3.1 优化建模的研究对象

优化问题可以说是人们在工程技术、经济管理和科学研究等领域中最常遇到的一类问题.设计师要在满足强度要求等条件下选择材料的尺寸,使结构总重量最轻;公司老板要根据生产成本和市场需求确定产品价格,使获利最多;投资者要选择一些股票、债券投资,使收益最大,而风险最小.

人们习惯于依赖过去的经验解决面临的优化问题,认为这样切实可行,并且没有太大的风险.但是这种处理过程常常会融入决策者太多的主观因素,从而无法确认结果的最优性.也有些人习惯于做大量的实验反复比较,认为这样真实可靠.但这显然需要花费很多资金和人力,而且得到的最优结果基本上跳不出原来设计的实验范围.

本章讨论的是用数学建模的方法来处理优化问题,即建立和求解所谓优化模型.虽然由于建模时要作适当的简化,可能使得结果不一定完全可行或达到实际上的最优,但是它基于客观规律和数据,又不需要多大的费用.如果在建模的基础上再辅以适当的经验和实验,就可以期望得到实际问题的一个比较圆满的回答.

处理优化问题的时候,首先要确定优化的目标是什么,决策是什么,决策受到什么条件的限制(如果有限制的话),然后决定采用什么样的数学工具(变量、常数、函数等)表示它们,建立相应的数学模型.最后利用什么方法求解数学模型.

对简单的优化模型,可归结为微积分中的函数极值问题,可以直接用微分法求解.对多元函数的优化问题,可以利用计算机或数学软件求解.