1; {* M: S& [. |" Y
4.5 问题四的分析% K! F) }' S3 U; b
我们分析了 DVD 租赁的实际情况,发现以下问题:
8 R0 r: Z0 q5 o: M q0 {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: S7 `# T1 J7 ]/ T
情况?
% Q. M+ r2 m, z$ y假设前 5 个月的DVD 总数的需求情况为x1,x2,x3,x4,x5
9 w) p1 q6 }+ Y0 ~对与上述问题,我们建立灰色GM(1,1)模型求解[3]。
: P& c# ~5 j" |9 _$ ]8 {以第一个月为起始点,即在该点t=1,于是有原始数据序列:
5 z* O; I b3 s0 H0 L& kX(0)={ X(0)(t) t=1,2, ⋯5}
$ t+ F* Z% a! [2 f4 H5 O2 f={ X(0)(1), X(0)(2), ⋯ X(0)(5)}
9 {1 Q5 i, W* J={x1,x2,x3,x4,x5}
0 d8 r% H" y7 s P i* F; i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
' u3 S* K9 f. x(即1—AG0):& { r5 x% I! a0 C3 j0 F3 k; p
å=* t; M, T; {% C! A) {
=) |/ ]" [/ G* U, c
t' u$ J. Z% Q, Y! i9 P
m
7 k* e% V# F5 ?% e( nX t X m
7 h: r1 M$ d3 S; X$ Z6 T1 @! G5 j& o: P
(1) ( ) (0 ) ( ), @: Y2 l0 I% w+ L' h7 @( L& f! f& z
。得到生成数列X(1),如下:
! N0 J |. d" C s( Z: BX(0) ={ X(1)(t) t=1,2, ⋯5}- V: K' S3 U; ^5 Q1 ~! e+ E
={ X(1)(1), X(1)(2), ⋯ X(0)(5)}$ c+ y4 y# w/ \1 R# C2 h2 c% p+ K5 S
={ x1, x1+ x2,x1+ x2+ x3,x1+ x2+ x3+ x4,x1+ x2+ x3+ x4+x5}/ R) [/ s- ?+ p0 G4 O- c5 y
构造数据矩阵 B 及数据向量YN; o/ I# _: h; I; ^- N% c+ C2 \
ú ú ú ú ú
2 H/ [ m! O6 j( u+ W+ Z8 l. G3 aû
/ O( x. M# ]/ c% G% y: n# G, aù% A, G6 r0 e. }3 l/ }8 u3 O4 f. x1 C
ê ê ê ê ê
: @8 p& u! Q: @ë
$ q! p2 }; }) q" O4 |% Xé
# |% q: s( r% O. v$ }9 y7 b- - +
, i3 U' W+ T7 ~: V' X3 v0 p- +5 w( c/ D5 b7 V" g
- +
$ x) Q, V7 L/ A=) ?( l. y2 h* [* r9 N& f! b
1/ 2( ( 1) ( )) 1
3 x% T* |0 i* W3 i' D3 z/ k1/ 2( (2) (3)) 12 r# U* c y- S
1/ 2( (1) (2)) 1
1 u# ^# @3 {6 A; e6 ~+ O- M(1) (1)9 k% I' S L6 {
(1) (1)/ a- Y' C3 X* Z
(1) (1): W9 Z0 u% {& T; g+ S( H# H
X n X n
: _" e1 }* i3 H" TX X
/ h: K' j4 w2 `& I& h1 OX X
; `. A4 |: K: w3 jB1 P. ^. j% X7 t7 U' P* T
M M9 m b- y. f! E1 N. p0 g9 X
YN=[ X(0)(2), X(0)(3), ⋯ X(0)( n)]T
- b6 |3 [, b% E求模型参数a :
# B7 E, I! i, s; gN
3 S o1 P: i2 [+ p* R, ^a) = (a,b)T = (BT B) -1BTY8 N T3 `) @9 P7 I+ w8 p
建立模型:根据参数a 建立模型。模型的时间响应方程为:- ^1 i' C" G4 L6 k) Q$ a% g
a
- D L6 W* H5 }/ }& vb
& m- j, _: [7 f& Xe: b1 Q# _. i& c
a3 \$ `: v' h) [# }, ?# L
b* a. ~/ I( u1 I" G2 b) ^& s5 P
X (1) (t +1) = (X (0) (1) - ) -at + )' @/ b1 s1 m- Z: G
模型的改进:
3 R/ A- v# \" E! h3 H! J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
5 g! y7 |! \) r+ } [写成:
6 X( o& ~- W% g, J, E% M/ X& e5 ^; gX (1) (t +1) = Ae at + B
i9 o4 ?( F/ s; C! B& E2 Q/ w) t7 ]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$ e" e+ _" Y- \ P- ^ ~' [
矩阵G 及数据向量X(1):9 u& J3 h& K P& u& o
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文; X1 s# m" r) I; |: C& h
9: B/ K2 K# ?9 ^" [
ú ú ú ú ú
& C1 k9 X; u0 k4 j4 zû% p4 z4 U2 ^6 s+ C
ù
3 y" s6 B( ]- c# C/ D) e1 m3 eê ê ê ê ê. M; y4 L* o# t% c+ L7 u- p. ]
ë: h) e5 R- ^; R! L1 D/ I) E& ^) K
é {# G* c# ?2 e0 {
=: @- @$ B& @6 f. K0 ?
- -
" U' {1 I/ p0 @-
, y5 t; R9 n* z: |7 Y1& N1 v: o+ p Y' B& e
1
: w& q& T, [' y+ r- }1
* {0 C E0 T& f! E! d* b2 Q( 1)
+ R' }/ u* o( {0$ C( N, E7 A& n4 ^' ?# Y: c
e n
% G% m5 L: m! Y9 d* m# We& N+ h) t/ {8 i. J2 f
e7 w6 F- T p! d! V/ P+ u: Z
G/ q7 Z* E2 j0 K% n, Z0 ?2 A# b1 s
a
7 b. J6 ?! G5 O' D+ h0 P za+ e5 d! t. n/ l: O" W, q8 U
M M
8 W2 \9 `+ q8 M' n8 Z2 l- _Y(1)=[ X(1)(1), X(1)(2), ⋯ X(1)( n)]T! O" L i5 }5 v. S% x; }; ^5 }9 E
求出参数 A 和B
! P. K; y3 a# \! v! X( m(G G) 1G X (1)
! g( O- c, s% l. ?! y+ ?B% Z8 S7 p! x( [, ?) z1 w
A = T - T ÷ ÷: G# @( z) h- K& k W
ø
0 b) G/ Z/ O6 o: ~) ~ö
" T/ ]. [9 J3 m3 ?/ `ç çè, E2 {! g8 U, L9 Y, J
æ" f+ H8 e3 ?& i8 o
求出时间相应方程: X (1) (t +1) = Ae at + B
9 ^9 j9 C b" z& S% |+ J- N则需求总量的预测模型为: X (0) (t 1) X (1) (t 1) X (1) (t) ) ) ) + = + -
( ]: G. z! _! `8 t s# I4.5.2 网站月盈利与网站DVD 购买,会员会费的关系
; n3 |0 |$ F4 c: \* O6 P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# s7 A9 _' o! f2 Q
买DVD,如何确定会费使得网站盈利最大
/ o/ @0 F) {2 b8 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:
6 ~" ~* J$ Z; H; D8 VW = f (e,m);3 p1 B: i: [3 _2 k& e
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
. T$ Q' C5 {* q# W7 `有关,设:# n% G; T# R0 o2 l
m = g(s, n)
; K7 p) u, s7 a9 H2 i+ y' t/ b/ }假设拥有第 i 种DVD 的数量为ai,第i 中DVD 购买价格为bi, ]9 C' p1 s# 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
$ F* j' W; h4 F7 r3 U+ g! c根据以上假设建立如下规划模型:
M* |+ n: {5 T5 q7 O- tï ï ï
7 P; ^* C9 B: r, C* Oî2 B5 ~; c7 W: S+ Y8 w O
ï ï ï
8 t) E) |, F+ ~ N, ^" k- k& Dí) l- j( R. [ l4 O
ì
% z0 g5 F4 W3 N* L=
! s) {' ?& k5 n6 J$ @=
2 x3 o5 f0 |; d* ?2 D7 m=
9 B( }" B( Y9 Y) I& L= ´ - ´
1 E8 A9 O3 \8 Cå
, q1 p) Z- w1 e) Så& W/ `1 c- z9 e* n+ d' x8 `) n5 ~/ w1 C" A
=& p6 r [/ K3 {; p1 T, v
=
2 @1 ^% F7 j* @n
* J( G$ m7 g; z# Q$ ^+ C* `( ~/ Hi
, C0 ?1 u/ ~; B3 Mi
9 E) H( F" Y) W# j% \n/ m$ g+ a# g6 m7 o( V
i
! e+ W- k# U7 G) @i i! Z- c' C; q5 D$ G$ m) \. w r
s a
8 u+ t$ l* r( Z8 `/ ^3 @) W% @' Am g s n
/ v2 @! Y1 ?( @6 ^6 l; CW f e m. u# \ D# D! r( b' @
s t+ E( Y e1 G R& M( V. `- ^% I
F W e a b
8 R+ w2 b& N) \: W1$ _: V* ]4 O$ S" Q* y( j
1- V5 Y' P1 S9 q" I3 n
( , )7 e/ R: @5 W- F
( , )
3 }6 `% w# l5 o. _. .
# r0 L8 A' r+ A. x+ R. g1 I- J6 r; zmax
6 g2 m8 d+ T; z8 V六、模型的评价及推广
; N% ]3 ], v2 I& c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 G) {& n* U7 M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
% X! G/ \+ E% g; B, ]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/ D9 @# n' m9 V8 @- _0 }
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" c' C1 e0 m x; h/ 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。
- c# | W: B$ a" f7 V+ q7 C, g2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
" J' x H0 ~( ^5 h; d5 g9 u10; ~1 i. F1 _% {2 m. D! P' @
此模型中有10 万个0-1 变量,规模已经相当大,但是运算只有20 多秒,在10 万个变) v# S* h" f I% U9 f
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
' z3 U$ T7 w( d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。
/ g! j6 W! l1 h A \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。
" J) b! M) s* ^( r" S7 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/ R" w3 O% k$ ?3 _. a0 j
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) ~8 U6 Q* ~" R6 Y* ]
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
" k5 x* i$ Q, s! |% J结果难以求得最优解。
8 H* q+ e' I4 _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
: t! W+ y/ ?1 G5 |( 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1 A. d* @5 n7 a1 p+ O9 I' l+ j
实际情况,但在精确性上还有待改进。
# q9 t6 q$ P0 P5 |* Y% }[参考文献]:
" `! S/ S% ?2 z/ e[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7 ^$ z: b7 E& n0 H- M8 ?! t+ L
[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 \! C+ g) h7 {/ f7 Z! l% 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,
9 v; ?" q; ?, C! ?( N8 g" M第17卷第1期:72至74页,2003年3月
5 o* e; Z1 h. C5 d1 H8 Z[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4 f+ O1 g9 X" s9 v7 o% Y/ u. B8 l
[5] http://www.netflix.com,2005 年9 月17 日
' [; t- r8 F8 K1 c5 [- s# _) d[附录]:' R; @- g* @9 Q' l6 W6 \
1、问题二程序:& g$ B2 ]$ V- c' J- A) k$ h
运行软件:Lingo 8.0+ J) _; C9 o: w% l2 s2 w1 j
运行环境:windows2000
' z0 l, h* x2 N运行时间:24 秒
# [! @" x2 r9 H" ]9 `2 ^; w4 i9 }model:
8 x f& d2 D1 K- Y q9 \" Usets: Q h! _# Q& F+ f5 n
cd/1..100/:dvd;: e9 b- y: ~* l8 O) K' R
ren/1..1000/:people;- P: L X) _3 R
link(ren,cd):c,b;
0 w+ P, U* G5 Q# U8 gendsets
5 k/ I H/ B: _[email=min=@sum(link:c*b]min=@sum(link:c*b[/email]);
, l L- d0 T6 }# b$ ?0 U!dvd总数的约束;( ^& B2 b# F# h! g* U# n+ b
@for(cd(J) sum(ren(I):b(I,J))<dvd(J));% v! `0 W* t3 K
!需求约束;
0 F7 x. a1 O. j+ \0 T@for(ren(I) sum(cd(J):b(I,J))=3);8 d9 a0 F1 P7 h# _, V$ \
@for(link bin(b));
7 c6 ?' ^, [& [+ i3 a- Sdata:
+ u$ ?5 N" ~7 }4 S- B- X1 gc= ;!输入偏爱度;/ k6 x) h, A ?
dvd= ;!输入现有的每张DVD张数;
! Z0 w* `9 L- w8 v) f; {enddate
/ r ]# A( C' a1 P5 Y7 _+ I5 Aend: S: c2 t1 ~% e) T) j1 i( b9 R$ y
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文. O8 ~! x1 t: r# Z; }7 @
11
; T5 `$ ~' }) P, e4 h运行软件:Matlab 6.5
2 A3 ^; ]: o- h/ s运行环境:windows2000
, D2 \/ h+ k6 F& P0 a) Mding=[ ];%输入订单表
. \' M6 x, a: \5 U/ O5 l# Y8 ib=[ ];%输入由lingo 解得的最优解
! r9 w# A) e; ^k=1;& P+ v4 o' ]8 x. \ ]
for i=1:1000% x 为分配DVD 方案表 h: n& _9 u% ]- N6 b, ?
for j=1:100
# h: F+ A- q1 E3 ~2 zxx(i,j)=b(k);
. A- T5 L: v: g2 y/ u) b6 ok=k+1;
l) o; f0 j+ z9 d- K6 Tend
7 m3 o# F: N/ ?0 uend& _6 d/ I4 s1 e7 v
for i=1:1000 %满意度7 u" f3 B* M8 n2 u6 ]# A
for j=1:100
& ~" Z( \+ T9 x. D- Z% Q7 Uif ding(i,j)>0 %ding 表示订单表
# \9 k' a" }: D, f t& z6 a$ _# Mman(i,j)=11-ding(i,j);
' x, {: v, e/ H* a9 n: kend9 K$ `+ u/ n$ R* X: k4 o
end3 p/ f x$ P5 _- Z
end
( k" a5 |1 s& t4 ttt=xx.*man;( W+ _8 O# i( a& [" w' u0 D. N
ts1=sum(tt( ) %ts1 满意度的最大值- Y9 ~6 \2 Y2 y
tt=xx.*ding;; R, b8 ]9 Z+ G' c( k) t% A
tt2=sum(tt( ) %tt2 订数字和最小0 A: u8 R8 f1 H5 X, F
for i=1:10006 q5 u% s/ A! A! ^1 V
k=1;' Q2 L& L2 k$ _3 S9 B% h
for j=1:100
6 ^$ I9 I! M4 J5 q1 }2 Q' cif xx(i,j)==1* H5 e$ ~" H7 V( Z) `# o
d(i,k)=j;%d 表示发放表
7 ^7 j' S4 r1 N) s3 X7 c. o$ a4 W3 pk=k+1;
" t5 o+ u) j% yend
3 K; `4 Q$ {& s+ S1 I$ nend, Y/ v+ y1 { a/ f
end% ?% J: b; ?3 Z0 U& o8 q ]
for i=1:1000$ s$ E( q8 g! Z6 W% [
for j=1:3
; {1 V1 b7 F8 M* {) V$ T$ K, y( X) Bddd(i,j)=ding(i,d(i,j));%ddd 与发放表对应的订单数字; l; a0 [0 m8 P" M9 K8 R8 B
end& R" ]: W4 Q9 r5 O- p
end g( k% P" L: d+ i
k=0;%租给了会员不愿意租到碟的个数
& _0 Z) P6 {1 B0 R) e" j" ]& Efor i=1:10009 |" V% M; G; X! E9 q
for j=1:100 T" `/ N- Z; j) s
if (xx(i,j)==1&ding(i,j)==0)
, r3 L( {8 m8 O& kk=k+1; S! M6 l2 l$ T& \$ |
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
* l5 A4 S" j5 X+ Z12
/ a# S$ w' s8 Y# d- Tend3 s6 T4 b% g0 I9 [
end) m3 R/ J! D( y3 ^( Z* k1 }2 o
end5 H. O; r' T! S3 ]
k
" a# B& f/ i7 E9 c. @" l- W2、问题三程序' _3 s' `4 U& d1 g* v
运行软件:Matlab 6.5 p1 @2 A: h! f3 G( w9 X
运行环境:windows2000( s$ z# B# H+ C" f$ [
c0=[ ]; %输入在线订单表
; S, e B7 _. K- i) un=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,7 g' j# _" [- S/ K) c. g. Q
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,
( ~' W9 q& G7 L- pc1(j,7)表示借次数
0 u9 W- {0 X" }7 @3 Ec1(:,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
* R, I- L2 ~9 X. b人
% P g' X" u: L2 h9 J% za=10;b=20;
# W' _$ z2 }8 s" `, Lyt=olddvd;
' z6 u( D- {) o7 @5 J9 Kfor(i=1:30)%对每一天的情况进行模拟0 g, f+ g3 w( {- U
for(j=1:n)0 `) h; L( Q3 R
if(c1(j,4)&c1(j,5)==i)%还碟
" P) |" D6 I1 {: c8 X6 Uif(c1(j,1))olddvd(c1(j,1))=olddvd(c1(j,1))+1;end( e! V& _, @5 R2 ]) L
if(c1(j,2))olddvd(c1(j,2))=olddvd(c1(j,2))+1;end
1 n8 a+ M9 Y2 N% ]if(c1(j,3))olddvd(c1(j,3))=olddvd(c1(j,3))+1;end
5 ?+ G [! s, r: f9 Ac1(j,4)=0;& `9 k1 n- d7 N/ [
end
, `- S7 ]. i0 f4 ?+ r* t' jif(c1(j,4))continue;end %以下可以租
" o. h4 D$ c2 X! J* u4 oif(c1(j,6)<=6&c1(j,7)>=2)continue;end % 60%的会员租了两次不能再阻
# D- R7 G/ Y; ~% c8 oif(c1(j,6)>6&c1(j,7)>=1)continue;end % 40%的会员租了一次不再租
6 [. U x1 i' P3 X% x# g6 p- ^if(unidrnd(100)>95) continue;end %保证0.95 的概率能选到: i3 p$ W4 L" [2 R5 w
c2=c0(j, ;%以下开始租
7 P, X/ Z# R" f/ b0 w( X Xts=0;; g) \; h- i5 F: A' e& Q5 a$ x& k& \
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
( L% z: N; X3 b; Z生成三个随机数
" ` L; t3 h4 r9 c+ H3 B8 bct=0;3 P9 _9 y+ ]( V
for s=1:100
$ D+ W- Y, E( kif(c2(s)) ct=ct+1;ts(ct)=c2(s);end
8 D, j( C# F& m- U5 z3 @& K" O! nend
! C3 z- f- r+ |7 Y$ Htt=length(ts);' q; ]+ ]8 f) c# c g
%tt=max(c2); %第m 行的人预选个数
6 o0 ?) ]6 \. b/ F) I. v. f2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
2 Y" W0 S) r& X9 K8 [) ]13+ X0 A* _; K& _% {1 s z; q9 i
%ts=1:tt;
8 I* E# j8 D4 Vts=11-ts;: o2 m* P- T5 T' N
%生成三个不同的随机数,按照概率
# M2 V$ w* V; \2 ctm=sum(ts(1:tt));3 t+ h& {4 D) Z9 @
t1=unidrnd(tm);%生成第一个随机数
; {% z& ?: {% s7 [t0=0; ss=1;! _7 d. p1 a+ F, s; I; w5 h& U' m
while t0<t1
5 K9 D5 F) ?, N/ i9 }t0=t0+ts(ss);
- a& g" @% U: Pss=ss+1;
7 L5 S3 V0 s7 V* h# B& r4 Jend% C) Z6 F, _! a: i/ M9 q/ o) d( W
ss=ss-1;: s- K1 r, d9 C$ X. a! f
sj(1)=ts(ss);
' L6 L1 F m' Z2 W( o- a3 M E6 C%生成第二个随机数$ l* S; j9 U* t/ p A5 ~7 ?, Q
for r=ss+1:tt%删除
, k7 `" M7 }/ C8 p5 c- A6 c8 c5 ]ts(r-1)=ts(r);1 K) o) e% k. |" ^
end4 @: p1 b9 [1 M K
tt=tt-1;# @! V& n6 A7 H
tm=sum(ts(1:tt));
' v, O; n" v# X! @4 qt1=unidrnd(tm);
p% C+ r. _0 L4 } xt0=0; ss=1;) Z* o4 I4 Z8 d6 N$ z3 E& T L: B
while t0<t1& d- S% p C `, x$ J
t0=t0+ts(ss);
* a" r' s/ D5 k2 C( K$ H: Jss=ss+1;0 y+ |0 N# m" p$ l4 _, c
end
: n& K; n4 G% E5 B K3 xss=ss-1;8 ~8 f8 q: b% f7 |+ F
sj(2)=ts(ss);8 R+ }0 x+ F" j: ?* a
for r=ss+1:tt%删除5 `. B( n! h& e! y' v
ts(r-1)=ts(r);& X5 z" Z8 N2 l
end
. R, _3 r* }0 z- }/ ztt=tt-1;- e1 {6 \$ K9 t6 q7 X( k
tm=sum(ts(1:tt));% R& j$ U" f5 Q) d0 e! S4 T
t1=unidrnd(tm);%生成第二个随机数; d$ [4 c/ U( e0 T- j% X! J9 b
t0=0; ss=1;5 B# o$ c* p% D$ A- {
while t0<t1
0 U( I+ a9 n: f' ?5 u" _' Q, ~t0=t0+ts(ss);
% M* G0 Q- C1 @4 m4 q- Q, pss=ss+1;
2 I3 F) ^) b" \& oend
5 M- W* u- {4 K7 x; gss=ss-1;
) V1 K j, G& y3 r+ t$ m7 w1 `9 S8 Zsj(3)=ts(ss);
5 Y) T+ w% Q) \. ]+ h: q%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%' C# s% u. ^' a
for s=1:3
3 l: t$ y+ z. t# kj1(s)=find(c2==11-sj(s));
" Q! U5 N) a% m( G8 X" W4 Tc1(j,s)=j1(s);# y8 o) e3 M: H g" m
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文& |' s3 f' l4 F
14" q- w3 y- @# {+ q+ F/ E) U
olddvd(c1(j,s))=olddvd(c1(j,s))-1; D. c& x c( R8 n0 x% R
c0(j,j1(s))=0;- d& u4 e& G. v/ o' Y2 J
end
( U3 }# D' y" K8 `c1(j,4)=i;6 f) p: b0 j5 R- y5 R
c1(j,5)=i+round(unifrnd(a,b));
7 K- {' Q9 v7 r% O, Z% N6 d. v4 ^9 x* ec1(j,7)=c1(j,7)+1;8 a& b" I) I) R- ?, P* B! Q4 }& b
end4 p: ?- m: R3 X3 }
mindvd(i,:)=olddvd;; u# K' _1 h" _, T
end6 K5 {7 M) ~2 f4 R# ?
mindvd1=1000-min(mindvd);
+ L1 b7 u# t' U6 l0 tsum(mindvd1) |
|