Bài giảng Phân tích định lượng trong kinh doanh - Chương 4: Quy hoạch tuyến tính

Nội dung text: Bài giảng Phân tích định lượng trong kinh doanh - Chương 4: Quy hoạch tuyến tính

1. Chương 4 Quy hoạch tuyến tính Ch4-1
2. Nội dung 1. Hiểu những giả thiết cơ bản và các đặc tính của quy hoạch tuyến tính (LP- Linear Programming). 2. Giải bài toán qui hoạch tuyến tính 2 biến bằng phương pháp đồ thị với 2 phương pháp: phương pháp điểm góc và phương pháp đường đồng lợi nhuận. 3. Hiểu các trường hợp đặc biệt của QHTT như: vô nghiệm, miền nghiệm không giới hạn, dư ràng buộc và nhiều phương án tối ưu. 4. Dùng Excel để giải các bài toán QHTT. Ch4-2
3. Mục lục 1 Giới thiệu 2 Các yêu cầu của bài tóan QHTT 3 Lập bài toán QTHH 4 Giải bài toán QHTT bằng phương pháp đồ thị 5 Giải các bài toán cực tiểu 6 Bốn trường hợp đặc biệt của QHTT 7 Dùng Excel giải bài toán QHTT Ch4-3
4. 1. Giới thiệu Quy hoạch tuyến tính là ▪ Mô hình được thiết kế nhằm giúp người ra quyết định trong công việc lập kế hoạch và ra quyết định. ▪ Liên quan đến sự phân bổ các nguồn lực. ▪ QHTT là một kỹ thuật hỗ trợ các quyết định về phân bổ các nguồn lực. Quy họach liên quan đến ▪ Lập mô hình và giải các vấn đề bằng phương pháp toán học. Ch4-4
5. Một số thí dụ của QHTT 1. Lập lịch sản xuất nhằm ▪ Thỏa mãn nhu cầu tương lai về sản xuất của công ty. ▪ Trong khi tối thiểu hóa tổng chi phí sản xuất và tồn kho. 2. Chọn lựa sự phối hợp của các sản phẩm trong nhà máy nhằm ▪ Sử dụng tối đa giờ máy và giờ công có sẵn. ▪ Trong khi tối đa hóa sản phẩm của nhà máy. Ch4-5
6. 2. Các yêu cầu của bài toán QHTT Các bài tóan QHTT có chung 4 đặc tính sau: ▪ Tất cả các bài toán hướng đến việc tìm kiếm cực đại hoặc cực tiểu một mục tiêu(hàm mục tiêu). ▪ Sự hiện diện của các giới hạn hoặc các ràng buộc hạn chế việc đạt đến mục tiêu. ▪ Phải có một số phương án để chọn lựa. ▪ Hàm mục tiêu và các ràng buộc trong bài toán QHTT đuợc biểu diễn bằng các phương trình hoặc các bất phương trình tuyến tính. Ch4-6
7. Các giả thiết cơ bản của bài toán QHTT 1. Giả thiết chắc chắn (certainty): ▪ Các con số trong hàm mục tiêu và các ràng buộc được biết trước một cách chắc chắn và không thay đổi trong quá trình nghiên cứu bài toán. 2. Giả thiết tỷ lệ (Proportionality): ▪ Tồn tại trong hàm mục tiêu và các ràng buộc. ▪ Thí dụ: nếu sản xuất 1 SP mất 3 giờ thì sản xuất 10 SP đó mất 30 giờ trong cùng điều kiện. 3. Giả thiết cộng dồn: ▪ Tổng của tất cả các hành động bằng với tổng các hành động riêng biệt. thí dụ: bán 1 sp A lời 3$, bán 1 sp B lời 5$ thì bán 1 sp A và 1 sp B sẽ lời 8$. Ch4-7
8. Các giả thiết cơ bản của bài toán QHTT 4. Giả thiết chia được: ▪ Phương án có thể chứa số lẻ. 5. Giả thiết không âm: ▪ Các biến phải lớn hơn hoặc bằng 0. ▪ Giá trị âm đối với các đại lượng vật lý là không thể có. Ch4-8
9. 3. Lập bài toán QHTT 1. Hiểu rõ bài toán quản trị cần giải quyết. 2. Xác định các mục tiêu và các ràng buộc. 3. Định nghĩa các biến quyết định. 4. Sử dụng các biến quyết định để viết các quan hệ toán học cho hàm mục tiêu và các ràng buộc. Ch4-9
10. Lập bài toán QHTT Bài toán hỗn hợp sản phẩm ▪ 2 hoặc nhiều sản phẩm được sản xuất dùng các nguồn lực giới hạn như: nhân lực, nguyên vật liệu, máy móc ▪ Lợi nhuận công ty cần phải đạt cực đại dựa trên lợi nhuận của mỗi đơn vị sản phẩm. ▪ Công ty cần xác định bao nhiêu đơn vị của mỗi sản phẩm cần được sản xuất nhằm tối đa hóa lợi nhuận dựa trên giới hạn của nguồn lực. Ch4-10
11. Thí dụ Công ty Flair Công ty Flair sản xuất các loại bàn ghế gỗ. Mỗi bàn cần 4g mộc và 2g sơn và hoàn thiện. Mỗi ghế cần 3g mộc và 1g sơn và hoàn thiện. Trong 1 tuần, số giờ công mộc là 240g, số giờ công sơn và hoàn thiện là 100g. Lợi nhuận của mỗi cái bàn là 7$, mỗi cái ghế là 5$. Trong 1 tuần, nên làm bao nhiêu cái bàn, cái ghế? Giờ công T C Công đoạn Sẵn có trong bàn Ghế Tuần • mộc 4 3 240 • sơn &hoàn thiện 2 1 100 Ch4-11
12. Thí dụ Công ty Flair Số giờ cần để sản xuất 1 sản phẩm Giờ công T C Công đoạn Sẵn có trong bàn Ghế Tuần • mộc 4 3 240 • sơn &hoàn thiện 2 1 100 Bài toán: Lợi nhuận $7 $5 Các ràng buộc: 4T + 3C 240 (mộc) 2T + 1C 100 (sơn & hoàn thiện) T ≥ 0 C ≥ 0 Tối đa hóa mục tiêu, z: 7T + 5CCh4-12
13. Thí dụ Công ty Flair Cách dễ nhất để giải bài toán QHTT nhỏ như thí dụ này là dùng phương pháp đồ thị (graphical solution approach). Phương pháp đồ thị chỉ áp dụng được đối với 2 biến quyết định, nhưng nó cho ta cái nhìn rộng hơn về cấu trúc của các bài toán QHTT phức tạp hơn và hướng giải chúng. Ch4-13
14. các ràng buộc 120 100 2T + 1C ≤ 100 Sơn/ hoàn thiện 80 Sốghế 60 4T + 3C ≤ 240 Mộc 40 20 40 60 80 100 20 Số bàn Ch4-14 0
15. Miền nghiệm 120 Sơn/ hoàn thiện 100 Sốghế 80 Mộc 60 Miền 40 Nghiệm 20 20 40 60 80 100 Số bàn 0 Ch4-15
16. 4. Giải bài toán QHTT Phương pháp đường đồng lợi nhuận 1. Vẽ tất cả các ràng buộc và tìm miền nghiệm. 2. Chọn một đường lợi nhuận (chi phí) cụ thể và vẽ nó để tìm độ dốc. 3. Di chuyển đường của hàm mục tiêu theo hướng tăng lợi nhuận (hoặc giảm chi phí) trong khi vẫn duy trì độ dốc. Điểm cuối cùng nó chạm vào miền nghiệm là phương án tối ưu. 4. Tìm các giá trị của biến quyết định tại điểm cuối cùng này và tính lợi nhuận (hoặc chi phí). Ch4-16
17. Thí dụ ▪ Cho lợi nhuận bằng giá trị tương đối nhỏ bất kỳ nào đó. ▪ Giả sử chọn lợi nhuận là $210. - Mức lợi nhuận này có thể đạt được dễ dàng mà không vai phạm 2 ràng buộc. ▪ Hàm mục tiêu có thể viết thành ▪ $210 = 7T + 5C. Ch4-17
18. Thí dụ • Hàm mục tiêu giờ là phương trình đường thẳng được gọi là đường đồng lợi nhuận - isoprofit line. - Nó biểu diễn tất cả các kết hợp của (T, C) sao cho tổng lợi nhuận là $210. ▪ Vẽ đường đồng lợi nhuận ▪ Tịnh tiến đường đồng lợi nhuận sao cho tiếp xúc với miền nghiệm với lợi nhuận cao nhất. Ch4-18
19. Thí dụ 120 100 Sơn&hoàn thiện 7T + 5C = 210 80 7T + 5C = 420 Sốghế 60 Mộc 40 20 20 40 60 80 100 Số bàn Ch4-19 0
20. Thí dụ 120 Đường đồng lợi nhuận 100 Sơn&hoàn thiện 80 Phương án tối ưu Sốghế (T = 30, C = 40) 60 Mộc 40 20 40 60 80 100 20 Số bàn Ch4-20 0
21. Giải bài toán QHTT Phương pháp điểm góc Phương pháp giải bằng điểm góc ▪ Phương pháp này liên quan đến việc tìm kiếm lợi nhuận ở mỗi điểm góc của vùng nghiệm. ▪ Phương án tối ưu phải nằm ở một trong các điểm góc của vùng nghiệm Ch4-21
22. Phương pháp điểm góc 1. Tìm miền nghiệm 2. Tính lợi nhuận (hoặc) chi phí ở các điểm góc. 3. Chọn điểm góc có giá trị của hàm mục tiêu tốt nhất làm phương án tối ưu. Ch4-22
23. Thí dụ 120 2 Các điểm góc 100 Sơn&hoàn thiện 80 Phương án tối ưu Sốghế (T = 30, C = 40) 60 Mộc 3 40 1 20 20 40 604 80 100 Số bàn Ch4-23 0
24. Thí dụ Điểm 1:(T = 0,C = 0) lợi nhuận= $7(0) + $5(0) = $0 Điểm 2:(T = 0,C = 80) lợi nhuận = $7(0) + $5(80) = $400 Điểm 3:(T = 30,C = 40) lợi nhuận = $7(30) + $5(40) = $410 Điểm 4 : (T = 50, C = 0) lợi nhuận = $7(50) + $5(0) = $350 Ch4-24
25. Giải bài toán cực tiểu ▪Một số bài toán liên quan đến chi phí thường dẫn đến cực tiểu hóa hàm mục tiêu. Thí dụ: ▪Một nhà hàng muốn lập một lịch làm việc thỏa mãn yêu cầu nhân lực trong khi tối thiểu hóa số nhân viên. ▪Một nhà máy tìm phương án điều phối sản phẩm từ nhiều phân xưởng đến các nhà kho khác nhau sao cho tối thiểu hóa chi phí vận chuyển ▪Một bệnh viện muốn cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng trong khẩu phần ăn cho bệnh nhân sao cho chi phí mua thực phẩm là nhỏ nhất. Ch4-25
26. Thí dụ: công ty VS • Xem tình huống trong tài liệu: Hàm chi phí: 2x1+3x2 Các ràng buộc: 5x1+10x2 ≥ 90 4x1+3x2 ≥ 48 0.5x1 ≥ 1.5 x1 ≥ 0 x2 ≥ 0 Ch4-26
27. Giải bài toán cực tiểu bằng phương pháp đồ thị Ch4-27
28. Giải bài toán QHTT Ch4-28
29. Các trường hợp đặc biệt trong bài toán QHTT • Không xác định được miền nghiệm • Miền nghiệm không có giới hạn • Dư điều kiện ràng buộc • Bài toán có nhiều phương án tối ưu Ch4-29
30. Không xác định được miền nghiệm X2 8 6 Vùng thỏa ràng buộc 4 2 0 2 4 6 8 X1 Vùng thỏa ràng buộc Ch4-30
31. Miền nghiệm không có giới hạn X2 15 X1 > 5 X2 10 0 5 10 15 X1 Ch4-31
32. Dư ràng buộc X2 30 Ràng buộc 25 2X1 + X2 < 30 thừa X < 25 20 1 15 X1 + X2 < 20 10 Miền nghiệm 5 X1 5 10 15 20 25 30 0 Ch4-32
33. Bài toán có nhiều phương án tối ưu 8 Những điểm X1,X2 trên đoạn AB đều 7 là phương án tối ưu 6 5 A Đường đồng lợi nhuận 4 Đường đồng lợi 3 B nhuận trùng với 2 AB AB 1 1 2 3 4 5 6 7 8 0 Ch4-33
34. Giải bài toán QHTT trên Excel Ch4-34