本書由鐵路科技圖書出版基金資助出版。本書試圖將 ILOG CPLEX、運籌學和交通運輸專業(yè)問題三者有機結合起來,用ILOG CPLEX來求解和進一步優(yōu)化,展示用運籌學知識和CPLEX優(yōu)化軟件解決鐵道運輸等交通運輸專業(yè)典型問題的基本技能。
本書內容主要包括IBM ILOG CPLEX概述、OPL、ILOG CPLEX在運輸問題中的應用、ILOG CPLEX在鐵路車流組織問題中的應用、ILOG CPLEX在高速鐵路列車運行圖優(yōu)化問題中的應用、ILOG CPLEX在鐵路機車周轉圖優(yōu)化問題中的應用、ILOG CPLEX在ITS中的應用和ILOG CPLEX在公交司乘排班問題中的應用。
本書適合鐵道運輸、交通運輸等專業(yè)科研人員、高校教師參考,也可作為普通高等院校交通運輸、管理工程等專業(yè)的本科生和研究生教材或參考書。
1.ILOGCPLEX是IBM公司剛剛公開的新軟件(過去是其內部使用),IBM在大力推廣;*本課題被列入“教育部-IBM專業(yè)綜合改革項目(高教司(2011-213號)。本書內容具有先進性。
2.本書首先對ILOGCPLEX的功能、界面,對ILOGCPLEX用到的OPL的基本語言及語法規(guī)則進行介紹;在此基礎上對ILOGCPLEX在鐵道運輸問題、高速鐵路列車運行圖編制、車流組織優(yōu)化、動車組運用優(yōu)化、公交乘務排班優(yōu)化和智能交通等六個領域進行論述,包括問題背景概述、建模、在CPLEX中求解等。其中鐵道運輸、高速鐵路運行圖編制、動車組運用優(yōu)化是全書重點。
運籌學起源于軍事領域,后來轉向民用,并廣泛應用于市場銷售、生產計劃、庫存管理、運輸問題、財務和會計、人事管理、設備維修、更新和可靠性、項目選擇和評價、信息系統、城市管理等生產、管理和生活的各個方面,用于解決生產和生活中的實際問題。在交通運輸領域,運籌學也有十分廣泛的應用,甚至國際運籌學協會設有航空組,專門研究空運中的運籌學問題。在鐵路運輸中,運籌優(yōu)化問題比比皆是,例如鐵路車流組織、技術站作業(yè)組織、機車車輛運用、通過能力計算與利用、列車運行圖編制等都是運籌優(yōu)化問題。運籌學在解決大量實際問題的過程中形成了提出和形成問題、建立模型、求解,以及對解的檢驗、控制、實施等工作步驟,為運籌學的應用提供重要的方法參考。
CPLEX是ILOG公司(2009年1月被IBM收購)開發(fā)的一個優(yōu)化引擎。該優(yōu)化引擎用來求解線性規(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)等四類基本問題,以及相應的混合整數規(guī)劃(MIP)問題。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,其自帶的OPL簡單易懂,并且與眾多優(yōu)化軟件及語言兼容,因此目前歐美應用十分廣泛。雖然其在中國的應用還不廣泛,但是IBM一直致力于與高校合作,進行CPLEX的市場培育,其發(fā)展空間很大,具有很好的市場前景。目前,市面上也沒有系統介紹CPLEX的中文書籍。
本書試圖將ILOG CPLEX、運籌學和交通運輸專業(yè)問題三者有機結合起來。首先介紹CPLEX的基本功能,以及CPLEX OPL語言的語法;然后結合一些交通運輸領域尤其是鐵道運輸領域的優(yōu)化應用經典問題,通過建立相應實例的運籌學優(yōu)化模型,用CPLEX來求解和進一步優(yōu)化方案,來展示用運籌學知識和CPLEX優(yōu)化軟件解決鐵道運輸等交通運輸專業(yè)典型問題的基本技能。
本書由北京交通大學孫晚華等著。第1、2、3、7章由孫晚華執(zhí)筆,第4章由北京交通大學陳軍華執(zhí)筆,第5章由北京交通大學何世偉執(zhí)筆,第6章由北京交通大學徐斌執(zhí)筆,第8章由北京交通大學王伶俐執(zhí)筆。全書統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!
由于著者水平及經驗有限,書中難免有不足和疏漏之處,敬請廣大讀者批評與指正!
著者2014年10月
孫晚華,男,工學博士,教授。1965年10月生,湖南邵陽人。1987年7月湖南師范大學數學系畢業(yè),獲理學學士學位;1992年4月北京交通大學運輸管理工程專業(yè)碩士研究生畢業(yè),獲工學碩士學位;2000年4月北京交通大學運輸規(guī)劃與管理專業(yè)博士研究生畢業(yè),獲工學博士學位。2008年到美國內華達州立大學里諾分校(UNR)訪學半年。
1992年4月畢業(yè)留校任教以來,一直從事交通運輸領域的教學和科研工作。先后承擔原鐵道部課題40多項;發(fā)表論文40多篇,其中被SCI、EI收入7篇;出版專著、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)化問題簡介
1.4 CPLEX在交通運輸中的應用
思考與練習
第2章 OPL
2.1 OPL概述
2.2 OPL的常用符號
2.3 數據
2.4 數組
2.5 元組
2.6 腳本語言
2.7 建模建議
2.8 關鍵字及其用法
2.9 OPL簡單應用
思考與練習
第3章 ILOG CPLEX 在運輸問題中的應用
3.1 運輸問題概述
3.2 運輸問題的數學模型
3.3 運輸問題在CPLEX中建模與求解
3.4 非標準運輸問題的建模與求解
思考與練習
第4章 ILOG CPLEX在鐵路車流組織問題中的應用
4.1 鐵路車流組織優(yōu)概述
4.2 貨物列車編組計劃的數學模型
4.3 在CPLEX中建模與求解
4.3 運行配置與求解
思考與練習
第5章 ILOG CPLEX在高速鐵路列車運行圖優(yōu)化問題中的應用
5.1 高速鐵路運行圖問題的描述
5.2 最基本高速鐵路運行圖問題的數學模型
5.3 計算機模型的OPL
5.4 模型的改進
思考與練習
第6章 ILOG CPLEX在鐵路機車周轉圖優(yōu)化問題中的應用
6.1 機車周轉圖優(yōu)化問題概述
6.2 機車周轉問題的數學模型
6.3 計算機模型的OPL
6.4 機車周轉圖的網絡流模型及CPLEX求解
思考與練習
第7章 ILOG CPLEX 在ITS中的應用
7.1 ITS問題概述
7.2 ITS問題的數學模型
7.3 ITS問題在CPLEX中建模與求解
7.4 其他最短路徑問題的建模與求解
思考與練習
第8章 ILOG CPLEX 在公交司乘排班問題中的應用
8.1 公交司乘人員排班問題概述
8.2 公交司乘人員排班問題的數學模型
思考與練習
參考文獻