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数与形 | 运筹学

 虎牙变大猫 2019-10-05

《数与形》,解密数学的历史。

运筹学

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作为一门新兴的应用学科它有许多不同的定义年美国运筹学会定义“运筹学是研究用科学方法来决定在资源不充分的情况下如何最好的设计人机系统并使之最好运行的一门学科”。1978年联邦德国的科学辞典上定义“运筹学是从事决策模型的数学解法的一门学科”前者着重于处理实际问题而对“科学方法”未加说明,后者强洞数学解法。英国运筹学杂志认为“运筹学是应用科学方法(尤其是数学方法)来解决那些在工业、商业、政府部门、国防部门中有关人力、机器、物资、金钱等大型系统的智慧和管理方面所出现的问题其目的是帮助管理者科学地决定其策略和行动”。联合国国际科学技术发展局在《系统分析和运筹学》一书中所下定义为“能帮助决策人韶决那些可以用定量方法和有关理论来处理的问题”

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Operations Research的原意是作战研究。最早进行的运筹学工作是第一次世界大战期间,以英国生理学家希尔为首的英国国防部防空试验小组,在进行的高射炮系统利用研究。同时英国人莫尔斯建立的分析美国海军横跨大西洋护航队损失的数学模型也是运筹学的早期工作这一工作在第二次世界大战中有了深入而全面的发展。1938年英国空军有了飞机定位和控制系统并在沿海处设置了几个雷达站用以发现敌机。但在一次防空大演习中发现需要对这些雷达送来的信息(常常是矛盾的)加以协洞和关联以改进作战效能。这一任务的提出即产生“运筹学”一词。自此英国空军成立了运筹学小组主要从事警报和控制系统的研究。在1939年和1940年,这个小组的任务扩大到包含防卫战斗机的布置,并对某些未来的战斗结果进行预测,以供决策之用,运筹学工作者在二次世界大战中研究并解决了许多和战争相关的课题。例如,通过适当配备护航舰队减少了船只受到潜艇攻击的损失;通过改进深水炸弹投放的深度,提高了德国潜艇的死亡率;根据飞机出动架次进行维修安排,提高了飞机的作战能力,在战争结束时,英国、美国和加拿大三国的军队中,运筹学工作者已超过七百人。战后,一些原在军队的运筹工作者在英国成立了民间组织“运筹学俱乐部”定期讨论如何将运筹学转入民用工业,并取得了一些进展。1948年,美国麻省理工学院率先开设了运筹学课程,许多大学群起效法、运筹学成为一门学科,内容也日益丰富。1950年,英国出版了第一份运筹学杂志《运筹学季刊》;世界上第一个运筹学会“美国运筹学会”于1952年在美国成立。英国的运筹学会也于1953年出现。1951年,莫尔斯和金伯尔出版了《运筹学方法》一书,这是第一本以运筹学为名的专著书中总结了第二次世界大战中运筹学的军事应用,并且给出了运筹学的一个著名的定义运筹学是为执行部门对它们控制下的“业务”活动采取决策提供定量依据的科学方法,运筹学的真正发展是在20世纪50、60年代,其标志是相继创立了线性规划理论、非线性规划理论、网络流随机规划以及整数规划理论、其他方面如排队论存储论和马氏决策理论也在同期得到了迅速发展,与此同时,运筹学的应用也渗透到工业、农业、经济和社会生活的各个领域,成为管理、决策不可缺少的重要工具。1959年国际运筹学会联盟成立。到1986年已有35个会员国和会员3万余人,该会的一个主要出版物为《运筹国际文摘》,该文摘对各国20多种运筹专刊和近50种有关期刊中关于运筹学的理论和应用进行评述我国科学家把Operations Research翻译成“运筹学”“运筹”一词出于《史记·高祖本纪》:“运筹帷握之中,决胜千里之外”我国关于运筹学的研究和应用开始于1958年,中国科学院力学研究所数学研究所相继组建了运筹学研究室,从那时开始,在钱学森、华罗庚、许国志、越民义教授的直接指导和积极参与下,运筹学在中国取得了蓬勃的发展。 当时,为了适应铁路网合理调运粮食,粮食部门的运输工作者总结出一套“图上作业法”。1965年推广了统筹方法,其后又广泛地开展了优选法的应用,中国的运筹学会“中国数学会运筹学会”成立于1980年,于1982年加入国际运筹学会联盟并创刊《运筹学杂志》该杂志于1997年改为《运筹学学报》

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运筹学作为一门用来解决实际问题的学科  在处理各种实际问题时  通常考虑以下几方面:

(1)确定目标,即任务预期达到的目标。

(2)制订方案,订出几个大的步骤和完成步骤的时间。一般来说,任务都是有时间性的,用于该任务的人力、物力、财力都是有限的。

(3)建立模型。对于复杂问题,要考虑是否能分解为若千小型的独立活动,以及在它们当中人、财、物的合理分配、活动的完成时间。当问题完全明确后需要搜集相关数据,分清确定量和决策变量,建立它们满足的各种关系。

(4)制订求解方法。在模型已初步确定之后,就要考虑解法,是采用模拟,还是采用理论演算方法;是精确求解,还是求得满意解,问题本身要求的精度如何;如果有随机,模糊等不确定变量,如何考虑;有无现成方法可供借用,等等。

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近代运筹学主要包含以下分支数学规划(其中又分线性规划、非线性规划、整数规划、混合整数规划0-1规划、参数规划、随机规划、多目标规划、动态规划、几何规划、目标规划等);图论与网络优化;组合最优化;决策分析;排队论、可靠性数学理论;库存论;对策论;优选学、统筹学、等等。在此基础上,逐渐形成了当代运筹学,按内涵可以分成三大部类第一类是运筹学的基础理论,包括规划理论,随机运筹理论,组合及网络优化理论决策理论,其基本架构与近代运筹学相一致,第二类是有特定对象的运筹学理论与方法,包括工业运筹学、农业运筹学、交通运输运筹学、公用事业运筹学军事运筹学、金融 市场、保险运筹学等。第三类是运筹学同其他自然科学和人文科学的交叉,如计算运筹学、工程技术运筹学、管理运筹学、生命科学运筹学等。运筹学实用性和交叉性两大特点亦源于此。在以上三大部类十余种学科的基础上,可再分出若千三级学科。据此可望为新世纪运筹学的发展规划出基本方向。下面我们将分别对运筹学的主要分支进行简单介绍。

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