数学建模-出版社资源配置问题

出版社的资源配置问题靳旭亮彭强张茜1出版社的资源配置问题摘要在充分理解题意的基础上，我们提出了合理的假设。通过对问题的深入分析，我们将本题归结为规划问题，并建立了双目标整数规划模型。模型准备阶段，我们做了大量完整、系统的工作：（1）对过去5年调查问卷分配书号数加权平均，得出各分社分配书号方案；（2）用数据拟合的方法对单位书号的销售量进行预测；（3）人力资源“瓶颈约束”模型；（4）统计各学科分社市场占有率，限定其分配书号的数量范围，并确定强势产品；（5）对满意度进行了权重加和处理，并构造函数，建立满意度影响下的潜在经济效益模型。模型建立时，我们定义当前经济效益和潜在经济效益为出版社资源配置问题的两个目标函数，并结合模型准备挖掘了相应的约束条件。模型的求解，我们引入了偏好系数m，将双目标规划问题转化为单目标规划问题。采用MATLAB中的优化工具箱对此规划模型进行求解，得出资源配置方案如下：计算机经管类数学类英语类两课类机能类化工类地理类环境类MATLAB求解7044155785042172321接着，我们从偏好系数和位置区间两方面对满意度的灵敏度进行了分析。在模型进一步讨论中，我们建立了回归模型对顾客的满意度权重系数做了更深入的研究。最后，我们分析了市场现状并对出版社提出了一些有价值意见。【关键词】：资源配置数据拟合双目标整数规划模型满意度2一、问题重述出版社的资源主要包括人力资源、生产资源、资金和管理资源等，它们都捆绑在书号上，经过各个部门的运作，形成成本（策划成本、编辑成本、生产成本、库存成本、销售成本、财务与管理成本等）和利润。某个以教材类出版物为主的出版社，总社领导每年需要针对分社提交的生产计划申请书、人力资源情况以及市场信息分析，将总量一定的书号数合理地分配给各个分社，使出版的教材产生最好的经济效益。事实上，由于各个分社提交的需求书号总量远大于总社的书号总量，因此总社一般以增加强势产品支持力度的原则优化资源配置。资源配置完成后，各个分社（分社以学科划分）根据分配到的书号数量，再重新对学科所属每个课程作出出版计划，付诸实施。资源配置是总社每年进行的重要决策，直接关系到出版社的当年经济效益和长远发展战略。由于市场信息（主要是需求与竞争力）通常是不完全的，企业自身的数据收集和积累也不足，这种情况下的决策问题在我国企业中是普遍存在的。本题附录中给出了该出版社所掌握的一些数据资料，请你们根据这些数据资料，利用数学建模的方法，在信息不足的条件下，提出以量化分析为基础的资源（书号）配置方法，给出一个明确的分配方案，向出版社提供有益的建议。二、基本符号说明与基本假设2.1基本符号说明ia：第i个学科分社的总书号数目ija：第i个学科第j门课程的书号数目ijw：第i个学科第j门课程的书号数比例ijnc：第i类学科第j门课程在n年时的1个书号对应的销售量ijp：第i学科第j门课程书的价格()iiSa：第i个学科分社分得ia个书号后，创造的效益价值it：A出版社各学科分社的最大承受能力（最大承受书号数）iM：顾客对第i类学科分社的满意度()iifPM：顾客对第i学科分社的评价分数iU：第i类学科分社对应的潜在利益iL：2006年各学科分社申请的书号数目(,)iilbub：强势产品的支持力度对各学科分社的书号数ia的界定范围3m：领导者的偏好系数2.2基本假设1、假定同一课程不同书目价格差别不大，同时销售量相近，可认为是一种书；2、对出版社的问卷调查数据能够真实的反映出版业市场情况；3、01－05年的五年中出版社市场相对稳定，没有出现大的波动；4、出版社的经济效益与发行的刊物数量呈正相关；5、实际销售量可由分配到的书号数具体计算三、问题分析和基本思路3.1问题分析和建模思路考虑问题的题设和要求，我们要解决的是出版社的资源优化配置问题。资源优化配置问题是一类典型的规划问题。对于规划问题的求解步骤基本是：第一步，找目标函数；第二步，找约束条件；第三步，对规划函数进行求解。对题目仔细地分析后，我们确定当前经济效益和潜在经济效益为出版社资源配置的目标函数。当前经济效益可以比较容易地用分配到的书号数表示出来，难点是潜在经济效益的表达。我们分析关系，建立了顾客满意度量化描述潜在经济效益的模型。当前经济效益和潜在效益描述好了，我们的目标函数也就形成了。约束条件的寻找相对比较容易，不过我们能从题目中得到的明显约束条件很少，可想而知本题有隐含的约束条件需要自己去挖掘。如果约束条件能够起到有效的约束作用，唯一剩下的就是借助计算机对规划模型进行最优求解。此外，为了目标函数和约束条件的顺利表述。我们在正式模型建立之前，做了大量完整而系统的模型准备工作，用量化的语言理清了各部分之间的关系。3.2思路流程图下面的思路流程图是我们文章结构的一个缩影，它完整而形象的反映了我们文章的建模思路。图（1）：本文的建模思路流程图满意度、评价函数、潜在效益双目标整数规划模型偏好系数单目标规划Matlab优化工具书号数计算销量书号个数分配方案市场占有额确定强势产品资源配方案人力资源的“瓶颈约束”4四、模型的准备经过初步分析，我们决定用规划的方法来解这个问题，各学科分社分得的书号数ia是我们的规划变量。为了建立规划模型，我们做了下面一系列的准备模型，以便理清各部分之间的联系。4.1各学科（分社）内部书号个数的分配资源配置完成后，各个分社根据分配到的书号数量，要重新对学科所属每个课程进行二次分配，以便付诸具体出版。各分社是根据什么来二次分配书号到每个课程的呢？我们在观察了附件4给的数据后，猜测每年的各课程书号个数都是成一固定比例。以计算机类的10个学科为例，如下表：表(1):01-05年计算机类各课程的书号数课程代码20012002200320042005110111211122101112121233242343433453344361011121011788999833434910111110101045655总计6469776973每年的比例大致相似，我们对5年的数据加权平均后，计算各课程的书号数比例：ijijijjgwg，(1,2....9)i（4－1）表（2）：各学科内部课程的书号数比例12345678910计算机0.1590910.1619320.0397730.0482950.0482950.1534090.1221590.0482950.1477270.071023经管类0.1356780.0804020.0904520.0703520.0904520.0904520.0954770.1608040.0954770.090452数学类0.0443550.1733870.2392470.036290.1209680.1438170.059140.0241940.1021510.056452灵敏度分析进一步讨论模型推广优缺点评价5英语类0.3559720.0444960.0163930.1896960.060890.121780.049180.0444960.07260.044496两课类0.0657890.1491230.1052630.1578950.0745610.1403510.1578950.149123机能类0.2964820.0603020.1105530.2763820.1005030.155779化工类0.076190.1523810.20.123810.123810.32381地理类0.1750.1833330.1916670.2166670.1166670.116667环境类0.1746030.2380950.2222220.2142860.0873020.063492根据上表的比例，配置2006年的书号时，只要该学科分社的总书号数目ia一定，各内部课程分得的书号数便为：ijiijaaw，(1,2....9)i（4－2）4.2由分配到的书号数计算销售量由题目可知：各种出版社资源都捆绑在书号上，经过各个部门的运作，会形成成本和利润。另外，附件3的说明文字也提示我们销售量可由书号个数来计算。于是，我们建立模型试图描述两者之间的关系。同样以计算机类学科分社为例，我们用每年的实际销售值除以它对应的书号个数得到单位书号的销售值ijnc（如下表）。注意到：可用ijnc来表征第i类学科中第j门课程在n年时的1个书号所包含的成本和利润。表（3）：计算机类01-05年单位书号对应的销售值年份20012002200320042005C++程序设计124.00113.00154.17240.09224.33C程序设计180.90155.09223.42274.83327.25DSP技术及应用33.3392.5057.50382.50101.33Java60.0069.7562.67136.67202.75编译原理48.6760.3349.7597.25139.67数据结构111.4098.18118.75168.80243.55软件工程280.25296.13316.78354.00458.89单片机62.6761.3395.7539.6779.00多媒体223.10205.00235.36303.80355.00人工智能148.25162.00161.17243.00361.60根据上面分析，要计算2006年的销售量，就必须先预测出2006年各种书的单位书号销售值6ijc。通过数据拟合（线性最小二乘拟合法）预测2006年实际销售量对一门固定的课程，每年的销售量会有一定的变化，每年的书号分配情况也不尽相同，它们随年份的变化规律可能不是那么明显，但是对一个固定的年份n，其单位书号销售值ijnc往往是一个定值，即每一个书号对应印制一定数量的书，它和年份是密切相关的，且可以统计其变化规律。表22001～2005年C++程序设计的单位书号的平均销售量6年份20012002200320042005销售量/书号数124113154.17240.09224.33C++程序设计单位书号销售值随年份的变化如下：11.522.533.544.55100150200250年份平均销售量运用matlab编程通过数据2次拟合得出：90.408017.6764x2.5164x211nc可得2006年C++程序设计单位书号销售量287.058116a为了检验该模型预测结果的好坏，我们取出计算机类中4种书的预测数据和实际数据作比较，如下表：表（4）：预测、实际对比表书名年份200120022003200420052006C++程序设计预测值110.6135.83166.09201.38241.7287.06实际值124.00113.00154.17240.09224.33C程序设计预测值169.74181.09212.36263.57334.72425.80实际值180.90155.09223.42274.83327.25Java预测值63.56157.28778.691127.77204.53308.96实际值60.0069.7562.67136.67202.75编译原理预测值52.43648.69962.04892.483140204.61实际值48.6760.3349.7597.25139.67从以上数据的对比可以看出，数据的吻合程度令人比较满意。主观上，我们认为：数据拟合预测的数据比较可靠。根据上述理论，我们预测得出了06年各学科分社各课程的所有单位书号对应销售值6ijc，如下表：表（5）：06年各学科分社各课程的所有单位书号对应销售值计算机经管类数学类英语类两课类机械类化工类地理类环境类1287.061859.30692.64774.726127.3814.621427256.81628.5分社名课程代码72425.802275.10904.80552.328168.5303.51042.4663.37535.063100.89493.789985.301051.29971745.2473.42658.46620.524308.961303.801558.203