数学建模食谱问题.docx

1、数学建模食谱问题数学建模 食谱问题 一、某公司饲养实验用的动物以供出售。已知这些动物的生长对饲料中的三种营养成分：蛋白质、矿物质、维生素特别敏感，每个动物每天至少需要蛋白质70g，矿物质3g，维生素100mg，该公司能买到5种不同的饲料，每种饲料1kg的成本如表1所示，每种饲料1kg所含营养成分如表2所示，。求既能满足动物生长需要又使总成本最低的饲料配方。表1 五种饲料单位质量（1kg）成本饲料A1A2A3A4A5成本（元）0.20.70.40.30.5表2 五种饲料单位质量（1kg）所含营养成分饲 料蛋白质(g)矿物质(g)维生素(g)A10.300.100.05A22.000.050.10

2、A31.000.020.02A40.600.200.20A51.800.050.08解：设需要饲料A1,A2,A3,A4,A5的数量分别为x1、x2、x3、x4、x5。可建立以下线性规划模型： 根据线性规划用MATLAB求解： c=0.2 0.7 0.4 0.3 0.5; A=-0.3 -2 -1 -0.6 -1.8 -0.1 -0.05 -0.02 -0.2 -0.05 -0.05 -0.1 -0.02 -0.2 -0.08; b=-70;-3;-0.1; Aeq=; beq=; vlb=0;0;0;0;0;0; vub=; x,fval=linprog(c,A,b,Aeq,beq,vlb,

3、vub)x = 0.0000 0.0000 0.0000 5.7576 36.9697 fval = 20.2121结论：最优方案为需要A4饲料为5.7576g,A5饲料为 36.9697g.总成本为 20.2121元二、某工厂生产四种不同型号的产品，而每件产品的生产要经过三个车间的加工，根据该厂现有设备和劳动力等生产条件，可以确定各车间每日的生产能力（我们把它们折合成有效工时数来表示）。各车间每日可利用的有效工时数、每个产品在各车间加工时所花费的工时数以及每件产品可获得的利润见下表。问每种产品每季度各应该生产多少，才能使这个工厂每季度生产总值最大？车间每件产品所需的加工工时有效工时（h/d）

4、1#2#3#4#I0.80.81.11.2160II0.60.80.70.8120III0.40.50.70.7100利润（元/件）68910解：设每日生产1#、2#、3#、4# 这四种产品的数量分别是 x1、x2、x3、x4。可建立以下线性规划模型： 根据线性规划用MATLAB求解： c=-6 -8 -9 -10; A=0.8 0.8 1.1 1.2 0.6 0.8 0.7 0.8 0.4 0.5 0.7 0.7; b=160 120 100; Aeq=; beq=; vlb=0;0;0; vub=; x,fval=linprog(c,A,b,Aeq,beq,vlb,vub) x = 0.0

5、000 54.7777 38.2215 61.7785fval = -1.4000e+003结论：最优方案为每日生产1#、2#、3#、4# 这四种产品的数量分别是 0，4950,3510,5580件，才能使这个工厂每季度生产总值最大三、天然气资源是现代社会重要的基础能源之一，应合理的开发和利用，对开采天然气的公司可言，准确的预测天然气的产量和可采储量，始终是一项重要而又艰难的工作。下面是天然气公司在1957-1976年20年间对某气田产量的统计资料。是根据所给的数据资料，建立该气田产量的预测模型，并编程求解。年度1957195819591960196119621963196419651966产

6、量/*1943598292113138148151157年度1967196819691970197119721973197419751976产量/*158155137109897970605345解：根据表格信息作图如下：程序：t=1957 1958 1959 1960 1961 1962 1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976;n=19 43 59 82 92 113 138 148 151 157 158 155 137 109 89 79 70 60 53 45;plot(t,n, r+)

7、 由图可知该油田的产量在1957-1968 年处于上升阶段，但从1964年开始上升趋势渐缓；1968 年以后处于下降阶段，但自1971以后下降趋势开始渐缓。 所以不妨假设从1957年到1968年为一段一元二次函数，1969年至1976年为一段一元三次函数。从而简化函数模型从1957年到1968年为一段一元二次函数：编程程序x1=1957 1958 1959 1960 1961 1962 1963 1964 1965 1966 1967 1968;y1=19 43 59 82 92 113 138 148 151 157 158 155;a1=polyfit(x1,y1,2);z1=polyva

8、l(a1,x1);plot(x1,y1,+,x1,z1,r);a1xlabel(时间年份);ylabel(产量);title=(对石油气田的产量的预测); 从1969年至1976年 编程：y2=137 109 89 79 70 60 53 45;x2=1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976a2=polyfit(x2,y2,2);z2=polyval(a2,x2);plot(x2,y2,+,x2,z2,r);a2xlabel(时间年份);ylabel(产量);title(对石油气田的产量的预测)可以根据类似的情况，将实际值和模拟值进行比较，从而算出相对误差

9、。 第一段时间 1957年到1968时间年份/t实际产量/m拟合产量/m相对误差19571914.958791227.02%19584340.313436566.66%19595963.22302697-6.68%19608283.68756244-2.02%196192101.707043-9.54%1962113117.2814685-3.65%1963138130.41083925.82%1964148141.09515484.89%1965151149.33441561.12%1966157155.12862141.21%1967158158.4777722-0.30%19681551

10、59.3818681-2.75%第二段时间 1969年至1976年时间年份/t实际产量/m拟合产量/m相对误差1969137132.91666670.0307210031970109112.0595238-0.0273026719718994.10714286-0.0542694519727979.05952381-0.000752919737066.916666670.0460772119746057.678571430.04024767819755351.34523810.03222814719764547.91666667-0.06086957四、设有400万元资金，要求在4年内使用完，

11、若在一年内使用资金万元，则可获得效益万元（设效益不在投资），当年不用的资金可存入银行，年利率为10%，试制定出这笔资金的使用方案，以使4年的经济效益总和为最大。解：设表示第年使用的资金数。由题，得：第一年：第二年：第三年：第四年：整理得：function y=totle(x)y=-sqrt(x(1)-sqrt(x(2)-sqrt(x(3)-sqrt(x(4);A=1,0,0,0;1.1,1,0,0;1.21,1.1,1,0;1.331,1.21,1.1,1;b=400,440,484,532.4;x0=100,100,100,100;x,fmin=fmincon(totle,x0,A,b) x =84.2442 107.6353 128.9030 148.2390 fval = -43.0821结论：最优方案为第一年使用资金84.2万元；第二年，现有资金356.6万元，使用资金107.6万元；第三年，现有资金284.2万元，使用资金128.9万元；第四年，现有资金182.2万元，使用资金148.2万元。则四年效益总和最大为Max万元。