本書(shū)由鐵路科技圖書(shū)出版基金資助出版。本書(shū)試圖將 ILOG CPLEX、運(yùn)籌學(xué)和交通運(yùn)輸專(zhuān)業(yè)問(wèn)題三者有機(jī)結(jié)合起來(lái),用ILOG CPLEX來(lái)求解和進(jìn)一步優(yōu)化,展示用運(yùn)籌學(xué)知識(shí)和CPLEX優(yōu)化軟件解決鐵道運(yùn)輸?shù)冉煌ㄟ\(yùn)輸專(zhuān)業(yè)典型問(wèn)題的基本技能。
本書(shū)內(nèi)容主要包括IBM ILOG CPLEX概述、OPL、ILOG CPLEX在運(yùn)輸問(wèn)題中的應(yīng)用、ILOG CPLEX在鐵路車(chē)流組織問(wèn)題中的應(yīng)用、ILOG CPLEX在高速鐵路列車(chē)運(yùn)行圖優(yōu)化問(wèn)題中的應(yīng)用、ILOG CPLEX在鐵路機(jī)車(chē)周轉(zhuǎn)圖優(yōu)化問(wèn)題中的應(yīng)用、ILOG CPLEX在ITS中的應(yīng)用和ILOG CPLEX在公交司乘排班問(wèn)題中的應(yīng)用。
本書(shū)適合鐵道運(yùn)輸、交通運(yùn)輸?shù)葘?zhuān)業(yè)科研人員、高校教師參考,也可作為普通高等院校交通運(yùn)輸、管理工程等專(zhuān)業(yè)的本科生和研究生教材或參考書(shū)。
1.ILOGCPLEX是IBM公司剛剛公開(kāi)的新軟件(過(guò)去是其內(nèi)部使用),IBM在大力推廣;*本課題被列入“教育部-IBM專(zhuān)業(yè)綜合改革項(xiàng)目(高教司(2011-213號(hào))。本書(shū)內(nèi)容具有先進(jìn)性。
2.本書(shū)首先對(duì)ILOGCPLEX的功能、界面,對(duì)ILOGCPLEX用到的OPL的基本語(yǔ)言及語(yǔ)法規(guī)則進(jìn)行介紹;在此基礎(chǔ)上對(duì)ILOGCPLEX在鐵道運(yùn)輸問(wèn)題、高速鐵路列車(chē)運(yùn)行圖編制、車(chē)流組織優(yōu)化、動(dòng)車(chē)組運(yùn)用優(yōu)化、公交乘務(wù)排班優(yōu)化和智能交通等六個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行論述,包括問(wèn)題背景概述、建模、在CPLEX中求解等。其中鐵道運(yùn)輸、高速鐵路運(yùn)行圖編制、動(dòng)車(chē)組運(yùn)用優(yōu)化是全書(shū)重點(diǎn)。
運(yùn)籌學(xué)起源于軍事領(lǐng)域,后來(lái)轉(zhuǎn)向民用,并廣泛應(yīng)用于市場(chǎng)銷(xiāo)售、生產(chǎn)計(jì)劃、庫(kù)存管理、運(yùn)輸問(wèn)題、財(cái)務(wù)和會(huì)計(jì)、人事管理、設(shè)備維修、更新和可靠性、項(xiàng)目選擇和評(píng)價(jià)、信息系統(tǒng)、城市管理等生產(chǎn)、管理和生活的各個(gè)方面,用于解決生產(chǎn)和生活中的實(shí)際問(wèn)題。在交通運(yùn)輸領(lǐng)域,運(yùn)籌學(xué)也有十分廣泛的應(yīng)用,甚至國(guó)際運(yùn)籌學(xué)協(xié)會(huì)設(shè)有航空組,專(zhuān)門(mén)研究空運(yùn)中的運(yùn)籌學(xué)問(wèn)題。在鐵路運(yùn)輸中,運(yùn)籌優(yōu)化問(wèn)題比比皆是,例如鐵路車(chē)流組織、技術(shù)站作業(yè)組織、機(jī)車(chē)車(chē)輛運(yùn)用、通過(guò)能力計(jì)算與利用、列車(chē)運(yùn)行圖編制等都是運(yùn)籌優(yōu)化問(wèn)題。運(yùn)籌學(xué)在解決大量實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中形成了提出和形成問(wèn)題、建立模型、求解,以及對(duì)解的檢驗(yàn)、控制、實(shí)施等工作步驟,為運(yùn)籌學(xué)的應(yīng)用提供重要的方法參考。
CPLEX是ILOG公司(2009年1月被IBM收購(gòu))開(kāi)發(fā)的一個(gè)優(yōu)化引擎。該優(yōu)化引擎用來(lái)求解線性規(guī)劃(LP)、二次規(guī)劃(QP)、帶約束的二次規(guī)劃(QCQP)、SOCP(二階錐規(guī)劃)等四類(lèi)基本問(wèn)題,以及相應(yīng)的混合整數(shù)規(guī)劃(MIP)問(wèn)題。軟件IBM ILOG CPLEX Optimization Studio中自帶該優(yōu)化引擎。IBM ILOG CPLEX Optimization Studio具有執(zhí)行速度快的特點(diǎn),其自帶的OPL簡(jiǎn)單易懂,并且與眾多優(yōu)化軟件及語(yǔ)言兼容,因此目前歐美應(yīng)用十分廣泛。雖然其在中國(guó)的應(yīng)用還不廣泛,但是IBM一直致力于與高校合作,進(jìn)行CPLEX的市場(chǎng)培育,其發(fā)展空間很大,具有很好的市場(chǎng)前景。目前,市面上也沒(méi)有系統(tǒng)介紹CPLEX的中文書(shū)籍。
本書(shū)試圖將ILOG CPLEX、運(yùn)籌學(xué)和交通運(yùn)輸專(zhuān)業(yè)問(wèn)題三者有機(jī)結(jié)合起來(lái)。首先介紹CPLEX的基本功能,以及CPLEX OPL語(yǔ)言的語(yǔ)法;然后結(jié)合一些交通運(yùn)輸領(lǐng)域尤其是鐵道運(yùn)輸領(lǐng)域的優(yōu)化應(yīng)用經(jīng)典問(wèn)題,通過(guò)建立相應(yīng)實(shí)例的運(yùn)籌學(xué)優(yōu)化模型,用CPLEX來(lái)求解和進(jìn)一步優(yōu)化方案,來(lái)展示用運(yùn)籌學(xué)知識(shí)和CPLEX優(yōu)化軟件解決鐵道運(yùn)輸?shù)冉煌ㄟ\(yùn)輸專(zhuān)業(yè)典型問(wèn)題的基本技能。
本書(shū)由北京交通大學(xué)孫晚華等著。第1、2、3、7章由孫晚華執(zhí)筆,第4章由北京交通大學(xué)陳軍華執(zhí)筆,第5章由北京交通大學(xué)何世偉執(zhí)筆,第6章由北京交通大學(xué)徐斌執(zhí)筆,第8章由北京交通大學(xué)王伶俐執(zhí)筆。全書(shū)統(tǒng)稿工作由孫晚華完成。另外,在CPLEX建模與編程,以及收集資料與文字編輯方面,北京交通大學(xué)王興同志做了大量的工作;IBM的軟件工程師崔友志給予了大力支持。在此向他們表示衷心感謝!
由于著者水平及經(jīng)驗(yàn)有限,書(shū)中難免有不足和疏漏之處,敬請(qǐng)廣大讀者批評(píng)與指正!
著者2014年10月
孫晚華,男,工學(xué)博士,教授。1965年10月生,湖南邵陽(yáng)人。1987年7月湖南師范大學(xué)數(shù)學(xué)系畢業(yè),獲理學(xué)學(xué)士學(xué)位;1992年4月北京交通大學(xué)運(yùn)輸管理工程專(zhuān)業(yè)碩士研究生畢業(yè),獲工學(xué)碩士學(xué)位;2000年4月北京交通大學(xué)運(yùn)輸規(guī)劃與管理專(zhuān)業(yè)博士研究生畢業(yè),獲工學(xué)博士學(xué)位。2008年到美國(guó)內(nèi)華達(dá)州立大學(xué)里諾分校(UNR)訪學(xué)半年。
1992年4月畢業(yè)留校任教以來(lái),一直從事交通運(yùn)輸領(lǐng)域的教學(xué)和科研工作。先后承擔(dān)原鐵道部課題40多項(xiàng);發(fā)表論文40多篇,其中被SCI、EI收入7篇;出版專(zhuān)著、教材3部。
第1章 IBM ILOG CPLEX概述
1.1 CPLEX介紹
1.2 CPLEX Studio介紹
1.3 CPLEX求解的優(yōu)化問(wèn)題簡(jiǎn)介
1.4 CPLEX在交通運(yùn)輸中的應(yīng)用
思考與練習(xí)
第2章 OPL
2.1 OPL概述
2.2 OPL的常用符號(hào)
2.3 數(shù)據(jù)
2.4 數(shù)組
2.5 元組
2.6 腳本語(yǔ)言
2.7 建模建議
2.8 關(guān)鍵字及其用法
2.9 OPL簡(jiǎn)單應(yīng)用
思考與練習(xí)
第3章 ILOG CPLEX 在運(yùn)輸問(wèn)題中的應(yīng)用
3.1 運(yùn)輸問(wèn)題概述
3.2 運(yùn)輸問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型
3.3 運(yùn)輸問(wèn)題在CPLEX中建模與求解
3.4 非標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)輸問(wèn)題的建模與求解
思考與練習(xí)
第4章 ILOG CPLEX在鐵路車(chē)流組織問(wèn)題中的應(yīng)用
4.1 鐵路車(chē)流組織優(yōu)概述
4.2 貨物列車(chē)編組計(jì)劃的數(shù)學(xué)模型
4.3 在CPLEX中建模與求解
4.3 運(yùn)行配置與求解
思考與練習(xí)
第5章 ILOG CPLEX在高速鐵路列車(chē)運(yùn)行圖優(yōu)化問(wèn)題中的應(yīng)用
5.1 高速鐵路運(yùn)行圖問(wèn)題的描述
5.2 最基本高速鐵路運(yùn)行圖問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型
5.3 計(jì)算機(jī)模型的OPL
5.4 模型的改進(jìn)
思考與練習(xí)
第6章 ILOG CPLEX在鐵路機(jī)車(chē)周轉(zhuǎn)圖優(yōu)化問(wèn)題中的應(yīng)用
6.1 機(jī)車(chē)周轉(zhuǎn)圖優(yōu)化問(wèn)題概述
6.2 機(jī)車(chē)周轉(zhuǎn)問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型
6.3 計(jì)算機(jī)模型的OPL
6.4 機(jī)車(chē)周轉(zhuǎn)圖的網(wǎng)絡(luò)流模型及CPLEX求解
思考與練習(xí)
第7章 ILOG CPLEX 在ITS中的應(yīng)用
7.1 ITS問(wèn)題概述
7.2 ITS問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型
7.3 ITS問(wèn)題在CPLEX中建模與求解
7.4 其他最短路徑問(wèn)題的建模與求解
思考與練習(xí)
第8章 ILOG CPLEX 在公交司乘排班問(wèn)題中的應(yīng)用
8.1 公交司乘人員排班問(wèn)題概述
8.2 公交司乘人員排班問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型
思考與練習(xí)
參考文獻(xiàn)