本書介紹了運籌學的主要理論和方法, 共分為八章, 包括無處不在的運籌學、線性規(guī)劃、線性規(guī)劃的對偶理論、運輸問題、非線性規(guī)劃、圖與網(wǎng)絡、整數(shù)規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、決策論、博弈論和大數(shù)據(jù)時代的運籌學。本書在選材上詳略得當, 重點突出, 對專業(yè)詞匯給出了中英文對照; 注重內容闡述的啟發(fā)性和新穎性, 對經典方法的講解由淺入深, 適當增加了運籌學的最新研究理論和方法, 拓展讀者的視野;強調理論闡述的嚴密性, 給出必要的算法思路和邏輯推演過程; 引入了具有時代性的應用案例分析; 介紹了如何用Excel 和Gurobi 來求解模型, 增強了本書的實用性。
  本書適合作為普通高等院校相關專業(yè)開設運籌學 課程的教材或參考書。
		 
	
本書遵循教指委相關指導文件和高等院校學生學習規(guī)律編寫而成。踐行四新理念,融入思政元素,注重理論與實踐相結合。
 
第2 版前言
  本書自2016 年6 月首次出版以來, 得到了廣大讀者的喜愛, 被一些高等院校選作教材和教學參考書, 總體反映良好。作者團隊在運籌學 課程的教學中也一直使用本書,收到了比較滿意的效果。結合多年的教學經驗和讀者反饋, 我們收集了書中存在的一些問題和有待改進之處。為更好地提升教材質量, 并更進一步反映運籌學領域近年來的新發(fā)展, 在江蘇省高等學校重點教材(修訂) 項目的支持下, 我們對本書進行了再版修訂。
  在保持原書特色的前提下, 本次修訂對全書內容做了較多增刪, 優(yōu)化了章節(jié)結構和內容編排, 主要的修改和調整如下。第一, 新增了第1 章無處不在的運籌學, 對運籌學的起源發(fā)展、應用場景、學科特點, 以及運籌學在中國的發(fā)展與近年來取得的實踐進展做了介紹。第二, 新增了第11 章大數(shù)據(jù)時代的運籌學, 結合當下運籌學與數(shù)據(jù)科學、人工智能等領域緊密結合的發(fā)展趨勢, 介紹了兩種數(shù)據(jù)驅動的決策模式; 針對不同適用場景, 介紹了常用的優(yōu)化求解工具和針對大規(guī)模問題的求解算法設計。同時結合實際案例,展示了如何依照數(shù)據(jù)驅動的模式開展科學決策。第三, 對原書第4 章整數(shù)規(guī)劃 做了較大幅度改寫, 并調整了章節(jié)次序; 完善了對分支定價和割平面算法的介紹, 增加了對分支割平面算法和啟發(fā)式算法的介紹, 以及應用案例。第四, 在第2 章線性規(guī)劃 部分增加了修正單純形法, 并在應用舉例中補充了建模過程中的線性化轉換技巧。此外, 在第8 章動態(tài)規(guī)劃 中增加了對強化學習的簡要介紹; 在第10 章博弈論 中增加了對動態(tài)博弈的介紹。最后, 考慮到使修訂后的教材更加突出運籌學最核心的基本內容, 以一般性建模方法和求解算法為主, 同時限于篇幅, 我們刪除了原書最后兩章排隊論 和存儲論 的內容。
  除了上述內容修改, 本次修訂還對書中的部分例題、案例和習題做了更新和調整, 剔除了一些問題背景描述過時的, 重新改寫了一些題意表達不清的, 以使舉例更具時代感和真實性。本書大部分核心章節(jié)的最后都單獨給出了應用舉例小節(jié), 旨在突出運籌學的應用實踐意義。
  同時, 本書更加注重思政教育的引領作用, 并努力將其有機融入教學內容之中。以第一章為例, 該章節(jié)緊密結合運籌學在我國的發(fā)展歷程和科技強國戰(zhàn)略, 展示了中國企業(yè)近年來在運籌優(yōu)化技術與業(yè)務場景深度融合方面的顯著成就, 涵蓋了國民經濟多個領域的重大突破。這些內容不僅能激發(fā)學生讀者的愛國熱情和民族自豪感, 還能增強他們對國家發(fā)展的責任感和使命感。
  本書為提升學習體驗和提高學習效率, 還進行了新形態(tài)教材的設計。在正文中, 針對一些重難點部分, 我們不僅提供了深入的解析, 還鏈接了書本外的豐富資料, 讀者只需使用智能手機掃描相關處出現(xiàn)的二維碼, 即可輕松訪問這些數(shù)字化資源, 實現(xiàn)跨媒體鏈接。
  本書第2 版由周晶任主編, 徐薇任副主編, 她們負責內容的選擇和審定。各章節(jié)的編寫和修訂任務具體分工為: 周晶參與編寫第4 章、第6 章和第10 章; 徐薇負責編寫第1章、第2 章、第3 章和第5 章, 并參與第4 章的修訂; 朱振濤負責編寫第4 章; 伊俊敏負責編寫第6 章; 胡騫、羅志興負責編寫第7 章; 安智宇負責編寫第8 章; 徐紅利負責編寫第9 章; 占楊負責編寫第10 章, 并參與第8 章的修訂; 陳彩華負責編寫第11 章。
  在本書的編寫和修訂過程中, 我們被許多使用本書的教師和學生的積極反饋和寶貴建議所鼓舞, 對于他們的支持我們表示衷心感謝。一本優(yōu)秀的教材是持續(xù)精進和打磨的成果。盡管我們不懈努力, 但書中一定還會存在疏漏或不妥之處, 懇請廣大讀者批評指正。
  編 者第1 版前言
  樸素的運籌思想古已有之, 在我國古代文獻中有許多記載, 如戰(zhàn)國時期流傳后世的賽馬比賽田忌賽馬, 就是一個經典的博弈案例。田忌賽馬的故事說明事前的籌劃安排是十分重要的。在已有的條件下, 經過精心籌劃、安排, 選擇一個好的方案, 就會取得滿意的效果。敵我雙方交戰(zhàn), 要克敵制勝就要在了解雙方情況的基礎上, 研究制定最佳的對付敵人的策略和戰(zhàn)術, 這就是所謂的運籌帷幄之中, 決勝千里之外。
  運籌學這個名詞最早出現(xiàn)于1938 年, 當時的英國為了研究整個防空作戰(zhàn)系統(tǒng)的合理運行, 以便有效地防備德國飛機入侵, 成立了由來自物理、數(shù)學等不同學科領域的科學家組成的研究小組, 他們的研究工作在有效打擊敵人和減少盟軍的損失方面發(fā)揮了重要作用。他們在一份研究報告中首次使用了Operation Reseach 一詞。第二次世界大戰(zhàn)結束后,運籌學研究的重點轉向民用領域, 并獲得成功。1947 年, 美國數(shù)學家G.B.Dantzig 提出了求解線性規(guī)劃模型的有效方法單純形法, 并于20 世紀50 年代初應用電子計算機求解線性規(guī)劃問題獲得成功。到20 世紀50 年代末, 學者們對企業(yè)中的一些普遍性優(yōu)化問題,如庫存、資源分配、設備更新和任務分派等問題進行研究, 并成功地應用到建筑、紡織、鋼鐵、煤炭、石油、電力和農業(yè)等諸多行業(yè)。20 世紀60 年代, 運籌學方法又廣泛應用到了服務性行業(yè)和社會公共事業(yè)。
  運籌學一詞在英國稱為Operational Research, 在美國稱為Operations Research, 縮寫為O.R.!洞笥倏迫珪分嘘U明: 運籌學是一門應用于管理有組織系統(tǒng)的科學, 運籌學為掌握這類系統(tǒng)的人提供決策目標和數(shù)量分析工具。運籌學最早主要研究經濟活動和軍事活動中能用數(shù)量來表達的有關策劃、管理方面的問題。隨著時代的進步和科學技術的發(fā)展, 運籌學的應用更為廣泛, 而且解決問題的規(guī)模也越來越大、越來越復雜,F(xiàn)實中的優(yōu)化問題雖然千差萬別, 但用運籌學來分析和處理時, 一般都遵循以下幾個工作步驟: 確定目標、制訂方案、建立模型、提出解法。不同類型的問題可歸結為多類不同的數(shù)學模型, 從而形成了不同的運籌學學科分支, 如數(shù)學規(guī)劃(包含線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃和動態(tài)規(guī)劃等)、圖論與網(wǎng)絡流、決策論、對策論、排隊論、存儲論, 等等。
  數(shù)學規(guī)劃的研究對象是最為一般的優(yōu)化問題, 即在給定的限制條件下, 按某一衡量指標來尋找最優(yōu)方案。它可以表示為求函數(shù)在滿足約束條件下的極大或極小值問題。數(shù)學規(guī)劃中最簡單的一種問題就是線性規(guī)劃。線性規(guī)劃及其單純形法對運籌學的發(fā)展起到了重大的推動作用。許多實際問題都可以轉化成線性規(guī)劃來解決, 單純形法是解決線性規(guī)劃的一個行之有效的算法, 而計算機技術的發(fā)展, 使一些大型復雜的實際優(yōu)化問題的解決成為現(xiàn)實。
  圖論是一種用直觀的圖形來表述和解決一類優(yōu)化問題的運籌學分支。最小支撐樹、最短路和最大流等問題是圖論中經典的最優(yōu)化問題。一些不具有圖形特征的優(yōu)化問題也可以用圖形來表述和求解, 并且更為直觀和簡便, 如匹配問題、設備更新問題等。網(wǎng)絡分析技術則利用圖形來描述一個工程項目中各項活動之間的關聯(lián)和時間進度, 從而可以對項目進度進行控制和優(yōu)化。
  現(xiàn)實生活中, 人們常常需要在一些可選方案中進行選擇, 而選擇的情景可能是不確定的或有風險的, 或者是評價方案的目標有多個。如何進行選擇或決策, 就是決策論要解決的問題。而如果決策者面對一個與他有競爭的決策者時, 決策問題就變成了一個博弈問題, 前面提到的田忌賽馬就是典型的博弈案例。研究博弈問題的理論和方法就是博弈論(也叫作對策論)。
  排隊論是運籌學的一個重要分支, 它又叫作隨機服務系統(tǒng)理論。它的研究目的是要回答如何改進服務機構或如何組織被服務的對象, 使得某種指標達到最優(yōu)的問題。比如一個港口應該有多少個碼頭, 銀行營業(yè)廳應設置多少服務窗口等。排隊是一個隨機現(xiàn)象, 因此在研究排隊問題時, 需要以概率論作為分析工具。
  存儲論是研究如何平衡供給與需求之間矛盾的理論與方法。其基本的數(shù)學問題就是在特定的需求假設下, 確定最優(yōu)的訂貨量或生產量。
  和所有的其他數(shù)學分支一樣, 運籌學的內容有其經典不變的一面, 但是隨著社會經濟的發(fā)展和科學技術的變革, 其應用對象所呈現(xiàn)出的豐富性和復雜性也與日俱增。因此, 運籌學的理論研究和應用前景都面臨更大的機遇和挑戰(zhàn)。比如, 隨著人們對決策行為的關注, 已經提出行為運籌學的概念。此外, 隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展, 可獲得海量的實際數(shù)據(jù), 這些為運籌學的應用提供了更為廣闊的空間, 使其能夠發(fā)揮越來越重要的作用。迪士尼游樂場的Fastpass 系統(tǒng)中就運用了排隊論方法。又如目前交通出行的叫車App 應用軟件, 其中也包含了最優(yōu)匹配等優(yōu)化算法。
  本書著重介紹運籌學的主要分支內容, 在選材上詳略得當, 重點突出, 對專業(yè)詞匯給出了中英文對照; 注重內容闡述的啟發(fā)性和新穎性, 對經典方法的講解由淺入深, 適當增加了運籌學的最新研究理論和方法, 拓展讀者視野; 注重內容理論闡述的嚴密性, 給出必要的理論性證明和推理; 注重案例的時代性, 教材中引入了一些新的應用案例, 由案例問題引出理論分析方法, 再回到實際問題的解決過程; 案例及附件中介紹了如何用Excel 來求解模型, 增強了本書的實用性。
  本書由周晶擔任主編, 徐薇擔任副主編, 她們負責內容的選擇和審定。其中周晶參與編寫了第7 章、第9 章、第10 章和第11 章; 徐薇負責編寫第1 章、第2 章和第5 章; 朱振濤、魯濤負責編寫第3 章和第4 章; 安智宇負責編寫第6 章; 伊俊敏負責編寫第7 章;徐紅利負責編寫第8 章; 吳孝靈負責編寫第9 章; 王虹負責編寫第10 章; 孫玉玲負責編寫第11 章。
  編 者
 
1983年東南大學應用數(shù)學專業(yè)本科,1986年東南大學控制理論與應用專業(yè)碩士,2000年獲東南大學系統(tǒng)工程專業(yè)博士學位。1986年至2000年12月在東南大學任教,2001年1月起至今在南京大學任教,F(xiàn)為南京大學工程管理學院副院長,教授、博士生導師。中國管理科學與工程學會常務理事。
 
目  錄
第2 版前言
第1 版前言
第1 章
無處不在的
運籌學
1.1 運籌學的起源與發(fā) 001
1.2 運籌學的應用場 003
1.3 運籌學的學科特點和研究分 005
1.4 運籌學解決問題的步 007
1.5 運籌學在中國的發(fā)展與實 009
第2 章
線性規(guī)劃
2.1 線性規(guī)劃建 011
2.2 線性規(guī)劃的圖解 016
2.3 線性規(guī)劃解的特征與基本定 020
2.4 單純形 022
2.5 單純形法的進一步討 028
2.6 修正單純形 038
2.7 應用舉 043
第3 章
線性規(guī)劃的
對偶理論
3.1 線性規(guī)劃的對偶問 052
3.2 對偶理 057
3.3 對偶理論的應 062
3.4 對偶單純形 065
3.5 靈敏度分 067
第4 章
運輸問題
4.1 運輸問題的數(shù)學模 076
4.2 運輸單純形法(表上作業(yè)法) 082
4.3 運輸問題的擴 089
4.4 應用舉 095
第5 章
非線性規(guī)劃
5.1 非線性規(guī)劃模型及解的定 105
5.2 凸函數(shù)和凸規(guī) 110
5.3 下降迭代算法框 113
5.4 一維搜 114
5.5 無約束優(yōu)化問題的求解算 120
5.6 約束極值問題的最優(yōu)性條 128
5.7 約束優(yōu)化問題的求解算 132
5.8 應用舉 138
第6 章
圖與網(wǎng)絡
6.1 圖與網(wǎng)絡基礎概 144
6.2  148
6.3 最短路問 152
6.4 最大流問 157
6.5 最小費用流問 161
6.6 中國郵遞員問 165
6.7 網(wǎng)絡計 168
第7 章
整數(shù)規(guī)劃
7.1 整數(shù)規(guī)劃問題及模 179
7.2 整數(shù)規(guī)劃的集合與幾何特 183
7.3 割平面 185
7.4 分支定界 190
7.5 0 -1 整數(shù)規(guī) 194
7.6 啟發(fā)式算 199
7.7 應用案例配送系統(tǒng)設 201
第8 章
動態(tài)規(guī)劃
8.1 多階段決策問 208
8.2 動態(tài)規(guī)劃的基本概念和基本方 211
8.3 最優(yōu)化原理與最優(yōu)性定 217
8.4 動態(tài)規(guī)劃問題的求 219
8.5 應用舉 224
第9 章
決策論
9.1 決策的概念與分 241
9.2 確定型決策分 244
9.3 不確定型決策分 244
9.4 風險型決策分 247
9.5 多準則決策分 254
9.6 效用函 263
9.7 行為決策理 266
第10 章
博弈論
10.1 博弈的基本概念與分 275
10.2 完全信息靜態(tài)博 277
10.3 零和博 286
10.4 完全信息動態(tài)博 289第11 章
第11 章
大數(shù)據(jù)時代
的運籌學
11.1 大數(shù)據(jù)時代的決策模式和運籌建 296
11.2 大數(shù)據(jù)背景下的運籌優(yōu)化問題求 302
11.3 數(shù)據(jù)驅動的運籌優(yōu)化案 308
11.4 材料來 312
附 錄
附錄A 線性規(guī)劃問題的Excel 求 314
附錄B 線性規(guī)劃問題的Gurobi 求 327
附錄C 名詞術語中英文對 337
參考文 341