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運籌學概念范文1
關鍵詞:管理運籌學;教學體系;本科生;理論教學;實驗教學
中圖分類號:G423 文獻標志碼:A文章編號:1673-291X(2010)11-0244-03
引言
目前,各高校經濟管理等文科類專業大都將《管理運籌學》作為專業的主干技術基礎課程。通過該門課程的學習,使學生掌握運籌學主要分支的基本概念、基本模型與求解模型的基本方法,重點是對各種模型與方法的運用。
在多年的運籌學教學實踐過程中,我們發現,大部分文理兼招而且文科學生占多數的經濟管理等文科類專業的本科學生,在學習運籌學課程中的理論證明、繁復的數學推導和復雜的運籌學算法等知識時感到非常吃力,自學起來更加費力,尤其是在遇到規模稍大的實際管理問題時,無法靈活運用所學知識和有效的建模、求解工具去解決。另外,現有的有關運籌學方面的教材內容多、理論性強,需要的教學課時量大,48學時或64學時的課堂教學無法完成全部的教學內容。鑒于此,我們嘗試從實用的角度,針對文科學生的特點,結合自己的教學實踐,提出一套適合文科類本科生的理論教學體系。該體系注重方法與應用的教學,回避復雜的理論證明和繁復的公式推導,有效控制教學所需學時數,將運籌學的建模方法、應用實例和LINGO軟件計算有機地結合起來,為經濟管理等文科類本科生《管理運籌學》課程的教與學提供參考。
一、教學體系及學時分配
《管理運籌學》課程所涵蓋的范圍非常廣,包括運籌學所涉及到管理問題的各個領域,如線性規劃、非線性規劃、動態規劃、對策論、決策論、圖論、優化論和預測論等各個領域。其教學內容包括以上各領域的基本概念、理論方法、數學模型的建立、求解算法及模型的應用等多個方面。對于經濟管理等文科類專業本科生來說,課程的教學學時是有限的,在教學中對以上的教學內容必須有所取舍,不可能涉及到所有的方面內容。根據我們多年實際教學經驗以及各高校的教學大綱,我們認為,對于文科類本科生來說,《管理運籌學》的教學內容大體上應該包括線性規劃及其對偶問題、整數規劃與運輸問題、動態規劃、排隊論、存儲論、圖論、決策與對策等基本內容,為他們了解運籌學的理論、方法,解決日常的基本經濟管理問題,或者進入更高層次的學習奠定基礎。
在我們的實際教學過程中,對于48學時的課堂教學,安排的教學內容和各內容的教學學時分配如圖1所示。
對于64學時的課堂教學,除了要完成圖1中所包括的線性規劃、整數規劃與運輸問題、動態規劃、圖論與網絡計劃以及決策分析等教學內容外,還安排了排隊論和存儲論兩個分支的理論教學以及8個學時的上機實驗,這部分的內容及學時分配如圖2所示。
為了提高學生解決實際問題的能力,可以通過壓縮整數規劃與運輸問題、動態規劃等部分的理論教學學時,從而增加上機實驗學時數。尤其是當總教學學時只有48學時時,我們在教學過程中是通過壓縮動態規劃等教學內容的學時,而將相關的建模和模型求解方面的內容放在了實驗部分,從而達到增加實驗學時的目的,這樣做往往比僅進行理論教學的教學效果更好。
二、教學內容設計
根據以上的教學學時分配,以高等教育出版社出版的《實用管理運籌學》教材(見參考文獻1)為基礎,并根據多年的教學實踐積累,我們對線性規劃等7個運籌學分支以及上機實驗教學的具體教學內容進行設計。
1.線性規劃
此部分包括線性規劃及其對偶問題、靈敏度分析和目標規劃三個部分內容,總學時16,主要內容框架如圖3所示。
從最常見也是最簡單的制定生產計劃方案案例入手,引出線性規劃的基本概念和模型的一般形式,為了得到初始案例的最優解即最優的生產計劃方案,必然涉及到線性規劃模型的求解,進而介紹圖解法和單純形法,在單純形法基礎上,介紹非標準線性規劃模型的標準化方法以及大M法和兩階段法。以上內容是本部分的重點和難點,教學學時分配相對較多,大概需要6-8個學時左右。
線性規劃模型的建模及求解技術是學好《管理運籌學》的基礎,因此還需要重點介紹如何建立線性規劃模型,這需要花費2-4個學時的時間講解諸如資源的合理利用、生產組織與計劃、合理下料、作物布局等幾類常見問題的建模方法,對于所建大型模型,利用單純形法人工求解已很難進行,因此可以在此時給學生介紹LINGO軟件的基本知識,并讓學生能夠利用LINGO軟件解決較簡單的線性規劃模型。
通常的教材均將目標規劃單獨提出并放在線性規劃及其對偶問題之后,在教學過程中,我們發現,在介紹線性規劃建模方法之后就引出目標規劃內容,學生能夠更好地理解,學起來也更輕松,因此,建議在教學內容的先后順序上能將目標規劃提到對偶問題及靈敏度分析之前。
在講解對偶問題的時候尤其需要注意讓學生理解對偶問題與原問題的關系、對偶價格的經濟含義以及如何在線性規劃原問題的最終單純形表中找出對偶價格和對偶問題的最優解。在靈敏度分析中,重點介紹目標函數的價值系數以及約束條件右端項變化時如何進行分析。LINGO軟件靈敏度分析方法也是非常重要的內容,在教學學時允許的情況下有必要進行介紹。如果教學學時不夠,可以放在上機實驗部分進行講解。
2.整數規劃與運輸問題
該部分包括整數規劃、運輸問題和指派問題三部分,總學時10,主要內容框架如圖4所示。
整數規劃相對比較簡單,安排2學時的理論教學,重點介紹分支定界法和割平面法的求解思想和步驟。運輸問題和指派問題數學模型的建立方法是本部分的核心內容,重點介紹求解平衡運輸問題的表上作業法和產銷不平衡運輸問題轉化為平衡運輸問題的方法。我們在實際教學中發現,學生對求解指派問題的匈牙利方法理解不透,在考試的時候得分率相對較低,建議在教學時僅對匈牙利法做簡單的介紹,指派問題的求解仍然采用表上作業法。
3.動態規劃
從現實生活中的實際問題入手,介紹動態規劃的基本概念,重點介紹最優化原理。根據最優化原理,提出狀態轉移方程的建立方法,利用最短路問題的求解過程介紹動態規劃方法的基本思想,并解決資源分配問題、背包問題和排序問題。這部分的內容概念較多,尤其是最優化原理,學生不太容易理解,教師可以在具體介紹最短路問題求解過程中,讓學生總結得出動態規劃方法的基本思想。在我們的實際教學過程中一般利用4-6個學時完成此部分的理論教學,可以節省出2-4個學時以補充上機實驗學時的不足。
4.圖論與網絡計劃
圖論與網絡計劃的總學時為10學時。該部分的內容較多,涉及的定義、定理不下20個,計算量和計算的復雜程度也是教材中各章節最高的。因此,在有限的教學學時內,應該注意有選擇性地進行講解,可以參照圖5所列出的主要內容框架進行教學。
圖和最小樹中的基本概念是本部分的基礎,在教學時需要學生重點掌握,教師可以通過具體的實例,讓學生對概念有感性的認識。最短路問題中涉及了有向圖的Dijkstra算法、無向圖的Dijkstra算法、標號法和改進標號法等4種算法,重點介紹改進標號法。在網絡最大流問題中,求最大流的標號法可以參照求最短路的標號法,重點介紹求最大流的LINGO程序,最小費用最大流問題可以放在上機實驗部分讓學生自己動手解決。在講解網絡計劃時,突出網絡計劃圖的繪制技巧,留出一定的時間讓學生多練習,因為計劃圖的質量直接影響到網絡計劃圖各時間參數和關鍵路的計算。網絡計劃部分的重點在于網絡計劃圖的繪制和求各時間參數的LINGO程序的編寫。如果教學學時不足,關鍵路線與網絡計劃的優化、完成作業期望和實現事件的概率等內容可以放在上機實驗中完成。
5.決策分析
對于經濟管理類本科生來說,決策分析部分所涉及的大部分內容在前期的有關課程中學習過,所以在教學過程中所花費的教學學時不要過多,僅系統地復習一下就可以了。如果有可能的話,在4個教學學時之內講一些對策論(博弈論)的基本概念,以滿足后續課程的學習所需。
6.排隊論模型簡介
利用4個學時的時間重點介紹排隊論的基本概念、little公式以及等待制排隊模型、損失制排隊模型、混合制排隊模型、閉合式排隊模型所關心的各有關參數,最關鍵的是@peb(load,S)、@pel(load,S)和@pfs(load,S,K)等三個與排隊論模型有關的LINGO函數的應用。服務系統的最優化問題比較容易理解,利用LINGO軟件求解起來也相對比較容易,最主要的問題是在教學過程中讓學生掌握其LINGO程序的編寫方法。
7.存儲論模型簡介
雖然存儲論模型的種類很多,但每一種模型都是在固定的假設條件下,根據平均總費用利用求導數(或偏導數)求出訂購(生產)量Q以及訂貨(生產)的時間間隔t等參數。因此,只要將此思想貫穿于整個教學過程,講清楚各種模型的平均總費用的求法就能讓學生學得比較輕松。在我們的教學實踐中,該部分一般安排4個學時的理論教學,如果4學時不夠的話,可以在上機實驗的時候增加該部分的內容,通過實驗讓學生熟悉各種存儲論模型的LINGO軟件求解方法。
8.上機實驗
上機實驗部分大約8學時,在實際的理論教學中,通過壓縮動態規劃等部分學時,上機實驗可以增加到10-12學時??梢园才?-5個實驗專題,除了熟悉LINGO軟件的使用外,線性規劃模型的求解及靈敏度分析、整數規劃及運輸問題模型的建立與求解、網絡最大流及網絡計劃問題的建模與求解等三個實驗為必做部分,以彌補理論教學學時的不足。為了培養學生的實際動手能力以及對運籌學的學習興趣,建議各個實驗均在相應的理論教學過程中進行,最好不要集中安排,這樣有助于學生對理論部分的理解并能有效地利用和調節各章節的理論與實踐教學學時分配。
本教學體系注重從管理學和經濟學的角度介紹運籌學的基本知識,試圖以各種實際問題為背景,引出運籌學主要分支的基本概念、模型和方法,側重各種方法及其應用,而對其理論一般不作證明,對許多數學公式也回避繁復的數學推導。對于復雜的運籌學算法,大都盡量運用直觀手段和通俗語言來說明其基本思想,并輔以較豐富的算例、實例以及LINGO軟件求解算法來說明求解的步驟和方法,為《管理運籌學》課程的教與學提供參考。
運籌學概念范文2
關鍵詞:運籌學 教學改革 教學理念
中圖分類號:G642.0
文獻標識碼:A
文章編號:1004-4914(2013)07-231-02
一、運籌學課程的意義
運籌學“Operational Research”(縮寫為O.R.)起源于第二次世界大戰初期的軍事任務,成功地解決了許多重要作戰問題,例如,組織適當的護航編隊使運輸船隊損失最??;改進搜索方法,及時發現敵軍潛艇;改進深水炸彈的起爆深度,提高了毀傷率;合理安排飛機維修,提高了飛機的利用率等,顯示了科學的巨大威力。可以說,它從實踐中得到發展,反過來又為實踐而服務,是一門實踐性、應用性很強的交叉學科。戰后,科學家轉向研究在民用部門應用運籌學方法的可能性,從而促進了運籌學在民用部門的發展,伴隨著科學技術和生產的迅速發展,運籌學已滲入很多領域里,發揮了越來越重要的作用。例如,教育、環保、交通運輸、人力資源管理問題等;還廣泛應用于能源、預測、會計金融、銷售、存儲、計算機與信息系統、設計、城市服務系統、保健與醫療、電氣、加工工業、第三產業等。因此,學習和研究運籌學不但具有理論意義,也具有實踐意義。同時,運籌學本身也在不斷發展,形成了數學規劃、動態規劃、圖與網絡分析、排隊論、決策分析、存貯論、對策論、搜索論、計算機模擬等分支,已經成為具有堅實的理論基礎和完善的體系結構的科學方法。
二、運籌學課程的特點
運籌學課程涉及的基礎知識內容比較豐富、與實際問題結合比較緊密、發展很迅速,是一門綜合性多學科交叉的科學分支,因此,很多的高等院校的數學系、管理學院、經貿學院以及工學院的一些專業都開設了運籌學。其具體特點可概括如下:
1.廣闊性。運籌學理論方法已滲透到服務、經濟、庫存、搜索、人口、對抗、控制、時間表、資源分配、廠址定位、能源、設計、生產、可靠性等各個方面,并且不受行業、部門的限制。
2.最優性。運籌學以整體最優為目標,從系統的觀點出發,力圖以整個系統最佳的方式來解決該系統各部門之間的利害沖突。對所研究的問題求出最優解,尋求最佳的行動方案,所以它也可看成是一門優化技術,提供的是解決各類問題的優化方法。
三、運籌學課程教學中存在的問題
伴隨著科學技術和生產的迅速發展,運籌學的理論方法和應用范圍得到了深入和拓寬,對運籌學課程的教學內容及方法也提出了新的要求,同時也就使當前運籌學課程教學中存在的問題暴露出來。
1.沒有明確的教學理念。教學理念是從事教學活動的指導思想和行動指南,可以說,有什么樣的教學理念就會產生什么樣的教學行為,教學行為受教學理念支配,明確表達的教學理念對教學活動有著極其重要的指導意義。很多教師教學重點是講授復雜的運籌學數學模型和巧秒的數學方法,沒有將重心放在加強學生運用運籌學方法解決實際問題的能力,這樣的學生缺乏處理現實生活中的實際問題的能力。因此,在市場經濟不斷發展的今天,若不能以市場為導向進行施教,而在教學過程僅局限于課程的教學任務,那么課程本身也就失去了學習的價值。
2.沒有適當的選擇教學內容。運籌學是一門多學科交叉的學科,但教學時數是有限的。因此,教學內容的選擇存在一定的盲目和隨意,甚至存在著教學內容因教材而設或因教師而設的現象。這樣的學生不會了解所學習的知識在今后專業課中的應用,就會感覺所學知識枯燥無味,只能被動地學習。
3.沒有靈活的教學方法及手段。目前,很多運籌學教師仍采取“以教師為中心”的教學方法,雖然,在運籌學的教學中,現代化教學手段已逐漸開始應用,但有時過度依賴課件,并沒有發揮現代化教學手段的優勢,使學生疲于觀看課件,沒有思考時間,師生之間互動性差,很難調動學生學習的積極性。在傳統的教學任務完成后,學生應用運籌學解決實際問題的能力很差,更難去解決實際問題。
4.沒有重視實驗教學。運籌學是一門實踐性很強的學科,它涉及了很多的計算機軟件,很多教師只重視推導理論性的定理,忽略模型應用的實驗教學,結果是學生只會掌握書本上的定理及公式,不會應用運籌學優化軟件(如lingo、lindo、matlab等)求解運籌優化的實際問題問題。
5.沒有多樣的課程考核方式。很多高校的運籌學課程是以學生平時作業分數加期末考試成績作為考核學生學習的效果,這樣的學生只會套用現成的算法,機械地計算,并沒有實現運籌學課程的目的,偏離了運籌學教學的本質。
四、運籌學課程教學改革的思路和建議
1.以市場為導向,提升教學理念。運籌學是一門應用性、實踐性很強的交叉學科。因此,教學理念不要局限于解題方法的傳授甚至灌注,而要重點關注其在實際應用中的作用。在教學過程中,應當以科研項目為載體,發揮合作教育形式的教學理念,把書本知識、科研實踐及實際應用經驗結合起來進行知識的傳播,更能加強培養學生從實際出發分析解決問題的能力。因此,以市場為導向的教學理念應當得到重視。
2.明確教學目的,調整教學內容。目前,運籌學教材的內容大都涵蓋了規劃論、動態規劃、圖論、存儲論、決策論、排隊論等內容,而各個高校的學生學習能力相差甚遠,很難找到針對性較強的教材。因此,教師在運籌學的實際教學中,要根據學生的實際情況選取相應教材,并在授課內容上有所側重。例如,對于線性規劃、整數規劃、動態規劃、圖與網絡分析等基本內容,教師必須要講授。管理學專業的學生可相應地增加庫存論知識;金融專業的學生,可以根據當前股票市場,研究最優投資方案;道路交通專業的學生,應加強網絡優化的內容。
3.調動學生學習積極性,探索新的教學方法和手段,為了調動學生的學習積極性,教師應主動拋棄“滿堂灌”的教學方法,根據知識的傳授適宜由淺入深,由直觀到抽象的特點,宜采用啟發式教學方法,案例式教學模式和現代化教學手段相結合的方式,使學生能夠真正理解掌握運籌學的基本概念和思維方法,并從中獲得學習上的樂趣。(1)采用啟發式教學方法,發揮學生的主體作用。蘇霍姆林斯基曾說:教師的語言修養,在極大程度上決定著學生在課堂上腦力勞動的效率。運籌學課程的邏輯性很強,因此在講授方法上應多采用啟發式,如在講授動態規劃求最短路時,教師首先可以通過提出游戲,鼓勵學生提出自己的觀點與看法,討論是否能用其他的方法來解決此問題,從而啟發學生的逆向思維,并適當輔以課堂討論,激發他們的學習熱情。課堂討論的主題應事先布置,然后學生以小組形式在課堂上進行匯報,充分發揮學生的主體作用。(2)引入案例式教學模式,體現數學建模思想。案例式教學是模擬實踐的教學活動,是培養學生應用能力和實踐能力的有效方法。因此,在教學過程中應該設計應用性較強的案例,在體現問題實踐性的同時,也體現數學建模的思想,比如學校排隊打水的優化模型,是否能快速地打到水是學生所關心的。因此,可以組織學生對本校水房的現狀進行考察,然后利用數學的方法對考察結果進行分析和研究,提出合理化建議。通過案例提供現實背景,可以為教材上抽象的數學理論賦予現實的經濟含義,使學生的理解更直觀。通過親自觀察分析,學生不僅掌握了運用運籌學模型和方法解決實際應用問題的流程,而且學會了分析問題、解決問題的方法,體會了用科學知識解決實際問題的妙處。(3)適當運用多媒體課件,有效增加師生互動。運籌學課程的特點是“五多一少”,即表格多、模型多、圖形多、案例多、算法多,理論推導少。教師如果在授課上花費很多時間畫圖、制表,不僅效率低、信息量少,而且可觀性也差。因此,運籌學課程比較適合使用多媒體進行教學,但是多媒體課件的使用應遵循用之有度、用之有效、用之有時的原則。如圖與網絡分析適宜用多媒體進行教學,可觀性比較好;但靈敏度分析,卻適宜用板書的形式進行詳細的講解。將多媒體課件與板書講授進行有機的結合,增加師生互動,體現多媒體現代教學技術在教學中的應用。
4.重視實驗教學,提高學生實踐能力。運籌學是一門實踐性很強的學科,運籌學實際應用的模型解題運算量較大,重復勞動較多。伴隨著計算機技術的迅速發展,許多數學軟件都具有了優化計算的功能,在教學中應當增加實驗教學,使學生了解數學軟件的優化計算功能,增強學生的實踐能力。
5.改變傳統考核辦法,培養學生的綜合能力。根據運籌學課程的特點,應將傳統的單一模式考試變為綜合考試,即基礎知識和實踐能力考核相結合。基礎知識考核側重學生對基本理論和基本概念的理解與掌握,實踐能力考核側重平時的實踐操作技能,對于平時的實踐操作技能,可以讓學生自己結合實踐編寫應用案例,并利用計算機軟件或編制算法程序在規定的時間內給予解決。通過完成平時的作業,既加強了階段性的訓練,又為期末考試打下了較好的基礎,從而改變只重結果不重過程的學習模式,培養了學生的綜合能力。
隨著互聯網的快速發展, 運籌學的教學還應該借助網絡功能,教學大綱、教案、實驗指導、教學錄像等內容全部上網,便于學生隨時上網學習和下載;開發網上答疑系統,學生可以在任何時候提出問題,教師的回答也可以為多個學生從信息共享中受益。同時為開闊學生的視野和知識面,培養學生的科研意識,還應介紹運籌學領域前沿的發展成果,讓學生了解學科發展的動態,為本科生的畢業論文選題注入新鮮血液。
運籌學是一門理論與實踐并重而且具有特殊重要地位的課程,雖然是一門年輕的應用學科,但是其發展速度卻非常迅速,因此,其教學改革應該受到人們的重視。運籌學課程教學改革的目的在于既要重視運籌學基本理論和方法的掌握,又要加強學生解決實際問題能力的培養。這就需要我們不斷地追尋能夠提升學生學習積極性的素質教育方法,切實提高課堂教學質量,通過各環節各種形式的訓練和考核,提高學生的綜合素質與能力,真正實現學以致用。
[本文為黑龍江科技學院教研項目]
參考文獻:
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運籌學概念范文3
關鍵詞:運籌學;數學建模;數學實驗;計算軟件
中圖分類號:G642
文獻標識碼:A
運籌學是用定性與定量分析結合的方法來研究現實世界系統運行規律的一門學科。其通過提出具有共性的模型,尋求解決模型的方法,幫助管理者選擇最優決策方案,以達到經濟有效地配置人力、物力和財力的目標。運籌學這門課程所要求的數學基礎面比較廣,而且面對各類問題所使用的方法也各不相同。工業工程專業的學生,由于數學知識面不寬,基礎也不夠扎實,所以針對這些專業的運籌學教學就應該減少嚴格的理論證明過程,多增加實踐應用的學習。為改變運籌學實驗學時很少的現狀與解決運籌學課程具有的理論推導與實際應用之間的矛盾,有必要進行運籌學結合數學實驗的教學實踐改革。
改革實踐大致可依循這樣的方向進行:①在課堂教學中,指導學生掌握運籌學的理論知識和基本方法;②引導學生了解未來工作崗位上的實際需求,在實驗中將所學的理論融會貫通,具備較強的分析解決問題的能力;③指導學生熟練掌握運籌學領域的通用計算軟件,了解學習該領域正在推廣的運籌學算法;④引導學生了解運籌學學科理論和實踐的發展趨勢,鍛煉良好的專業理論研究能力和實踐創新能力。通過以上四個方向促使運籌學教學向更深層次發展,以便更好地落實運籌學教學的目標與規劃。為了培養學生的“優化”意識、決策能力、建模能力和解決實際問題的能力,可開設下列三種類型的實驗:
一、設計性實驗
運籌學教學過程中,最主要的問題是如何在各種約束條件下對目標進行決策優化。比如線性規劃問題、動態規劃問題、整數規劃問題等,各類問題的算法又不盡相同。初學者在學習過程中,往往會將各種方法混淆錯亂從而導致計算出現錯誤偏差。有些方法計算過程冗長、復雜而且抽象,學生很難短時間理解掌握。如果設計一些簡單的數學實驗,結合Matlab、Lingo軟件編程計算,既可以大大減少計算量,也能讓學生在設計編程中更好地理解和掌握算法。設計性實驗“單純型法模型運算程序的設計”目的在于使學生掌握單純型法的運算原理,培養學生熟練運用Matlab語言編程的能力,同時了解Matlab軟件的最優化工具箱中的線性規劃函數的具體功能及其使用方法。
二、綜合性實驗
“運籌學計算軟件的應用”綜合性實驗目的在于培養學生綜合運用所學知識解決問題的能力。對于課程中的一些應用性較強的問題,學生通過自主學習或團隊合作,查閱資料獲取數據、背景資料、理論算法等,結合已有的運籌學知識或方法,利用通用的優化軟件有創造性地完成實驗。比如,在學習“圖論與網絡分析”這一部分的內容時,可以結合當下最熱門的共享經濟的概念,針對大家都關心的一些議題,讓學生自組團隊,提出自己對共享經濟的理解和設計。學生在完成實驗的過程中,即可以接觸到更多層面的專業知識,又能增強自身的動手能力、協作能力,也能將理論與實際有機地結合起來,更好地掌握社會發展的脈絡。
三、課程設計
為了解決運籌學課程學時少與運籌學應用性強這對矛盾,較好的解決辦法是在工業工程專業的培養計劃中添加“運籌學課程設計”實踐教學環節,在一周的課程時間內學生有充裕的時間做調研,引導學生發現日常生產生活中的實際問題,比如交通問題、排隊問題、銷售問題等,利用已有的方法資料,將這些問題抽象出來并形成數學模型。運用所學的運籌學及其他學科知識,編輯程序,分析數據,利用計算機軟件的強大運算能力,獲得優化后的結果或者給出解決問題的方法。如此既能提高學生的學習興趣和學習積極性,提升整體的教學效果,又能鍛煉學生綜合解決問題的能力,為將來的工作就業打下更好的基礎。
四、結語
近幾年來,通過在部分班級進行試點實踐,設計少量操作性較強的實驗,大部分學生都能積極主動地參加實驗,在知識綜合運用、學生能力培養方面都獲得了較好的效果。希望以此能為大學數學類課程的改革起到積極的促進作用。
參考文獻:
[1]胡運權.運籌學教程[M].北京:清華大學出版社,2012.
運籌學概念范文4
關鍵詞:水文學及水資源專業;運籌學;教學內容與方法
中圖分類號:G643;O22文獻標志碼:A文章編號:10052909(2012)06009303提高研究生教育質量一直是高校研究生教育工作的重中之重,如何培養高層次、高質量的研究生對中國科技發展、社會進步至關重要[1-2]。運籌學是水文學及水資源專業研究生的一門重要基礎課程,加強其教學內容和教學方法的改革,“量身定做,因材施教”,對提高學生質量有著至關重要的作用。
一、運籌學教學中存在的問題
運籌學作為一門管理數學,已經廣泛應用到國民經濟建設的多種行業中。水文學及水資源專業與運籌學結合緊密,如水資源配置時需要線性規劃、目標規劃、動態規劃等方面的知識[3];地下水數值模擬參數選取時經常需要應用諸如遺傳算法等現代優化理論[4],分布式水文模型參數率定時需要現代優化算法[5];流域區域水資源管理中經常應用多目標規劃、線性規劃等理論;水庫優化運行、地下水水源地優化運行經常用到多目標規劃、動態規劃、先行規劃等方面的理論[6]。在研究生運籌學教學中,中國大多高校目前存在的問題主要集中在教學內容不科學、實踐教學不足、教學方法不合理等方面[7-11]。
(一)教學內容不科學
隨著現代優化理論與算法的發展,運籌學的內容不斷增加,但由于教學課時有限,不可能涵蓋運籌學的所有內容,需要根據專業要求合理地選擇教學內容才能滿足教學需要。首先,當前中國高校運籌學教學中,教學內容的選擇帶有一定的隨意性,存在著因教師的專業背景不同而教學內容不同現象;其次,教學內容偏重理論知識與公式推導,輕視或忽略實際應用與能力培養,學生缺乏解決實際問題的能力。(二)實踐教學不足
中國高校研究生在實踐(實驗)教學中,往往是教師先設置好上機實驗內容,再讓學生具體操作,這種方法導致學生缺乏實踐想法,難以達到實踐教學的目的。缺乏實例(文獻)教學和文獻閱讀特別是英文文獻閱讀能力的培養是導致學生實踐教學不足的另一原因。運籌學軟件教學內容少且單一,學生不知道怎樣根據自己的特點和愛好使用相關軟件,諸如Excel、Matlab、DPS統計軟件[12]、Lingo、Lindo、WinQSB[13]等。
(三)教學方法不合理
不少高校在運籌學教學中還存在著“填鴨式”“灌輸式”教學,在實際教學中沒有發揮學生能動性,無法進行啟發式教學。另外,板書教學存在信息量少、課堂效率低等缺點;多媒體教學在理論推導的時候會引起學生思路跟不上或注意力分散等缺點;需要進行多媒體加板書式教學,增加文獻討論課,促進教師與學生互動、學生與學生互動,以提高教學質量。
12高等建筑教育2012年第21卷第6期
平建華,等水文學及水資源專業研究生運籌學教學探索
二、教學內容改革
加強現代數學及現論優化算法諸如遺傳算法、神經網絡、模擬退火、禁忌搜索等算法和耗散論、博弈論的介紹與應用,以提高學生在今后科研和工作中應用現代優化理論與方法的能力,提高學生科研創新能力,拓寬學生知識面。
三、實例教學
在闡述運籌學教學內容時,結合具體的水文水資源學科實例,既重視基本概念和原理的講述,又注重水文水資源學科的應用。實例教學有助于激發學習興趣,提高其自學能力,有利于今后畢業設計選題的確立。
線性規劃法在求解水文地質參數[14]、水庫優化調度[15]、水資源配置[16]、水源地優化運行[17]等方面都有廣泛應用。目標規劃在水資源配置[18]、水庫調度[19]、地下水資源管理[20]方面應用較多。動態規劃在水庫水電站優化調度[21]、水資源優化配置[22]、水資源系統優化運行[23]、水質-水量聯合調度[24]、污水處理[25]等方面有很多運用?,F代數學優化算法也有大量的應用實例,如神經網絡應用于水環境質量評價、水資源系統優化計算、水電站優化運行、水文預報等方面,遺傳算法應用于參數優化、水資源系統優化決策、水資源系統評價等方面。
在講述耗散論、突變論、協同論、博弈論時,結合應用實例介紹其在水文學及水資源學科中的應用。
四、運籌學軟件教學
Excel(或其他背景下)的spreadsheet將所要解決的實際問題進行概念描述、數據處理、建立并求解模型,使運籌學的理論與方法變得易于理解和使用,推動了運籌學方法在科研和生產中的應用[26]。吳忠、江濱[27] 應用基于Excel的spreadsheet舉例求解了線性規劃、目標規劃和非線性規劃;鄭蕉、涂傳清[28]應用Excel解決了多目標規劃問題并進行了靈敏度分析;海心[29]應用Excel求解了動態規劃問題;晶晶[30]應用Excel中的隨機函數模擬了多服務臺單對列排隊系統,提供了Excel解決排隊論的實例;付木亮、余小飛[31]應用Excel結論了網絡最短路問題的求解;Excel在決策分析、存儲論、隨機模擬等方面也有大量的應用[32]。在教學中,介紹了各種基本規劃的原理后,實驗課運用Excel實例教學,使學生加深了對基本原理的理解,并掌握應用軟件求解優化問題的方法。
Matlab(Matrix Laboratory)是矩陣實驗室簡稱,它是由美國MathWorks 公司研制開發的一套高性能的集數值計算、算法開發、數據分析、信息處理、圖形顯示等于一體的可視化數學工具軟件,目前已有8.0版本。相對于C或Fortran等語言,Matlab的基本數據單位是矩陣,它的表達式與數學和工程中常用的形式十分相似,應用十分方便。Matlab中包含多個功能強大的“工具箱”,如主工具箱(Matlab main toolbox)、控制系統工具箱(control system toolbox)、優化工具箱(optimization toolbox)、神經網絡工具箱(neural network toolbox)、小波工具箱(wavele toolbox)等,這些工具箱在解決線性規劃、目標規劃、動態規劃等方面都有廣泛的應用[33-34],在應用神經網絡、遺傳算法、模擬退火、蟻群算法等現代算法中也有大量的應用。教學過程中,結合Matlab在優化管理方面的應用,使學生迅速掌握Matlab求解優化問題的技術,提供學生解決實際問題的能力。
另外,國內自主開發的DPS統計軟件、Lingo、Lindo、WinQSB都可以作為運籌學教學軟件使用。
五、結語
通過以上教學內容與方法上的改革,學生既加深了對運籌學理論的理解又掌握了運籌學在水文水資源學科中的應用,熟悉了一些運籌學專業軟件的應用??傊?,在水文學及水資源專業研究生運籌學教學中,教師要不斷地探索新的理論知識和技術方法,推動教學改革,加強與學生的互動,調動他們的積極性,挖掘他們的潛力,提高教學質量,培養優秀專業技術與管理人才。
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運籌學概念范文5
一、引言
運籌學是是管理科學和現代化管理方法的重要組成部分,該學科強調運用數學方法研究各種系統的優化途徑和方案,為決策者選擇最優決策提供定量依據[1]。而管理運籌學課程是從管理實際出發的一門課程,它把運籌學看作是一種解決實際問題的方法和工具,以培養學生解決實際問題的能力為核心。[2]
根據重慶三峽學院現行的人才培養方案,管理運籌學課程是信息管理與信息系統專業的專業主干課,學分3.0,包含理論教學40課時,上機實踐8課時。該課程系統地介紹線性規劃、運輸問題、整數規劃、目標規劃、動態規劃、圖論、存儲論、排隊論、決策分析、博弈論等領域的基本概念、基本原理和基本方法;以案例分析為切入點,重點探討生產管理中比較實用的數學模型和方法,培養學生基于實際問題建立數學模型、求解數學模型、分析模型求解結果并進行綜合評價的能力。因此,該課程考核的目的在于評價學生理解和掌握管理運籌學的基本概念、基本原理和基本方法的程度,測試學生建立模型、求解模型、分析求解結果并應用于實際問題的綜合能力。
根據重慶三峽學院現行的人才培養方案及其它相關規定,該課程的最終成績由期末筆試成績(60%),實驗成績(20%)和平時成績(20%)三部分組成。然而,現行的考核方式距離實現“管理運籌學”課程考核的目標尚有距離,有必要盡快實施考試改革。究其原因,主要在于現行考核方式有3個亟待解決的問題:
1.管理運籌學的基本內容包含了線性規劃問題的單純形方法、運輸問題的表上作業法、分配問題的匈牙利算法、最小支撐樹求解、最短路求解、最大流求解等需要長時間、多步驟計算的知識點,多數例題的手算時間超過30分鐘,而且無法借助計算器縮短時間。受筆試時間所限,不得不采用抽考的出題方式,客觀上加劇了筆試成績的偶然性,不利于全面、公平的考察全班學生的學習效果。
2.在筆試考試環節,計算量大且集中和知識點抽考等問題加劇了學生的記憶負擔和緊張情緒,導致發揮不穩定,進而產生了部分學生的平時成績、實驗成績和期末考試成績大相徑庭的現象。這一現象違背了教育教學的科學規律,說明現有的傳統考核方式沒有充分反映學生的能力水平。
3.由于需考察的知識點計算內容較多,所以對學生解決問題的綜合能力只能分散考察。目前主要在筆試環節考察問題分析、數學建模和文字表達能力,實驗環節考察模型求解能力,課堂提問環節考察學生的創造力和協作能力。事實上,把綜合能力分開考察并不嚴謹,也不利于引導學生重視和加強綜合能力的鍛煉。
二、管理運籌學課程考核方式的改革方式和內容
鑒于上文提出的三個問題,有必要對管理運籌學課程的教學和考核的全過程進行改革。
首先,對于期末考試時長所限無法全面考察所有知識點(問題1)和計算量較大導致學生記憶負擔重、情緒易緊張(問題2)的情況,可以采取“隨講隨考,分段測試”的方法予以解決。事實上,該課程中線性規劃問題的圖解法和單純形方法、運輸問題的表上作業法、分配問題的匈牙利算法、最小支撐樹求解、最短路求解、最大流求解等計算量較大的知識點,其計算方法相對獨立,可以在一個知識點(或章節)講解完畢后用30分鐘左右的時間進行一次當堂測驗。測試所需的課時,可以安排在周末、晚上,也可以通過減少課上習題講解、增加課后作業的方式部分解決。如果學校資源緊張,隨堂測試難以實現學生間隔就坐、多個教師監考,那么可以由出題教師對每位學生的測試題目給出隨機參數并科學設置考試時長,保證任何兩個學生的題目均不相同且沒有作弊時間,從源頭上杜絕作弊的可能性。
其次,對于綜合能力測試無法集中考察(問題3)的情況,可以參照大學生數學建模比賽的形式,采用學生組隊解決開放式、綜合型問題,教師團隊評分的形式加以改革。改革后,教師在理論教學的最后階段布置若干開放式、綜合型問題,學生隨后在上機實踐環節結成2-3的小組,組隊對某一問題完成從分析、建模、求解到方案寫作的全部任務。在此過程中,任課教師僅對全體學生加以適當提示和引導,并根據學生在團隊合作中的表現評定其綜合能力個人成績;在學生團隊方案文檔質量的評價環節,再次參照大學生數學建模比賽,采取2-3名本專業教師分別打分后取平均的方式進行。
最后,各環節測試在期末總成績中的體現:課堂小測試的總次數預計不低于4次,約占總成績的50%;綜合能力測試成績約占總成績的40%,其中個人評定與方案文檔質量比例大致相當;考慮到綜合能力已有單獨的考察環節,平時成績將只體現學生上課期間的出勤、紀律和作業情況,占比將壓縮到總成績的10%左右。
三、管理運籌學課程考核方式的預期效果
學生的平時表現與考核總成績的一致性普遍增強。一般而言,在課堂教學階段出勤良好、積極回答問題、作業細致認真的學生,其期末考試成績優良的概率相對較高。但是,由于管理運籌學課程需考察的知識點計算量大、計算周期長,且算法種類多、獨立性較強,導致部分學生在現行的筆試考核框架下發揮不穩定,出現了不少平時成績和試卷成績大相徑庭的案例。改革后,該課程采取“隨講隨考,分段測試”的方式,弱化記憶負擔和緊張情緒對學生成績的影響,根除知識點抽考帶來的不合理偶然性,實現平時表現與考核總成績的一致性普遍增強,更為科學的評價學生的學習效果和能力素養,并為有類似困難的課程摸索改革道路、積累改革經驗。
強調綜合能力、減少死記硬背,提高“大學生數學建模比賽”等專業比賽的參賽率和獲獎率,提高學生的就業質量和考研熱情。上述改革措施在學生的綜合能力評價環節,引入了類似“大學生數學建模比賽”的組織形式和評價機制,可以作為學生參加類似比賽的小型預演,也可以為工作或讀研后參與研發項目樹立信心。
參考文獻
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運籌學概念范文6
【關鍵詞】運籌學;物流;應用發展
一、運籌學與現代物流
1、運籌學
運籌學是上世紀40年代開始形成的一門學科,起源于二戰期間英、美等國的軍事運籌小組,主要用于研究軍事活動。二戰后,運籌學主要轉向經濟活動的研究,通過建立模型的方法或數學定量方法,使問題在量化的基礎上達到科學、合理的解決,并使活動系統中的人、財、物和信息得到最有效的利用,使系統的投入和產出實現最佳的配置。運籌學的研究內容非常廣泛,根據其研究問題的特點,可分為兩大類,確定型模型與概率型模型。其中確定型模型主要包括:線性規劃、非線性規劃、整數規劃、圖與網絡和動態規劃等;概率型模型主要包括:對策論、排隊論、存儲論和決策論等。
2、物流學
物流作為一門科學也是始于二戰期間,美國根據當時軍事的需要,對軍火的運輸、補給和存儲等過程進行全面的治理,并首次使用了“Logistics Management”一詞。其后對于物流的概念不斷演變發展,內容也逐漸完善。我國在2001年8月1日開始實施的國家標準《物流術語》中對物流作了如下規定:物流即物品從供給地向接收地的實體流動過程,根據實際需要,將運輸、存儲、裝卸、搬運、包裝、流通加工、配送、信息處理等基本功能實施有機的結合。
3、運籌學與物流學
運籌學與物流學作為一門正式的學科都始于二戰期間,從一開始,兩者就密切地聯系在一起,相互滲透和交叉發展。運籌學作為物流學科體系的理論基礎之一,其作用是提供實現物流系統優化的技術與工具,是系統理論在物流中應用的詳細方法。二戰后,各國都轉向快速恢復工業和發展經濟,而運籌學此時正轉向經濟活動的研究,因此極大地引起了人們的注重,并由此進入了各行業和部門,獲得了長足發展和廣泛應用,形成了一套比較完整的理論,如規劃論、存儲論、決策論和排隊論等。上世紀60年代,隨著科學技術的發展、管理科學的進步、生產方式和組織方式等的改變,物流為管理界和企業界所重視。運籌學在物流領域中的應用隨著物流學科地不斷成熟而日益廣泛。
二、運籌學在物流領域中主要應用
運籌學作為一門實踐應用的科學,已被廣泛應用于工業、農業、商業、交通運輸業、民政事業、軍事決策等組織,解決由多種因素影響的復雜大型問題。目前,在物流領域中的應用也相稱普遍,并且解決了許多實際問題,取得了很好的效果。
1、數學規劃論
數學規劃論主要包括線性規劃、非線性規劃、整數規劃、目標規劃和動態規劃。研究內容與生產活動中有限資源的分配有關,在組織生產的經營管理活動中,具有極為重要的地位和作用。它們解決的問題都有一個共同特點,即在給定的條件下,按照某一衡量指標來尋找最優方案,求解約束條件下目標函數的極值(極大值或極小值)問題。具體來講,線性規劃可解決物資調運、配送和人員分派等問題;整數規劃可以求解完成工作所需的人數、機器設備臺數和廠、庫的選址等;動態規劃可用來解決諸如最優路徑、資源分配、生產調度、庫存控制、設備更新等問題。
2、存儲論
存儲論又稱庫存論,主要是研究物資庫存策略的理論,即確定物資庫存量、補貨頻率和一次補貨量。合理的庫存是生產和生活順利進行的必要保障,可以減少資金的占用,減少費用支出和不必要的周轉環節,縮短物資流通周期,加速再生產的過程等。在物流領域中的各節點:工廠、港口、配送中央、物流中央、倉庫、零售店等都或多或少地保有庫存,為了實現物流活動總成本最小或利益最大化,大多數人們都運用了存儲理論的相關知識,以輔助決策。并且在各種情況下都能靈活套用相應的模型求解,如常見的庫存控制模型分確定型存儲模型和隨機型存儲模型。
3、圖論
自從上世紀50年代以后,圖論廣泛應用于解決工程系統和管理問題,將復雜的問題用圖與網絡進行描述簡化后再求解。圖與網絡理論有很強的構模能力,描述問題直觀,模型易于計算實現,很方便地將一些復雜的問題分解或轉化為可能求解的子問題。圖與網絡在物流中的應用也很顯著,其中最明顯的應用是運輸問題、物流網點間的物資調運和車輛調度時運輸路線的選擇、配送中心的送貨、逆向物流中產品的回收等,運用了圖論中的最小生成樹、最短路、最大流、最小費用等知識,求得運輸所需時間最少或路線最短或費用最省的路線。另外,工廠、倉庫、配送中心等物流設施的選址問題,物流網點內部工種、任務、人員的指派問題,設備更新問題,也可運用圖論的知識輔助決策者進行最優的安排。
4、排隊論
排隊論也稱隨機服務理論,主要研究各種系統的排隊隊長、等待時間和服務等參數,解決系統服務設施和服務水平之間的平衡問題,以較低的投入求得更好的服務。排隊現象在現實生活中普遍存在,物流領域中也多見,如工廠生產線上的產品等待加工,在制品、產成品排隊等待出入庫作業,運輸場站車輛進出站的排隊,客服中心顧客電話排隊等待服務,商店顧客排隊付款等等。
5、對策論、決策論
對策論也稱博弈論,對策即是在競爭環境中做出的決策;決策論即研究決策的問題,對策論可歸屬為決策論,它們最終都是要做出決策。決策普遍存在于人類的各種活動之中,物流中的決策就是在占有充分資料的基礎上,根據物流系統的客觀環境,借助于科學的數學分析、實驗仿真或經驗判定,在已提出的若干物流系統方案中,選擇一個合理、滿足方案的決斷行為。如制定投資計劃、生產計劃、物資調運計劃、選擇自建倉庫或租賃公共倉庫、自購車輛或租賃車輛等等。物流決策多種多樣,有復雜有簡單,按照不同的標準可化分為很多種類型,其中按決策問題目標的多少可分為單目標決策和多目標決策。單目標決策目標單一,相對簡單,求解方法也很多,如線性規劃、非線性規劃、動態規劃等。多目標決策相對而言復雜得多,既要考慮設施的配套性、先進性,還要考慮投資大小問題等,這些目標有時相互沖突,這時就要綜合考慮。解決這類復雜的多目標決策問題行之有效的方法之一是層次分析法,一種將定性和定量相結合的方法。
三、運籌學在物流領域中的進一步應用與發展
1、運籌學理論結合物流實踐
雖然運籌學的理論知識很成熟,并在物流領域中的很多方面都有實用性,可現行許多物流企業,特殊是中、小型物流企業,并沒有重視運籌學理論的實際應用,理論歸理論,碰到實際問題時許多還是憑幾個管理者的主觀臆斷,并沒有運用相關的數學、運籌學知識加以科學的計算、論證、輔助決策。因此,對于當前許多企業、部門,應該加強對管理者、決策者的理論實踐教育,使之意識到運籌學這門有用的決策工具。
2、擴大運籌學在物流領域中的應用范圍
物流學主要研究物流過程中各種技術和經濟管理的理論和方法,研究物流過程中有限資源,如物資、人力、時間、信息等的計劃、組織、分配、協調和控制,以期達到最佳效率和效益,而現代物流管理所呈現的復雜性也不是簡單算術能解決的,以計算機為手段的運籌學理論是支撐現代物流管理的有效工具。物流業的發展離不開運籌學的技術支持,運籌學的應用將會使物流管理更加高效。運籌學作為一門已經比較成熟的理論,應該讓其在物流領域中發揮更大的作用,盡量把物流領域中數字模糊化、量化不清的方面進行數字化、科學化,運用運籌學的知識使其正確化和優化。
3、把運籌學知識融合在其他物流管理軟件中
把運籌學在物流領域中應用的知識程序化,編制成相應的軟件包,使得更多不懂運籌學知識的人也能運用運籌學的軟件輔助決策。目前運籌學的軟件比較多,但是具體到物流領域中應用的還寥寥無幾,因此應大力開發針對物流領域中常用的運籌學軟件。另外,把運籌學的部分功能融合在其他物流管理軟件中,也是一個很好的發展方向,能引起管理者和主管部門的重視,提高企業的管理水平,取得比較好的經濟效益。
4、改進運籌學理論應用不足之處
運籌學的理論雖然在物流領域中應用很多,并在某些領域演繹出了許多經典的模型和公式,但其中有些模型是基于一些假設條件基礎之上的,和實際生活中的情形相差很大,如存儲論中的一些模型。而現實生活中由于需求的變化獨立于人們的主觀控制能力之外,因此在數量和時間上一般無法精確,其隨機性和不確定性使得庫存控制變得復雜。因此隨著理論的日益成熟和對實際情況的了解,對其不足之處應加以改進和完善。