管理运筹学课件--第一章 绪论

管理运筹学课件--第一章 绪论 第一章 绪论 ?1运筹学的产生与发展 任何一门学科或理论都是为解决一些客观实际问而出现并得以发展的，为了更好地理解和掌握今天的运筹学，有必要首先了解一下运筹学发展的简史。虽然一定的运筹学思想和方法在很久以前已留下了被应用的痕迹，历代先驱所做的一些工作今天看来也具有一定的运筹学性质，但这些零散的活动还不足以标志作为系统知识体系的一门新学科的诞生。运筹学的产生可以说很难有一个明确的时间界定，目前国际上比较公认的观点是运筹学产生于第二次世界大战前后。1937年英国部分科学家被邀请去帮助皇家空军研究雷达的部署和运作问题，目的在于最大限度地发挥有限雷达的效用，以应对德军的空袭。1938年波德塞(Bawdsey)雷达站的负责人罗伊(A. B. Rowe)提出了优化防空作战系统运行的问题，并用“Operational Research”一词作为对这一方面研究的描述，这就是直至今日我们仍然将运筹学称为O.R.的历史由来。1939年从事此方面问题研究的科学家被召集到英国皇家空军指挥总部，成立了一个由布莱开特(P. M. S. Blacket)领导的军事科技攻关小组;由于其成员学科性质的多样性，这一最早成立的军事科技攻关小组被戏称为“布莱开特马戏团”。由于“布莱开特马戏团”的活动是第一次有组织的系统的运筹学活动，所以后人将该小组的成立作为运筹学产生的标志。此后，O.R.小组的活动范围不断扩大，从最初的仅限于空军，逐步扩展到了海军和陆军;研究内容也从对军事战术性问题的研究，逐步扩展到对军事战略性问题的研究。由于科学家的天赋、战争的需要以及不同学科的交互作用，这一军事科技攻关小组在提高军事运筹水平方面取得了惊人的成功，这使得运筹学在整个军事领域迅速传播，到1941年英国皇家陆、海、空三军都成立了这样的科学小组。比较典型的论题包括雷达布置策略、反空袭系统控制、海军舰队的编制和对敌潜艇的探测等。O.R.小组巨大成就所显示出的神奇力量，促使其他盟军也纷纷效仿，建立了自己的研究小组。以美国为代的一些英语国家称这类研究小组的工作为“Operations Research”。 战后许多从事运筹小组活动的科学家将其精力转向对早期仓促建立起来的运筹优化技术进行加工整理，探索应用运筹学思想和方法解决社会经济问题的可能性。首先接纳运筹学的非军事组织是一些效益较好的大公司，如石油公司和汽车公司。“大商业”领导运筹学应用的新潮流是很自然的事，因为虽然当时运筹学可以为任何一个经济组织提供获得竞争优势的，但由于运筹学还处于起步的基础研究时期，只有大公司才能承担起运筹学研究的巨大费用。后来，随着运筹学思想和方法的积累与程序化，不用太大的投入就能从沉淀的知识中受益时，运筹学才得到了广泛的应用。计算机的普及与发展是推动运筹学迅速发展的巨大动力。没有现代计算机技术，求解复杂的运筹学模型是不可设想的，也是不实际的。运筹学实践反 1 过来又促进了计算机技术的发展，它不断地对计算机提出内存更大、运行速度更快的要求。可以说运筹学在过去的半个多世纪里，既得益于计算机技术的应用与发展，同时也极大地促进了计算机技术的发展。 50年代运筹学理论、方法及其活动发展到了一个新的水平，运筹学开始成为一门独立的学科，其标志是大量运筹学学会的创建和相应期刊的问世。继1948年英国创立运筹学学会之后，美国运筹学学会于1952年成立，它的宗旨是满足运筹学研究领域的科学家相互交流的需要，以促进O.R.理论与实践的发展。1953年，美国又成立了管理科学研究所。美国运筹学学会和管理科学研究所两个组织所创办的刊物“运筹学”和“管理科学”将许多零散的研究成果系统化，为构建运筹学新学科的知识体系做出了突出的贡献。在1956年至1959年短短的几年里，先后就有法国、印度、日本等10几个国家成立了运筹学学会，并有6种运筹学期刊问世。1957年在英国牛津大学召开了第一届运筹学国际会议，1959年成立了国际运筹学学会(International Federation of Operations Research Societies，IFORS)。截止到1986年，国际上已有38个国家和地区成立了运筹学学会或类似的组织。 60年代以来，运筹学得到了迅速的普及和发展。运筹学细分为许多分支，许多大专院校把运筹学的规划理论引入本科教学课程，把规划理论以外的内容引入硕士、博士研究生的教学课程。运筹学的学科划分没有统一的，在工科学院、商学院、经济学院和数理学院的教学中都可以发现它的存在。 我国50年代中期从西方引入运筹学，最初曾根据英文“Operational Research”和“Operations Research”直译为“运用学”。1957年从“运筹帷幄之中，决胜千里之外”这句古语中摘取“运筹”二字，将O.R.正式命名为“运筹学”，比较恰当地反映了这门学科的性质和内涵。我国第一个运筹学小组于1956年在中国科学院力学研究所成立，1958年成立了运筹学研究室。1960年在济南召开了全国应用运筹学的经验交流和推广会议，1962年和1978年先后在北京和成都召开了全国运筹学学术会议，1980年中国运筹学学会正式成立。我国各高等院校，特别是经济管理类专业已普遍把运筹学作为一门专业的主干课程列入教学计划。运筹学在我国虽然起步较晚，但发展却非常迅速，目前我国运筹学的研究和应用已跟上了世界时代的步伐。 ?2运筹学的内涵 运筹学是一门具有多学科交叉特点的边缘科学，至今还没有一个统一确切的定义。或许运筹学的定义迟早会稳定下来，但是目前要排除任何一种解释还是不成熟的;下面提出几种有代表性的解释，以说明运筹学的性质和特点。 美国运筹学会提出的定义:“Operations Research is concerned with scientifically deciding how to best design and operate man-machine systems, usually under conditions 2 requiring the allocation of scarce resources.” 英国运筹学会提出的定义:“Operational Research is the application of the methods of science to complex problems arising in the direction and management of large systems of men, machines, materials and money in industry, business, government, and defense. The distinctive approach is to develop a scientific model of the system, incorporating measurements of factors such as chance and risk, with which to predict and compare the outcomes of alternative decisions, strategies or controls. The purpose is to help management determine its policy and actions scientifically.” 莫斯(P. M. Morse)和金博尔(G. E. Kimball)提出的定义:“为决策机构对其 控制下的业务活动进行决策，提供以数量化为基础的科学方法。” 我国《辞海》(1979年版)中有关运筹学条目的释义为:“运筹学主要研究经济 活动与军事活动中能用数量来表达的有关运用、筹划与管理方面的问题，它根据问 题的要求，通过数学的与运算，做出综合性合理安排，以达到较经济有效地使 用人力物力。” 《中国企业管理百科全书》(1984年版)中的释义为:“应用分析、试验、量化 的方法，对经济管理系统中人、财、物等有限资源统筹安排，为决策者提供有依据 的最优方案，以实现最有效的管理。” 综合以上种种定义，本书从直观、明了的角度将运筹学定义为:“通过构建、 求解数学模型，规划、优化有限资源的合理利用，为科学决策提供量化依据的系统 知识体系。” ?3运筹学模型 运筹学的实质在于建立和使用模型。尽管模型的具体结构和形式总是与其要解 决的问题相联系，但这里我们抛弃模型在外表上的差别，从最广泛的角度抽象出它 们的共性。模型在某种意义上说是客观事物的简化与抽象，是研究者经过思维抽象 后用文字、图表、符号、关系式以及实体模样对客观事物的描述。不加任何假设和 抽象的系统称为现实系统，作为研究对象的系统来说，总是要求我们求解一定的未 知量并给出相应的结论，求解过程如图1-1所示。图中左侧的虚线表示了人们最直 接的目标，右侧的实线表示了这一目标的具体实现路径。 模型有三种基本类型，即形象模型、模拟模型和数学模型。运筹学模型主要是 指数学模型。构造模型是一种创造性劳动，成功的模型是科学和艺术的综合体，其 过程是一系列的简化、假设和抽象。在模型中现实系统的哪些方面可以忽略、哪些 方面应该合并、可以做哪些假设以及模型应构造成什么形式等都是该阶段需要回答 的问题。在构造模型中常用的假设包括两方面的内容，一方面是离散变量的连续性 3 假设，另一方面是非线性函数关系的线性假设。很显然，构造模型阶段具有一定的主观性，在某种意义上说，面对同样的现实系统，不同的人能构造出完全不同的模型，而它们之间可能并无优、劣之别。当然这并非意味着根本不存在区分好、坏模型的客观标准，也并非说明模型的效用与模型的建立过程无关。虽然对具体的模型可能会有许多特殊的标准，但是总的来说模型的好坏决定于其对实现系统目标的实用性。 构 造 模 型 现 实 系 统 模 型 求 解 解释、修正 现 实 结 论 模 型 结 论 图1-1运筹学的工作过程 既然运筹学模型主要是指数学模型，那么什么是数学模型呢,数学模型可以简单的描述为:用字母、数字和运算符来精确地反映变量之间相互关系的式子或式子组。数学模型由决策变量、约束条件和目标函数三个要素构成。决策变量即问题中所求的未知的量，约束条件是决策所面临的限制条件，目标函数则是衡量决策效益的数量指标。 思考题: 1( 运筹学的内涵 2( 运筹学的工作过程 3( 数学模型及其三要素 4