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Python數(shù)學(xué)建模PuLP庫(kù)線(xiàn)性規(guī)劃實(shí)際案例編程詳解

2022-02-10 13:04youcans Python

本節(jié)以一個(gè)實(shí)際數(shù)學(xué)建模案例，來(lái)為大家講解PuLP求解線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題的建模與編程。來(lái)鞏固加深大家對(duì)Python數(shù)學(xué)建模PuLP庫(kù)線(xiàn)性規(guī)劃的運(yùn)用理解

1、問(wèn)題描述

某廠(chǎng)生產(chǎn)甲乙兩種飲料，每百箱甲飲料需用原料6千克、工人10名，獲利10萬(wàn)元；每百箱乙飲料需用原料5千克、工人20名，獲利9萬(wàn)元。
今工廠(chǎng)共有原料60千克、工人150名，又由于其他條件所限甲飲料產(chǎn)量不超過(guò)8百箱。
?。?）問(wèn)如何安排生產(chǎn)計(jì)劃，即兩種飲料各生產(chǎn)多少使獲利最大？
?。?）若投資0.8萬(wàn)元可增加原料1千克，是否應(yīng)作這項(xiàng)投資？投資多少合理？
　（3）若每百箱甲飲料獲利可增加1萬(wàn)元，是否應(yīng)否改變生產(chǎn)計(jì)劃？
?。?）若每百箱甲飲料獲利可增加1萬(wàn)元，若投資0.8萬(wàn)元可增加原料1千克，是否應(yīng)作這項(xiàng)投資？投資多少合理？
?。?）若不允許散箱（按整百箱生產(chǎn)），如何安排生產(chǎn)計(jì)劃，即兩種飲料各生產(chǎn)多少使獲利最大？

2、用PuLP 庫(kù)求解線(xiàn)性規(guī)劃

2.1　問(wèn)題 1

（1）數(shù)學(xué)建模

問(wèn)題建模：
　　決策變量：
　　　　x1：甲飲料產(chǎn)量（單位：百箱）
　　　　x2：乙飲料產(chǎn)量（單位：百箱）
　　目標(biāo)函數(shù)：
　　　　max fx = 10*x1 + 9*x2
　　約束條件：
　　　　6*x1 + 5*x2 <= 60
　　　　10*x1 + 20*x2 <= 150
　　取值范圍：
　　　　給定條件：x1, x2 >= 0，x1 <= 8
　　　　推導(dǎo)條件：由 x1,x2>=0 和 10*x1+20*x2<=150 可知：0<=x1<=15；0<=x2<=7.5
　　　　因此，0 <= x1<=8，0 <= x2<=7.5

（2）Python 編程

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import pulp      # 導(dǎo)入 pulp庫(kù)
ProbLP1 = pulp.LpProblem("ProbLP1", sense=pulp.LpMaximize)    # 定義問(wèn)題 1，求最大值
x1 = pulp.LpVariable('x1', lowBound=0, upBound=8, cat='Continuous')  # 定義 x1
x2 = pulp.LpVariable('x2', lowBound=0, upBound=7.5, cat='Continuous')  # 定義 x2
ProbLP1 += (10*x1 + 9*x2)  # 設(shè)置目標(biāo)函數(shù) f(x)
ProbLP1 += (6*x1 + 5*x2 <= 60)  # 不等式約束
ProbLP1 += (10*x1 + 20*x2 <= 150)  # 不等式約束
ProbLP1.solve()
print(ProbLP1.name)  # 輸出求解狀態(tài)
print("Status:", pulp.LpStatus[ProbLP1.status])  # 輸出求解狀態(tài)
for v in ProbLP1.variables():
    print(v.name, "=", v.varValue)  # 輸出每個(gè)變量的最優(yōu)值
print("F1(x)=", pulp.value(ProbLP1.objective))  # 輸出最優(yōu)解的目標(biāo)函數(shù)值
# = 關(guān)注 Youcans，分享原創(chuàng)系列 https://blog.csdn.net/youcans =

（3）運(yùn)行結(jié)果

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2
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4
ProbLP1
x1=6.4285714
x2=4.2857143
F1(X)=102.8571427

2.2　問(wèn)題 2

（1）數(shù)學(xué)建模

問(wèn)題建模：
　　決策變量：
　　　　x1：甲飲料產(chǎn)量（單位：百箱）
　　　　x2：乙飲料產(chǎn)量（單位：百箱）
　　　　x3：增加投資（單位：萬(wàn)元）
　　目標(biāo)函數(shù)：
　　　　max fx = 10*x1 + 9*x2 - x3
　　約束條件：
　　　　6*x1 + 5*x2 <= 60 + x3/0.8
　　　　10*x1 + 20*x2 <= 150
　　取值范圍：
　　　　給定條件：x1, x2 >= 0，x1 <= 8
　　　　推導(dǎo)條件：由 x1,x2>=0 和 10*x1+20*x2<=150 可知：0<=x1<=15；0<=x2<=7.5
　　　　因此，0 <= x1<=8，0 <= x2<=7.5

（2）Python 編程

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import pulp      # 導(dǎo)入 pulp庫(kù)
ProbLP2 = pulp.LpProblem("ProbLP2", sense=pulp.LpMaximize)    # 定義問(wèn)題 2，求最大值
x1 = pulp.LpVariable('x1', lowBound=0, upBound=8, cat='Continuous')  # 定義 x1
x2 = pulp.LpVariable('x2', lowBound=0, upBound=7.5, cat='Continuous')  # 定義 x2
x3 = pulp.LpVariable('x3', cat='Continuous')  # 定義 x3
ProbLP2 += (10*x1 + 9*x2 - x3)  # 設(shè)置目標(biāo)函數(shù) f(x)
ProbLP2 += (6*x1 + 5*x2 - 1.25*x3 <= 60)  # 不等式約束
ProbLP2 += (10*x1 + 20*x2 <= 150)  # 不等式約束
ProbLP2.solve()
print(ProbLP2.name)  # 輸出求解狀態(tài)
print("Status:", pulp.LpStatus[ProbLP2.status])  # 輸出求解狀態(tài)
for v in ProbLP2.variables():
    print(v.name, "=", v.varValue)  # 輸出每個(gè)變量的最優(yōu)值
print("F2(x)=", pulp.value(ProbLP2.objective))  # 輸出最優(yōu)解的目標(biāo)函數(shù)值

（3）運(yùn)行結(jié)果

?
1
2
3
4
5
ProbLP2
x1=8.0
x2=3.5
x3=4.4
F2(X)=107.1

2.3　問(wèn)題 3

（1）數(shù)學(xué)建模

問(wèn)題建模：
　　決策變量：
　　　　x1：甲飲料產(chǎn)量（單位：百箱）
　　　　x2：乙飲料產(chǎn)量（單位：百箱）
　　目標(biāo)函數(shù)：
　　　　max fx = 11*x1 + 9*x2
　　約束條件：
　　　　6*x1 + 5*x2 <= 60
　　　　10*x1 + 20*x2 <= 150
　　取值范圍：
　　　　給定條件：x1, x2 >= 0，x1 <= 8
　　　　推導(dǎo)條件：由 x1,x2>=0 和 10*x1+20*x2<=150 可知：0<=x1<=15；0<=x2<=7.5
　　　　因此，0 <= x1<=8，0 <= x2<=7.5

（2）Python 編程

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import pulp      # 導(dǎo)入 pulp庫(kù)
ProbLP3 = pulp.LpProblem("ProbLP3", sense=pulp.LpMaximize)  # 定義問(wèn)題 3，求最大值
x1 = pulp.LpVariable('x1', lowBound=0, upBound=8, cat='Continuous')  # 定義 x1
x2 = pulp.LpVariable('x2', lowBound=0, upBound=7.5, cat='Continuous')  # 定義 x2
ProbLP3 += (11 * x1 + 9 * x2)  # 設(shè)置目標(biāo)函數(shù) f(x)
ProbLP3 += (6 * x1 + 5 * x2 <= 60)  # 不等式約束
ProbLP3 += (10 * x1 + 20 * x2 <= 150)  # 不等式約束
ProbLP3.solve()
print(ProbLP3.name)  # 輸出求解狀態(tài)
print("Status:", pulp.LpStatus[ProbLP3.status])  # 輸出求解狀態(tài)
for v in ProbLP3.variables():
    print(v.name, "=", v.varValue)  # 輸出每個(gè)變量的最優(yōu)值
print("F3(x) =", pulp.value(ProbLP3.objective))  # 輸出最優(yōu)解的目標(biāo)函數(shù)值

（3）運(yùn)行結(jié)果

?
1
2
3
4
ProbLP3
x1=8.0
x2=2.4
F3(X) = 109.6

2.4　問(wèn)題 4

（1）數(shù)學(xué)建模

問(wèn)題建模：
　　決策變量：
　　　　x1：甲飲料產(chǎn)量（單位：百箱）
　　　　x2：乙飲料產(chǎn)量（單位：百箱）
　　　　x3：增加投資（單位：萬(wàn)元）
　　目標(biāo)函數(shù)：
　　　　max fx = 11*x1 + 9*x2 - x3
　　約束條件：
　　　　6*x1 + 5*x2 <= 60 + x3/0.8
　　　　10*x1 + 20*x2 <= 150
　　取值范圍：
　　　　給定條件：x1, x2 >= 0，x1 <= 8
　　　　推導(dǎo)條件：由 x1,x2>=0 和 10*x1+20*x2<=150 可知：0<=x1<=15；0<=x2<=7.5
　　　　因此，0 <= x1<=8，0 <= x2<=7.5

（2）Python 編程

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import pulp      # 導(dǎo)入 pulp庫(kù)    ProbLP4 = pulp.LpProblem("ProbLP4", sense=pulp.LpMaximize)  # 定義問(wèn)題 2，求最大值
x1 = pulp.LpVariable('x1', lowBound=0, upBound=8, cat='Continuous')  # 定義 x1
x2 = pulp.LpVariable('x2', lowBound=0, upBound=7.5, cat='Continuous')  # 定義 x2
x3 = pulp.LpVariable('x3', cat='Continuous')  # 定義 x3
ProbLP4 += (11 * x1 + 9 * x2 - x3)  # 設(shè)置目標(biāo)函數(shù) f(x)
ProbLP4 += (6 * x1 + 5 * x2 - 1.25 * x3 <= 60)  # 不等式約束
ProbLP4 += (10 * x1 + 20 * x2 <= 150)  # 不等式約束
ProbLP4.solve()
print(ProbLP4.name)  # 輸出求解狀態(tài)
print("Status:", pulp.LpStatus[ProbLP4.status])  # 輸出求解狀態(tài)
for v in ProbLP4.variables():
    print(v.name, "=", v.varValue)  # 輸出每個(gè)變量的最優(yōu)值
print("F4(x) = ", pulp.value(ProbLP4.objective))  # 輸出最優(yōu)解的目標(biāo)函數(shù)值
# = 關(guān)注 Youcans，分享原創(chuàng)系列 https://blog.csdn.net/youcans =

（3）運(yùn)行結(jié)果

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1
2
3
4
5
ProbLP4
x1=8.0
x2=3.5
x3=4.4
F4(X) = 115.1

2.5　問(wèn)題 5：整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題

（1）數(shù)學(xué)建模

問(wèn)題建模：
　　決策變量：
　　　　x1：甲飲料產(chǎn)量，正整數(shù)（單位：百箱）
　　　　x2：乙飲料產(chǎn)量，正整數(shù)（單位：百箱）
　　目標(biāo)函數(shù)：
　　　　max fx = 10*x1 + 9*x2
　　約束條件：
　　　　6*x1 + 5*x2 <= 60
　　　　10*x1 + 20*x2 <= 150
　　取值范圍：
　　　　給定條件：x1, x2 >= 0，x1 <= 8，x1, x2 為整數(shù)
　　　　推導(dǎo)條件：由 x1,x2>=0 和 10*x1+20*x2<=150 可知：0<=x1<=15；0<=x2<=7.5
　　　　因此，0 <= x1<=8，0 <= x2<=7

說(shuō)明：本題中要求飲料車(chē)輛為整百箱，即決策變量 x1,x2 為整數(shù)，因此是整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題。PuLP提供了整數(shù)規(guī)劃的

（2）Python 編程

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import pulp      # 導(dǎo)入 pulp庫(kù)
ProbLP5 = pulp.LpProblem("ProbLP5", sense=pulp.LpMaximize)  # 定義問(wèn)題 1，求最大值
x1 = pulp.LpVariable('x1', lowBound=0, upBound=8, cat='Integer')  # 定義 x1，變量類(lèi)型：整數(shù)
x2 = pulp.LpVariable('x2', lowBound=0, upBound=7.5, cat='Integer')  # 定義 x2，變量類(lèi)型：整數(shù)
ProbLP5 += (10 * x1 + 9 * x2)  # 設(shè)置目標(biāo)函數(shù) f(x)
ProbLP5 += (6 * x1 + 5 * x2 <= 60)  # 不等式約束
ProbLP5 += (10 * x1 + 20 * x2 <= 150)  # 不等式約束
ProbLP5.solve()
print(ProbLP5.name)  # 輸出求解狀態(tài)
print("Status:", pulp.LpStatus[ProbLP5.status])  # 輸出求解狀態(tài)
for v in ProbLP5.variables():
    print(v.name, "=", v.varValue)  # 輸出每個(gè)變量的最優(yōu)值
print("F5(x) =", pulp.value(ProbLP5.objective))  # 輸出最優(yōu)解的目標(biāo)函數(shù)值

（3）運(yùn)行結(jié)果

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1
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4
ProbLP5
x1=8.0
x2=2.0
F5(X) = 98.0

以上就是Python數(shù)學(xué)建模PuLP庫(kù)線(xiàn)性規(guī)劃實(shí)際案例編程詳解的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于PuLP庫(kù)線(xiàn)性規(guī)劃實(shí)際編程案例的資料請(qǐng)關(guān)注服務(wù)器之家其它相關(guān)文章！

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