Математическая модель – это близкое к существующему описание какого-либо класса явлений или объектов реального мира на языке математики.
Цель моделирования: исследовать объекты и предугадывать результаты наблюдений.
Математическое моделирование незаменимо в тех случаях, когда эксперимент невозможен или затруднен по тем или иным причинам. Невозможно проверить правильность той или иной теории.
Основные этапы математического моделирования:
1) Построение модели. На этом этапе задается некоторый «нематематический» объект – некая конструкция, экономический план, производственный процесс и т. д. При этом, как правило, четкое описание ситуации затруднено. Сначала выявляются основные особенности явления и связи между ними на качественном уровне. Затем найденные качественные зависимости формулируются на языке математики, то есть строится математическая модель.
2) Решение математической задачи. Разработка алгоритмов и численных методов решения задачи.
3) Интерпретация полученных следствий из математической модели. Полученные сведения преобразовать для понятного объяснения.
4) Проверка адекватности модели. Согласование результатов эксперимента с теоретическими следствиями из модели в пределах определенной точности.
5) Модификация модели. На этом этапе происходит либо усложнение модели, чтобы она была более адекватной действительности, либо ее упрощение ради достижения практически приемлемого решения.
Математическое моделирование бывает:
- Аналитическое – процессы функционирования элементов системы записываются в виде некоторых функциональных соотношений (алгебраических и т.д.) или логических условий.
- Имитационное – моделирование, при котором реализующий модель алгоритм воспроизводит процесс функционирования системы во времени, причем имитируются все явления, входящие в процесс, с сохранением их логической структуры и последовательности. Основным преимуществом имитационного моделирования перед аналитическим является возможность решения более сложных задач.
- Комбинированное – объединяет в себе предыдущие два вида моделирования: аналитическое и имитационное. Это позволяет получить более точные показатели для задачи
Симплекс метод – это универсальный метод для решения линейной системы уравнений или неравенств и линейного функционала, так как позволяет решить задачу линейного программирования, записанную в каноническом виде. Если система ограничений задана в стандартной форме, то ее переводят в каноническую форму путем добавления новых переменных.
Общая идея симплексного метода (метода последовательного улучшения плана) для решения задачи линейного программирования заключается в следующих моментах:
- умение находить начальный опорный план;
- наличие признака оптимальности опорного плана;
- умение переходить к нехудшему опорному плану.
На примере хлебопекарного магазина «Шоколадница» рассмотрим задачу:
В «Шоколаднице» изготавливают два вида тортов «Зимняя вишня». Нормы затрат продуктов на один торт и запасы хлебопекарного магазина выглядят следующим образом:
Название продуктов |
Запасы на один торт (у.д.е.) |
Запасы |
|
I |
II |
||
Мука |
2 |
3 |
18 |
Вишня |
8 |
7 |
56 |
Темный шоколад |
0 |
3 |
15 |
Белый шоколад |
3 |
0 |
18 |
Маргарин |
1 |
2 |
6 |
Сахарный песок |
6 |
3 |
18 |
Необходимо составить план выпечки тортов для максимизации прибыли, если первый вид торта стоит 10 у.д.е., а второй – 12 у.д.е., причем в ассортименте должны быть оба вида тортов.
Для решения поставленной задачи применим наиболее доступный и простой метод линейного программирования. Составим экономико-математическую модель задачи, состоящую из системы ограничений, условия не отрицательности и целевой функции с видом оптимизации. Введём обозначения: примем, что будет выпускаться х1 штук первого вида торта, а второго вида торта х2 штук.
Так как в ассортименте должны быть оба вида тортов, то количество выпускаемой продукции должно быть положительным.
Математическая модель данной задачи примет вид:
Z = 10 х1 + 12 х2 → max
Запишем систему ограничений в каноническом виде, для этого введем дополнительные переменные: х3 х4 х5 х6 х7 х8 соответственно для каждого уравнения системы, и подготовим эту систему и целевую функцию для решения симплекс-методом.
Z = 10 х1 + 12 х2 → max Z = 0 – (–10 х1 – 12 х2) → max
Далее идёт процесс работы с симплекс-таблицами.
Симплекс-таблица №1.
Б/Св |
|
|
|
|
18 |
2 |
3 |
|
56 |
8 |
7 |
|
15 |
0 |
3 |
|
18 |
3 |
0 |
|
6 |
1 |
2 |
|
18 |
6 |
3 |
|
0 |
-10 |
-12 |
Находим разрешающие столбец и строку с учётом того, что min = 18/3, разрешающий элемент и выполняем пересчёт элементов таблицы. Приходим к следующим таблицам.
Симплекс-таблица №2
Б/Св |
|
|
|
|
9 |
1/2 |
-3/2 |
|
35 |
9/2 |
-7/2 |
|
6 |
-3/2 |
-3/2 |
|
18 |
3 |
0 |
|
3 |
1/2 |
1/2 |
|
9 |
9/2 |
-3/2 |
|
36 |
-4 |
6 |
Симплекс-таблица №3
Б/Св |
|
|
|
|
8 |
-1/3 |
|
|
26 |
-1 |
|
|
9 |
1/3 |
|
|
12 |
-2/3 |
|
|
2 |
-8/9 |
|
|
2 |
2/9 |
1/3 |
|
4 |
8/9 |
По таблице видим, чтобы максимизировать прибыль от реализации торта «Зимняя вишня» первого вида нужно произвести 2 торта, а второго вида также 2 торта.
Вывод: с помощью симплекс-метода мы смоделировали ситуацию и узнали все необходимые показатели при данных условиях.
Нормативы потребления компонент торта обычно не меняются, а вот если изменится количество запасов продуктов, необходимо будет поставленную задачу пересчитывать заново.
Математическое моделирование с применением симплекс метода позволяет предугадать расходы/доходы, будущие траты фирмы или ее потери. При правильном расчете с учетом всех внутренних и внешних факторов мы можем предугадать ситуацию на предприятии.
Библиографическая ссылка
Кирнозова И.Р. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИ ПОМОЩИ СИМПЛЕКС-МЕТОДА НА ПРИМЕРЕ ХЛЕБОПЕКАРНОГО МАГАЗИНА «ШОКОЛАДНИЦА» // Международный студенческий научный вестник. – 2015. – № 3-4. ;URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=14129 (дата обращения: 21.11.2024).