🏠 首页›第三梯队 · 上午选择得分点 · 第 24 小时 · 应用数学(运筹学)

应用数学

选择约 2 分(难度较大)
📄 教材出处 · 第 24 小时《应用数学》 (书第 208–221 页) ▸ 查看原文摘录 打开教材 PDF ↗
第 208 页 ↗ 24.1 图论之最小生成树 【基础知识点】 (1)定义:在连通的带权图的所有生成树中,权值和最小的那棵生成树(包含图中所有顶点
第 209 页 ↗应用数学 201 的树),称作最小生成树。
第 210 页 ↗24.2 图论之最大流量 【基础知识点】 (1)最大流量问题是一个特殊的线性规划问题。
第 211 页 ↗ 图24.5 ①③之间断开后的运输网 同理,依次执行类似步骤: (1)路径①②⑤⑥的剩余最大流量为6万吨。
第 212 页 ↗(3)路径①④③⑤⑥的剩余最大流量为1万吨。
第 213 页 ↗ Y x2 P 3 P 2 y4 P 1 解区间 等值线 2x3yN 2x3y4 X 图24.10 图解法解线性规划问题 三条直线有P 、P 、P 三个交点,其中P 在解区间以外,显然是不可行解。

知识点目录(共 4 项)

  1. 图论:最小生成树(Prim / Kruskal)、最短路径(Dijkstra)、最大流量计算
  2. 线性规划:图解法 / 资源约束建模
  3. 动态规划:资源分配 / 背包问题阶段求解
  4. 决策论:决策树期望值 EMV 计算;不确定型决策五准则(乐观 / 悲观 / 后悔值 / 等可能 / 加权平均)

知识点详解

一、图论之最小生成树(MST)

定义:连通带权图的所有生成树中,权值和最小的那棵(包含图中所有顶点)。边数 = 顶点数 − 1。

算法思路适合
Prim 普里姆从某顶点出发,每次选一条"树内→树外"的最小权边扩展顶点稠密图
Kruskal 克鲁斯卡尔(教材推荐常用)把所有边按权从小到大依次尝试加入,形成闭环则舍弃,直到连接所有顶点稀疏图;手工计算首选

手算模板(教材例:6 城市,边 AE=FD=200,AB=BF=AF=CD=400……):① 排序所有边权;② 依次取最短边,不构成环就保留;③ 凑够"顶点数−1"条边即止;④ 注意题目可能问"最少的方案共有几个"——权值相同的边可互换,会产生多个并列最优解(例题答案:总长 200+200+400+400+400=1600,共 3 种方案)。

二、图论之最大流量

核心规则:总的最大流量 = 各条路径最大流量之和;每条路径的最大流量 = 该路径各段流量的最小值(短板效应)。

手算模板(教材例答案 23 万吨/小时):

  1. 找一条从源点到汇点的路径,取路径上各段流量的最小值作为该路径流量;
  2. 该路径上各段流量均扣除已算走的量,形成剩余流量;剩余为 0 的线段断开删除;
  3. 重复直到源点到汇点没有可通路径;
  4. 把所有路径流量相加即最大流(教材例:10+6+5+1+1=23)。
⚠️ 易错点:① 每段要减去已用流量再参与后续路径计算(忘扣会算多);② 断开的只是"用满"的段,其他段保留剩余容量;③ 有的路径流量可能只有 1(如 ①④③⑤⑥ 剩 1 万吨),别漏加。

三、线性规划

定义:在有限资源条件下,如何有效使用资源达到预定目标——一组约束条件下求目标表达式的极值。常用解法:图解法、联立方程组法。

解法步骤与特点
图解法① 把每个不等式画成直线;② 判定不等号方向确定解区间(可行域);③ 目标函数 N=ax+by 表现为一组平行等值线族,沿梯度方向平移至可行域顶点取最优。直观、不丢正解;计算量 O(n);适合约束少、2 个变量的情况
联立方程组法两两联立约束方程求交点,代入所有不等式检验可行性,再代入目标函数比大小;可能丢失正解(最优解在 X 轴/Y 轴交点上时);计算量 O(n²);3 个及以上变量时的主要方法

整数要求:数学最优解若含小数(如 10/3 套),而题意要求整数 → 向可行域内取整再验证(教材例:P₂(2,10/3) 与 P₃(1,4) 同在等值线 N=14 上,因 x,y 须为整数取 P₃ → 利润最大 14 万元,答案 B)。

解的 4 种可能:① 唯一最优解——在解区间多边形的某个顶点上;② 无穷多最优解——找到两个不同最优解则必有无穷多个;③ 无界解——有无穷多解但无最优解(缺少必要约束);④ 无可行解——约束条件互相矛盾。

四、动态规划(背包/装货问题)

定义:把问题实例分解为更小的相似子问题,存储子问题的解避免重复计算,以解决最优化问题。装货最大价值问题速解:先算每种货物的单位利润 = 每件利润 ÷ 每件重量,按单位利润从高到低装,装不下整件时装"剩余吨位内单位利润次高"的组合(教材例:载重 10 吨,D 单位利润 54 元/吨最高装 2 件 8 吨,剩 2 吨装 A 两件 → 2×216+2×53=538 元,答案 D)。

💡 提醒:单位利润相同时(A/B/E/F 都是 53),优先装"整件恰好凑满剩余吨位"的组合;逐项验证不要超载。

五、决策分析(EMV 期望货币值 + 决策树)

EMV = Σ(每个可能结果的收益 × 发生概率);比较各方案 EMV 取优。常与决策树相辅相成。解题技巧:决策树在最左边做决策,所以要从右向左逐层计算化简。

教材例(水路 vs 陆路):货物 9000 元,陆路成本恒 1000 元;水路一般 700 元、遇暴风雨损失 10%(900 元)+运费 700=1600 元,暴风雨概率 15% → 水路期望成本 = 700×85% + 1600×15% = 835 元 < 1000 元 → 选水路。

多级决策树(教材例:大厂 vs 小厂 7 年总收益):先算最右端后 5 年各节点期望值(按销路概率加权×5 年),再算前 2 年期望值并扣除初期投资,比较总收益——建大厂 [200×0.7+(−20)×0.3]×2+(780×0.7+10×0.3)−500=317 万元 > 建小厂 288 万元 → 选建大厂(总收益略多于 300 万元)。

六、不确定型决策(五种准则)

适用:无法估计各状态发生概率时,按决策者主观倾向决策。

准则别名决策原则操作(以教材收益表为例)
乐观主义准则最大最大准则大中取大各方案先取最大收益,再从中取最大者 → 积极(500)
悲观主义准则最大最小准则小中取大各方案先取最小收益,再从中取最大者 → 保守(200)
折中主义准则乐观系数法α·最大收益 + (1−α)·最小收益给乐观系数 α 加权调和(大纲提及)
等可能性准则拉普拉斯准则各状态等概率取期望每种状态概率 = 1/n,算平均收益取最大
后悔值准则最小最大后悔值大中取小(后悔值)见下方三步法 → 稳健(250)

后悔值三步法(真题必会):

  1. 每种自然状态下取最高收益为理想值(损失矩阵取最低值);
  2. 该状态其他值与最高值之差 = 后悔值(教材例:较好状态下 A=0、B=200、C=350、D=500……);
  3. 各方案取最大后悔值,再在各方案中取最小者 → 选稳健(250 = min{350, 250, 300})。
⚠️ 高频陷阱:① 悲观是"小中取大"、后悔值是"大中取小"——两句话千万别背反;② 后悔值矩阵是按列(状态)减最大值,不是按行减;③ 同一张表用不同准则会选出不同方案(乐观→积极、悲观→保守、后悔值→稳健),考试必须看清问的是哪种准则。
💡 本节框架:"图论两题型(MST 保边数=点数−1、最大流扣流量取短板)→ 线性规划(图解法顶点解/4 种解形态)→ 动态规划单位利润法 → 决策树从右往左算 EMV → 五准则口诀:乐观大大、悲观小小、折中系数、等概平均、后悔大中取小"。本节约 2 分、难度大,优先掌握 MST 与后悔值两种稳拿分的题型。