在数学与运筹学领域中,线性规划是一种重要的优化工具,广泛应用于经济管理、工程设计及生产调度等领域。通过构建目标函数和约束条件,线性规划能够帮助我们找到资源分配的最佳方案。以下是六个经典且实用的线性规划例题,旨在展示其应用范围与解题技巧。
例题一:产品生产计划问题
某工厂生产A、B两种产品,每件产品的利润分别为5元和8元。已知生产一件A产品需要3小时人工和4单位材料,生产一件B产品则需5小时人工和6单位材料。工厂每天可用的人工时间为240小时,材料总量为300单位。问如何安排生产才能使工厂获得最大利润?
解法:设x₁为A产品的产量,x₂为B产品的产量,则目标函数为Z=5x₁+8x₂。约束条件包括人工时间和材料限制,即3x₁+5x₂≤240(人工时间),4x₁+6x₂≤300(材料)。利用单纯形法求解可得最优解。
例题二:投资组合选择
投资者有10万元资金用于投资股票X和债券Y。股票X的风险系数为1.2,预期收益率为10%;债券Y的风险系数为0.8,预期收益率为6%。为了平衡风险与收益,投资者希望总风险不超过9,并期望至少获得7%的整体收益率。试确定最优的投资比例。
解法:设x₁为投资于股票的资金比例,x₂为投资于债券的比例。目标函数表示为Z=0.1x₁+0.06x₂,同时满足约束条件1.2x₁+0.8x₂≤9(风险控制)以及0.1x₁+0.06x₂≥0.07(收益要求)。通过调整变量值找到满足所有条件的最大收益点。
例题三:运输成本最小化
一家公司在全国范围内设有三个仓库,分别位于北京、上海和广州,向四个城市(成都、武汉、长沙、南京)供应货物。各仓库到目的地的运输费用如表所示。如果每个城市的月需求量固定,请问如何安排运输路线以降低总运费?
| | 成都 | 武汉 | 长沙 | 南京 |
|---|------|------|------|------|
| 北京 | 10 | 15 | 20 | 25 |
| 上海 | 20 | 10 | 15 | 20 |
| 广州 | 25 | 20 | 10 | 15 |
解法:定义决策变量表示从各仓库发往不同城市的货量,建立相应的线性方程组来描述供需平衡关系,并设定最小化总运输费为目标函数进行求解。
例题四:人力资源调配
某企业需完成四项任务,每项任务所需工时不同。现有四名员工,每人完成各项任务所需时间如表所示。企业希望尽量减少总的用工时间,请问应如何分配任务给每位员工?
| 员工 | 任务1 | 任务2 | 任务3 | 任务4 |
|------|-------|-------|-------|-------|
| A| 5 | 8 | 7 | 6 |
| B| 7 | 6 | 9 | 5 |
| C| 8 | 7 | 6 | 9 |
| D| 6 | 9 | 5 | 7 |
解法:采用匈牙利算法或其他相关方法,将此问题转化为指派问题后求解。
以上仅是部分典型例子,实际应用中还有更多复杂情况等待解决。掌握线性规划的基本原理及其灵活运用对于提高工作效率至关重要。