数学建模典型例题

2019-08-31 20:08

一、人体重变化

某人的食量是10467焦/天,最基本新陈代谢要自动消耗其中的5038焦/天。每天的体育运动消耗热量大约是69焦/(千克? 天)乘以他的体重(千克)。假设以脂肪形式贮存的热量100% 地有效,而1千克脂肪含热量41868焦。试研究此人体重随时间变化的规律。 一、 问题分析

人体重W(t)随时间t变化是由于消耗量和吸收量的差值所引起的,假设人体重随时间的变化是连续变化过程,因此可以通过研究在△t时间内体重W的变化值列出微分方程。

二、 模型假设

1、 以脂肪形式贮存的热量100%有效

2、 当补充能量多于消耗能量时,多余能量以脂肪形式贮存 3、 假设体重的变化是一个连续函数 4、 初始体重为W0

三、 模型建立

假设在△t时间内:

体重的变化量为W(t+△t)-W(t);

身体一天内的热量的剩余为(10467-5038-69*W(t)) 将其乘以△t即为一小段时间内剩下的热量;

转换成微分方程为:d[W(t+△t)-W(t)]=(10467-5038-69*W(t))dt;

四、 模型求解

d(5429-69W)/(5429-69W)=-69dt/41686 W(0)=W0 解得:

(-69t/41686)

5429-69W=(5429-69W0)e即:

(-69t/41686)

W(t)=5429/69-(5429-69W0)/5429e

当t趋于无穷时,w=81;

二、投资策略模型

一、 问题重述

一家公司要投资一个车队并尝试着决定保留汽车时间的最佳方案。5年后,它将卖出所有剩余汽车并让一家外围公司提供运输。在策划下一个5年计划时,这家公司评估在年i的开始买进汽车并在年j的开始卖出汽车,将有净成本aij(购入价减去折旧加上运营和维修成本)。以千元计数aij的由下面的表给出: aij 年2 年3 年4 年5 年6 年1 年2 年3 年4 年5 4 6 5 9 7 6 12 11 8 8 20 16 13 11 10 请寻找什么时间买进和卖出汽车的最便宜的策略。

二、 问题分析

本问题是寻找成本最低的投资策略,可视为寻找最短路径问题。因此可利用图论法分析,用Dijkstra算法找出最短路径,即为最低成本的投资策略。

三、 条件假设

除购入价折旧以及运营和维护成本外无其他费用;

四、模型建立

5

11 7 三 6 4

16

6 13 8 四 一 9

12 8 11 20 五 10

运用Dijikstra算法

1 2 3 4 5 6 0 4 6 9 12 20 6 9 12 20

9 12 20 12 20 20 可发现,在第二次运算后,数据再无变化,可见最小路径已经出现

即在第一年买进200辆,在第三年全部卖出,第三年再买进200第六年全部卖出。

三、飞机与防空炮的最优策略

一、问题重述:

红方攻击蓝方一目标,红方有2架飞机,蓝方有四门防空炮,红方只要有一架飞机突破蓝方的防卫则红方胜。其中共有四个区域,红方可以其中任意一个接近目标,蓝方可以任意布置防空炮,但一门炮只能防守一个区域,其射中概率为1。那么双方各采取什么策略?

二、问题分析

该问题显然是红方与蓝方的博弈问题,因此可以用博弈论模型来分析本问题。 1、对策参与者为两方(红蓝两方)

2、红军有两种行动方案,即两架飞机一起行动、两架飞机分开行动。蓝军有三种防御

方案,即四个区域非别布置防空炮(记为1-1-1-1)、一个区域布置两架一个没有另外两个分别布置一个(记为2-1-1-0)、两个区域分别布置两架飞机另外两个没有(记为2-2-0-0)。显然是不需要在某个区域布置3个防空炮的。

三、问题假设:

(1) 红蓝双方均不知道对方的策略。

(2) 蓝方可以在一个区域内布置3,4门大炮,但是大炮数量大于飞机的数量,

而一门大炮已经可以击落一架飞机,因而这种方案不可取。

(3) 红方有两种方案,一是让两架飞机分别通过两个区域去攻击目标,另一

种是让两架飞机通过同一区域去攻击目标。

(4) 假设蓝方四门大炮以及红方的两架飞机均派上用场,且双方必须同时作

出决策。

四、模型建立

行动及其产生的结果 红方 蓝方 1-1-1-1 2-1-1 2-2-0-0 1.0 0.75 0.50 0.00 0.50 0.83 2架一起 两架分开 由此可得赢得矩阵蓝方为A,红方为B

A= 10

0.75 0.50 0.50 0.83 B= 0 0.25 0.5

1 0.5 0.17

没有鞍点,故用混合策略模型解决本问题

设蓝方采取行动i的概率为xi(i=1,2,3),红方采取行动j的概率为yj(j=1,2),则蓝方与红方策略集分别为:

S1={x=(x1,x2,x3)0

五、模型求解

下列线性规划问题的解就是蓝军的最优混合策略x* Max v1

0*x1+0.25*x2+0.5*x3>v1 x1+0.5*x2+0.17*x3>v1 x1+x2+x3=1 xi<=1

下列线性规划问题的解就是红军的最优混合策略y* Min v2 y2

0.25*y1+0.5*y2

四、雷达计量保障人员分配

开展雷达装备计量保障工作中,合理分配计量保障人员是提高计量保障效能的关键。所谓合理分配是指将计量保障人员根据其专业特长、技术能力分配到不同的工作岗位上,并且使得所有人员能够发挥出最大的军事效益。

现某雷达团共部署12种型号共16部雷达,部署情况及计量保障任务分区情况如表所示: 区域 部署雷达 计量保障任务划分 计量保障任务数量 区域1(雷达一营) A、A、B、C、D、E 区域2(雷达二营) C、F、G、H、I 区域3(雷达三营) D、F、J、K、L A、B1、B2、C、D、E、 6 C、F、G、H1、H2、I 6 6 D、F、J、K、L1、L2 说明:1.保障任务分区域进行保障;

2.B、H、L型雷达分为两个保障任务,分别为B1、B2、H1、H2、L1、L2,其它雷达为一个保障任务;

3.同一区域多部相同雷达等同于一部雷达的保障任务; 4.不同区域的相同雷达看作不同保障任务; 5.每个保障人员只能保障一个任务; 6.每个保障任务只由一个保障人员完成。

雷达的重要性由其性能和所担负的作战任务共同决定,即使同一型号的雷达在不同区域其重要性也可能不同。各雷达的重要性如下表所示(表中下标表示雷达所在保障区域):

雷A1 达 B1 C1 D1 E1 C2 F2 G2 H2 I2 D3 F3 J3 K3 L3 重0.8 0.9 0.8 0.7 0.7 0.7 0.8 0.7 0.9 0.6 0.7 0.9 0.8 0.6 0.7 要性 该雷达团修理所现在有10名待分配计量保障人员,他们针对不同保障任务的计量保障能力量化指标如下表所示:

人员 Mw1 Mw2 Mw3 Mw4 Mw5 Mw6 Mw7 Mw8 Mw9 Mw10 A 0.8 0.9 0 0.4 0.7 0.5 0.5 0.8 0.4 0.7 B 0.3 0.5 0.9 0 0.8 0 0.9 0.2 0.7 0.3 1B 0 0 0 0 0.7 0.8 0.4 0.4 0.5 0.8 2C 0.7 0.5 0 0.5 0.6 0.6 0 0.6 0.5 0.6 D 0.4 0 0 0.5 0.7 0.8 0 0 0.3 0.8 E 0.8 0 0 0 0.3 0.7 0.2 0.1 0.6 0.8 F 0.6 0.5 0.4 0.2 0.3 0.8 0.3 0.2 0.7 0.3 G 0.7 0.9 0.6 0 0 0 0.4 0.2 0.8 0.5 H 0.9 0.5 0.4 0.2 0.3 0.8 0.3 0.2 0.7 0.2 1H 0.3 0.5 0.7 0.6 0.5 0.8 0.3 0.1 0.6 0 2I 0.4 0.5 0.4 0.8 0.7 0.6 0 0 0.4 0.4 J 0 0.5 0.4 0.2 0.3 0.8 0.6 0.2 0.3 0.9 K 0 0.5 0.3 0.7 0.3 0.8 0.3 0.1 0.7 0.7 L 0.7 0.5 0.4 0.2 0.3 0.1 0.3 0.2 0.6 0 1L 0.8 0.5 0.5 0.2 0.7 0.2 0.5 0.2 0.2 0 2 问题:如何给该团三个营分配计量保障人员,使他们发挥最大军事效益?

一、问题分析:

该问题是人员指派问题,目的是得到最大效益。根据保障能力测试与雷达重要性定义出效益矩阵,用0—1整数规划方法来求解,


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