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运筹学美国:OperationalResearch英国:OperationsResearch运筹帷幄之中，决胜于千里之外——史记《张良传》2绪论运筹学的定义运筹学的来源运筹学的特点运筹学的工作程序运筹学的应用运筹学的展望3什么是运筹学？运用科学方法来解决工业、商业、政府、国防等部门里有关人力、机器、物资、金钱等大型系统的指挥或管理中所出现的复杂问题的一门学科。其目的是“帮助管理者以科学方法确定其方针和行动”。——英国运筹学会（世界上最早的运筹学会）4事有常规，物有定理。事物的活动也有其规律可进行研究，这些规律统称为“事理”；OR就是研究事物活动规律的科学，亦称“事理学”。——许国志运筹学是应用系统的、科学的、数学分析的方法，通过建模、检验和求解数学模型而获得最优决策的科学。——近代一些运筹学工作者5二十世纪四十年代开始形成的一门学科，主要研究经济活动与军事活动中能用数量来表达的有关运用、筹划与管理等方面的问题。它根据问题的要求，通过数学分析和运算，作出综合性的合理安排，以达到较经济、较有效地使用人力、物力。近年来，它在理论与应用方面都有较大的发展。运筹学的分支有规划论、对策论、排队论及质量控制等。——《辞海》6所有定义的核心是用科学方法来处理自然环境和社会环境中有关人和物的运行体系物包括从机器一直到人们已经接受的按某些规律运转的复杂的社会结构运筹学实际上是对现实问题进行数学建模，并设计相应的求解方法的学科现代运筹学涵盖了一切领域的管理与优化问题，称为ManagementScience7运筹学的三个来源军事两次世界大战期间的军事运筹研究管理生产中的组织与计划问题经济魁内的《经济表》8军事：运筹学的主要发源地古代军事运筹学思想中国古代的“孙子兵法”在质的论断中渗透着量的分析（1981年美国军事运筹学会出版了一本书，书中第一句话就是说孙武子是世界上第一个军事运筹学的实践家），中国古代运筹学思想的例子还有：田忌赛马、围魏救赵、行军运粮，等等国外历史上的阿基米德、伽利略研究过作战问题；第一次世界大战时，英国的兰彻斯特（Lanchester）提出了战斗方程，指出了数量优势、火力和胜负的动态关系；美国的爱迪生为美国海军咨询委员会研究了潜艇攻击和潜艇回避攻击的问题9军事：运筹学的主要发源地运筹学的正式产生：第二次世界大战鲍德西（Bawdsey）雷达站的研究1939年，以Blackett为首的一个研究小组（代号“Blackett马戏团”），研究如何改进英国的空防系统，提高英国本土防空能力Blackett备忘录1941年12月，Blackett应盟国政府的要求，写了五份题为“ScientistsattheOperationalLevel”的简短备忘录，建议在各大指挥部建立运筹学小组，此建议被迅速采纳据不完全统计，二战期间，仅在英、美和加拿大，参加运筹学工作的科学家超过700名10军事：运筹学的主要发源地大西洋反潜战：研究如何打破德国对英吉利海峡的海上封锁1942年麻省Morse教授应美国大西洋舰队反潜战官员Baker舰长的请求担任反潜战运筹组的计划与监督工作，其最出色的工作之一是协助英国打破了德国对英吉利海峡的海上封锁，研究所提出的两条重要建议是将反潜攻击由反潜舰艇投掷水雷改为飞机投掷深水炸弹，起爆深度由100米改为25米左右，即当德方潜艇刚下潜时攻击效果最佳运送物资的船队及护航舰艇的编队由小规模、多批次改为大规模、少批次，从而减少了损失率11军事：运筹学的主要发源地英国战斗机中队援法决策二战开始不久，德军突破马奇诺防线，法军节节败退，英国参与抗德，派遣十几个战斗机中队在法国国土上空与德国空军作战，指挥、维护均在法国进行。由于战斗损失，法国总理要求增援10个中队，时任英国首相丘吉尔准备同意该请求英国运筹学者的快速研究结果表明：在当时的环境下，当损失率、补充率为现行水平时，只要两周时间，英国的援法战斗机就一架都不存在了运筹学家以简明的图表、明确的分析结果说服了丘吉尔，丘吉尔决定：不再增换新的战斗机中队；将在法英国战机大部撤回本土；以本土为基地，继续抗德12管理泰勒的时间动作研究、甘特的用于生产计划与控制的“甘特图”、吉尔布雷思夫妇的动作研究等。切削效率与车速、进刀量等因素的数学关系——优选问题提出管理的基本原则，研究了机构设置、权限、工厂布局、计划等问题刺激性工资制13管理爱尔朗（Erlong）的排队论公式1909－1920年间，丹麦哥本哈根电话公司工程师爱尔朗陆续发表了关于电话通路数量等方面的分析与计算公式。尤其是1909年的论文“概率与电话通话理论”，开创了运筹学的重要分支——排队论14经济（数理经济学）Vonneumann的开创性工作1932年VonNeumann提出第一个广义经济平衡模型1939年提出宏观经济优化的控制论模型，成为数量经济学的一个经典模型近代对策论创始人之一，1944年与Morgenstern合作发表《对策论与经济行为》一书，将经济活动中的冲突、协调、平衡分析问题量化处理，解决了一些基本问题（二人零和对策）领导研究的电子计算机成为OR的技术实现支柱之一最早肯定和扶持当时未满30岁的Dantzig从事的以单纯形法为核心的线性规划研究15经济（数理经济学）康托洛维奇与“生产组织与计划中的数学方法”30年代，苏联数理经济学家康托洛维奇从事生产组织与管理中的定量化方法研究，取得了很多重要成果。1939年，出版了堪称运筹学的先驱著作《生产组织与计划中的数学方法》，其思想和模型被归入线性规划范畴16经济（数理经济学）QUSNAY（魁内）1758年在凡尔塞发表《经济表》对经济中各部门的平衡关系作了最早的研究Walras（沃尔拉思）对经济平衡问题的研究，其数学形式被持续深入研究、发展和推广（奥地利、德国）马克思是最早将数学用于经济研究的经济学家之一17运筹学的性质和特点运筹学的性质：应用科学应用现有的科学技术知识和数学方法，解决实际中提出的专门问题，为决策者选择最优决策提供定量依据运筹学的特点科学方法定量化分析最优决策多学科交叉，如综合利用了心理学、经济学、物理、化学等方法18前英国运筹学学会会长托姆林森提出六条原则(1)合伙原则(2)催化原则(3)互相渗透原则(4)独立原则(5)宽容原则(6)平衡原则19运筹学的模型任何事物都有固有的发展规律，模型可用来认识和表示事物内部联系及其与外部的关系，模型不仅描述客观事物更重要的是对客观事物的抽象。描述现实，预测未来模拟、实验现实世界不可能达到（重复）的事物。20运筹学的模型形象模型：按比例把现实事物缩小模拟模型：对现实世界的一种动态表示符号和数学模型：最抽象的模型21构模的方法和思路有以下五种：(1)直接分析法(2)类比法(3)数据分析法(4)试验分析法(5)想定(构想)法(scenario)22运筹学的工作程序提出问题——用自然语言描述问题。明确问题的性质；明确目标；限制条件建立数学模型——用变量、函数、方程描述问题。把最关键的因素抽象成简单的因素，系统而科学地解决问题求解——主要用数学方法求出模型的最优解、次优解、满意解，复杂模型求解要用计算机。解的检验——检查模型和求解步骤有无错误，检查解是否反映现实问题。解的控制——通过控制解的变化过程决定对解是否要做一定的调整。决策实施——决策者根据自己的经验和偏好，对方案进行选择和修改，作出实施的决定。23运筹学的分支线性规划数学规划非线性规划整数规划动态规划多目标规划双层规划组合优化最优计数问题网络优化排序问题统筹图随机优化对策论排队论库存论决策分析可靠性分析24运筹学的应用市场销售生产计划资本运营库存管理运输问题财政和会计人事管理设备维修和更新项目评价和选择工程优化设计计算机和信息系统城市管理发展战略25运筹学的展望美国前运筹学会主席邦特(S.Bonder)认为，运筹学应在三个领域发展：运筹学应用运筹科学运筹数学。26近几年来出现一种新的批评指出有些人只迷恋于数学模型的精巧、复杂化，使用高深的数学工具，而不善于处理面临大量新的不易解决的实际问题。现代运筹学工作者面临的大量新问题是经济、技术、社会、生态和政治等因素交叉在一起的复杂系统。27非数学的方法和理论引入运筹学在运筹学中除常用的数学方法以外，还引入一些非数学方法和理论。美国运筹学家沙旦(T.L.Saaty)，在20世纪70年代末提出了层次分析法(AHP)。切克兰特(P.B.Checkland)把传统的运筹学方法称为硬系统思考，它适用于解决那种结构明确的系统以及战术和技术性问题，而对于结构不明确的，有人参与活动的系统就不太胜任了。这就应采用软系统思考方法。28解的概念变化相应的一些概念和方法都应有所变化，如将过分理想化的“最优解”换成“满意解”。过去把求得的“解”看作精确的、不能变的凝固的东西，而现在要以“易变性”的理念看待所得的“解”以适应系统的不断变化。29两个很重要的趋势一个趋势是软运筹学崛起。一个趋势是与优化有关的，即软计算。这种方法不追求严格最优，具有启发式思路。30应用领域：从军事领域——社会各方面研究方向：从着重理论研究——注重实际应用。提高了OR的社会地位研究方法：定量分析——定量和定性分析相结合。提高了OR的实用价值31运筹学研究前沿与热点在“数字地球”的关键技术中寻求OR的切入点大规模科学计算，海量存储，高精度卫星图象，宽带网，互操作复杂巨系统与计算机模拟生物信息学中的OR方法引入生物分子序列比较，预测外显子和内含子寻找基因、启动子和序列对齐等隐藏统计规律的隐马氏过程方法DNA分子生物计算机经济博弈论与宏观金融博弈分析供应链管理现代优化算法禁忌搜索模拟退火遗传算法人工神经网络模糊OR与随机OR问题本身的不确定性人类知识的局限性33现代军事OR平时训练（红蓝军对抗）医疗后勤系统的计算机仿真计算机模拟军事演习电子对抗34教学目的与方法教学目的：介绍运筹学主要分支体系的基本模型、思想方法以及主要的算法；引导并锻练同学用运筹学知识定量分析与解决实际问题的能力。教学方法以各种实际问题为背景，引出各分支基本概念、基本模型和基本方法。让学生掌握软件操作。35教学内容数学规划------线性规划、动态规划网络技术----图、网络分析、网络计划对策---矩阵对策决策-----不确定型决策、风险型决策、效用理论存贮----确定型、随机型存贮模型。36教学参考书1.弗雷德里克.S.希利尔,杰拉尔德.J.利伯曼，运筹学导论，清华大学出版社，2007年2.韩大卫，管理运筹学——模型与方法，清华大学出版社，2009年3.熊伟，运筹学，机械出版社，2009年4.胡运权等,运筹学基础及应用,高等教育出版社,2004年5.胡运权,运筹学习题集,清华大学出版社,2005年6.周华任,运筹学解题指导,清华大学出版社,2006年7.谢金星,薛毅,优化建模与LINDO/LINGO软件,清华大学出版社,2005年37运筹学所涉及的有关知识数学方法:线性代数数学分析概率论与数理统计计算机科学行为科学管理学科经济学科系统工程38运筹学课程学习方法和考核1.保证上课的出勤率2.按时完成所布置的作业3.保证有一定的时间用于课前预习和课后的复习4.课堂教学与上机实验相结合考核方法:本课程为考试课.平时成绩30%+期末考试成绩70%39国外有关运筹学杂志OperationsresearchManagementscienceJournalofoperationsresearchDecisionscienceComputerandoperationsresearchEuropeanJournalofOperationalResearchJournaloftheoperationalResea