精品課程:運籌學(xué)
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運籌學(xué)的歷史
公元前6世紀
公元前6世紀春秋時期,著名的軍事家孫武所著的《孫子兵法》13篇是體現(xiàn)我國古代軍事運籌思想的最早的典籍。他總結(jié)了戰(zhàn)爭的規(guī)律,考察了各種依存、制約關(guān)系,并依此來研究如何籌劃兵力以爭取全局的勝利。
公元前6世紀,我國就創(chuàng)造了綠肥輪作制、間作制等先進的耕種技術(shù),其中合理籌劃農(nóng)事的經(jīng)驗富于運籌思想,后由北魏時期的科學(xué)家賈思勰(公元5世紀末-6世紀中)總結(jié)為《齊民要術(shù)》一書。
公元前4世紀
公元前4世紀,戰(zhàn)國時期的孫臏“斗馬術(shù)”是我國古代運籌思想中爭取總體最優(yōu)的膾炙人口的著名范例(記載于《史記·孫子吳起列傳》)。齊將田忌與齊王賽馬,孫臏獻策:以下馬對齊王上馬,以上馬對齊王中馬,以中馬對齊王下馬,結(jié)果田忌以一負兩勝而獲勝。他的基本思想是不強求一局的得失,而爭取全盤的勝利。
另外,當時著名的“圍魏救趙”與“減灶之法”也都充分體現(xiàn)了如何運用籌劃兵力,選擇最佳時間、地點,趨利避害,集中優(yōu)勢兵力以弱克強的運籌思想。
公元前3世紀
在公元前3世紀楚漢相爭中,漢高祖劉邦的著名謀士張良為推翻秦朝,打敗項羽,統(tǒng)一全國立下了蓋世奇功,劉邦贊譽他“運籌帷幄之中,決勝千里之外”。這千古名句也可以說是對張良運籌思想的贊頌和褒獎。
公元前206一公元8年
從對西漢(公元前206一公元8年)首都長安的都市規(guī)劃和修建的勘察和發(fā)掘資料中可以看出,我國歷代在城市規(guī)劃方面都重視市址的選擇、地形的優(yōu)勢、水陸樞紐的便捷,及對宮殿、街道、市井等的統(tǒng)籌布局。其設(shè)計原則還體現(xiàn)了我國古代最常用的,早在《管子》一書中就提出的“高毋近旱而水用足,下毋近水而溝防省”的城市選址的運籌思想。
公元前54年
公元前54年漢宣帝時,對當時都城長安的供糧運輸與存儲問題作了調(diào)查研究和調(diào)整。改遠地供應(yīng)為就近調(diào)運,節(jié)省了一半以上的勞力;并開始設(shè)置常平倉儲備糧食。這完全符合現(xiàn)代運籌學(xué)合理運輸與選址問題的基本思想。
公元208年
《三國志》記載的“赤壁之戰(zhàn)”,是著名的古代軍事運籌代表人物之一諸葛亮說服孫權(quán)與劉備聯(lián)合,而由周瑜率軍以弱勝強戰(zhàn)勝曹操的不朽戰(zhàn)例。
公元533—544年
北魏時期的科學(xué)家賈思勰在公元533—544年寫成的《齊民要術(shù)》一書,不僅是我國古代農(nóng)業(yè)科學(xué)一部杰出的學(xué)術(shù)著作,也是一部蘊含豐富運籌思想的寶貴文獻,它記載了我國古代農(nóng)民如何根據(jù)天時、地利和生產(chǎn)條件去合理籌劃農(nóng)事的經(jīng)驗。它提出不同作物的播種時間和各種作物茬口安排上的先后關(guān)系,可以說是現(xiàn)代運籌學(xué)中二階段決策問題的雛型。
公元1008—1017年
宋真宗祥符年間(公元1008—1017年)宮廷失火,需要重建,當時先在需要重建的通衢大道上就近取土,取土后通衢變深溝,引入汴水,成為一條小的人工河,基建材料便可由此水路運入工地;宮殿修成后,又將基建廢料棄置溝中,重新建成通衢大道。這樣的施工次序統(tǒng)籌安排的綜合方案保證了取土近、棄土近、運輸便,一舉三得,節(jié)省了巨額費用和工期,是我國古代大規(guī)模工程施工組織方面運籌思想的典型例子。
公元1031—1095年
北宋時期大科學(xué)家、軍事家沈括(1031—1095年),在率兵抗擊西夏侵擾的征途中,曾經(jīng)從行軍中各類人員可以背負糧食的基本數(shù)據(jù)出發(fā),分析計算了后勤人員與作戰(zhàn)兵士在不同行軍天數(shù)中的不同比例關(guān)系,同時也分析計算了用各種牲畜運糧與人力運糧之間的利弊,最后做出了從敵國就地征糧,保障前方供應(yīng)的重要決策。從而減少了后勤人員的比例,增強了前方作戰(zhàn)的兵力。這種軍事后勤問題的分析計算則是更具有現(xiàn)代意義的運籌思想的范例。
公元1041—1048年
宋仁宗慶歷年間(公元1041—1048年),黃河決口,久塞未堵。治河工人高超認為堵塞不住的原因是合攏時所用的埽身太長,人力壓不到水底,而河水不能被斷流,埽身反被沖垮。因此建議將埽身分為三節(jié),中間用繩索相連,先下第一節(jié),等壓到河底后再下第二節(jié),最后壓第三節(jié),這樣逐節(jié)下壓,反可省工省料事半功倍。采用了高超的建議后,決口終被堵。@種分階段作業(yè)優(yōu)于一次作業(yè)的分析與論證,是運籌思想的典型范例。
公元1522—1567年
在明代著作《增廣智囊補》中,也記有頗具運籌思想的物資合理運輸問題。如明代嘉靖年間(公元1522-1567年),修建宮室時運送巨石,原先用民工拖運旱船,動用了20 000民工,走了28天,耗銀110 000多兩;后采用新方案,建造了16輛大車,用1800頭騾子拖運,結(jié)果行程縮短為22天,用銀不足7000兩,不論從時間或運費來說,都較舊方案大為節(jié)省。
1738年,D.Bernoulli首次提出了效用的概念,并以此作為決策的標準。
1777年,Buffon發(fā)現(xiàn)了用隨機投針試驗來計算π的方法,這是隨機模擬方法(Monte-Carlo法)最古老的試驗。
1896年,V.Pareto首次從數(shù)學(xué)角度提出多目標優(yōu)化問題,引進了Pareto最優(yōu)的概念。丹麥電話工程師A.K.Erlang開展了關(guān)于電話局中繼線數(shù)目的話務(wù)理論的研究,1909年發(fā)表了他將概率論應(yīng)用于電話話務(wù)理論的研究論文:“概率論與電話會話”,開排隊論研究的先河。
1912年,E.Zermelo首次用數(shù)學(xué)方法來研究對策問題。
1915年,F.W.Harris對商業(yè)庫存問題的研究是庫存論模型最早的工作。
1916年,F(xiàn).W.Lanchester開展了關(guān)于戰(zhàn)爭中兵力部署的理論,這是現(xiàn)代軍事運籌最早提出的戰(zhàn)爭模型。
1921年,E.Borel引進了對策論中最優(yōu)策略的概念,對某些對策問題證明了最優(yōu)策略的存在。
1926年,T.H.Boruvka最早發(fā)現(xiàn)了擬陣與組合優(yōu)化算法之間的關(guān)系。
1932年,А.Я.Хинчин 研究了機器維修問題,是可靠性數(shù)學(xué)理論最早的工作。
1935-38年,英國為了正確地運用新研制的雷達系統(tǒng)來對付德國飛機的空襲,在皇家空軍中組織了一批科學(xué)家,進行新戰(zhàn)術(shù)試驗和戰(zhàn)術(shù)效率評價的研究,,并取得了滿意的效果。他們把自己從事的這種工作命名為“Operational Research”(運籌學(xué),或直譯為作戰(zhàn)研究)。
1936年中國共產(chǎn)黨在領(lǐng)導(dǎo)近代中國革命戰(zhàn)爭中,使我國古代軍事運籌思想的精華得到了充分的繼承與深刻的發(fā)展,成為毛澤東思想的重要組成部份。1936年12月,毛澤東發(fā)表的《中國革命戰(zhàn)爭的戰(zhàn)略問題》,是領(lǐng)導(dǎo)第二次國內(nèi)革命戰(zhàn)爭取得勝利的毛澤東軍事運籌思想代表作。
1938年5月,毛澤東發(fā)表的《論持久戰(zhàn)》,是領(lǐng)導(dǎo)中國抗日戰(zhàn)爭取得勝利的毛澤東軍事運籌思想的代表作。
1939年,蘇聯(lián)的Л.В.Канторович 總結(jié)了他對生產(chǎn)組織的研究,寫出了《生產(chǎn)組織與計劃中的數(shù)學(xué)方法》一書,是線性規(guī)劃應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)問題的經(jīng)典著作。
1939-42年,運籌學(xué)的研究在英國軍隊各個部門迅速擴展,并紛紛成立運籌學(xué)小組。美國人很快注意到英國運籌學(xué)對作戰(zhàn)指揮成功的運用,并在自己的軍隊中也逐漸建立起各種運籌學(xué)小組,美國人稱這種工作為"Operations Research”或"Operations Analysis”(運籌學(xué)或運籌分析,或直譯為作戰(zhàn)研究或作戰(zhàn)分析)。這些軍事運籌學(xué)小組的工作從雷達系統(tǒng)的運行開始,一直到戰(zhàn)斗機群的攔截戰(zhàn)術(shù),空軍作戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)評價,防止商船遭受敵方潛艇的攻擊,改進深水炸彈投放的反潛艇戰(zhàn)術(shù)等等,不但對反法西斯戰(zhàn)爭的勝利起了積極的作用,也為運籌學(xué)這門新興學(xué)科的萌芽和發(fā)展作出了不可磨滅的歷史貢獻?梢哉f,在二次大戰(zhàn)前后這段時期,揭開了運籌學(xué)這門新興學(xué)科的系統(tǒng)研究和正式命名的輝煌創(chuàng)業(yè)史。
1944年,J.von Neumann與O.Morgenstern的《對策論與經(jīng)濟行為》一書出版,標志著系統(tǒng)化與公理化的對策論分支的形成。該書也發(fā)展了近代的決策效用理論,為決策分析中的效用函數(shù)奠定了公理基礎(chǔ)。
1945年起,毛澤東領(lǐng)導(dǎo)解放戰(zhàn)爭走向全國勝利,體現(xiàn)解放戰(zhàn)爭時期毛澤東軍事運籌思想的代表作有:
《三個月總結(jié)》(1946年10月1日),
《目前形勢和我們的任務(wù)》(1947年12月25日),
《中共中央關(guān)于九月會議的通知》(1948年10月10日)。
1946年,J.von Neumann等在電子計算機上模擬了中子連鎖反應(yīng),并稱之為Monte-Carlo法(也稱隨機模擬法),從此逐漸形成了這一分支的研究與應(yīng)用。
1947年,G.B.Dantzig提出了單純形方法后,線性規(guī)劃便迅速形成為一個獨立的分支。
1948年,英國運籌學(xué)會1948年成立(1948-53年是運籌學(xué)俱樂部,1953年11月起改名為學(xué)會)。
二次大戰(zhàn)勝利后,美英各國不但在軍事部門繼續(xù)保留了運籌學(xué)的研究核心,而且在研究人員、組織的配備及研究范圍和水平上,都得到了進一步的擴大和發(fā)展,同時運籌學(xué)方法也向政府和工業(yè)等部門擴展。在這些新領(lǐng)域的研究中,得到很多大學(xué)的支持,簽訂了不少協(xié)作研究的合同,大批專門從事研究的公司也逐漸成立,如著名的RAND(蘭德)公司就是在1949年成立的。
1950年 《Operational Research Quarterly》創(chuàng)刊(后更名為《J. of the Operational Research Society》)。
1951年出版了新版(1946年的原版是保密的,1948年才撤銷保密)的P.M.Morse和G.E.Kimball的《運籌學(xué)方法》(Methods of Operations Research),這是二戰(zhàn)結(jié)束后,對戰(zhàn)時整個運籌學(xué)工作做系統(tǒng)的專業(yè)敘述的一本著作。
1951年,H.W.Kuhn與A.W.Tucker提出了Kuhn-Tucker條件,標志著非線性規(guī)劃理論的初步形成。
1951年,T.C.Koopmans考慮了生產(chǎn)和分配的效率分析中的多目標優(yōu)化,引進了有效解的概念并得到某些結(jié)果,為多目標優(yōu)化分支奠定了初步基礎(chǔ)。
1951年與1953年,D.G.Kendall發(fā)表的兩篇排隊論經(jīng)典論文,標志著現(xiàn)代排隊論分支的形成。
1951年K.A.Arrow等與1952年A.Duoretzky等關(guān)于庫存問題的研究論文是現(xiàn)代庫存論的奠基性工作。
1952年5月美國運籌學(xué)會成立,并創(chuàng)刊《Operations Research》。
1953年,R.Bellman提出動態(tài)規(guī)劃的名稱,并闡述了最優(yōu)化原理。
1953年,L.S.Shaply研究了Markov決策過程的一種基本型,成為該分支發(fā)源性的工作。
1953年,J.Kiefer首次提出優(yōu)選的分數(shù)法與0.618法(黃金分割法)。
1954年,D.R.Dantzig等研究旅行推銷員問題時提出了分解的思想,成為整數(shù)規(guī)劃中兩大方法—割平面法與分枝定界法的萌芽。
1954年,L.J.Savage把效用理論與主觀概率結(jié)合成整體來研究統(tǒng)計決策問題,并建立了嚴格的公理基礎(chǔ)。《Management Science》與 《Naval Research Logistics Quarterly》(后更名為《Naval Research Logistics》)創(chuàng)刊。
1955年,G.Dantzig首先考慮出現(xiàn)隨機變量的線性規(guī)劃問題,這是最早提出的隨機規(guī)劃中的有補償二階段問題。
1956年,法國運籌學(xué)會成立,并創(chuàng)刊《Revue Francaise de Recherche Operationnelle》 (后更名為《RAIRO:Recherche Operationnelle》)。
1956年, L.R.Ford,Jr.與 D.R.Fulkerson提出并解決了網(wǎng)絡(luò)最大流問題,加強了圖論與線性規(guī)劃的聯(lián)系,促進了優(yōu)化理論的研究。
1956-1958年間,美國杜邦公司在生產(chǎn)中首先運用CPM(關(guān)鍵路線法),但其初?#####枷朐蚴竊
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