数学建模论文102(3)

2019-08-29 18:50

它有可能与模型Ⅰ中原本的营养约束条件产生冲突。

实际生活中,我们每天摄入的食物量大体一定,但摄入的营养量却有可能差别较大,如果某一天某人摄入的营养过量,而接下来几天都没有摄入这种营养或摄入很少,也是正常的现象。RDA表中给出的数据是一个平均值,特别是对于矿物质,是一个长期吸收的过程。这个模型是以天为单位的,所以针对每一天营养需求的约束可以适当放宽,我们规定每种营养的摄入量不少于需求量的70%。但是一个合理的膳食方案对于营养的摄入量应该非常靠近需求。于是我们定义营养摄入合理度为:一种营养的实际摄入量与需求量之间的相对偏差的绝对值。其表达式为:

Dj??XQBNi?1iij96i,j?Nj ?2?j?21且j?3?

Dj??XQBi?1ii96?i,jNN1j900 ?j?3?

当j=1时,即营养为能量,根据假设(5),能量的摄入合理度必为0,所以不用考虑。当j=3时,也就是考虑到脂肪,在RDA表中它的数值表示的脂肪提供的能量占总能量的百分比,所以表达式与其它营养不同。

从营养摄入合理度的定义可以看出,其值越小,就表示摄入的能量与需求量越接近,也就越合理。为了要给出一份较好的膳食方案,营养摄入合理度的值越小越好。故而增加目标,以20种营养的合理度之和最小为目标,与模型Ⅰ中的总花费最少构成多目标规划。

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由以上分析得到规划模型如下:

?196?10?X?i?1min?21??Dj?j?2?iPi?96??XiQiBi,j?0.7N?i?111??L1??Xi?R1i?1?24??L2??Xi?R2i?12?56??L3??Xi?R3i?25?65??L4??Xi?R4i?57?74??s.t.?L5??Xi?R5i?66?77??L6??Xi?R6i?75?82??L7??Xi?R7i?78?92??L8??Xi?R8i?83?96??L9??Xi?R9i?93???0?Xi??j

4.2.2 模型求解

这是多目标规划,采取加权组合的方式将它们化为单目标规划,但是显然两目标的量纲不统一,一个是元,一个是无量纲,为了统一量纲,对消费最低的目标进行无量纲化。所谓的消费最低,是为了满

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足大众经济水平,随着社会的发展,人们的生活日益富裕,对消费最低的需求会越来越少,而是转为考虑消费是否合理,据此,我们定义消费合理度为:实际消费与人均消费的相对偏差的绝对值。其表达式为:

196?S?XiPi10i?1

S消费合理度的意义很清楚,其值越低,越容易被人接受。与追求价格最低相比,用消费合理度来衡量效果要更加显著,因为这样就可以在能够支出的范围内重点考虑其它因素。

设营养摄入合理度的目标与消费合理度的权分别是w1与w2,则新目标为:

121min?w1?Dj?w220j?2196?S?10i?1XiPi

S目标中涉及绝对值,所以这并不是线性规划,为了求解的方便,可以做出如下优化。以消费合理度为例:

196?S?10i?1XiPi?Ha?Hb,另设两个临时变量Ha?0与Hb?0,令则

S目标函数变为min?w1?Dj?w2?Ha?Hb?,这样消费合理度部分就是

j?221线性的了。下面证明这种方法和求绝对值等价:

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196?S?XiPi若Ha?Hb,则10i?1?Ha?Hb,可以暂且认为

S196?S?10i?1XiPi的值是值Z,即Ha?Hb?Z。

S目标函数要想达到最优,也就是Ha?Hb最小,则必有Hb?0。因为Ha?Hb?Z?2Hb,这是显然的结论。

用这种方法对营养摄入合理度也进行处理,模型Ⅱ就成为线性规划模型。

只要给出一组权值,就可以使用Lingo9.0进行求解(表2、表3),通过改变权值,发现消费合理度对目标的影响较大。

4.2.3 模型评价

模型Ⅱ考虑了实际情况的因素,在一定程度上与实际情况相符。 食物种食物 类 男 女 18岁18岁20岁20岁21岁21岁19岁男 19岁女 男 女 男 女 挂面 0.00 0.00 0.00 0.00 0.92 1.00 0.89 0.97 面条 0.48 0.63 0.38 0.64 0.00 0.00 0.00 0.00 谷薯类 馒头 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.05 油饼 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 稻米 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 14

糯米 0.00 0.00 2.30 2.08 0.00 0.00 0.08 0.07 玉米 0.79 0.87 0.00 0.00 0.89 0.17 0.38 0.44 小米 0.00 0.00 0.00 0.00 0.47 0.15 0.11 0.00 马铃0.00 0.00 0.00 0.00 0.40 0.00 0.00 0.00 薯 红薯 0.00 0.00 0.00 0.00 0.95 0.00 0.01 0.00 粉丝 0.23 0.00 0.00 0.00 0.37 0.59 0.03 0.00 黄豆 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 豆腐 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 豆浆 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 腐竹 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 豆腐0.21 0.24 0.00 0.13 0.00 0.00 0.00 0.00 干 干豆坚素什0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 果类 锦 豆沙 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 蚕豆 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 核桃 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 板栗 0.29 0.26 0.50 0.37 0.30 0.50 0.30 0.30 鲜花0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 生 15


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