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[全国赛] 2005BDVD在线租凭

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发表于 2009-7-24 00:04:41 | 显示全部楼层 |阅读模式
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
$ G) B! \4 R4 M1 M" {1. f5 ]- x4 g, y6 x( a9 H, F9 s
DVD 在线租赁的研究
* X! V* Y' j* l- `8 m尹作龙,姚明,金伟
* n% K7 ^8 b; E+ R指导教师 汪晓银
4 Z. j) l3 U) C[摘要]:# b2 K: l6 Y/ {0 Q
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  X$ W3 p; X+ z, W
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
$ k- K+ F# T/ U0 \. j( q8 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  H' k* ~% r& T- d! u
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3 C) J% Y6 ?0 e& `( 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1 x# y2 Y" Z  o9 O' v
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
& \$ J$ o4 |1 t5 s: I6 m" ?: w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
, K5 B2 f2 \+ z% y6 z下。
) D5 ?& Q: Y6 o! C$ b5 vDVD 名称DVD1 DVD2 DVD3 DVD4 DVD5
- _) _3 i  I5 v7 ~: B8 [一个月内至少 50%
+ p) x* q5 H% W) r2 j4 @4 X) u看到的最少张数
* L% P2 `" F% h/ Y! d4000 2000 1000 500 2004 U8 Y3 U) k1 a
三个月内至少 95%
* C1 e% f% a3 a看到的最少张数$ W3 I- u% `) d9 Z; c8 G
2534 1267 634 317 127
  j2 U% }$ d/ K9 X" ^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
% X9 R) \* _' V- O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
7 X! y% t. v7 l$ p: R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
6 {* n9 `; G8 E5 lU 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 l' P! ^( N/ `8 I- j4 f" w
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* }1 D" l2 f0 [# L3 Q, A( V; ^
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
# d. Y, [2 S* D- `  M& G0 G$ X预定这些DVD 的会员,因此我们选择第二种分配方案。
: I- b4 t( P* J& E# O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,
- u& l; D, q) s  y/ b1 q9 C3 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。) B( i. v1 c6 f3 q" ?. F6 \3 c
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
( G. b; k* \0 Z) n9 i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
$ `/ c8 T2 T( Y/ e; t: o3 s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
: B; {: h* @, d2 x9 w" W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4 z& d" b/ h+ }* ^7 o
规划有重要参考价值。然后从网站的赢利角度出发,建立了一个以赢利函数为目标的线4 F. w, M( n; ?/ b0 K' o% }3 y* Y% A
性规划模型,此模型在租赁方面有着较高的参考价值。! H* j0 e( Z3 c5 K
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6 u# c( E+ g: }
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
; a4 W) E8 l6 q心算法速度快,但得到的解难以达到最优。
. J5 C: g( S0 j" s: J7 V$ e' v[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0 t8 D, ~0 B1 _$ B
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
: @+ }: S7 _3 {. R. N& I- ^9 p2
0 C3 z/ I, ^( s& j* {4 U一、问题的重述. Y7 M' U' n7 p7 b" O
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! k' O$ d1 ^' @
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
5 {8 J1 e' F& _4 G% J8 N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。
1 K, `4 S+ P/ |1 K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* a5 T" n0 p$ ?6 q  y! \& u0 I7 H( p
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0 C' J6 X# ^1 ?, h% Y
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:- o9 Z. K2 S9 ]+ ]9 ?# @& C' k
(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
( u# E/ ?+ Q2 k" J) ]6 r" e4 Y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. ]- C; q& C6 @- ^( N! A* j
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
% X5 x" T3 A% ^; ?/ q' D4 S  J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/ Y0 s2 k4 W+ w6 b; _( C% T
果要求保证在三个月内至少95%的会员能够看到该DVD 呢?
/ J* u& b* x  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
2 C* c. T' e! u$ o4 W" G) @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
  t+ D/ L! y1 L, Z0 [; C3 y6 J出前30 位会员(即C0001~C0030)分别获得哪些DVD。
: \& ]( S$ D6 o5 }( i. I+ u" J* `: c(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 I0 }6 E, g5 K$ ]- G  M/ r4 ?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/ Y1 U. s3 w- p" G
月内95%的会员得到他想看的DVD,并且满意度最大?
3 g6 M& x" q- p! X* P(4)如果你是网站经营管理人员,你觉得在DVD 的需求预测、购买和分配中还有
0 @" b- r! ~" y, a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。# h2 S! y: s9 d3 J/ a
二、问题的假设" @2 m  Y6 i+ g/ q8 l
1、假设所有的DVD 都不能拷贝8 {5 _7 s7 J7 }/ g, H, H
2、假设调查资料具有一定代表性  a) @/ O+ w7 ?/ U
3、假设所有会员自觉遵守会员规定
4 @3 Z6 y! i: k& ]4、假设在租赁和归还过程中DVD 的遗失或损坏忽略不计
! D6 i) X/ r% D3 t, ?5、假设DVD 的种类与购DVD 费用无关% e5 g6 M+ X6 \2 }9 o
三、符号的说明
% H0 u( B9 W9 t符号 符号说明5 I8 o  E' Z7 h( T( Z! ~  c
V 该网站拥有的总会员数- C& o# }; X4 H0 R
Dij 第 i 个会员在线定单中第j 种DVD 的需求情况/ R  w1 Z" t1 B9 D! u1 w+ K
DLij 第 i 个会员对第j 种DVD 的偏爱程度" i3 q  G4 J7 c8 E
yi 第 i 张DVD 的现有量
) a7 \' [3 P3 g; I( o! S3 ^Mi 愿意观看第 i 种DVD 的总人数( X% }" D+ x. P* f
Pi 愿意观看第i 种DVD 的人数占总人数的百分比& m) z, J8 k/ K2 e" o
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
; q, Q% p! q% S+ }) s* O3# h$ Z$ \$ J* `9 S* b
R 为满足会员要求的百分比数/ A4 N8 a" a1 J1 {6 O
U 会员获得 DVD 后所得到的总偏爱度,其值越小满意度越高
" Q* e5 A2 d. Y四、问题的分析及模型的建立及求解& ?1 {0 T9 _( |, W  b# a& a6 }
4.1 问题的背景资料
* `, |) v' m3 xNetflix 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4 z5 U3 H9 O- c; x) ?5 q1 l
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
* ~# \  U0 b# |1 I9 k7 s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9 |% v/ f" ^6 ?$ @# E
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, M1 Z8 E3 s, w8 K
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8 L  g1 M; ?: z  q# G
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,
" X% B) x7 J! s. p% P2 b' o既省时又省力。# s$ g* `  h6 g5 t$ h8 J
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7 Q5 e% C3 n/ e+ M) _5 o
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
, Y% I, |3 y9 G' h% K+ [! n& p了676.5%[5]。8 K7 s/ D" T" C' I$ `5 a3 j
4.2 问题一的求解
+ c8 e7 L; s7 y3 p% r, V& P& V4.2.1 问题一模型的建立与求解
1 j7 t' H0 k2 W1 R; [* _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* ^* w* n4 j( h0 {  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% @+ A* p8 Q' u6 O" {1 P) l* N
从DVD 的周转情况来考虑对DVD 数的需求量。
5 J& X6 W- s/ `5 ~/ e9 l( B/ ]由题目我们把所有会员分成 A、B 两类:如表1
4 f' V7 B+ k" g+ D: E9 e2 ?表 1
$ R$ \2 Y4 ~9 S2 K/ D类型 每月租赁 DVD 次数所占会员总数的百分比 会员人数
! t, d. G. E5 i9 l. DA 类两次 60% 60000. F) C2 Y/ F! u3 L/ u4 j
B 类一次 40% 40000$ I4 @: X  J! z' Z, t6 l& \
考虑到 DVD 的周转,我们对两类会员作以下假设:
% q4 }. v8 N2 S: z1 H3 }( _A 类会员归还一张DVD 的时间X1 范围为3—15 天;0 v2 l: N8 \5 G7 O9 U
B 类会员归还一张DVD 的时间X2 范围为3—30 天;
( f  K( w; d/ e& U2 q+ y3 x根据现实情况,我们假设X1, X2 都服从等概率分布,则:
% R1 e0 R! R4 _0 M. y+ j96 R  T) c( T, d! b- h6 y  r
2; [' B- U5 B, ]) z' h* d
15 35 Z. ~6 h. v! f* Y( ]& x( F& u# b
1 =
$ w+ |  a/ N$ m7 P8 v% X3 x/ K  K+
: `# Q( x1 l+ j: K" ~1 [# VEX = 16.5+ b8 K( {4 O$ g1 j/ k: Q, T3 x
26 q, K2 s- j1 P: A' {2 J
30 3
; P6 o* [( p* a. z2 =, L: A4 r; j7 t( {  o9 W" t
+
6 O  t& b% ~. E  A4 |# gEX =0 e! Y- M! d5 T# ~
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
8 r5 I# q7 @$ \: J4 w5 s) Q4 lDVD 在会员手中保存的时间大约在12 天,
  S- O1 {% m. g7 J5 j那么:; T  \( k" B  Z& M
在一个月内 DVD 的周转次数为:N=30÷12=2.5;
0 f) J7 G+ n( i6 @在三个月内 DVD 的周转次数为:N=90÷12=7.5。(设30 天为一个月)
! w/ n9 G) b! f. Z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
8 t2 c* P8 r6 }  ^3 N( d% ADVD 的经验概率分布统计结果如下(见表2):# z/ H% q# r; r  W
表 2
6 A; K2 P7 u  b' L, S3 ]/ C) v2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文6 w* e3 S3 [; E, g% D, m5 U$ c
4
8 @2 d( [6 D+ M( K6 @  qDVD 名称DVD1 DVD2 DVD3 DVD4 DVD51 i' u0 N& K2 b6 ]9 x
经验概率 Pi 20% 10% 5% 2.5% 1%
; L% J5 ^$ {+ B6 k- N4 f0 P6 E; [R 为满足会员要求的百分比:一个月为50%;三个月为95%。. [/ ?$ V3 H1 z+ I& {6 ~$ h% x
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
* X5 V9 o. D4 T& A- H员数)。
) q' P# r) R6 v那么所需要 DVD 的最小数量为:S=M÷N。(向上取整)# z- `: V7 \  ]
我们得到 S 的函数表达式:S=V×Pi×R÷N ;
% p  l: C1 }" t4 h" f求解得到每种 DVD 的准备张数(见表3):+ Z/ T  M4 N% |& {: S3 L" l; w
表 3
. R# ~! {9 O; t0 K) V) NDVD 名称DVD1 DVD2 DVD3 DVD4 DVD5
4 C: D, f  c- x一个月内至少 50%
# ]7 E8 M( P! ?! d0 G) Z5 m看到的最少张数  |" j- W" u' U3 R
4000 2000 1000 500 200" \5 H2 m: Q' H. n* k
三个月内至少 95%
7 P6 u  x' W! z* T6 f看到的最少张数2534 1267 634 317 1273 A0 S2 W' Z; N5 [9 R* p7 x& c6 g
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
* _7 n" V2 i! j* \% E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 F/ X' m0 I+ y, Y" 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
! {: s$ V/ n9 m; |) t! f最少张数为2000 张(小于4000 张)。
% k( t) A8 K; V4.3 问题二模型的建立与求解  L5 I! S/ K7 C6 d" ]- D
4.3.1 问题二的分析
: Z, ^- u  Y7 C5 X  l6 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
  D* g0 Q6 G; w7 M* J. z4 F# u5 H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6 S( ^1 z% o* d% J" y1 l
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 b9 R/ n3 m9 v$ x+ g+ D员对DVD 的偏爱度为:* S7 ~; C/ z! v/ d4 O
ïî
% g* N2 K( {& m- K! Rïí ì
& q8 }6 y+ W: W, h" [# w! s¹' o9 r: o' @1 M8 r0 z
=
/ j* }! U  h3 O% o& h3 n=
3 R8 V5 g' Q1 T- s$ a$ Q# m6 s, D, 0
* H% F- S6 F- w$ {! C: X11, 0
9 q4 Q- d# N1 {/ F: D5 xij ij8 b( J3 `, p1 z5 N
ij9 g: o+ w) L, ]: I7 K
ij D D/ N4 F3 s5 z: H" M
D
, y. n5 p6 k; _DL  c) F6 D( Z: @3 N: p) {/ C
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, M" |% V8 ~4 D! A
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1 e5 L: @  c8 E- G! Z) X
第j 种DVD,其值为0 时表示没有租到相应的DVD。* L1 M9 w  Y. Y3 h
4.3.2 问题二模型的建立1 ^  y+ C, Z6 `( V0 b+ S
会员租赁 DVD 满意度的目标函数为: åå
! W- ~- w  P: @) S= =* d# S! B/ W% M+ ^. h/ j6 m* ~
´
3 d0 l, Y% k8 I) M' V1000
8 z5 A- f  N2 n- K1! [, P: I, g) B: U9 j5 E7 D
100
+ \9 f! _' {& W1
& j6 ^. Y8 w8 H: G+ k+ O5 vmin
: e; Q/ T5 q; H: c  B% y0 wi j) Y3 ?$ S4 }, D! q; \% c
ij ij DL C
9 h; x+ n- L# \  o6 K* P) |3 H2 R8 o0 m0- 1 规划模型的约束条件为:) d2 t6 K7 u  N2 w: I% F
1、每个顾客一次能并且只能租到3 张DVD;! E# C* T+ d4 w' S
2、租赁给会员的每种DVD 总张数不能超过现有DVD 数量。. X" O1 I! O+ t) `
由上述分析得到如下的 0-1 规划模型:
* h0 E% u+ C/ h2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
* w& i( ^1 G5 w1 V; k. H, k50 L- A8 C' r9 E: \
ï ï ï ï! r& T, m' q0 {) A- F- U
î
/ p5 J& X% E9 A2 W- {1 eï ï ï ï' R; a( p+ n; @& X: C
í
! q3 G0 O2 p" }8 @8 g( q, |7 Jì
. a+ m# V0 T/ `! y! L' E= =9 @4 i7 y* Y! m" P: S% b" j
£7 x) M1 X* y+ N+ O' k& H& t
=
( f3 ~: K$ W3 Z1 ~=6 J/ G1 q  u- c7 r6 E3 c3 v( s
´
3 D9 L) A& U& cå
; ]; D0 i$ B9 }+ G) w. på2 s8 _% `  j* b
åå! O% G0 n. `$ p4 F
=' H+ j: H- A) {. X, f; ?, J
=
; v; m' y' K$ f/ u& r* ^) v= =
0 b! [# Q: _* x2 O( 1 1000, 1 100)
# g" T6 W& V3 f4 N" Y1 j, \3" p) R* ~9 a+ k7 o+ [* W  ]
0,11 P  h* r& z, A3 j' O
. .
5 [; Q# T) l' g( \# X$ fmin
1 ~9 x7 }; B# W  l" D1000
2 f+ V4 ~# F* v( u7 U# n1 D: l8 [1" V, P9 A8 H5 ^8 J2 H" A# y7 f
100( t# R" H& k7 N6 a& T* R
1
3 N  a" N$ D2 F4 h4 f1000( x4 a# A2 T2 c# e7 @# L* |5 _3 s# A
1
) t7 x. R( p. f3 a0 M1005 p+ b! Z2 `) A8 Y. d. W
1
+ G* U3 d6 O6 ^! o( Oi L j L
; E: U2 n1 _4 yC y
" v0 F# J3 ]2 D  K2 YC
& {+ t, \- h) y1 R* KC' ^/ k; I; H; R% j
s t
7 ]- y6 @# l' x3 j9 F4 y: S$ HDL C
7 T! C4 F$ `- ]$ O; e/ L2 V5 ^, Zi
; c8 F( [' Y2 zij j: b" A2 E' c! u
j
; n" R0 _9 K9 x! N: O; \  K( G3 hij8 s5 Z/ o. S" \0 t3 X& @+ Z
ij
4 ~. g- C3 m# ]3 \: Xi j
  ?. Y5 G+ |  h( _! g0 jij ij
# Q* Z' {$ f2 K4.3.3 问题二的求解
; L6 s8 _; m1 _& t" o0 U# K0 L4 ?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
: E0 o1 u( @3 |/ |Ci,j 求得总偏爱度为åå
$ W  L  I: [: o6 g0 q$ ?= =
$ W: K( z. E* \6 {/ \5 Y= ´) V" y3 b' c% r& V; s  o, P" p
1000
' n$ @- _4 i8 A! t) `8 b. H  G3 A1
! }4 m& V5 c8 C" g- T* m3 J100
) a" R( [5 x: h# Y* Bi j 1
6 A9 a* J) L" B8 y$ nij ij U D C 为7924。由Ci,j得到分配了30 张DVD给没有要求6 ?* J/ C/ j- C/ n7 M5 Q, K
预订这些DVD 的会员。前30 个会员租到DVD 的情况如下表4:
" O2 Y/ G$ j4 g! g4 D) E表 4" F! D6 f- x- r% U
会员号 C0001 C0002 C0003 C0004 C0005 C0006 C0007 C0008 C0009 C0010
1 `7 o& J- C( }1 8(1) 6(1) 32(4) 7(1) 11(3) 19(1) 26(3) 31(4) 53(1) 41(6)  c! R6 R3 l' u, y1 x
2 41(7) 44(2) 50(2) 18(2) 66(1) 53(2) 66(6) 35(5) 78(3) 55(2)
$ m9 K3 Q8 e, G9 |* q0 F" j分配
! D3 X  w: {& n; XDVD 的7 ^9 E. M  Q/ W5 K" O! {
种类号3 98(3) 62(4) 80(1) 41(3) 68(2) 66(4) 81(1) 71(1) 100(2) 85(3)
3 I2 x" m. }& W( J* }会员号 C0011 C0012 C0013 C0014 C0015 C0016 C0017 C0018 C0019 C0020; K; y: j: ~0 ~" y% G; E
1 59(1) 2(2) 21(3) 23(2) 13(1) 10(4) 47(2) 41(1) 66(4) 45(1)( `6 O& w. `/ l9 Y) j& x
2 63(2) 31(1) 78(2) 52(1) 52(4) 84(1) 51(3) 60(2) 84(1) 61(3)
9 X4 O, \, U: ?7 P& A分配% a  v! B# ?8 S/ M) }
DVD 的+ `7 t1 ^) V" P
种类号3 66(4) 41(7) 96(1) 89(6) 85(3) 97(2) 67(1) 78(3) 86(2) 89(2)
+ n5 n7 o& A4 C, h/ _会员号 C0021 C0022 C0023 C0024 C0025 C0026 C0027 C0028 C0029 C0030
8 L0 A# Q' ]( \( y4 d1 45(2) 38(3) 29(2) 37(4) 9(1) 22(1) 50(4) 8(1) 26(4) 37(2)
0 |5 w) c! W/ |* M. A3 i2 50(5) 55(2) 81(3) 41(2) 69(2) 68(2) 58(1) 34(2) 30(2) 62(1)5 l- h: F1 }  i5 e0 y! S( n
分配
$ ]1 k/ @" ~! I2 g  i* H* {) ~; gDVD 的
/ Z' r7 p3 L9 \& R; q, W6 z5 w4 v种类号3 53(1) 57(1) 95(1) 76(1) 94(3) 95(3) 78(7) 82(3) 55(1) 98(5)
% S$ ^, o+ G# R  x注:括号内的值为会员对该DVD 喜好程度。# \$ l$ b- D. f0 X6 k* V
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" s" q0 u- R( X- d0 h* 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' C; C( U/ ?) O, w! g7 ]2 }3 H
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) B6 z" [" @+ M8 U# V) E: N( u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
* E3 E  [: E. }  _% n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,
; f) z7 {1 t1 u' d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
$ c; f* b5 j) ]# P* I% ~$ [) C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$ ?; p9 @& T! C: [+ R
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' j( ]$ l$ W" l, }, I- ~4 c
了没有订这8 张DVD 的会员。3 E9 c+ T. ^$ \5 z0 ]
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- ^, x9 @6 B' L: d: 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)& b9 t6 |0 {) l# c( K" {0 U9 Y
4.4 问题三模型的建立与求解
, O) h$ R4 L4 `6 v8 S2 m0,1 变量
6 [, \+ I+ R( h- K每位会员租 3 张DVD
: `6 t' a5 a  F# ODVD 现有数量的限制
7 m& \# u9 `, L, j% |4 W2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文4 F" L3 s7 y, J. S5 P
6" r3 y/ X* k# K8 ]1 x
4.4.1 问题三的分析及模型的建立' t. p1 ]/ p" N+ \2 m4 M+ c' s+ |
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& p3 I; l# b9 B) ~* o: K
会员的满意程度达到最大。$ w' V+ K0 p6 T. \
假设分配给第 i 个会员3 张DVD,且这3 张DVD 都属于该会员预定的DVD 那么
2 }& T. T0 W3 Z9 ^1 m* F9 G7 R% _记pi 为 1,否则记pi 为 0。
8 D4 k% t" V) [6 Sú úû
8 T6 ]% c# g7 q" g  Où+ }  M3 F* k# G
ê êë: y6 {, y) p$ D0 n
é
) |- v! \* C" m5 {% B  b8 k÷ ÷ø9 [  ]6 _7 K9 U
ö
" V" y* f4 V: Sç çè/ L: u+ V. {0 {" P8 H" V8 Q
æ
/ r+ z8 I, l$ K* _$ ]5 c= å
: a& n: U8 @0 V$ F# g* Y" @=
5 N2 S. R( c: X+ w+ u3
( ]# m: S) E. f5 S' C9 u100. m3 G8 A/ ^: g9 ?0 I( j
j 13 \  f2 Y) M: m; x& c2 F
i ij p C (注: []为向下取整), {( H/ L: c$ P( [( u4 k( _' f% F
要使一个月内 95%的会员看到他预订的DVD,则得到0.95 1000
4 X* W  g0 V0 I7 _5 `: F1000
4 D3 ?1 w4 V, L# _7 h% q1# q; E5 m7 k5 \5 `! D1 @0 T
´ = å
: I4 ^' g& K3 z0 g& J= i% q' |  c! I2 E4 I) m
pi
; B( k( d4 [# t, A根据问题二以及这里分可以建立以下模型:
0 V! T2 g% H, K! J3 G) A& nï ï ï ï ï ï8 m" U0 G6 @4 ^2 K6 m8 b
î6 S# P) P, }& b! F9 j3 U0 J! ]
ïï ï ï ï ï
% _4 q; `3 n' e1 X4 B4 t# M1 rí* L, E6 A$ }. S4 R  `
ì" M2 _6 B, c" |% h2 J2 b
= =
0 p! L% n8 g/ N- d- c, I8 K/ r4 V9 |=
  Y2 I( s) n! }6 q- Eú úû
! _9 |, [4 k" X3 @) e/ G  D; \ù
6 H: R6 n& {: Z) S+ }' hê êë; `, B+ m7 [' _4 O& Q/ t5 o1 A
é
/ w" ?- a; f9 h) L# q; Y* {÷ ÷
% k6 \/ M' |* G' H' J) Oø
: S# P3 i" Z; z7 H7 W& M6 T1 w" Dö3 q$ s0 `0 _" \3 L
ç ç
- u: {/ S1 b7 g# e8 b7 G  g5 Oè
  F" }( N+ M' w4 xæ$ l' @8 \& {/ C; P/ y7 a5 G
£
' V8 v. t! M9 N. @' W=
$ d! H9 p3 j7 Q: y=
5 a" n. T' I1 i) l  U6 T- f´
8 e* G5 j' `4 J% d) ^8 ~% g, }å å
. l. T! v- T, Zå$ ^1 i3 k/ p$ y0 H( U% I
å
: K0 i$ o* M0 c0 s/ T& M: U' Råå
* a& J: d- t; p' u2 }& d= =
9 y' x7 A  f1 O2 [' T5 J=$ x' f: w# a9 r3 v0 b1 h3 y5 C. j
=
7 R% a- V5 P0 w& T! b8 x= =
/ U+ F8 u( Z9 t; Y! O! k( 1 1000 , 1 100 )
5 c) D/ A. e, D( U( G* h3 0.95 *1000/ J* n  `" F; q: P- V  z
3' C: ?, V! a0 |2 v3 Q
0,1% I- J+ u, H5 m( T& _
.
5 D5 ^0 y/ H6 G( w: ]6 `min
, C* r3 R& {7 K$ {10004 e) W+ ?' A3 M! H# K+ q2 u6 c$ v" v
1
9 d; }) G- p2 R' Y0 E7 _$ D3 q; f1007 X4 q9 t' E" v' D) g
1
5 G' t" R9 @! Y* x. D* U1000
: w$ b- G5 W! _4 _7 ]& l/ |1
8 H2 e3 E! K9 p5 F. U/ q* L100
$ `/ p) ^6 ?1 \+ D1
; [" f8 U3 D/ C& d/ p+ Z5 Y1000
& y- v8 N, m. ?$ D/ Q8 C1
/ s2 s- ?* c* y* _) S0 v100
! B( ?9 \, d- E1
! p% y5 U& r$ H4 m+ V7 X, q# R  M7 Mi L j L
/ n; O3 K& T3 y) cC4 J$ c, ], ?5 j
C y
/ G3 w" Q2 F' A( a+ NC
/ V' A4 p" z  V, j8 L; jC6 M, T4 W* T- X* Z  @
s t+ T& d# i+ F4 w7 o% U
D C
  W6 x  S* E7 k& ri j1 W! W3 ?& @# S( m* U3 ^
ij5 u8 ^: f& T8 m2 v# O
i7 p: B+ v; f# g4 R
ij j3 M) N0 A, o+ Q0 p5 n8 l
j
  P" S  T* T9 N; Q: A6 i" iij9 O  d8 m0 z- Y" |; P) z0 @3 p
ij. q6 _# g. h7 i+ c1 b
i j3 P& ?* b" C3 K8 K. i
ij ij
  {( I7 F2 h1 L' t0 x$ j' `- v4.4.2 问题三的求解
8 O3 n/ n' r+ b$ G1 A9 F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
2 P  \7 p" T2 w& b0 G  b如下假设:
4 m7 W% N5 r; B8 e, 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, e2 b4 i4 J8 E* n- [5 ~2 \
还DVD 天数在3~30 天内并服从等概率分布。
% L" r6 w: ]! y5 Y/ S+ \' a3 Zb,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
# n# K# }' q8 U, \  [(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
% {& W* _! q  c$ E( a5 x&aring;=
0 \! r. _* L/ L-) t8 _2 C, O6 n% F  V& {8 w
-
/ B/ ^! q0 Y) s  F=
% u2 c5 I  s( G$ _+ |7 I& kn
1 J% t  d: G: M; Wi i
) \% T+ N# J7 t1 z7 t9 Z: |! Kk
6 s( i: e' q+ F* Y) e" U8 c0 zp k/ h9 p# ~2 r  o6 U, \: i
1 114 \9 m5 j1 D9 _0 k2 [( T  r
11
: Y4 D9 ]# h# R( ) ,! ]' ^1 m  g5 m' Y  ]" n. D
c,假设已经租到DVD 的会员只有归还DVD 后才能再租,
0 l- D! @* J; a: h7 w( @2 q. @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% W5 e( s/ l; l
求的最大量。仿真流程图见图1,程序见附录。
8 C! j) x% |" u& V4 e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,+ I* L, {$ S: }5 O" i) W
其中一次结果得到各种DVD 购买量依次为(见表5):. A1 l" _  \8 H8 `, D
表 5* T4 e$ \6 t9 _% c
D001—D010 28 33 29 26 24 30 31 35 28 27. v1 A6 n) C9 k. M' l; A4 |3 o
D011—D020 25 24 35 39 23 34 37 29 27 35
9 M0 J' ]& ?0 y1 K+ \/ rD021—D030 33 31 42 28 32 32 27 23 35 35
( @  w* v9 Z& Y  x, ?: Q" ?) b$ J) lD031—D040 35 29 22 28 38 32 30 33 30 29
& b( _3 V; J( ~5 S, ?/ ~! Z0,1 变量
9 t$ v' }' Q, W& a' l& _2 T% m1 v每位会员租 3 张DVD
+ s4 t( _0 w* K% _! x- hDVD 数量的限制
- X6 S/ ?7 a. o7 _2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文7 [3 T5 \3 r- Q9 {7 ?
7, k5 e1 k% @; Z" c4 z  q# ?
D041—D050 34 39 23 25 38 32 35 35 27 30, y7 A' j$ O3 D3 ]9 k  b
D051—D060 31 31 38 21 30 32 35 31 36 38
1 g: |& j7 I% a: x& m( G: \4 XD061—D070 25 33 23 33 34 43 34 40 42 36
7 z3 ?- k1 m8 X) y+ gD071—D080 35 36 30 30 33 29 21 31 23 33/ V0 M. B: D6 @* y# F
D081—D090 34 20 21 26 33 20 31 20 38 328 S' o$ w3 X1 L. m0 f$ a% {+ q
D091—D100 43 25 30 31 29 26 29 30 26 342 T$ M4 K) V) s+ ~! p! P7 d- V: v
总和 3086- v4 j5 z$ c5 U* i4 D1 {& y: E
Y
0 v# }3 O5 p' K2 QN9 N: ?. A: X4 k5 t
Y, Q" J# {, y# J9 v, x8 P+ M
N
) r$ A, f, h1 n! K( RN4 q' J; _" R7 q- f/ o+ Y( S- r
Y* Z5 @' E. Z" x1 r( y
Y* l" M0 S) K7 B5 O
Y
8 ~, O7 Q5 W* u; e4 Wi<30?& Q+ N4 z; ^% y! T
i=i+1 第i 天
6 f7 P) w- x1 dj=j+1,' E5 J4 N; s4 |2 V3 i9 V
第 j 个会员
; @* t% b2 k8 c' j: Bj<n?
1 R9 }( ?# q$ k/ H( ^: B( M会 员 j 是否还
" e+ t+ e+ Z- H$ \! ~( [6 @8 u租到DVDd1,d2,d3,1 q& R" f) d: C9 ]
D(d1,d2,d3)减1
3 l" j: d% t) @' `  o& X! O计算 30 天中Di0 g  S  ^9 I2 W4 w
的减少最大
4 k4 T$ r4 c# j4 B9 I  G结束
# C4 P3 c: O1 B6 Z( LN8 `: F; e2 N( k/ K# t" u
将 1000 个人分类i=0,
9 o; O2 [) l( p) z' WD(1..100)=1000,
4 H  l- a4 e4 [2 z- cj=0,n=1000+ m# i, g9 A0 o- [3 V6 Q# P5 W
还回 DVDd1,d2,d3,5 [- L) u- T8 G" }6 r$ F
D(d1,d2,d3)加1
' I% S  F+ U6 O% w2 `6 g3 T) P  Y会 员 j 是否租3 x- Q& ]1 b# U3 m
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文' R" r) f' }: ^# H& J
8
; H, d" u& C1 `图 1
4 u4 \, w, n7 X5 r4.5 问题四的分析$ i  w% N0 b. w' @& V: K- f  [" q; R
我们分析了 DVD 租赁的实际情况,发现以下问题:
; g- d% w% k% U4.5.1 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
+ J/ l  A5 [( V' @4 V情况?" p1 [0 T  v6 Q8 F' M
假设前 5 个月的DVD 总数的需求情况为x1,x2,x3,x4,x5
* c+ y' R; R; B# _" X* C对与上述问题,我们建立灰色GM(1,1)模型求解[3]。7 p9 R4 y% J9 T9 |* h6 }* 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 P+ h: K& m4 k$ G! j( C, _- r* gX(0)={ X(0)(t) t=1,2, &#8943;5}
, x7 A  w% M6 o={ X(0)(1), X(0)(2), &#8943; X(0)(5)}
+ S3 c* F; k% W6 o" \={x1,x2,x3,x4,x5}$ }# q2 [; c2 n
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) X* E1 h: X* W. q/ m( G
(即1—AG0):3 h2 G$ c" Z! x; a$ z( S
&aring;=
7 ?! Y$ M: b, {4 u4 s=
% r9 Z7 E* j; ^1 B  l* j  Rt" p7 P2 Q; P. J& v; h, z& L3 \% Q
m
" ?" S- T) s4 }# E3 \' W7 eX t X m
& G- p' y) r7 M/ v4 z$ W6 {1
4 q6 J" M; }) {  `(1) ( ) (0 ) ( )
. x, y- k1 ?7 \& O; D。得到生成数列X(1),如下:
7 ~7 ]' ?' G) X' nX(0) ={ X(1)(t) t=1,2, &#8943;5}0 q3 O! z! X9 s: a0 n1 w
={ X(1)(1), X(1)(2), &#8943; X(0)(5)}
( V1 j6 H& `. B/ B! [={ x1, x1+ x2,x1+ x2+ x3,x1+ x2+ x3+ x4,x1+ x2+ x3+ x4+x5}
7 e8 c0 I) F7 C7 h, Z' M7 h构造数据矩阵 B 及数据向量YN
: k% S( W# A6 [0 l# X4 Jú ú ú ú ú! R' v# A2 {( F8 V! e) }
&ucirc;8 }. @  ?- P+ X! m8 F
ù
" L% x5 S4 J% j+ ?$ X7 J% uê ê ê ê ê
4 A9 z8 ~+ a' ^4 K8 B/ S1 L&euml;; u+ h* j: A  P
é2 j' M: D* |5 V/ O+ M. [9 f: T
- - +
+ c2 E# n  a- b- +
, D% q0 i! X- S( k* n5 S- +' ?8 E+ g( _. E" j, j* K1 E
=
2 r$ y, T! E! Y9 g$ I7 h1 b1/ 2( ( 1) ( )) 1: I" t6 H  K. o
1/ 2( (2) (3)) 1% E7 b* T8 O$ a/ Z1 i  }
1/ 2( (1) (2)) 17 I0 j  C& _8 r6 L2 Q1 r) O
(1) (1)# L+ Y6 x5 o* |( E! L+ E6 m9 w
(1) (1)5 h, j( S; X, c4 ?0 {
(1) (1)8 R9 R5 d  [/ |* u
X n X n6 m; F- T" m7 D" t
X X2 v# @3 N+ M% f6 O8 z
X X5 I  z% z9 U- I  }% m# Z
B. S: d: r  m" N5 B7 @+ c9 @' F% t
M M
9 h* S) [# `0 q0 JYN=[ X(0)(2), X(0)(3), &#8943; X(0)( n)]T
" G# S; M3 y, q求模型参数a :  l# O! T; m" ^1 x( n1 i6 I
N  H7 N- \( z4 Y6 j* t6 {- J
a) = (a,b)T = (BT B) -1BTY! g- D* q  @( W! R) o
建立模型:根据参数a 建立模型。模型的时间响应方程为:! l' M4 [4 F8 ]+ s
a
2 t7 t- z6 d& g( |+ j; Zb5 M$ m" c) R: F
e& i6 m; {' y  C0 W6 Z3 t: T
a5 t  G. U7 U; N. _" k2 Y% _+ |) `
b" t6 G6 x& |) N5 j  S
X (1) (t +1) = (X (0) (1) - ) -at + )
  R2 ~% _& ^# _0 C6 B! D; H模型的改进:
0 D2 P+ {- \8 f- @为了提高模型精度,又对参数进行估计,以进一步改进模型。将以上时间响应方程4 K6 O2 c7 c" z! i/ C7 F  q
写成:1 I7 R& P& y% E4 u, Y( F2 a5 i* X
X (1) (t +1) = Ae at + B+ a* E( x3 f# R1 n$ I( Q9 Y6 G
根据第一次估计的a 值及原始1—AGO 数列X(0)( k)对A 和B 进行估计。构造数据4 W- a" Y: z1 o7 j
矩阵G 及数据向量X(1):+ D' K0 G, l$ ]" t6 @' u" c
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
' t0 U+ X/ }! X7 V: P9
7 c; ^3 @+ A4 n4 s- bú ú ú ú ú
% x3 G5 [# X1 y  A" B% u- g&ucirc;
# D9 y3 R; }! Jù
  k+ t3 A+ a6 w7 r) _ê ê ê ê ê; N2 d: J7 A, U2 x# Y
&euml;
$ ]" r% B  ~6 g  h' o3 Yé6 d& E  U1 H6 F/ Q3 J
=; _0 b+ C, M6 j3 ]9 }' E& R& I
- -, X3 x7 G% d4 S" X( ^
-
  ^2 e7 D7 s( O1
% E. q8 E7 ^9 c' r2 Z+ q1
' r5 [4 C$ E1 H  a$ T# r  N1
/ }0 A2 M/ f& w# ^# g4 d$ @( 1)
$ R) F- c' f2 m0
7 R3 X* {% k% X- J$ Be n- ?3 Z% u9 ?! }1 v0 u% P& \
e3 R) G% U' a( p9 y6 o
e
8 q  c$ u8 W7 S8 q7 x/ tG% J. ?  h* @$ E6 t4 D) ~# t
a9 S7 y! r! x8 E7 m  \) y
a+ W1 [7 [- o" O9 m+ u9 h; a
M M$ K: H( Q3 v: ?) J
Y(1)=[ X(1)(1), X(1)(2), &#8943; X(1)( n)]T
; H, u8 k% h% c. I求出参数 A 和B" J$ r, p6 z) F( E; @
(G G) 1G X (1)
2 H0 f; a! {0 _" _% N( y' L1 `) QB
0 {! ^3 ?) H6 @% B! gA = T - T ÷ ÷# ^: H. n* A3 x" z5 Y
&oslash;& v, o7 g8 `# m
&ouml;5 S& X/ c* r/ x# V5 j7 J, m5 x
&ccedil; &ccedil;è
3 [" V1 k% a: `. r$ |: K/ {&aelig;6 i, v% P. T1 K
求出时间相应方程: X (1) (t +1) = Ae at + B
1 G5 v# q) G" P则需求总量的预测模型为: X (0) (t 1) X (1) (t 1) X (1) (t) ) ) ) + = + -
* ~2 \1 v3 d/ v7 W5 a* R4.5.2 网站月盈利与网站DVD 购买,会员会费的关系
* s7 [, P! R0 T1 M0 h& V9 W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
2 v! R! B5 |; O6 H5 S买DVD,如何确定会费使得网站盈利最大
0 |5 t4 n. U  |2 x. Y9 g6 T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:9 r: q& |- l, |* ?, V$ P
W = f (e,m);  e" y( ]( b" G$ T
假设会员对网站的满意程度 m 与网站拥有DVD 总数量s,网站拥有DVD 种数n
3 r, O4 s( @7 v) Y( C4 l- g) x1 t5 y有关,设:4 {' Z3 F3 V# R8 u6 N4 @
m = g(s, n)) Z7 m* B" F( @. H! n
假设拥有第 i 种DVD 的数量为ai,第i 中DVD 购买价格为bi- P$ r0 X# F6 C3 o9 S
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
; n8 Z: D  V" Y- W3 L根据以上假设建立如下规划模型:; n0 }) ^7 O  _/ t0 r% k4 C' u
&iuml; &iuml; &iuml;1 a) P  D9 B+ D0 N& i- w1 y/ c
&icirc;0 a2 }9 F/ B7 u. r  B
&iuml; &iuml; &iuml;
5 C- o- E+ m2 L# G; c" Bí( X2 ~* v* e4 f; W% P
ì
3 [: y, L$ a' K/ f2 c) u+ c=: b5 c+ T8 {1 w' ^, y. r( T& u
=! |  x0 H" j" k4 l
=
% C+ i; G  R, y. Y= &acute; - &acute;6 f. ]9 ~/ |$ f9 N9 E1 `
&aring;
! i9 f: L" F1 M7 H/ y" X&aring;
6 u" `3 q% z6 h  K=% i( b! r' A  T; R; ]* u; b+ {
=
- q3 e  m! |* L, `; B  ]% i% ]n8 h( E2 v& e- Q" B
i5 k8 U2 i: s* |1 u  i- E
i# u  b% I# y" ~4 H9 L5 W
n
1 v( m5 l. Q5 \3 \" ]4 ?i
3 C9 {0 i2 V: M) j% F! T5 vi i) d3 X& k. q& P) w% _1 }1 \- P: ^
s a
! E, x# m8 u) s8 g2 K( |m g s n, f0 s2 p- q6 r7 I
W f e m
3 ~6 N- L/ ?/ A" V* x8 q1 Z! ^s t
/ D; z$ Y: i: d) lF W e a b$ S; n9 ~2 [5 n( I
1
9 s. |9 N0 R. I2 t" v4 q  o1' v+ f; m7 Q* A) h' E6 r
( , ), z* L# v; ]$ P( j6 o# N
( , )  L* Y  f- k4 a: x, c' R( s% p$ L0 T
. .# z) u  w9 u: d  S3 }8 u
max/ c2 v* `6 t7 I, N4 D  x( O6 L+ y
六、模型的评价及推广! k. l5 R# a8 V" z- N7 u- 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- s  j8 o7 B4 b9 ^* 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- e- g0 F' G/ U: K3 L
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
+ p- M5 H2 |( S% V2 I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 B' {4 _! C; ?: ~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。5 o5 {4 H  c9 P( k0 \2 g
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
- k% H* y( q; I7 ~# t105 w, G0 m2 \! [1 G* {5 J' n2 @3 v5 W
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
( u" T2 q9 _$ v7 t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, o; O' L: j3 I+ u8 e: `
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  h, U- G% a) C2 ^7 ~5 [$ @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。
2 K2 Z% W/ }) h' H1 W: p3 X( 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
) R% h0 x& F; ?( E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
+ r8 u( x4 v8 h/ N: V% l+ [' S) C  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
& l  l1 M' K+ _( N结果难以求得最优解。, d/ F# o4 C& [
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( V6 z* N2 i) H+ H' U) F  k- |% ^
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
. d+ R+ Z* f& f9 @7 D3 i- o实际情况,但在精确性上还有待改进。
" i4 |5 Q0 ]" f3 N  s6 a8 P[参考文献]:
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6 `9 U0 F' B' d5 `6 v* C$ ~" G3 o[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4 z# B8 j5 G& P0 |* F+ F9 \
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第17卷第1期:72至74页,2003年3月
3 {% Z& n) ?$ @, |+ K( A. 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
1 g( B7 J& V% p[5] http://www.netflix.com,2005 年9 月17 日2 h/ \% k% J# Z4 Q. i& Y, L1 N
[附录]:
+ Q* f, N% k6 E/ V9 W( @; M9 o! p& F1、问题二程序:
5 m5 q0 g- @8 s! t0 r0 J: p运行软件:Lingo 8.0
- x* N/ P2 E: `. L运行环境:windows2000, i0 C1 x& i9 }- x4 `9 D+ b
运行时间:24 秒  U$ Z4 O" t, Y  _4 R7 d( g6 }
model:
  q6 U1 l9 V$ h# \: @1 Isets:# ^' i: j) O  Z& C
cd/1..100/:dvd;
2 v: l4 j# b) {ren/1..1000/:people;
1 s. P1 x# f; ~% ]& }link(ren,cd):c,b;+ S, h8 J# q0 k* |# k* J
endsets3 l# r& N  d+ t: M% m9 ^) F
[email=min=@sum(link:c*b]min=@sum(link:c*b[/email]);2 O: J( V+ ~' J( f7 ^& ]
!dvd总数的约束;
* `& F/ i) b% O6 q5 [* W; @8 _@for(cd(J)sum(ren(I):b(I,J))<dvd(J));4 e8 q7 C1 C% ?$ @! W( B- x* F
!需求约束;3 F4 L$ T  U. ^& i0 X: h
@for(ren(I)sum(cd(J):b(I,J))=3);
! D, Q$ j; h/ \5 Q/ w@for(linkbin(b));( x. x+ l7 E& o. b" ^
data:
  r: w. @" ~. H. h! m# vc= ;!输入偏爱度;
/ K. g6 Y* t' X) [7 F1 @* \- [dvd= ;!输入现有的每张DVD张数;
9 U) @4 f* r+ u5 Benddate
( \6 O& h: Z, f# O$ G7 }end5 ]! d$ K5 S: _* F$ y
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
9 {& D+ ^8 _7 y, w+ w11/ P+ B  \4 [& ~) e' `, Z4 N
运行软件:Matlab 6.5
# l% L  Q4 ~6 C2 F* Q9 L% f运行环境:windows2000
9 O; M( q1 s- I8 J2 tding=[ ];%输入订单表
, [* Y4 N" o% r5 b/ o0 sb=[ ];%输入由lingo 解得的最优解
! T6 Z0 C/ m5 L: U. P" O" ck=1;. F; U! q0 ]; ]
for i=1:1000% x 为分配DVD 方案表1 H* V8 a0 F) @3 I! X, u9 x% v
for j=1:100, z9 J/ j0 S( i9 G8 |
xx(i,j)=b(k);
: H3 f3 b( X1 n4 k: C  E! ok=k+1;
3 o1 P& s; t! K6 r5 kend
8 O3 {: t6 }# A. r8 v: wend
$ H  q) z% b4 qfor i=1:1000 %满意度
! Q% Y6 Q" {; x8 d* w5 Sfor j=1:1001 e) p; T2 b) Z$ A8 d
if ding(i,j)>0 %ding 表示订单表
6 o  I0 W# B% c4 x1 p8 Qman(i,j)=11-ding(i,j);
8 ]+ b, f7 b" {$ _' ]; A( v' |end
, N8 p: h& k, I# a/ _$ O* Fend$ Q. y* t  x1 t
end3 r' a. ?0 j7 g7 ]
tt=xx.*man;
5 G/ g& I) ~2 O5 @8 _ts1=sum(tt() %ts1 满意度的最大值/ L9 s/ r$ U: W$ z1 ^' k6 _% p
tt=xx.*ding;
; `( _' D6 z; |) Y' m# O8 Wtt2=sum(tt() %tt2 订数字和最小! ~: S+ ~& g5 ^& G
for i=1:1000
3 L* o! x6 X; fk=1;
. \( O' P6 m: u; k! Rfor j=1:100
$ x- G/ {& ~7 o9 {4 Dif xx(i,j)==1
2 m0 Y8 m# y% Z6 e3 z1 h9 l" Md(i,k)=j;%d 表示发放表+ L5 n6 {* m5 a" }9 Q6 p! X
k=k+1;. T- D* F4 o( }0 E  L/ S
end
  g) @/ e, T. V6 C9 r- T9 Send
& P0 q, \. J7 b, f$ Wend+ e5 }( h$ G3 X) ?+ e" ?7 {
for i=1:1000
/ a; F1 c+ b2 K; Efor j=1:3& d: y* D2 S" Y# h- p; e# i
ddd(i,j)=ding(i,d(i,j));%ddd 与发放表对应的订单数字( c3 I1 O+ }, J: A9 U3 c
end
# \. D" K6 |- r( i9 |( q1 Zend: O7 w1 c  n1 H; Z
k=0;%租给了会员不愿意租到碟的个数
2 e0 y6 Q1 Q3 D% Q( \9 nfor i=1:1000( v) ^! a3 N) m+ G/ z1 ?
for j=1:100
+ v1 b7 w4 x8 Z/ z8 e. Xif (xx(i,j)==1&ding(i,j)==0)
  C" h5 g; N; z% nk=k+1;0 S( p$ f6 b' C! T9 i3 w
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
! g8 h5 j1 B& k! S; l6 j2 W- p124 d, u1 n7 @6 ?3 k7 T9 t9 k
end$ g: b8 k6 r( Z7 M
end
- y8 W6 C1 k& s; `8 Send
2 ]3 b5 N; Y' V2 n# X* [/ H3 C: ik
$ s) j" [) Q) ]- G% [2、问题三程序
$ S2 U( {: S$ e/ Y9 P# c运行软件:Matlab 6.58 h7 m' P, ?& J8 B6 A% A
运行环境:windows20006 E5 v' X* E  Q2 @# r) L
c0=[ ]; %输入在线订单表' X; C; @' n9 Y* o
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,# z8 ~  |$ g6 I" E) t- t
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,) N, U  g/ _! t% z6 Q
c1(j,7)表示借次数
" ^9 X5 r0 }$ b4 T; Rc1(:,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
9 p+ ]  _) b) g3 m" ^5 }. v4 f- a7 m9 T, {! a- c, O
a=10;b=20;
+ X7 S  l; y: Fyt=olddvd;3 x- G& C( c0 G6 y$ k* }* S
for(i=1:30)%对每一天的情况进行模拟* T; X) l: {: }
for(j=1:n)
) B& m6 n4 ?- iif(c1(j,4)&c1(j,5)==i)%还碟
4 Y& m0 v+ q( Jif(c1(j,1))olddvd(c1(j,1))=olddvd(c1(j,1))+1;end
$ J6 }( `' L& A( C2 v: _8 K6 `, zif(c1(j,2))olddvd(c1(j,2))=olddvd(c1(j,2))+1;end% z2 i8 a6 p7 z! x9 }8 `
if(c1(j,3))olddvd(c1(j,3))=olddvd(c1(j,3))+1;end6 k* m' a* Z, m, Y% R" \
c1(j,4)=0;8 A1 `6 R6 I& @4 r" v* C$ s
end2 @# ?: J1 C% @6 d7 t
if(c1(j,4))continue;end %以下可以租
: i# q, Q6 J" dif(c1(j,6)<=6&c1(j,7)>=2)continue;end % 60%的会员租了两次不能再阻
9 x# y6 D- G3 Uif(c1(j,6)>6&c1(j,7)>=1)continue;end % 40%的会员租了一次不再租
3 M0 `! ^  n: I) n+ q+ A5 Mif(unidrnd(100)>95) continue;end %保证0.95 的概率能选到
" u0 s8 B+ V  I8 B0 x  b  ~c2=c0(j,;%以下开始租' x4 U  z) j- K
ts=0;" f  s0 q# i  ~5 {! ?! V* k3 S
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
& i% ^: F! x+ y5 W3 {生成三个随机数
% D" q( n0 _% J7 \1 ?9 ?7 sct=0;
2 M$ G- z% j0 I, a! K% qfor s=1:100- l) ?5 ?+ V4 \. u1 A5 h! s2 s$ \
if(c2(s)) ct=ct+1;ts(ct)=c2(s);end" m9 [4 ?3 u0 ^' k5 a
end6 D6 q7 `, A$ f+ ?$ T& q! M% V
tt=length(ts);) j3 i4 k  n1 d  {
%tt=max(c2); %第m 行的人预选个数& }  ~# A5 {/ N: e, V& W( g
2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文
+ B$ j5 R' d! l/ [+ W5 c13; e8 ~. n- f& N/ \2 L( N% c
%ts=1:tt;
. |& M" [5 s5 Z3 |. U/ ets=11-ts;
% b3 Q. ~3 I0 G+ J! j& w4 ]# q%生成三个不同的随机数,按照概率
6 i; O' S: C( e4 g! t# x. i/ ttm=sum(ts(1:tt));9 M0 H" v( z3 P9 l- I
t1=unidrnd(tm);%生成第一个随机数
' Q7 d/ I/ j7 B) g# E+ ~t0=0; ss=1;
2 Y: g6 O* Z% d) h( Kwhile t0<t1
: y, z; q  p! M2 {- N3 P) s" _8 ?+ L7 St0=t0+ts(ss);
$ ~. F; P8 X/ l  S: `ss=ss+1;
$ B- Y4 y0 ]1 E) cend5 @/ b9 L7 k6 G+ G2 `  e
ss=ss-1;, Q  F; Q  `  e
sj(1)=ts(ss);: v& U2 M: r& Z8 J% L5 ?
%生成第二个随机数. d+ `  q2 }: d* O/ g
for r=ss+1:tt%删除
# ?$ _4 e& `7 P( Y8 K& ^ts(r-1)=ts(r);/ {4 ]8 U' V8 t$ O1 Q9 {% [
end
( @1 @% B* W; T0 L/ S2 ntt=tt-1;3 S9 f. @: w+ `  z) x' a0 v2 ?
tm=sum(ts(1:tt));
" \$ I; d6 Z1 \  Ft1=unidrnd(tm);4 h6 X9 ^+ t$ u1 }/ p, p; X
t0=0; ss=1;6 ]6 D" x7 v% B9 U0 e6 u3 q6 N
while t0<t13 I7 E% ]9 p4 t( V5 R5 a
t0=t0+ts(ss);
/ o" t0 G  }( ~4 F( N( R9 d- [ss=ss+1;
# N% O& S* s* H% m0 F) y7 _end
2 g: _* M1 [0 }9 [7 T% b8 m5 ~ss=ss-1;! b. Y& N( _/ \( L
sj(2)=ts(ss);' h5 M$ |8 i* c  @5 d
for r=ss+1:tt%删除8 E2 E! A3 ^. r. m
ts(r-1)=ts(r);
5 }: H2 B4 l+ g8 f# a% T9 q4 fend
! F& f$ O9 I; J5 \) ^tt=tt-1;& x. i3 _, g3 d9 V& Z4 y7 u
tm=sum(ts(1:tt));
. z" q8 n% o3 {0 f: xt1=unidrnd(tm);%生成第二个随机数
7 j, m& T# j& j  p1 j1 |t0=0; ss=1;
7 `2 l+ j/ G7 q: z- Z. |5 Gwhile t0<t1
! b8 f( p; M7 E( F' ?1 }t0=t0+ts(ss);4 e: x, }  O" h) R$ i
ss=ss+1;
; g* N& L- g/ _5 O# Q- ~% @end6 {9 X9 B, a4 E
ss=ss-1;
: U$ C& q- `. I3 |sj(3)=ts(ss);) H  W* ?/ ?0 X  A2 k: o
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%9 E2 U1 t& g0 u, e3 g
for s=1:3
9 @! ~5 K- D6 Q1 Mj1(s)=find(c2==11-sj(s));
& G. h0 l2 I  h1 ?: Z0 h, |; ^5 nc1(j,s)=j1(s);
+ N8 P: n" d9 Z6 Y) ~2005 年全国大学生数学建模国家二等奖获奖论文6 t2 I  }0 p' S. |6 R$ M
14
; ?! @8 f; l# P7 ?olddvd(c1(j,s))=olddvd(c1(j,s))-1;
2 v8 L6 l+ k* g4 c+ Gc0(j,j1(s))=0;
( v& e8 }% b0 A/ a2 l) _  Kend
' J4 a% _% U& q# V3 Xc1(j,4)=i;
8 e: U; l2 Z  {7 x1 W+ L& Lc1(j,5)=i+round(unifrnd(a,b));% \* h' j6 ~8 `4 g9 L: I
c1(j,7)=c1(j,7)+1;/ {1 R. k* q7 |4 _3 Q
end1 U9 {0 I$ B2 z% l
mindvd(i,:)=olddvd;
$ @. h! T  k# A7 w+ K; `/ _end
! ?6 h* y( f( @- o! ^mindvd1=1000-min(mindvd);* c! y: f6 c! D5 i! d5 p3 R
sum(mindvd1)
发表于 2009-9-7 22:48:19 | 显示全部楼层
发表于 2009-9-13 08:22:30 | 显示全部楼层
还可以 不错
发表于 2010-8-19 20:37:11 | 显示全部楼层
表情符...............
发表于 2010-8-20 23:07:17 | 显示全部楼层

, u( V) B$ a: E7 m+ K先顶个
发表于 2010-11-1 16:52:33 | 显示全部楼层
那些软件是不是很难学啊?
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