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。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,建立多目标规划模型,目标函数,约束条件,具体每一步步骤
时间: 2024-02-29 10:54:27 浏览: 39
首先,我们需要定义一些符号:
- $n=100$,表示村庄的数量;
- $m$,表示医疗点的数量;
- $d_{ij}$,表示村庄 $i$ 和村庄 $j$ 之间的距离;
- $x_i$,表示村庄 $i$ 是否被选为医疗点,$x_i\in\{0,1\}$;
- $y_{ij}$,表示道路 $(i,j)$ 是否需要维修,$y_{ij}\in\{0,1\}$。
接下来,我们可以建立多目标规划模型:
目标函数:
$$\min \begin{cases} S_1=\sum_{i=1}^n\sum_{j=1}^nd_{ij}x_iy_{ij} \\ S_2=\sum_{i=1}^n\sum_{j=i+1}^nd_{ij}y_{ij} \end{cases}$$
约束条件:
- 每个医疗点只能选一个村庄作为位置:
$$\sum_{i=1}^n x_i = m$$
- 道路的维修必须保证连通性:
$$\forall (i,j) \in \text{连接道路}, y_{ij} \leq x_i + x_j$$
- 村庄必须被选为医疗点才能进行道路维修:
$$y_{ij}\leq x_i, y_{ij}\leq x_j$$
- 村庄不能同时作为医疗点和道路维修的起点或终点:
$$y_{ij}+y_{ik}+y_{jk}\leq 2, \forall i,j,k: i\ne j, j\ne k, i\ne k$$
现在,我们需要将这个多目标规划模型转化为单目标规划模型,最常用的方法是加权法。我们可以定义一个权重因子 $\alpha\in[0,1]$,将目标函数转化为:
$$\min S = \alpha S_1+(1-\alpha)S_2$$
这样,就可以使用标准的线性规划算法求解了。需要注意的是,由于这是一个整数规划问题,需要使用整数线性规划算法进行求解。
具体步骤如下:
1. 计算出每两个村庄之间的距离 $d_{ij}$;
2. 使用整数线性规划算法求解上述模型;
3. 对于不同的 $\alpha$ 值,重复步骤 2,得到不同的结果;
4. 根据每个 $\alpha$ 对应的结果,选择一个最优解作为最终方案。
阅读全文