假设某山区中有100个村庄,现在要在村庄中建立几个医疗点,方便村民看病。图1中给出这100个村庄的位置及可选道路连接示意图。附件数据的“位置”表单给出了这100个村庄的坐标(单位:米),附件数据的“连接道路”表单给出了可供选择的道路。现在要在100个村庄中建立3个医疗点,并在可选道路中根据需要进行部分道路维修,假定村民看病都选择维修后的道路。实际中,我们既希望村民到医疗点很方便,同时希望维修的道路成本尽量小。因此既希望村庄村民到医疗点的总距离S1尽量小,又希望维修的道路总里程S2尽量小,但二者通常无法同时达到最小。如果让这两种距离和S1+S2最小,应如何设置医疗点。给出总距离,建立数学模型,写出每一步步骤用多目标规划模型,详细过程
时间: 2024-03-04 07:52:12 浏览: 97
问题分析:
这是一个典型的选址问题,需要在100个村庄中选择3个医疗点,同时在可选道路中根据需要进行部分道路维修,使得村民到医疗点的总距离S1尽量小,维修的道路总里程S2尽量小。由于这是一个多目标规划问题,因此需要采用多目标优化算法求解。
多目标规划模型:
假设需要在100个村庄中选择3个医疗点,其中第i个村庄到第j个医疗点的距离为dij,第i个村庄到第j个医疗点所在的道路长度为lij。假设第k个医疗点的位置为xk,yk,则总距离为:
S1 = Σi=1-100minj=1-3dij
其中,dij为第i个村庄到第j个医疗点的距离,minj=1-3表示取距离最小的那个医疗点。
道路维修成本可以表示为:
S2 = Σ(i,j)∈Elij
其中,E表示可选道路集合,(i,j)表示道路连接的两个村庄,lij表示第i个村庄到第j个医疗点所在的道路长度。
因此,我们的目标是最小化S1和S2,即:
minimize F = (S1, S2)
其中,F表示多目标函数,S1和S2分别表示目标函数1和目标函数2。
多目标规划求解步骤:
1. 确定决策变量
决策变量包括每个村庄到每个医疗点的距离dij和每条道路的修建情况lij。
2. 确定约束条件
约束条件包括每个村庄必须属于一个医疗点、每个医疗点只能服务于一定数量的村庄、每个村庄只能连接一定数量的道路等。
3. 确定多目标函数
多目标函数包括S1和S2。
4. 求解多目标规划问题
可以采用多种算法求解多目标规划问题,如权重法、ε约束法、Pareto前沿等。
其中,Pareto前沿是最常用的求解多目标规划问题的方法。Pareto前沿表示满足所有目标函数等权重时的最优解集合,即在不牺牲任何一个目标函数的情况下,无法再进一步优化其他目标函数的解集合。
可以使用多目标优化算法,如NSGA-II、MOEA/D等来求解Pareto前沿,并从中选择最优解。
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