Экономико-математические методы и прикладные модели

Z1(X1, X2, .,Xn) ³ 0;

Z2(X1, X2, .,Xn) ³ 0;

.

Zm(X1, X2, .,Xn) ³ 0;

при Xi ³ 0,

где Z1, Z2,…,Zm – соответствующие функции, характеризующие условие решения поставленной задачи (ограничения); Хi – искомые величины, содержащие решение задачи.

Целевая функция задается в виде:

y = f (X1, X2,…, Xn).

Причем по крайней мере одна из функций y, Z1, Z2,

…, Zm – нелинейная.

Методами нелинейного программирования решаются задачи распределения неоднородных ресурсов.

Пусть имеется m разнородных ресурсов, которые предполагается реализовать для бизнеса в n регионах страны.

Известны оценочные возможности (вероятности) начать бизнес в j-м регионе (Pj), а также эффективности использования i-го ресурса в n-м регионе (wij).

Распределение ресурсов по регионам характеризуется так называемым параметром управления (hij):

hij = 0, если i-й ресурс не направляется в j-й регион,

1, если i-й ресурс направляется в j-й регион.

Необходимо распределить ресурсы по регионам таким образом (выбирать такие значения hij), чтобы величина полной вероятности достижения цели Рц была максимальной:

Рц = å Pj [1 - P (1-hijwij] = max.

Должно выполняться также ограничение

S hij = 1, i = 1, 2,…m

Ограничение означает, что каждый из m ресурсов обязательно должен назначаться в какой-либо из регионов.

Динамическое программирование (планирование)

Динамическое программирование (планирование) служит для выбора наилучшего плана выполнения многоэтапных действий. Для многоэтапных действий характерно протекание во времени. Кроме действий, естественно носящих многоэтапный характер (например, перспективное планирование), в ряде задач прибегают к искусственному расчленению на этапы, с тем, чтобы сделать возможным применение метода динамического программирования.

В общем виде постановка задачи динамического программирования сводится к следующему:

Имеется некоторая управляемая операция (целенаправленное действие), распадающаяся (естественно или искусственно) на m шагов – этапов. На каждом шаге осуществляется распределение и перераспределение участвующих в операции с целью улучшения ее результата в целом. Эти распределения в динамическом программировании называются управлениями операцией и обозначаются буквой U. Эффективность операции в целом оценивается тем же показателем, что и эффективность ее управления W (U).

При этом эффективность управления W(U) зависит от всей совокупности управлений на каждом шаге операции:

W = W(U) = W(U1, U2, ., Um).

Управление, при котором показатель W достигает максимума, называется оптимальным управлением. Оптимальное управление обозначается буквой U.

Оптимальное управление многошаговым процессом состоит из совокупности оптимальных шаговых управлений:

U = (U1, U2, ., Um).

Задача динамического программирования – определить оптимальное управление на каждом шаге Ui (i = 1, 2, …, m) и, тем самым, оптимальное управление всей операцией в целом.

В большинстве практических задач принимается, что показатель эффективности операции W в целом представляет собой сумму эффективности действий на всех этапах (шагах) операции:

W = å wi,

где wi – эффективность операции на i-м шаге.

При этом в случае оптимального управления

W = max åwi

Существо решения динамического программирования заключается в следующем:

- Оптимизация производится методом последовательных приближений (итераций) в два круга; в начале от последнего шага операции к первому, а затем наоборот от первого к последнему;

- На первом круге, идя от последующих шагов к предыдущим, находится так называемое условное оптимальное управление;

- Условное оптимальное управление выбирается таким, чтобы все предыдущие шаги обеспечивали максимальную эффективность последующего шага, иными словами, на каждом шаге имеется такое управление, которое обеспечивает оптимальное продолжение операции; этот принцип выбора управления называется принципом оптимальности;

- Так продолжается до первого шага, но поскольку первый шаг не имеет предыдущего, то полученное для него условное оптимальное управление теряет свой условный характер и становится просто оптимальным управлением, которое мы ищем;

- Второй круг оптимизации начинается с первого шага, для которого оптимальное управление известно.

Имея для всех шагов после него условное оптимальное управление, мы знаем ,что необходимо делать на каждом последующем шаге. Это дает нам возможность последовательно переходить от условных к оптимальным управлениям дл всех последующих шагов, что обеспечивает оптимальность операции в целом.

Пусть имеется m типов различных грузов, которыми необходимо загрузить транспортное средство таким образом, чтобы общая ценность груза W была максимальной. Ценность груза является функцией отгрузоподъемности транспортного средства:

W = f (G)

Известны массы грузов i-го типа Рi и их стоимости Ci.

Необходимо загрузить транспортное средство таким образом, чтобы общая ценность груза была максимальной:

W = fm(G) = max å xiCi,

где xi – число предметов груза i-го типа, загружаемых в транспортное средство; xi выступает здесь в качестве управления (Ui=xi)

Ограничивающими условиями являются:

å xi Pi £ G

xi = 0, 1, 2 .

Первое условие требует, чтобы общая масса груза не превышала грузоподъемности транспортного средства, а второе – чтобы предметы, составляющие груз различных типов, были неделимы.

Понятие критерия оптимальности

Формулировка критериев экономических систем является необходимой предпосылкой оптимизации плановых решений. В общем случае под критерием оптимальности понимается признак, на основании которого производится оценка, сравнение альтернатив, классификация объектов и явлений. Критерий оптимальности функционирования экономической системы – это один из возможных критериев (признаков) ее качества, а именно тот признак, по которому функционирование системы признается наилучшим из возможных вариантов ее функционирования. В сфере принятия экономических решений критерий оптимальности – это показатель, выражающий предельную меру экономического эффекта принимаемого хозяйственного решения для сравнительной оценки возможных решений выбора наилучшего из них. Наиболее часто используется максимум прибыли или минимум затрат.

Критерий оптимальности обычно носит количественный характер и показывает, насколько один из вариантов лучше ли хуже другого. Порядковый критерий определяет лишь то, что один вариант лучше или хуже другого. Математической формой критерия оптимальности в экономико-математических моделях является целевая функция, экстремальное значение которой характеризует предельно допустимую эффективность деятельности моделируемого объекта.

Если за классифицирующий признак принять уровень общности, то для экономической системы существуют глобальный критерий оптимального развития в масштабе Земли, социально-экономический критерий, а также «глобальный» (обобщенный) и локальный критерий оптимальности в частных системах моделей.

 Скачать реферат