规划论:线性规划、非线性规划、动态规划等概念整理

各种规划一直神秘的不敢去触碰,也一直是个疙瘩在脑子里,为此今天特意了解了一下。

规划论

规划论又称数学规划,运筹学的一个分支。
规划论是指在既定条件(约束条件)下,按照某一衡量指标(目标函数)在多种 方案中寻求最优方案(取最大或最小值)。规划论包括线性规划非线性规划动态规划


线性规划问题

概念理解:当目标函数与约束条件都是线形的,则称为线性规划。

线性规划问题是在一组线性约束条件的限制下,求一线性目标函数最大或最小的问题。 在解决实际问题时,把问题归结成一个线性规划数学模型是很重要的一步,但往往也是困难的一步,模型建立得是否恰当,直接影响到求解。而选适当的决策变量,是我们建立有效模型的关键之一。
建立数学模型的步骤(1)分析实际问题;(2)确定决策变量;(3)找出约束条件;(4)确定目标函数;(5)整理写出数学模型。

应用举例:某一企业内部,如何配合产品的销售时间、在各部门的原料、产品的存储、分配的数量等(决策变量) 来组织生产,使经济效益最高(目标)。
数学模型

image.png

求解方法图解法、单纯形法、对偶单纯形法等

非线性规划问题

概念理解:除去线性规划,则为非线性规划

其中,凸规划、二次规划、几何规划都是一种特殊的非线性规划。

数学模型

image.png

凸规划:目标函数是凸函数,局部最小值 也是全局最小值。参考
举个例子, 我们考虑下面的极小化问题:

image.png

设f(x)是凸函数, gi(x)是凸函数, hj(x)是线性函数.

二次规划:一类特殊的非线性规划。它的目标函数是二次函数,约束条件是线性的。
几何规划:略

求解方法:拉格朗日乘子法、可行方向法、制约函数法等。

无约束优化问题

去除带约束的规划问题,则为无约束优化问题。
求解方法
1、 最速下降法(也叫梯度下降)
2、 共轭梯度下降
3、 牛顿法
4、 拟牛顿法

动态规划问题

概念理解:若规划问题与时间有关,则称为动态规划;

把多阶段过程转化为一系列单阶段问题,逐个求解,解决这类问题的方法称为动态规划,它是一种方法、考察问题的一种途径,但不是一种特殊的算法。
没有统一的标准模型,也没有构造模型的通用方法,甚至还没有判断一个问题能否构造动态规划模型的准则。这样就只能对每类问题进行具体分析,构造具体的模型。对于较复杂的问题在选择状态、决策、确定状态转移规律等方面需要丰富的想象力和灵活的技巧性,这就带来了应用上的局限性。参考

动态规划一般可分为线性动规,区域动规,树形动规,背包动规四类。
线性动规:拦截导弹,合唱队形,挖地雷,建学校,剑客决斗等;
区域动规:石子合并, 加分二叉树,统计单词个数,炮兵布阵等;
树形动规:贪吃的九头龙,二分查找树,聚会的欢乐,数字三角形等;
背包问题:背包问题,完全背包问题,分组背包问题,二维背包,装箱问题,挤牛奶

举例最短路径问题举例ppt

组合规划问题:

若规划问题与有限个事物的排列组合有关,则称为组合规划

随机规划问题:

若规划问题与随机变量有关,则称为随机规划。

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