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数学建模论文范文
问题的提出
该偏远贫困村位于中国西南地区,年平均降水量不足20
毫米,成为了一个典型的缺水地区。过去,村民们的日常生活
和农业生产用水主要依靠自建的小型蓄水池和四口水井。然而,
由于环境破坏,小蓄水池的功能已经完全丧失,而四口水井的
年产水量也在逐渐减少,无法满足需求。自2009年以来,村
民们不得不每天翻山越岭,走十几里路去背水来维持日常生活
和农业生产。因此,政府决定着手解决该村的用水难题。
解决方案
政府从两个方面入手解决问题。一方面,地质专家经过勘
察,在该村附近发现了8个可供打井的位置,它们的地质构造
不同,每个位置打井的费用和预计的年产水量也不同。另一方
面,政府考虑从长远角度出发,通过铺设管道的方式,从20
公里外的河流引入水源。铺设管道需要三年时间,每年投资费
用为万元的整数倍。铺设管道的费用与道路长度成正比,用以
下公式表示:0.51P=.66QL(万元),其中Q表示每年的可供
水量(万吨/年),L表示管道长度(公里)。政府希望在完
成铺设管道之后,每年能够提供至少100万吨水。
预算计划
政府从2010年开始,连续三年,每年最多可提供60万元
用于该村打井和铺设管道。为了保证该村从2010至2014年这
五年间每年至少获得150、160、170、180、190万吨水,政府
需要制定一个三年的打井和铺设管道计划,并尽可能地降低总
开支。在制定计划时,不考虑小蓄水池的作用和利息的因素。
表格
表1展示了现有各水井在近几年的产水量(万吨)。表2
列出了8个可供打井的位置、打井费用(万元)和当年产水量
(万吨)。
问题分析:
本题要求制定一个总费用最小的抗旱方案,使得该村从
2010至2014年这五年间每年分别能至少获得150、160、170、
180、190万吨水,每年费用不超过60万元。其他的约束条件
有:
a.每口井只能在2010年开始,连续三年中的其中一年施
工
b.铺设管道费用为万元整数倍
c.由于河位于与该村相隔20公里外的地方,所以管道总长
度不小于20公里
d.铺设管道需要3年时间,故前3年管道供水量为0,而第
4,5年供水量不小于100万吨。
模型的假设:
忽略小蓄水池的作用和利息因素
不考虑意外情况导致所需经费增加
假设井在年初修建且时间很短,修完之后即可利用,管道
铺好后即可用于供水
假设这五年之内村民需水量基本稳定
假设井供水量呈稳定规律变化,不考虑其他因素对产水量
的影响
从长远利益考虑,打井和铺设管道两个方案应同时协调进
行。
符号说明:
Xij——变量,表示第i号井在第j年的施工情况,Xij=1
表示第i号井在第j年施工,Xij=0表示不施工
Zj——第j年的总费用
Pj——第j年的铺管道费用
Lj——第j年铺管道公里数
Wj——第j年的水量
Q——管道供水量
Nj——所有新建的水井在第j年的产水量
模型建立:
决策变量为三年间铺设管道和打井的总费用。变量Xij表
示i号井j年是否施工,为1则施工,产生费用,Pj表示第j年
的铺路费用。所以第j年的总费用
Zj=5*X1j+7*X2j+5*X3j+4*X4j+6*X5j+5*X6j+5*X7j+3*X8j+Pj。
三年费用minZ=Z1+Z2+Z3.
改写后的文章:
本题要求制定一个总费用最小的抗旱方案,使得该村从
2010至2014年这五年间每年分别能至少获得150、160、170、
180、190万吨水,每年费用不超过60万元。为此,我们需要
制定一个优化问题模型,使得决策目标最小化。
除了上述目标,我们还需要考虑以下约束条件:
a.每口井只能在2010年开始,连续三年中的其中一年施
工。
b.铺设管道费用为万元整数倍。
c.由于河位于与该村相隔20公里外的地方,所以管道总长
度不小于20公里。
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