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如何利用excel的规划求解解决货郎担问题?

作者:绿色风 分类: 时间:2022-08-18 浏览:109
楼主
lrlxxqxa
Q:如何利用excel的规划求解解决货郎担问题?

A:回答这个分三步走:
    1、什么是货郎担问题?
    2、什么是规划求解?
    3、如何解决?

1、什么是货郎担问题?



    货郎担问题是运筹学中一个古老而著名的问题,有重要的研究和使用价值,货郎担问题是指货郎从一个城市出发,经过其他所有城市,并且一个城市只能经过一次,最后回到出发点,求解货郎在城市间销售的最短回路问题。


    货郎担问题又称为旅行商问题,即TSP问题(Traveling Salesman Problem)是数学领域中著名问题之一。假设有一个旅行商人要拜访n个城市,他必须选择所要走的路径,路经的限制是每个城市只能拜访一次,而且最后要回到原来出发的城市。路径的选择目标是要求得的路径路程为所有路径之中的最小值。


       TSP问题是一个组合优化问题。因此,任何能使该问题的求解得以简化的方法,都将受到高度的评价和关注。找出货郎问题最优解的算法可以通过完全枚举,即通过完全枚举城市集合的全排列,计算出每种排列相应销售回路的长度,从中找出最短的回路,这种完全枚举算法的时间复杂性函数是城市N的指数形式。还有贪心算法、动态规划、回溯法、分支定界法等,条条大路通罗马。

    下文要阐述的是利用excel的规划求解功能如何解决此问题。


2、什么是规划求解?

     规划求解是在一定的限制条件下,利用科学方法进行运算,使对前景的规划达到最优的方法,他是现代管理科学的一种重要手段,是运筹学的一个分支。利用规划求解,可以解决产品组合问题、配料问题、下料问题、物资调运问题、任务分配问题、投资效益问题、合理布局问题等。


    线性规划模型由3个基本部分组成:
  • 决策变量(variable)
  • 目标函数(objective)
  • 约束条件(constraint)
        单纯的概念太抽象,下面我结合一个实例来说明


    3、货郎担问题如何利用规划求解?


    (实例)某货郎要从A城市分别去B、C、D、E城市卖货,最后再回到A城市,路线要形成一个封闭回路,如何才能使路线最短?

    步骤1:设计电子表格

    表格中的999代表无限远(即某城市作为出发地就不能作为到达地)


     


    使用Excel求解线性规划问题时,电子表格是输入和输出的载体,因此设计良好的布局,更加易于阅读。本例的电子表格设计布局及公式如下图所示:


    C12:G16区域的每个单元格代表每两个城市之间的路程长度,用二进制的1表示最短路程;
    某个出发地只对应一个到达地,所以C17:G17区域的每个单元格最大为1;
    某个到达地只对应一个出发地,所以H12:H16区域的每个单元格最大为1;



        
     

    步骤2:加载宏安装规划求解;

    单击左上角Office按钮--》excel选项--》加载项--》规划求解加载项--》转到--》勾选“规划求解加载项”--》确定。


    然后在菜单的数据--》分析--》规划求解


     



    步骤3:将设计表格的各个单元格与规划求解的三个组成部分对号入座;


  • 决策变量(variable)    C12:G16
  • 目标函数(objective)  I17
  • 约束条件(constraint)C17:G17,H12:H16
    步骤4:应用规划求解;

    单击工具--规划求解--设计相应的参数:


     


    选项可以根据具体需求来设置。这里我勾选“采用线性模型”和“假定非负”,其余保持默认;


    步骤5:求解;

         设置好参数后,单击“规划求解参数”对话框中的“求解”按钮;单击“确定”可以保存解决方案。

         如果问题没有可行解,规划求解将会显示明确的信息“规划求解找不到有用的解”。如果最优目标值超出界限,规划求解将会显示不太明确的信息“设置目标单元格的值未收敛”。这些情况都表明模型构造的公式有错误。

         附上操作动画及实例以帮助理解。

       
     
    规划求解之货郎担讲解.rar
  • 2楼
    lrlxxqxa
    Q:如何利用excel的规划求解解决货郎担问题?

    A:回答这个分三步走:
        1、什么是货郎担问题?
        2、什么是规划求解?
        3、如何解决?

    1、什么是货郎担问题?


        货郎担问题是运筹学中一个古老而著名的问题,有重要的研究和使用价值,货郎担问题是指货郎从一个城市出发,经过其他所有城市,并且一个城市只能经过一次,最后回到出发点,求解货郎在城市间销售的最短回路问题。


        货郎担问题又称为旅行商问题,即TSP问题(Traveling Salesman Problem)是数学领域中著名问题之一。假设有一个旅行商人要拜访n个城市,他必须选择所要走的路径,路经的限制是每个城市只能拜访一次,而且最后要回到原来出发的城市。路径的选择目标是要求得的路径路程为所有路径之中的最小值。


           TSP问题是一个组合优化问题。因此,任何能使该问题的求解得以简化的方法,都将受到高度的评价和关注。找出货郎问题最优解的算法可以通过完全枚举,即通过完全枚举城市集合的全排列,计算出每种排列相应销售回路的长度,从中找出最短的回路,这种完全枚举算法的时间复杂性函数是城市N的指数形式。还有贪心算法、动态规划、回溯法、分支定界法等,条条大路通罗马。

        下文要阐述的是利用excel的规划求解功能如何解决此问题。


    2、什么是规划求解?

         规划求解是在一定的限制条件下,利用科学方法进行运算,使对前景的规划达到最优的方法,他是现代管理科学的一种重要手段,是运筹学的一个分支。利用规划求解,可以解决产品组合问题、配料问题、下料问题、物资调运问题、任务分配问题、投资效益问题、合理布局问题等。


        线性规划模型由3个基本部分组成:

  • 决策变量(variable)
  • 目标函数(objective)
  • 约束条件(constraint)
        单纯的概念太抽象,下面我结合一个实例来说明


    3、货郎担问题如何利用规划求解?


    (实例)某货郎要从A城市分别去B、C、D、E城市卖货,最后再回到A城市,路线要形成一个封闭回路,如何才能使路线最短?

    步骤1:设计电子表格

    表格中的999代表无限远(即某城市作为出发地就不能作为到达地)


     

        使用Excel求解线性规划问题时,电子表格是输入和输出的载体,因此设计良好的布局,更加易于阅读。本例的电子表格设计布局及公式如下图所示:


    C12:G16区域的每个单元格代表每两个城市之间的路程长度,用二进制的1表示最短路程;
    某个出发地只对应一个到达地,所以C17:G17区域的每个单元格最大为1;
    某个到达地只对应一个出发地,所以H12:H16区域的每个单元格最大为1;



           
     


    步骤2:加载宏安装规划求解;

    单击菜单“工具”--“加载宏”,出现“加载宏”对话框,如下图所示。选择“规划求解加载项”,单击“确定”。


     


    步骤3:将设计表格的各个单元格与规划求解的三个组成部分对号入座;

  • 决策变量(variable)    C12:G16
  • 目标函数(objective)  I17
  • 约束条件(constraint)C17:G17,H12:H16
    步骤4:应用规划求解;

    单击工具--规划求解--设计相应的参数:


     

    选项可以根据具体需求来设置。这里我勾选“采用线性模型”和“假定非负”,其余保持默认;


    步骤5:求解;

         设置好参数后,单击“规划求解参数”对话框中的“求解”按钮;单击“确定”可以保存解决方案。

         如果问题没有可行解,规划求解将会显示明确的信息“规划求解找不到有用的解”。如果最优目标值是**的,规划求解将会显示不太明确的信息“设置目标单元格的值未收敛”。这些情况都表明模型构造的公式有错误。

         附上操作动画及实例以帮助理解。

       
     
    salesman.rar
  • 3楼
    lrlxxqxa
    对于用规划求解出来的最优方案,并不一定是唯一的,但差异仅存在于路线选择,最终的最优路线长度一定是一致的(假设最优路线长度为m,m1=m2);

         而对于excel给出的最优方案m,我们要进一步分析是不是符合实际要求,比如是不是一个封闭回路?

         如果出现分支(2各回路),一般的方法是对较短回路进行条件限制,使其并入较长的回路中。这样出现的结果(n)才是满足实际需要的最短路程,但这个值n一定是大于m的。
    4楼
    顺便
    非常好的贴,呵呵呵。我正准备在工作中运用。
    5楼
    mjgdxx
    学习了,谢谢
    6楼
    sjz76meizi
    讲得够详细,精彩!
    7楼
    larkzh
    详细,学习了。
    8楼
    andrewyang
    为什么要和'二进制" 挂钩,不懂 不懂
    9楼
    bensonlei
    学习了。

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