飞行计划安排问题

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飞行计划安排问题

2024-07-16 20:58| 来源: 网络整理| 查看: 265

 

例题:这个问题是以第二次世界大战中的一个实际问题为背景,经过简化而提出来 的。在甲、乙双方的一场战争中,一部分甲方部队被乙方部队包围长达 4 个月。由于乙 方封锁了所有水陆交通要道,被包围的甲方部队只能依靠空中交通维持供给。运送 4 个月的供给分别需要 2,3,3,4 次飞行,每次飞行编队由 50 架飞机组成(每架飞机需 要 3 名飞行员),可以运送 10 万吨物质。每架飞机每个月只能飞行一次,每名飞行员每 个月也只能飞行一次。在执行完运输任务后的返回途中有 20%的飞机会被乙方部队击 落,相应的飞行员也因此牺牲或失踪。在第 1 个月开始时,甲方拥有 110 架飞机和 330 名熟练的飞行员。在每个月开始时,甲方可以招聘新飞行员和购买新飞机。新飞机必须 经过一个月的检查后才可以投入使用,新飞行员必须在熟练飞行员的指导下经过一个月 的训练才能投入飞行。每名熟练飞行员可以作为教练每个月指导 20 名飞行员(包括他 自己在内)进行训练。每名飞行员在完成一个月的飞行任务后,必须有一个月的带薪假 期,假期结束后才能再投入飞行。

已知各项费用(单位略去)如表 10 所示,请为甲方 安排一个飞行计划。

如果每名熟练飞行员可以作为教练每个月指导不超过 20 名飞行员(包括他自己在 内)进行训练,模型和结果有哪些改变?

(1)问题分析

这个问题看起来很复杂,但只要理解了这个例子中所描述的事实,其实建立优化 模型并不困难。首先可以看出,执行飞行任务以及执行飞行任务后休假的熟练飞行员数 量是常数,所以这部分费用(报酬)是固定的,在优化目标中可以不考虑。

(2)决策变量 

设 4 个月开始时甲方新购买的飞机数量分别为 \small x_{i}  ( i=1,2,3,4 )架,闲置的飞机数量分别为 \small y_{i} 架。4 个月中,飞行员中教练和新飞行员数量分别为 \small u_{i}  ( i=1,2,3,4 )人,闲置的熟练飞行员数量分别为 \small v_{i} 人。 

(3)目标函数

优化目标是 

(4)约束条件

需要考虑的约束包括:

i)飞机数量限制。4 个月中执行飞行任务的飞机分别为 100,150,150,200(架), 但只有 80,120,120,160(架)能够返回供下个月使用。 

ii)飞行员数量限制。4 个月中执行飞行任务的熟练飞行员分别为 300,450,450, 600(人),但只有 240,360,360,480(人)能够返回(下个月一定休假)。

(5)求解 编写 LINGO 程序如下

model: sets: col/1..4/:c1,c2,c3,x,u,v,y; row/1..3/:b1,b2; endsets data: c1=200 195 190 185; c2=10 9.9 9.8 9.7; c3=7 6.9 6.8 6.7; b1=70 30 80; b2=450 210 240; enddata min=@sum(col:c1*x+c2*u+c3*v); y(1)=10; @for(col(i)|i#lt#4:y(i)+x(i)-y(i+1)=b1(i)); 0.05*u(1)+v(1)=30; @for(col(i)|i#lt#4:u(i)+v(i)-0.05*u(i+1)-v(i+1)=b2(i)); @for(col:@gin(x);@gin(u);@gin(v);@gin(y)); end

6)问题讨论 

如果每名熟练飞行员可以作为教练每个月指导不超过 20 名飞行员(包括他自己在内)进行训练,则应将教练与新飞行员分开。设4个月飞行员中教练为 \small u_{1},\, u_{2},\, u_{3},\, u_{4} (人),新飞行员数量分别为 \small w_{1},\, w_{2},\, w_{3},\, w_{4} (人)。其它符号不变。飞行员的数量限制约束为 

目标函数作相应修改,输入 LINGO 如下: 

model: sets: col/1..4/: c1,c2,c3,x,u,v,w,y; row/1..3/:b1,b2; endsets data: c1=200 195 190 185; c2=10 9.9 9.8 9.7; c3=7 6.9 6.8 6.7; b1=70 30 80; b2=450 210 240; enddata min=@sum(col:c1*x+c2*(u+w)+c3*v); y(1)=10; @for(col(i)|i#lt#4:y(i)+x(i)-y(i+1)=b1(i)); u(1)+v(1)=30; @for(col(i)|i#lt#4:u(i)+v(i)+w(i)-u(i+1)-v(i+1)=b2(i)); @for(col(i)|i#lt#4:w(i)


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