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2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文, z# i+ D3 {) i, ~! @' f/ p& z
1. p0 J* r$ N( k1 {" s
DVD 在线租赁的研究
- G8 v2 M0 ?2 R尹作龙,姚明,金伟7 d3 t1 y$ T7 T, h; }! o
指导教师 汪晓银% J$ ~' A, k! p+ }5 D% T
[摘要]:
7 J x- C9 [+ C( x: x* v 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$ X5 s, `6 m" U- Q
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" u8 ^0 @4 R H$ @; \9 b; u# K/ w
像制品的在线租赁就是一种可行的服务。本文主要讨论了在线DVD 租赁的问题,对网站# U4 L: j. f' y. D* M& j$ 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
/ O- \, h4 @6 E. q& \* O% t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* m5 j2 L0 J& B' u
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
" ]4 ~$ E- j# x \. f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
( @( j1 y# Z# o7 g( Y& i下。& e; ]) g8 b- l- f6 W8 N+ S* M
DVD 名称DVD1 DVD2 DVD3 DVD4 DVD5* z# V2 y2 S; ?$ B; W
一个月内至少 50%
/ `5 r5 U% Z; o, ~ k1 w看到的最少张数
; w' [% l$ C6 d! a& \, e: l4000 2000 1000 500 200. I. l+ h S( X$ A% Q
三个月内至少 95%3 L9 B% V& |8 S: e
看到的最少张数/ x+ ?, _ K/ e& e E9 K. V
2534 1267 634 317 127. v' y8 {5 {* z# }/ i8 ]! ~/ N
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# W+ i) C9 ~! K
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
3 }, G1 H2 S2 Y( l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 E: A, e# d% e$ K
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2 _0 T* F) e& ~- E6 F) X) o K
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& }) \# |+ y) }1 K" y8 C9 |
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
% d4 C0 X; A& E! H; _- i预定这些DVD 的会员,因此我们选择第二种分配方案。! P5 j8 }2 J( P0 f t
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,9 M6 [5 [2 x, o% r
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。9 R9 `4 z/ w* B8 i" ]: h. [. g
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
# Y% ^: L5 c( d0 \- c4 }6 T+ r/ c" H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0 I+ M) ^: l! ], n' ]
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DVD9 W+ l: `) c6 f( `
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
% ?+ c0 d( M; q8 _- o7 W9 j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
' T! R8 N. N+ p1 u# w性规划模型,此模型在租赁方面有着较高的参考价值。
8 Y' o0 {* n7 O s6 Q 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/ B; u/ q" M z' {
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 a* I6 t5 E/ q8 I/ K# p心算法速度快,但得到的解难以达到最优。
9 ^3 f) Z4 W2 |( r, h[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
% H* @" D7 ` K# S6 U- G# F2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文: f k! {3 h: r# m# [5 P7 K& _8 _6 u
21 P6 X( L. m) [( | R* d
一、问题的重述- @2 C+ K0 A6 ?: j: i2 g
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: t @! g% r3 D) K) H
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
, A0 \+ l" a3 S- I0 E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。% F3 w; F' Q, C! }) f2 [
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" J3 [; ~ Y/ B+ a! F5 @
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1 ~* I$ O L1 e3 X; n
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:# R; J ^, k" A5 S' Q/ ]/ 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' P) y5 e) C' N
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 L9 @/ n1 Q+ c5 i z" U t40%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7 f/ L& M$ z# H# _; 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
, p, W' ? v. O; M, u* B果要求保证在三个月内至少95%的会员能够看到该DVD 呢?
/ a7 H; E% r7 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& e1 c' i. X: ]- n
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, u6 M* u5 X5 T3 f. b8 a) L! y
出前30 位会员(即C0001~C0030)分别获得哪些DVD。, {4 i+ R) R. q/ M; p! F
(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
1 |7 ^+ Y! D9 F/ y8 L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
4 z( ~# z# h; P/ {; R$ |月内95%的会员得到他想看的DVD,并且满意度最大?
8 d" u8 X1 `8 n, r& e8 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) ?: c- K9 X m2 D6 l
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& K- _ z' Z二、问题的假设
! ] }1 h# n0 q, X6 w: O4 ?! o& J1、假设所有的DVD 都不能拷贝
0 V9 }2 I# q2 Y0 Z7 R& o2、假设调查资料具有一定代表性0 h1 D- b1 |& D: {# I8 Q$ [
3、假设所有会员自觉遵守会员规定, y Q" b& C- @0 R' T" r
4、假设在租赁和归还过程中DVD 的遗失或损坏忽略不计, u; `0 ?. F: g3 j- b
5、假设DVD 的种类与购DVD 费用无关' Z J1 q8 s( p$ f$ Q
三、符号的说明8 X& W: M7 z' U
符号 符号说明4 p+ q D( Q Y, c; A( a
V 该网站拥有的总会员数
$ _. }( v1 O# f3 Z V9 ?Dij 第 i 个会员在线定单中第j 种DVD 的需求情况# x1 q/ K- u1 g% r% S
DLij 第 i 个会员对第j 种DVD 的偏爱程度
% y" T. g9 `9 W a7 B: S" @yi 第 i 张DVD 的现有量
7 |5 B2 o6 E9 z4 K& E- eMi 愿意观看第 i 种DVD 的总人数
9 {+ L- w+ h* l( _! JPi 愿意观看第i 种DVD 的人数占总人数的百分比! [9 t' B2 r a& I
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文3 O; X* P* A* o2 h' d' f
3
# K2 A7 T7 j. O# x& L9 ^R 为满足会员要求的百分比数( x/ d7 z, X3 O' x: G9 _( q
U 会员获得 DVD 后所得到的总偏爱度,其值越小满意度越高" G+ g8 ~ l6 H: [7 z, P7 E' N
四、问题的分析及模型的建立及求解
/ W. r3 f, c' [8 E" B+ i# S* _4.1 问题的背景资料
M8 N2 H3 p* O3 ?2 F: E" PNetflix 目前是美国最大的DVD 出租网站,现在公司预计可在2006 年达到500 万订$ x' j- c) ?1 O; O8 j: V
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# W4 C9 Q2 U7 W. { M ?5 q7 ~( e, a- C
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/ U% Y% }4 ]+ K) h
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5 j1 p! S# Y) | P. C$ Z
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/ E. m& @1 E' ?) W; V, z7 @; m8 c
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,, ^% |! w$ b2 w @6 A
既省时又省力。9 c+ W- s5 Z d4 ~0 T2 Z$ n- D
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
c1 [) l9 O1 H* w5 @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0 E' P+ b+ B B8 N3 _' H2 Y
了676.5%[5]。
; Y% v& T3 `6 _$ f7 @6 B4.2 问题一的求解
$ g3 n7 Y0 q) l4.2.1 问题一模型的建立与求解
) {0 B( B* u, D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
' q* ^+ O; ?, L/ W. p! A5 _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
6 R4 Y- I; K7 Y从DVD 的周转情况来考虑对DVD 数的需求量。- m a" O9 l2 {( F$ {" N
由题目我们把所有会员分成 A、B 两类:如表1: k8 c9 [5 b4 ?: w+ C
表 1
, f: R" b" j/ M7 U8 V( F) N" f( I K类型 每月租赁 DVD 次数所占会员总数的百分比 会员人数
9 }% `) N. _0 S9 H# D7 pA 类两次 60% 60000- u0 K' j0 D3 l7 M0 z. @/ {% ~7 J
B 类一次 40% 40000
, D9 W0 ?/ n6 F5 M3 d7 z考虑到 DVD 的周转,我们对两类会员作以下假设:
: Z$ S! a3 g5 I: `2 f) @A 类会员归还一张DVD 的时间X1 范围为3—15 天;, z& M+ p( @. |) w' g. H
B 类会员归还一张DVD 的时间X2 范围为3—30 天;
- i Z% y ~/ q r1 _) S7 ?( I5 O根据现实情况,我们假设X1, X2 都服从等概率分布,则:
5 x4 s+ O+ B0 q+ t2 F( U% v9+ P3 X/ s8 y2 U5 Q" I8 @8 G6 L& L
2
4 x. k7 U# Z9 S6 K15 32 C5 \& _$ E' p/ t6 T7 b* B6 Q
1 =
" p& Y! u& m2 n3 L0 h+
/ w+ ]9 r! U l4 |8 t7 oEX = 16.5: s$ C! }0 w6 S) I% j/ h9 n
2
# Z8 G9 q" q6 V) ~; \! X0 q30 3
6 ^- u6 [6 D M3 b( K# x& W k2 =
+ F5 m' d% R f1 ^4 i% h+: @' r" q1 r' t4 F* r' a9 ~
EX =0 Q' @, `# |5 {5 c
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
# V( S5 g7 m d% _DVD 在会员手中保存的时间大约在12 天,
6 ` ]& ^& P( R, d7 V& T- R那么:8 P% U3 [- \3 Z T$ d
在一个月内 DVD 的周转次数为:N=30÷12=2.5;
; |5 u0 \! [# q" G2 p/ W在三个月内 DVD 的周转次数为:N=90÷12=7.5。(设30 天为一个月)
' K# a* A* u" X/ r7 e# E% ?$ J* d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
. }' }2 }0 q% j; n, \% GDVD 的经验概率分布统计结果如下(见表2):' a, `/ C6 y: U8 Q1 J- ?
表 28 \; U% B8 r- V" F) F
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
+ x, ]4 p6 \) i. C! A' G4$ Q. [) z/ h+ W; m5 \6 U
DVD 名称DVD1 DVD2 DVD3 DVD4 DVD5
( V; F. D6 }. \$ X8 {# T经验概率 Pi 20% 10% 5% 2.5% 1%
! a: c" B+ x9 h: }R 为满足会员要求的百分比:一个月为50%;三个月为95%。
# k6 O( G; u- J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
7 @ r) ]0 q! g1 v# |7 Q员数)。9 g: V) h; d+ j0 O, l% {; i
那么所需要 DVD 的最小数量为:S=M÷N。(向上取整)
2 X8 b& G& s6 d+ ] B. d% T我们得到 S 的函数表达式:S=V×Pi×R÷N ;
: l" W4 ]5 ~, R/ P% }. ^ K" I求解得到每种 DVD 的准备张数(见表3):
! u- r( {: h( f+ K% w1 Q/ t4 X表 3& q9 F1 z) e, l9 a
DVD 名称DVD1 DVD2 DVD3 DVD4 DVD5
1 H: x3 Y# `; X一个月内至少 50%
$ _% V) A. H$ B" C看到的最少张数9 [0 K* M5 m4 p) c( g
4000 2000 1000 500 200
! T2 [0 B3 F# c( ]三个月内至少 95%
- Q. \' ]9 W' \2 G- R看到的最少张数2534 1267 634 317 127
$ H l1 N0 Y$ B0 q4 K4 n0 ^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
. Z2 r- Q2 y% \/ d z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' a& d* `/ N* T0 k/ z
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
% V, r2 I6 B H6 R# S: B* @最少张数为2000 张(小于4000 张)。1 Z5 _- B; o3 P' S$ F. }/ B
4.3 问题二模型的建立与求解8 k) j$ ^, b+ i: d4 Z; q
4.3.1 问题二的分析' a5 e' y" \6 W, x; {
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 R4 B( g; ]3 c. o ^- y
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3 Q+ y2 m/ c' ]) K; 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7 i& d/ ~2 Q& p8 p+ h) \# G
员对DVD 的偏爱度为:
+ {- M' E0 V) Hïî
, B* Q- z1 |1 j$ J" F- ^( Cïí ì5 z- U2 T: R5 c7 y0 y
¹
( C1 V5 o; E/ ^. `=9 f/ j$ V- L' W6 y: ?; e
=7 l. `3 ^* M, Z( L: |- `2 y' R' |
, 0
7 g$ h4 C0 `, b: a) M! a% ]11, 0
& Q W' J7 r! p- C1 kij ij5 d% |. x1 i! V8 `" t( h
ij9 [8 Q8 R8 y# }. v, i4 }: C
ij D D; m* z- o0 b% w3 N# {! X+ o% G
D5 i* r$ |' `# B! B7 t& V2 m
DL
/ z) N5 h- V s0 U1 y x/ v4 I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- z" V5 C( E) b$ A5 \0 _& 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' N2 V0 L" J( T' K2 t
第j 种DVD,其值为0 时表示没有租到相应的DVD。
* \" d, M; ], d0 Q; u4.3.2 问题二模型的建立+ V9 f9 N* J& {/ s" e7 z% `# f
会员租赁 DVD 满意度的目标函数为: åå
7 P- p4 l( R6 \! V9 {= =
6 p9 d2 p% D$ u$ A# d´
# Z, b$ p) `& [% z) Q8 n( y. u4 ]% h1000
( C9 k/ ^; n) f* |$ L0 W0 {1
5 Z. y' k6 k; {- K! j5 o100
% A' }6 [, t2 i7 C# b* r8 y a. M1
. q+ i9 S) Q4 L3 H8 Y- Xmin
' X6 t3 u! Q# g1 Ri j8 f7 Q+ d8 I/ I4 R' x5 l
ij ij DL C
6 S. O$ I2 S- x; m5 k0- 1 规划模型的约束条件为:$ y% p2 A& J5 D
1、每个顾客一次能并且只能租到3 张DVD;% L2 Y4 K1 H* o* p4 }( l+ ~5 y
2、租赁给会员的每种DVD 总张数不能超过现有DVD 数量。
& h! Q( C7 W( T由上述分析得到如下的 0-1 规划模型:
5 J y3 E4 M4 W# |2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
0 c4 `' |+ _1 ~ ?5
! K8 i, X! J! G7 T$ ]ï ï ï ï
6 E# U3 F4 c1 t8 a' j# q' [" K5 zî
/ R! x) J: p' G7 M @ï ï ï ï3 p. K2 ?3 m6 s$ F1 A# h8 r7 X
í
1 a+ o9 L4 c3 ?8 ~# Z1 A3 Iì4 f& _/ U) h% f- F2 ]9 S* H+ r$ ]. ^
= =% X" ~; s( E# p C
£ u4 M; c. p! P& l3 s6 _
=
( U! v' k8 R* @1 i0 J1 ?" F=
$ q' h9 p3 m8 P´
6 |2 t$ | w$ [3 @- B- A4 vå7 ]9 x- I' F' Q! x% X u
å7 T7 c# Y' {: P& ^2 t+ a* k( z9 q
åå
+ Q$ z" e! T. P: g2 ^; q=
$ R5 W3 N; v, Q- A=
4 m0 d& w6 Q" c: N= =$ Y8 e- \- B4 i4 L/ a3 p! @
( 1 1000, 1 100): |$ t9 r# Q# Z8 W2 X
3
- i" J& }1 P0 t9 @0,16 p! U/ d3 k- z3 v+ `
. .9 b5 w! Y' u: l3 g1 ? ~
min
- u& J& t1 V$ T3 S- {3 m& ^1000, l Q7 n& Q5 V6 j9 w$ O
1
# a/ d8 @% ?9 ?; n100+ ~% T, V& J6 d. B7 z" n
1' T' b% {' T" C$ r2 f
1000
# s) h7 I5 H! E. R: }1! Q( P2 j, b# V" b4 C
100 J& }$ N- u' \( O8 S, Z$ K
1
5 B, d$ R+ _: |; @" E4 vi L j L* h* d$ H9 D' F" E2 k
C y; u5 A% y7 ?2 T* c" i
C* b. ]% b4 @. m# ]) L0 [
C
9 j& t' K' [7 A; e! r1 Qs t% c+ ]7 f2 C* d! {
DL C
; t6 T- g: I$ E; li
; o6 v7 X; i9 V# L1 R# V, Iij j
7 m+ ]% |& z# _& u% P6 Yj
4 s. A( \' ], m0 Yij" I3 E f- K. R) p3 p% G
ij! u, o5 I( B0 M
i j! I6 M3 Z# }: X" V) q9 ]* G) p
ij ij7 D3 r6 A; @% u+ G q, x
4.3.3 问题二的求解
' k5 S9 }' ]" k# S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
. `: ~1 d q% G: SCi,j 求得总偏爱度为åå
+ b9 O9 E( `; p& E+ u2 ]= =: U% U7 | {' L) u, z' \, K2 h: A
= ´3 n' @" t1 S5 q; R
1000
* m3 m7 ]0 c, @2 q1
' }; r) ?* _2 e1 q: r1 `1007 v4 @! r2 V5 {" o
i j 1
& e! D" g- e! W4 N Cij ij U D C 为7924。由Ci,j得到分配了30 张DVD给没有要求
- I+ A% U3 s* j Y预订这些DVD 的会员。前30 个会员租到DVD 的情况如下表4:7 [8 F* M* O- }" y: d" |( C4 b
表 4- U: Z# P9 h; }+ z) R: P) k9 `
会员号 C0001 C0002 C0003 C0004 C0005 C0006 C0007 C0008 C0009 C0010
9 t$ G2 k# J# Y. H) L) ^3 q1 8(1) 6(1) 32(4) 7(1) 11(3) 19(1) 26(3) 31(4) 53(1) 41(6)
+ _; L+ }; F5 A6 I u! ]) I T2 41(7) 44(2) 50(2) 18(2) 66(1) 53(2) 66(6) 35(5) 78(3) 55(2)
6 d4 o+ `5 ~! P2 l0 X: n2 K9 H( U9 I分配 |- f: M; y* y% {% w4 _
DVD 的
" d* |# {' y9 }2 D9 y' Y0 V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 R, N- V+ ^; H4 H1 f7 } N
会员号 C0011 C0012 C0013 C0014 C0015 C0016 C0017 C0018 C0019 C0020' W- V( n$ N% W3 x4 r2 d; Q
1 59(1) 2(2) 21(3) 23(2) 13(1) 10(4) 47(2) 41(1) 66(4) 45(1)/ G0 ]4 O# a Y& Q
2 63(2) 31(1) 78(2) 52(1) 52(4) 84(1) 51(3) 60(2) 84(1) 61(3)- G, G7 g) ]1 a! I8 u/ B9 w
分配
8 S* ?$ `* B( q4 }0 A9 gDVD 的2 Y4 |. s" u9 \$ U9 X0 e. m* x
种类号3 66(4) 41(7) 96(1) 89(6) 85(3) 97(2) 67(1) 78(3) 86(2) 89(2)! r5 r3 ~. q! g. z# v
会员号 C0021 C0022 C0023 C0024 C0025 C0026 C0027 C0028 C0029 C0030
; Z( y& k1 F( e# e, i. S/ n) F1 45(2) 38(3) 29(2) 37(4) 9(1) 22(1) 50(4) 8(1) 26(4) 37(2)
. u1 |9 I$ Y8 b0 C" e. J* _" u2 50(5) 55(2) 81(3) 41(2) 69(2) 68(2) 58(1) 34(2) 30(2) 62(1)
; p7 r* ~* h! n/ |, K分配
2 v, L( j' @% t; V% X; bDVD 的
! P8 \+ I) g( _4 X' n/ q种类号3 53(1) 57(1) 95(1) 76(1) 94(3) 95(3) 78(7) 82(3) 55(1) 98(5)$ Y0 t- t% t6 j
注:括号内的值为会员对该DVD 喜好程度。! E4 F: t% b' p+ s/ S v" D/ R
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
5 j* g; v* R* u4 Q1000,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% o, l6 P7 X% A3 X7 B
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。4 f0 t2 K* Q) s5 Q8 U+ v
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 o2 \0 s3 s# r* T/ \! E3 W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,
# l# S" O3 [ z6 V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
. a( n! c. ^! u% S- M# a% ?2 E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2 \, F2 s3 ^* U' e' P: p
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
' H5 W$ V# q. q了没有订这8 张DVD 的会员。; a0 R( b# N$ i4 E- i1 T; g8 t
比较上面两种分配方案,我们选择第二种分配方案。第二种方案下,前30 会员的
$ J- T6 a0 v& q4 z$ J3 A' F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)- H) m+ J, U% B
4.4 问题三模型的建立与求解
7 C; f8 Q. |, o. F$ ]9 Z- @0,1 变量
- e% a4 \- K6 e; e( G! A N每位会员租 3 张DVD
5 o& z6 a i+ i$ L* ~. gDVD 现有数量的限制
" y6 E7 X: i c0 a3 e2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
& z4 `. p* F+ }! ~* G3 I' L6
/ m* ?& F! w0 w* M9 i4.4.1 问题三的分析及模型的建立* L! I! D/ A/ N( 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' S$ e( r' b) K! ^
会员的满意程度达到最大。4 \1 V! F$ x8 x9 d; {- L
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7 ?, [/ J& G9 ^& X5 B! ~3 V. A% Q
记pi 为 1,否则记pi 为 0。! a% n2 N' _5 `" `2 \9 f1 m& x
ú úû
# w% e1 v* P, v0 K# r4 L tù
* k0 q7 n$ G! F0 Y n! vê êë
# {0 k, x; ^9 ié4 V* S0 { ~0 {; _, u1 Z
÷ ÷ø4 ?6 g/ n& J4 T7 |
ö
2 E( U7 ^! e, N L$ \3 Q3 eç çè5 o+ c) p+ }3 X1 T2 A) p
æ, P" B# A% I- n& ?8 K# X' n
= å
, ^9 l* b, R* @9 E% Z% ]=
+ }' D6 G' A4 _- L$ D6 N3* q. f; Z v+ ^
100/ e7 _0 L! L0 N ^% D
j 1
" p! V8 H, E8 Hi ij p C (注: []为向下取整)
8 u3 c! e0 O1 T! i. M" m1 L4 S- i要使一个月内 95%的会员看到他预订的DVD,则得到0.95 10001 w; e+ B5 i J& R: r. ]0 o8 G
10005 _- E1 f! t# z- U/ `
1
+ D) a1 L9 I7 X$ N% i2 _´ = å8 W/ X' b7 Z; g+ r' }0 N( T
= i- Y2 u; G/ E9 A3 f# P2 Z
pi
9 k0 [ P; _ B# ? p/ T9 A根据问题二以及这里分可以建立以下模型:* |9 c0 C8 t7 s+ t: {
ï ï ï ï ï ï8 y' a4 F# w4 f% k
î9 ]6 E( q# V! A& u+ ?5 x
ïï ï ï ï ï: ?$ }/ b% B9 ~+ b0 R3 X
í
% l5 O- z( w: ], b' t0 zì
* o/ ^$ e6 S. v' _; @! H! h= =' @+ M3 W9 j' q6 k. J2 l6 |
=
$ W7 V: Y: a- z8 s8 }ú úû
, j! d' x& d) ^6 W4 A4 D0 B& Pù0 M, U) l7 L5 X M: x, z) g
ê êë h7 n! s8 [$ x8 J$ U
é
) W/ l& D7 c4 ^÷ ÷! }$ d) h' @5 s; l4 Z* f2 u
ø5 B. j5 Z$ x4 E |- X
ö8 r. g: ^. D( U
ç ç
6 M2 t, a. p* c; q& {, W' Jè4 G* F0 c: I2 [- _* x: J
æ: l0 @/ x" s- B6 t2 B; g7 B# V
£
. i6 a! r, S/ U' m=
. n2 i2 f7 Y& Y3 }, }=3 \* p8 p' x8 y3 ]: X9 [
´# j& m4 \' L1 k: z- u% O+ z
å å+ S, @9 |# t% \, Q& S7 x! ~" k/ a
å
, M1 n3 G! X% `å0 F0 W N! E) }
åå
/ r; e5 X6 Z& j% [= =
( ?% Y7 @# H! t. j8 B5 N6 m* l=
% e" A3 n; w' E; ~=6 s0 O f% H: H& [2 {. B9 H4 E' t0 H
= =5 \+ l i! D6 Q, n' p) e2 C+ s
( 1 1000 , 1 100 ); r+ \# G# r. s/ H( e
3 0.95 *1000/ W* [- Y" V6 j; n
34 k/ V( u. i: X. }4 S9 p2 k6 d. w
0,1% [* M2 R- n# w/ v8 E1 g* K: v8 r
.
# m, R, b! l& }3 T- \, d( Pmin4 w: t5 j8 z% q) w/ c5 i: K% A
1000
. O7 D* Z$ }/ ~) l+ l+ l1% J: a: ~+ R% g8 g, m
1009 l7 E7 g; X1 z
1
: C& k) Y6 n! E/ y4 a1000
D5 I# Y" o% `: o# h" K2 |! }11 `4 N9 l9 z' y0 g! X; `; N7 {5 C; x: B
100
3 G7 }9 G6 O( Y0 z1& Y, V, l9 [ `8 M+ m( K
10006 V8 v* t- \3 i) B
1% V" y' m! C2 |" i1 L- w6 l
100
4 g% n4 d" w9 `1 E8 D1% R0 ~& r" y/ q! X4 u
i L j L
) z! {- J) l! s/ @+ IC
( X5 C% B4 B) o* t# a2 A5 Z1 X4 KC y2 q! K6 x7 d2 s' r' J/ B/ N" U( @5 b9 J3 ?
C" e L: @% K# U' w6 H
C
/ h! Q* G. Q" I5 o1 W0 \% os t3 W! X. t0 H3 u, y8 f1 F+ d
D C7 L4 B6 y+ r2 C* o1 t1 b
i j* o7 O/ N1 G4 l8 l3 B# D; i
ij
' t' }/ D( R+ }9 E. r; }i
9 r) y) b% o/ ~. @) fij j8 c! y; g; }7 `! R; e- m
j
# z6 G' z0 f, ^9 t1 oij2 T) _6 d' x% V# P( G
ij. F7 V* h1 M2 V+ ^
i j
! b# B" R* Y& g8 bij ij
7 i3 S( x. b! E2 C8 _" ^4.4.2 问题三的求解
% P# u$ r E0 ^6 E, a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 W. u1 T2 ?& I; ?5 j: R
如下假设:& b' Z3 X0 x6 B [0 q$ {; z5 T8 T
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& v: F% ^+ g: M
还DVD 天数在3~30 天内并服从等概率分布。0 c: M' \; B6 _9 A$ h0 A- m
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
4 w5 _9 h2 `/ q1 p(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
- N8 X0 ~; {! Y! p+ oå=
& G/ G$ `8 l$ S w( ]-
$ v4 A: n. M5 }# V-
2 [& N! a3 a) S+ o1 M$ h=6 f7 Z& T) g7 L& l
n
3 `8 W& M9 f3 `9 di i
& ?2 c1 e/ U3 Zk& A3 J! a, m( x$ S: w- l9 r
p k$ T. A" d1 |% c7 M. v% F& }( z
1 114 M2 @. q' J" ]+ f0 D1 X: t
11
% J. q' q5 W+ t6 N, k) u9 _. Q' m( ) ,, x5 d' ?% m7 w0 Y4 K6 r. }
c,假设已经租到DVD 的会员只有归还DVD 后才能再租,. I" N' @& V1 T
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
/ ~0 g l5 _/ }1 k2 Z求的最大量。仿真流程图见图1,程序见附录。$ m G. P5 E) S5 [! Y' O- @9 a
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,4 Q* ^* w8 t9 e5 |6 [
其中一次结果得到各种DVD 购买量依次为(见表5):
# c3 M+ n/ v. s8 n" g表 5( j& |5 K( T; U3 ]) |$ B
D001—D010 28 33 29 26 24 30 31 35 28 27
. s7 N) t* k/ QD011—D020 25 24 35 39 23 34 37 29 27 35
) j3 S. D9 @6 o, XD021—D030 33 31 42 28 32 32 27 23 35 354 b0 a/ y6 `& y: {
D031—D040 35 29 22 28 38 32 30 33 30 29% e$ k4 t/ T' o5 u7 j
0,1 变量/ Q& K; A& k# ^9 e
每位会员租 3 张DVD
6 `) d" Q% j2 D5 l1 }DVD 数量的限制
8 S" Q( Z+ J; j2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
2 G3 `9 Q4 H% j# z9 M7" @* z0 p' ]) }7 V t
D041—D050 34 39 23 25 38 32 35 35 27 30( A: I) U9 J! u1 [/ @
D051—D060 31 31 38 21 30 32 35 31 36 38
2 x& C# t! p* y! J; w9 W6 E& U; R9 h" s9 AD061—D070 25 33 23 33 34 43 34 40 42 36
% q+ k3 j% r( C; M' _5 E1 I1 p: wD071—D080 35 36 30 30 33 29 21 31 23 33+ e) o/ E! ^; q! q! R2 m
D081—D090 34 20 21 26 33 20 31 20 38 32
6 }. T/ I. S8 O3 G- n. k1 jD091—D100 43 25 30 31 29 26 29 30 26 34
& t& ^& q, ~% _7 M, z- G总和 3086
- O- Z0 D6 X! h6 VY8 [6 A R2 e i
N: G' L# B ~( D! q0 Q- k' Z Q
Y$ y! P2 z, `- T" p, k
N
! k2 y$ W, @2 r5 F! yN
8 f0 \" x y; c1 hY
% Z' C3 Q( w6 DY
O. r& m+ c9 Y6 r# [Y
3 O* C- M) ~$ `5 Li<30?$ q3 h( J+ q/ D5 L$ j" L
i=i+1 第i 天
$ Y! _0 S. H( m6 C; Z6 W* bj=j+1,
1 X3 @( ^4 Q5 e第 j 个会员
: p% q4 j1 F- Z4 q, g8 H* g; gj<n?7 H5 Z5 \# K5 z1 O2 s% o8 q# M
会 员 j 是否还
& B! b2 b2 H- X租到DVDd1,d2,d3,+ V/ I- {! Q5 O3 u) \5 {" e6 L9 y
D(d1,d2,d3)减1; [% ]4 |' \; M% Q
计算 30 天中Di$ j* C. T, z" a
的减少最大* l/ |) t+ M0 U9 h2 w) ]# ]
结束
; a( n0 i0 k# k0 t8 h) xN
- M- L! a5 x# M将 1000 个人分类i=0,1 \7 {' {5 U w' @* b
D(1..100)=1000,- j1 ?% D8 [* o* D- |% N
j=0,n=10006 ~! H$ M: n0 V4 n' S# N+ w6 S
还回 DVDd1,d2,d3,6 P( k: T0 r/ \* Z) g
D(d1,d2,d3)加1
. f+ U; e5 O9 P会 员 j 是否租
& G1 U. m& c4 [1 c* V" P2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文& w9 y# N# x }( z( A1 c
8% ?$ |; \/ {3 _" N
图 15 U6 \8 I" m Z0 k A. U k
4.5 问题四的分析% d4 s8 m4 N1 ~
我们分析了 DVD 租赁的实际情况,发现以下问题: M, q3 c2 I1 P, \; O6 C$ V P, D
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
O' y4 f) P. d# l情况?$ ?7 k7 P/ a; Z f' {
假设前 5 个月的DVD 总数的需求情况为x1,x2,x3,x4,x5/ k" S) m/ n- W! ^4 l, W6 f
对与上述问题,我们建立灰色GM(1,1)模型求解[3]。
7 ]" S% j) g, [) Z1 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:
9 w; Y/ _6 A) x/ q, d* xX(0)={ X(0)(t) t=1,2, ⋯5} f4 N" `3 E$ Z! I2 I9 h
={ X(0)(1), X(0)(2), ⋯ X(0)(5)}, k6 w0 Y! C; T% ^8 f
={x1,x2,x3,x4,x5}* `2 b- G7 c$ N, I8 x- ?- _' R0 K% a( ^
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
* L; G) B, _; V: q9 ?4 \(即1—AG0):7 c% v; h3 J2 `* X& j& l! X
å=
6 |, y* Y4 X G/ `=
1 M, u# F8 q+ b. F) e& [1 o- r3 Ft
# U8 A5 \1 q3 S2 i. n3 {m
" p/ _2 S- G7 [' \2 FX t X m
1 ` ~. P* r. Y4 X1' k$ v/ c# i3 a4 y8 d9 C! T
(1) ( ) (0 ) ( )
, d% [" b7 h; j, q2 v8 V。得到生成数列X(1),如下:3 X7 w1 G, A; n0 X; y! L
X(0) ={ X(1)(t) t=1,2, ⋯5}
. O& {; W/ I9 U2 S={ X(1)(1), X(1)(2), ⋯ X(0)(5)}* q a5 ^& \8 o
={ x1, x1+ x2,x1+ x2+ x3,x1+ x2+ x3+ x4,x1+ x2+ x3+ x4+x5}
; q( ^. s! s8 ?2 s6 J构造数据矩阵 B 及数据向量YN
) z1 o; u! j: b. c) M- V! e( o& Gú ú ú ú ú
2 V5 C3 W: u3 S) U+ U/ v# a- @û4 I) W+ f) ?4 e, _! ^. n0 O5 g
ù
! ~ d9 t2 S9 E' e" x" ^$ tê ê ê ê ê0 W O$ ]& e0 M! x$ O# g- _
ë
0 u. S( `" W' Q( eé
4 G+ O9 _8 h* L9 Y( ]* V7 A3 e- - +0 ]. d; P7 q+ k4 ?1 j
- +
! t- _# w8 Q3 `- d, y2 r' N& L- +
. N3 V, C$ F/ ~( b) f' t9 P5 ^9 Q=+ A( M( x5 d/ J) Q0 M# I( G
1/ 2( ( 1) ( )) 1
- E! v( q' E! g. [% [2 l) Y1/ 2( (2) (3)) 1
/ E1 j' G. |+ h+ O$ B8 _2 k1/ 2( (1) (2)) 1
. I6 c: C j* s, k \7 A2 ~2 d* G(1) (1)
, Q/ z: m" h4 P1 t(1) (1)2 Y9 z% A1 E' h% |( i2 u
(1) (1)
0 C9 L4 ^, W. c/ J! n5 BX n X n9 w1 k1 K1 M, @: W" A
X X1 H( x; c" b. p( I
X X. F6 Y( z3 b: y7 ^$ z* M
B
) ?) @5 a, p L, ^8 G7 PM M
- Y' ~5 h9 k% J# c% ?YN=[ X(0)(2), X(0)(3), ⋯ X(0)( n)]T6 Y) K+ \% v- s% O' @% g
求模型参数a :% p2 O! Z# D6 h& d
N
8 K) ?# d5 V9 B1 ^* Z ka) = (a,b)T = (BT B) -1BTY6 T2 m4 _5 F/ F4 B* S
建立模型:根据参数a 建立模型。模型的时间响应方程为:! n- q2 T+ W' l( A8 k6 A
a, d: A* r& _/ ]9 {* C
b
! E+ v$ {4 I" s9 Y8 E7 P9 oe/ z% @, Q$ u$ C2 F- }" g( ]& x
a
7 m6 G- Y# ]* f5 ?8 Mb/ s. B! I+ W2 d5 X, _7 X! ~9 Z$ y: S. v
X (1) (t +1) = (X (0) (1) - ) -at + )
& G" D+ z# z: `7 G模型的改进:/ F5 ^3 Q8 j8 I% a* p9 k# @
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# f0 x/ N; z! [$ p3 ]- f写成:9 B3 n5 \0 ~/ {4 N7 z
X (1) (t +1) = Ae at + B
: y) Z, K- O+ M9 c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
1 q# ]7 ?' V. y: U( a矩阵G 及数据向量X(1):, b' ~* w) e, \! f
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
* ~) H( y' ]* o" t! o* k/ o& g9
3 w) I$ W o: Wú ú ú ú ú
* x ~2 M5 x; [- t8 ]' N9 Xû
" ^% q% b x& K9 Où* t6 `7 m# y7 L$ e, v( }5 x( t
ê ê ê ê ê
1 J9 Z4 x% h% O m. @1 Lë
$ O0 ^3 S$ t) t1 U K3 aé" p& V' Q1 L# U0 }1 ?
=
" y) H' h9 U% ~9 z+ H- -
' ?' N6 i) o v, I-8 W D2 n* q3 L
1
2 s2 f: c! C% P! |% H" |! g10 b& z# N+ \1 }% ^
1
7 }& X7 }5 X7 ?2 ], X) @1 T( 1)% ?+ D d8 p8 n- v% v b
0
' s4 A* V* i1 Z2 Xe n
& [0 i R7 ^1 W- b4 s4 ^# qe+ u K, A1 _ K+ ~& D9 |
e
- O- X! _1 r4 e4 i G3 w7 @G
* h+ @; l. R6 S, c* ~- X$ n2 Oa
4 K5 A* u/ v- p& ]& c0 Ia
3 q. F! f" ]- C9 H: f1 p9 S. E7 P) LM M% D8 b! ` p- C$ t. h, r
Y(1)=[ X(1)(1), X(1)(2), ⋯ X(1)( n)]T
4 {) Y' M; N/ M3 A0 B求出参数 A 和B
3 B6 t% A, x2 w+ Z+ s; {7 s9 m(G G) 1G X (1)5 `. S9 |7 p* a9 X- ~5 h; w( K
B5 I" ^2 q2 g# K
A = T - T ÷ ÷/ g# G/ k# m, u
ø" F% `. J y2 g
ö8 H2 n6 _8 q& J! S
ç çè7 L; o8 V# ?' x, F
æ
) k9 {& |% u, K4 E! ~求出时间相应方程: X (1) (t +1) = Ae at + B, {' ]) Y' A; U' Q4 A6 K
则需求总量的预测模型为: X (0) (t 1) X (1) (t 1) X (1) (t) ) ) ) + = + -, W( U) I5 z& D2 S5 D
4.5.2 网站月盈利与网站DVD 购买,会员会费的关系
* [5 L/ b; H% a& o$ c b6 L9 t4 O: 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' S7 b, S* A& o# X" L
买DVD,如何确定会费使得网站盈利最大5 }$ j" C# h. Z" ~- w
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:
; x* i; }3 @% y) aW = f (e,m);' [! a2 E" f( H* N
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
9 S6 P' R- J5 |9 j, s \1 g有关,设:7 I9 B4 {: @; g
m = g(s, n)
8 r% O) P' R- u6 p2 B假设拥有第 i 种DVD 的数量为ai,第i 中DVD 购买价格为bi
4 d" [3 K7 v, z N/ a' r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
/ I! q7 a5 a# Z根据以上假设建立如下规划模型:# ]6 F6 X0 b, [6 C8 _
ï ï ï$ u: ~/ l* x" C, K4 `
î
4 q' g- y( I* C& E0 M& u; Qï ï ï0 z4 `' ?# N7 L6 k* C4 E
í& ^7 u4 _# U5 K+ o E- R
ì
. F* y2 H+ g: q3 G, b) a6 V# B9 s# L=
% ~% b8 O1 \, y* C% z$ {" \=
# L! c. _2 s4 p& r$ {=7 G1 _# y: E) F% J
= ´ - ´5 k0 Z7 Y! ^" j
å
' W# w- Z: `; Kå
2 f+ Z' I3 q2 |' K8 ]=( T' F- n3 m) E8 |0 D0 I. c6 H
=
- S. q& h x: `0 An# d4 w. f9 D" J1 P8 Z1 n$ Z
i9 f; I2 x" {8 y: ~
i+ h4 f: J* f% a2 Z4 n7 y0 d
n
! H+ p5 r+ q( J! ]i
: J$ i* A9 ? A8 v0 ~, y( ]i i
# w$ O1 P4 F K: A; k" Js a
3 ?6 r* w0 T: W# k6 z9 Um g s n3 z, t1 r, {, I) t" W y% u- \
W f e m0 M1 s1 p$ D+ l2 G/ J
s t' A0 Q- U) f' N* P( ~, U' k
F W e a b
0 w [2 x3 ], a% q4 w4 x6 H2 Z1
8 \; E9 ~2 ]! s. Q; K1
6 U& L8 A3 c1 }9 m' a5 y$ Q( , )1 N9 x2 h! y* G% t" Y1 ?* K
( , )
4 j9 u* {& V, W1 e) i. .9 t5 D3 x2 i B% D Z# T |$ S
max
8 y: ]( ]6 i, ^9 y* j' a% N2 j六、模型的评价及推广" L& e9 J2 T3 k: B
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
" m6 K9 ]6 c& R, A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# p: G% B& r8 K" n/ x
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
9 a) j7 D) d2 Q5 G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
5 n& \0 l# i( l% v1 i' J3 F1 m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。* n6 C% ^$ n- {$ D- p. T5 i
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文1 t F' O& g$ I4 ^ T
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$ {4 ?5 d2 W& L8 L8 |, l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
, [. H7 N! i+ \& R5 w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
s+ g- q; ]5 K5 K9 K4 b, x( W$ T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。
3 H' b$ C% p/ C, k- N. `8 `) P' H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。( d9 n! G/ t$ l
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
/ l. W7 \' t9 ]! P# d. F/ f6 x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- U! f5 _) d9 i# ]* T
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
' }/ b0 q4 k/ N% T4 H8 T1 {结果难以求得最优解。' p" }+ G6 Q4 s
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1 m( D& G7 F6 M- g2 o
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
+ D0 g5 `, e$ g实际情况,但在精确性上还有待改进。
0 l- `0 c$ P, p6 M) B \4 ~$ O# _9 c[参考文献]:0 M/ Z E) O! `8 a5 v# B* |
[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
8 g/ a6 M6 U* E# b% v6 }[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
+ ^ R) t0 _2 X* C# L9 ?[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,
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[5] http://www.netflix.com,2005 年9 月17 日
" a4 e6 m) b# [9 c% l6 _[附录]:
7 G% d+ n+ b5 n1 p0 Q5 y2 T1、问题二程序:
: Y; R" ~8 {: v# s! |3 h- ]1 s4 s运行软件:Lingo 8.0
% t, F/ B, |/ ~7 W8 F/ [运行环境:windows2000, |( D) i9 n0 c2 {/ u
运行时间:24 秒/ V5 j' @5 J3 N% x' n( k
model:
& E6 l; b) x$ z9 dsets:
0 u" ]) x. D8 xcd/1..100/:dvd;$ n' _& h' B, T: c5 \1 x
ren/1..1000/:people;! r( ]. Z# j( F; ]) S% U: T
link(ren,cd):c,b;3 {$ G8 k, D& i- w: P
endsets
$ s1 g0 J* s8 K( {( B9 N- G+ m[email=min=@sum(link:c*b]min=@sum(link:c*b[/email]);0 E, {3 O2 Y! t1 P% v
!dvd总数的约束;
J, E4 o% G0 j8 Q$ u" G@for(cd(J) sum(ren(I):b(I,J))<dvd(J));) I& d; e: p5 Y2 T3 d z, w
!需求约束;0 Z8 G% ]6 l, k0 L3 E8 h
@for(ren(I) sum(cd(J):b(I,J))=3);
8 P9 |5 D8 y7 k, i@for(link bin(b));' k1 F# z! [' E0 @. g4 f* d
data:* w5 R# \$ s3 D4 e
c= ;!输入偏爱度;
/ B3 _1 N: N& z3 u& Z0 hdvd= ;!输入现有的每张DVD张数;
7 [: T6 I3 @9 w! @enddate: J6 ?; @ s8 j- r. t
end& z/ z8 ?& H2 i0 V
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文) k; j7 M+ ]/ e8 k$ x6 q2 N& E& B
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4 g9 G3 k) k/ f# \运行软件:Matlab 6.5
. @* u; r9 H8 X" h运行环境:windows2000
- |! r1 M0 Z7 ading=[ ];%输入订单表
! \( q2 {1 E7 h5 v5 Zb=[ ];%输入由lingo 解得的最优解8 D0 R: w3 c4 N& _2 m4 q6 H) j
k=1;
7 K' M" O$ I. @for i=1:1000% x 为分配DVD 方案表. P7 p- c8 O* _3 e
for j=1:100
$ I, {0 R O- R: V4 `9 |xx(i,j)=b(k);0 k8 J8 _2 `7 {9 u8 D
k=k+1;
2 `" I& h% h- Iend
% P! I- z! d3 W! G( S9 n/ h3 hend
3 Y# a4 i7 s8 h8 a# [3 l7 Pfor i=1:1000 %满意度
+ f* c4 Q$ ?& Jfor j=1:100
% q9 e, E$ A1 K4 b6 ?$ Gif ding(i,j)>0 %ding 表示订单表8 k! `( ~0 S: @2 c- ]5 V# d2 [+ W K
man(i,j)=11-ding(i,j);
5 R+ A' ~4 s3 j5 g$ c8 ~4 _end
$ Q/ O! ^( d' Pend9 f0 z2 Q2 ?! }9 t% m5 g3 i
end
3 i) M2 m! E2 l' y( ^tt=xx.*man;: ^2 n/ s/ `* @3 a
ts1=sum(tt( ) %ts1 满意度的最大值
4 `8 |$ P: B7 S$ }, D3 z" o, Ptt=xx.*ding;
7 r3 l- d5 R# L* s6 r1 C1 u) Ltt2=sum(tt( ) %tt2 订数字和最小
: G1 @( r6 B, k' gfor i=1:1000; h& t, C$ X Q
k=1;7 G" \" R9 K( [+ G% y6 E7 E/ i/ A9 F! ^0 u
for j=1:100
; E/ t9 P8 l5 E0 T3 Bif xx(i,j)==1
4 j1 ^5 [ f. g z* jd(i,k)=j;%d 表示发放表, A7 q$ F+ A! b! K
k=k+1;# a# R1 ^2 o- N3 |
end( E* R) C- e5 t" W
end
X# Y3 g h3 B5 T( D& l6 Rend
/ t4 r; @9 e) G/ U8 ofor i=1:1000% d) t6 `+ Z/ u8 W' S+ N
for j=1:3
q+ Z+ `7 v& k6 O% H- U, Gddd(i,j)=ding(i,d(i,j));%ddd 与发放表对应的订单数字
# Y. J2 i4 }4 X( G8 d/ kend* r! Z' S m% _: h+ B
end
4 |4 P' t. i; \# \k=0;%租给了会员不愿意租到碟的个数+ H. ?1 J( U* M8 j& K' E7 A1 t+ A
for i=1:10002 e z4 Q' @# I1 @8 F
for j=1:100
: d0 K2 _0 j" ?5 L' mif (xx(i,j)==1&ding(i,j)==0)8 ~) ~$ P) N2 L& k
k=k+1;
, W: Y( C0 x) S+ Y2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文 \/ V* o/ [' E4 f' _% z
12- J- M$ x9 p& O1 P. a( l2 L
end7 c8 F$ x! b+ W% u7 D: u9 n4 x c& W
end
# M! x" [: _7 Q1 r j8 _0 cend
$ E( E1 a& s" {' Z. t; C' Ok
) L2 [& G* c, A: o2、问题三程序
2 d# } i* G: t- f运行软件:Matlab 6.5. C3 u0 P8 f p0 Q; f
运行环境:windows20003 M1 h3 [ {5 Q( N/ ~0 h
c0=[ ]; %输入在线订单表; k* R$ [1 w3 \/ n
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,
* u$ f1 u7 ^% o1 ]8 E) ?0 G& holddvd=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,5 [) t/ a- A1 p8 W) _
c1(j,7)表示借次数
- ~$ Y3 p8 h# P2 U w9 `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
5 M* S$ X$ g; m [人3 e) _) i+ w! _5 x* z1 ~
a=10;b=20;
- W, y% w4 t* Gyt=olddvd;
, J* R1 @( R3 l0 N' n% V, i6 ]1 [* O! k& Kfor(i=1:30)%对每一天的情况进行模拟
/ j1 t0 C8 X$ Y5 [# |9 |for(j=1:n)7 ^8 o4 h4 Z) T; T
if(c1(j,4)&c1(j,5)==i)%还碟. e- `( j. y7 u% o! x5 o& b
if(c1(j,1))olddvd(c1(j,1))=olddvd(c1(j,1))+1;end* R* |0 [/ L* b! N
if(c1(j,2))olddvd(c1(j,2))=olddvd(c1(j,2))+1;end3 w E7 m! d0 [ Y5 j' i
if(c1(j,3))olddvd(c1(j,3))=olddvd(c1(j,3))+1;end
& q3 d4 S5 H7 n3 F fc1(j,4)=0;% O: F7 T3 x3 ^4 U9 }, l" `* b
end
, M# i7 ]* [" |" \. \. i3 N Lif(c1(j,4))continue;end %以下可以租
7 b, d( o, C: C" t% x& n$ ?# oif(c1(j,6)<=6&c1(j,7)>=2)continue;end % 60%的会员租了两次不能再阻* K& }+ S+ E; a' c/ p \
if(c1(j,6)>6&c1(j,7)>=1)continue;end % 40%的会员租了一次不再租
; }3 r, ]8 v: N7 Y1 eif(unidrnd(100)>95) continue;end %保证0.95 的概率能选到) _. q: O; K& B7 ^
c2=c0(j, ;%以下开始租
. l" O- e1 \; Y( dts=0; E V% _$ D1 o- n: M4 z0 ~ I( e
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
6 w/ `$ A& }3 p! B! {: G生成三个随机数# D8 v, L9 e& u5 W5 T! x
ct=0;- ~# d1 P% E3 q" N2 C. ?
for s=1:100
' e& D6 j7 d1 Z' f" [- uif(c2(s)) ct=ct+1;ts(ct)=c2(s);end
" c3 l8 C' K- I! x1 r! i2 Cend" f A4 i' _" Q1 Q4 \
tt=length(ts);
* z) E0 Y- {1 L7 }- f1 v, O%tt=max(c2); %第m 行的人预选个数* \7 H, {: ^/ P/ a! {1 Q; j
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
7 b9 _. J& g \" u; t9 q# W, m0 ^) _139 Q- Z4 w0 r5 |% W! ^, g5 G4 E
%ts=1:tt;% D4 m6 }. ^7 e7 k! b
ts=11-ts;1 \7 s8 ?5 Y. I' ~/ V
%生成三个不同的随机数,按照概率
, K" l8 m2 M( b. _: W" N etm=sum(ts(1:tt));
, ^1 ~' k# a+ Nt1=unidrnd(tm);%生成第一个随机数2 m. R& Z5 z1 E! j% |* i. B1 m- O
t0=0; ss=1;$ Q/ s: B& h) K5 ~9 M4 S; \% n
while t0<t12 |6 p! W- D2 [2 g- W: _0 z7 l
t0=t0+ts(ss);
6 A: u* s1 a& P6 tss=ss+1;
1 Y( |/ k1 p) y8 H# ?end. L& L- d0 E5 h9 a0 e( ]
ss=ss-1;+ ]* ]9 J- ~7 A
sj(1)=ts(ss);3 N q' p: M7 X; o* @
%生成第二个随机数! q! r% i7 F# O/ J# c
for r=ss+1:tt%删除7 j; N1 ]- }! i) e
ts(r-1)=ts(r);# I/ L3 l! ^1 d) I: N' Y
end% g, q. P+ W: j0 ~/ J' W
tt=tt-1;
* v% C; n c \" ?8 a5 ^tm=sum(ts(1:tt));
! ]0 R7 w4 x% L f, T/ dt1=unidrnd(tm);
3 _. p( p- g' B5 x1 |& l5 O. Xt0=0; ss=1;
% R6 X% V$ [& E, m- n( a" Y/ Iwhile t0<t1+ g- d# S8 U' O
t0=t0+ts(ss);/ D. a, J. [* D4 _3 N( T
ss=ss+1;8 L# U8 J* z8 D1 K! R+ f
end, o" b6 F6 C" o0 h8 L
ss=ss-1;
+ O! ~$ K% b4 ]. z* j6 H0 ssj(2)=ts(ss);, T- W; s' E; h. @6 Y
for r=ss+1:tt%删除
+ [/ r( L* D# \ts(r-1)=ts(r);
1 ]' `; A7 k5 v" c% zend
6 I( _& O6 b+ i3 C* Att=tt-1;9 v7 b0 \4 P1 z6 H5 P
tm=sum(ts(1:tt));* d0 j( E x1 U2 O' C; h% Q
t1=unidrnd(tm);%生成第二个随机数9 {2 R6 x" t3 z: \' `: ?
t0=0; ss=1;
& x, k4 n6 v) V* l7 _$ f0 Q3 G( Ewhile t0<t1
: C, B) M2 X5 P4 H* Vt0=t0+ts(ss);
2 S n% M, e5 i& Wss=ss+1;
: }7 m( n( V. f; L" m0 j% Dend T( A1 v1 R U: v% u
ss=ss-1;$ e2 D6 B9 J' ^/ J ?! o S
sj(3)=ts(ss);
( u6 d4 ^' b# {1 n%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
3 y2 J# Z" B7 ^( Z/ P$ Ifor s=1:3" w- O) g% J2 i1 w: J. Q
j1(s)=find(c2==11-sj(s));/ N5 q) c# o. P; e' L7 G
c1(j,s)=j1(s);3 K- ]* [% J4 B) J) R3 e
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文 V; j$ T& l$ c g3 s9 y
14( T" D- N5 }- W/ V2 i. ^
olddvd(c1(j,s))=olddvd(c1(j,s))-1;
, t' D; ^ D/ [+ k) zc0(j,j1(s))=0;9 ?, v% _- ? Z4 m) G7 J
end& a" M" I; T, i) j+ a/ ]4 P
c1(j,4)=i;
8 i- H# H/ w" U4 S- uc1(j,5)=i+round(unifrnd(a,b));; L5 a: {4 F! u, {2 L( \
c1(j,7)=c1(j,7)+1;, S; p) l$ L3 c( ?0 ~: \" o- U
end( y7 W0 w) C) h
mindvd(i,:)=olddvd;: S6 K; f8 N* ]2 l
end
# Y- I4 O2 v9 Zmindvd1=1000-min(mindvd);
. m$ b/ ~2 Q/ v( Ysum(mindvd1) |
|