一、问题的重述
济南是举世闻名的“泉城”,既有老舍先生笔下冬天的“温晴”,又有“四面荷花三面柳,一城山色半城湖”的美景,还有“大明湖畔夏雨荷”的缠绵。但济南却往往扮演着旅游“中转站”的角色,珠三角和长三角地区报的山东旅游线路,基本上是曲阜、泰山、青岛。广东的七日游中也几乎没有济南,最多在济南下飞机,直接奔泰安、曲阜。
1、请阅读材料,并查阅相关材料,分析出现问题的原因。 http://www.sd.xinhuanet.com/news/2010-10/10/content_21087888.htm《济南旅游业已边缘化?沦为青岛泰安等地中转站》 http://www.sdetn.gov.cn/cyzcc/hyzr/webinfo/2011/06/[**************]0.htm《济南旅游感受高铁脉动 泉文化吸引外地游客》
2、济南的旅游景点非常多,现在给出9个景点:趵突泉、大明湖、五龙潭,千佛山,泉城公园,泉城广场,芙蓉街、曲水亭街、王府池子。请自定标准,查阅相关数据,对这9个景点进行排名。
3、假如一个外地游客早上6点在火车站下车,晚上8点坐火车离开济南,请为他设计一条“济南一日游”线路,并给出设计理由。
二、问题的假设
1、假设查阅的数据基本符合事实。
2、假设各景点间的路费及各景点的门票长期基本保持不变。
3、假设中途不发生堵车等交通事故及恶劣天气等影响行程。
4、在限定的时间内,游客最终要返回火车站,并且假设火车站是肯定要去的一个旅游景点。
三、符号与说明
i,j——第i个或第j个景点, i,j=1,2,„„,10;
分别表示火车站、趵突泉、大明湖、五龙潭,千佛山,泉城公园,泉城广场,
芙蓉街、曲水亭街、王府池子
m——每个游客的旅游总花费;
m1——每个游客的交通总费用;
m2——每个游客的旅游景点的花费;
ti——每个游客在第i个景点的逗留时间;
ci——每个游客在i个景点的总消费;
tij——从第i个景点到第j个景点路途中所需时间;
cij——从第i个景点到第j个景点所需的交通费用;
1游客直接从第rij
0i个景点到达第其他j个景点
四、问题的分析与建模准备
问题一:出现这种现象的主要原因:
1、城市功能定位不准确,人文环境整治不力;
2、交通拥挤,相应服务配套欠缺,没有旅游城市应该拥有的干净整洁的市容;
3、景点特色单一,没有良好的软件设施,大型现代娱乐产品短缺,没有完备
的旅游产品吸引外地游客;
4、城市的“活字典”——导游,尤其是外语存在缺口。
问题二:要对景点排名,可以随机统计100名代表对各景点的旅游意向。如下表一:
从上面的数据分析可知,持“无所谓”态度的代表大约占60%——70%,持“去”
态度的代表大约占10%——28%,持“不去”态度代表大约占12%——22%。“无
所谓”是指可能去也可能不去,我们假设去与不去的可能性相同,即可得到如
下排名(由高到低):趵突泉、大明湖、千佛山、泉城广场、泉城公园、芙蓉
街、五龙潭、王府池子、曲水亭街。
采用层次分析的方法,根据统计数据,选取4个决策准则为9个旅游地点,进
行排名。这4个决策准则分别为:C1 景色,C2 费用,C3 交通,C4 饮食。
问题三:旅行中要考虑的因素很多,我们要追求的目标是在规定的时间内花费最少但
能旅游的景点最多,所以我们在进行问题分析前做了假设,假设不考虑旅游
中发生的一切意外,即旅游按照所设计的路程顺利进行,在旅途中不考虑阴
雨天气给旅游时间滞留带来的麻烦,并且把因为去旅游人员的多少带来门票
打折的因素忽略了,在此基础上,我们通过0—1规划方法,分析并写出了
目标函数,同时对假设中涉及到的问题进行约束,这样寻找不同景点数时的
最优旅游路线,并对路线进行简单分析,最终得到最优的旅游线路。
五、模型建立
问题二:
①准则层对目标的成对生成矩阵:
1
2A
1/3
1/31/211/51/5351135 11
最大特征根: λ=4.004
权向量: w=(0.4674,0.8535,0.1629,0.1629)
②方案层对准则层的成对生成矩阵
1/2
1/7
1/3
A11/5
1/4
1/9
1/8
1/612/72/32/51/29/21/41/37/217/37/57/47/97/87/6
(9)3/23/713/53/41/33/81/25/25/75/315/45/95/85/624/74/34/514/91/22/39/29/739/59/419/83/248/78/38/528/914/336/726/5 3/22/33/41 最大特征根: λ=8.000 权向量: w1=(0.8133,0.4066,0.1162,0.2711,0.1627,0.2033,0.0904,0.1017,0.1024)
1
1/2
1/7
1/3
A21/5
1/4
1/9
1/8
1/6212/72/32/51/29/21/41/377/217/37/57/47/97/87/633/23/713/53/41/33/81/255/25/75/315/45/95/85/6424/74/34/514/91/22/399/29/739/59/419/83/2848/78/38/528/914/3636/726/5 3/22/33/41
最大特征根: λ=8.000
权向量: w2(9)=(0.8133,0.4066,0.1162,0.2711,0.1627,0.2033,0.0904,0.1017,0.1024)
1
1/3
1/4
1/2
A31
1
1/6
1/7
1/8313/43/2331/23/73/844/312442/34/71/222/31/21221/32/71/411/31/41/2111/61/71/811/31/41/2111/61/71/8623/236616/73/477/37/47/2777/617/888/3248 84/38/71
最大特征根: λ=9.000
权向量: w3(9)=(0.5355,0.1785,0.1339,0.2677,0.5355,0.5355,0.0892,0.0765,0.0669)
1
1/2
1/5
A41/3
1/2
3
1/4
1/311/21/51/31/231/41/3212/52/3161/22/3
(9)55/215/33155/45/333/23/51393/41212/52/3161/22/31/31/31/151/91/611/121/9424/54/321214/933/23/513/299/41 最大特征根: λ=9.2412 权向量: w4=(0.2899,0.2899,0.1449,0.0580,0.0966,0.1637,0.8696,0.6868,0.0883)
则方案层对目标的组合权向量为(1.2087,0.6133,0.1989,0.4111,0.3179,0.3824,0.2756,0.1609,0.1605) 根据以上组合权向量地9个景点进行排名:
趵突泉、大明湖、千佛山、泉城广场、泉城公园、芙蓉街、五龙潭、曲水亭街、王府池子
问题三:
1、目标函数的确立:
经过对题目分析,我们可以知道本题所要实现的目标是,使旅游者在最短时间内
花最少的钱游览尽可能多的地方。显然,花费最少和游览的景点尽量多是该问题的两个目标。因此,我们的做法是在满足相应的约束条件下,先确定游览的景点数,然后计算出在这种情况下的最小花费。这样最终会得出几种旅游路线,而组织方可以根据自己的实际情况进行选择。
游览的总费用由2部分组成,分别为交通总费用和在旅游景点的花费。从而得到目标函数: Min mm1m2
(1)交通总花费
因为cij表示从第i个景点到第j个景点所需的交通费用,而rij是判断游客们
是否从第i个景点直接到第j个景点的0—1变量,因此我们可以很容易的得到交通总费用为:
1010
ij m1
(2)旅游景点的花费 ri1j1cij
因为ci表示游客在i个景点的总消费,rij也可以表示出代表们是否到达过
第i个和第j个景点,而整个旅游路线又是一个环形,因此rijcicj实际
i1j11010
上将代表们在所到景点的花费计算了两遍,从而我们可得旅游景点的花费为: m2
从而得到目标函数:
Min mm1m2
1010121010i1rj1ijcicj
=rij
i1j1cij+121010
i1rj1ijcicj
2、约束条件:
①时间约束
假设旅游时间应该不多于12个小时(720分钟),而这些时间包括在路途中的时间和在景点逗留的时间。因为
1010tij表示从第i个景点到第j个景点路途中所需时间,所以路
途中所需总时间为rijtij;ti表示在第i个景点的逗留时间,故游客在旅游景点i1j1
的总逗留时间为rij(titj)。因此,总的时间约束为: 2i1j1
101011010
rijtij
i1j1121010
i1rj1ij(titj)720
②旅游景点数约束
1010
根据假设,整个旅游路线是环形,即游客最终要回到火车站,因此rij即表示旅
i1j1
游的景点数,这里我们假定要旅游的景点数为n(n=2,3,„„,10)。因此旅游景点数约束为:
rijn(n=2,3,„„,10)
i1j11010
③0——1变量约束
我们可以把所有的景点连成一个圈,而把每一个景点看做圈上一个点。对与每个点来
说,只允许最多一条边进入,同样只允许最多一条边出来,并且只要有一条边进入就要有一条边出去。因此可得约束:
rij
irjij1 (i,j1,2,,10)
当i1时,因为火车站是出发点,所以rij1;j1时,因为游客最终要回到火车
i1
站,所以rij1。
j1
综上可知,
rijrij1
ij rij1
i1rij1j1(i,j1,2,,10)
同样,当i,j2时,根据题意不可能出现rijrji1,既不可能出现游客在两地间往
返旅游,因为这样显然不满足游览景点尽量多的原则。因此我们可得约束:
rijrji0 (i,j=2,3,„„,10)
综上所述,我们可以得到总的模型为:
Min mm1m2
=rijcij+rijcicj
i1j[1**********]i1j1
约束条件:
110101010
rijtijrij(titj)7202i1j11j1i
1010rn(n2,3,10)ij
i1j1(i,j1,2,3,10) rijrij1
ij
rij1
i1
rij1
j1
(i,j2,3,10)rijrji0
原则:实际距离大于1公里时以公交线路为准,否则将以两点间的直线距离为准。
旅游者在第i个景点的最佳逗留时间和他们在第i个景点总消费:
六、模型求解与结果分析
旅游景点数为9
旅游路线:火车西站→趵突泉→五龙潭→泉城广场→芙蓉街→王府池子→曲水亭街→大
明湖→泉城公园→千佛山→火车西站
最少花费:557.5元
七、模型的评价
优点:巧妙的应用里0-1变量控制了对旅游景点出入的设置,有效的避免了一个旅游景
点的多次出现。
缺点:模型太过理想化,没有考虑天气,车次,意外等诸多原因。
参考文献
[1]姜启源等编,《数学模型》,高等教育出版社
[2]周义仓等编,《数学建模竞赛赛题简析与论文点评》,西安交通大学出版社
[3]冯杰等编,《数学建模·原理与案例》,科学出版社
一、问题的重述
济南是举世闻名的“泉城”,既有老舍先生笔下冬天的“温晴”,又有“四面荷花三面柳,一城山色半城湖”的美景,还有“大明湖畔夏雨荷”的缠绵。但济南却往往扮演着旅游“中转站”的角色,珠三角和长三角地区报的山东旅游线路,基本上是曲阜、泰山、青岛。广东的七日游中也几乎没有济南,最多在济南下飞机,直接奔泰安、曲阜。
1、请阅读材料,并查阅相关材料,分析出现问题的原因。 http://www.sd.xinhuanet.com/news/2010-10/10/content_21087888.htm《济南旅游业已边缘化?沦为青岛泰安等地中转站》 http://www.sdetn.gov.cn/cyzcc/hyzr/webinfo/2011/06/[**************]0.htm《济南旅游感受高铁脉动 泉文化吸引外地游客》
2、济南的旅游景点非常多,现在给出9个景点:趵突泉、大明湖、五龙潭,千佛山,泉城公园,泉城广场,芙蓉街、曲水亭街、王府池子。请自定标准,查阅相关数据,对这9个景点进行排名。
3、假如一个外地游客早上6点在火车站下车,晚上8点坐火车离开济南,请为他设计一条“济南一日游”线路,并给出设计理由。
二、问题的假设
1、假设查阅的数据基本符合事实。
2、假设各景点间的路费及各景点的门票长期基本保持不变。
3、假设中途不发生堵车等交通事故及恶劣天气等影响行程。
4、在限定的时间内,游客最终要返回火车站,并且假设火车站是肯定要去的一个旅游景点。
三、符号与说明
i,j——第i个或第j个景点, i,j=1,2,„„,10;
分别表示火车站、趵突泉、大明湖、五龙潭,千佛山,泉城公园,泉城广场,
芙蓉街、曲水亭街、王府池子
m——每个游客的旅游总花费;
m1——每个游客的交通总费用;
m2——每个游客的旅游景点的花费;
ti——每个游客在第i个景点的逗留时间;
ci——每个游客在i个景点的总消费;
tij——从第i个景点到第j个景点路途中所需时间;
cij——从第i个景点到第j个景点所需的交通费用;
1游客直接从第rij
0i个景点到达第其他j个景点
四、问题的分析与建模准备
问题一:出现这种现象的主要原因:
1、城市功能定位不准确,人文环境整治不力;
2、交通拥挤,相应服务配套欠缺,没有旅游城市应该拥有的干净整洁的市容;
3、景点特色单一,没有良好的软件设施,大型现代娱乐产品短缺,没有完备
的旅游产品吸引外地游客;
4、城市的“活字典”——导游,尤其是外语存在缺口。
问题二:要对景点排名,可以随机统计100名代表对各景点的旅游意向。如下表一:
从上面的数据分析可知,持“无所谓”态度的代表大约占60%——70%,持“去”
态度的代表大约占10%——28%,持“不去”态度代表大约占12%——22%。“无
所谓”是指可能去也可能不去,我们假设去与不去的可能性相同,即可得到如
下排名(由高到低):趵突泉、大明湖、千佛山、泉城广场、泉城公园、芙蓉
街、五龙潭、王府池子、曲水亭街。
采用层次分析的方法,根据统计数据,选取4个决策准则为9个旅游地点,进
行排名。这4个决策准则分别为:C1 景色,C2 费用,C3 交通,C4 饮食。
问题三:旅行中要考虑的因素很多,我们要追求的目标是在规定的时间内花费最少但
能旅游的景点最多,所以我们在进行问题分析前做了假设,假设不考虑旅游
中发生的一切意外,即旅游按照所设计的路程顺利进行,在旅途中不考虑阴
雨天气给旅游时间滞留带来的麻烦,并且把因为去旅游人员的多少带来门票
打折的因素忽略了,在此基础上,我们通过0—1规划方法,分析并写出了
目标函数,同时对假设中涉及到的问题进行约束,这样寻找不同景点数时的
最优旅游路线,并对路线进行简单分析,最终得到最优的旅游线路。
五、模型建立
问题二:
①准则层对目标的成对生成矩阵:
1
2A
1/3
1/31/211/51/5351135 11
最大特征根: λ=4.004
权向量: w=(0.4674,0.8535,0.1629,0.1629)
②方案层对准则层的成对生成矩阵
1/2
1/7
1/3
A11/5
1/4
1/9
1/8
1/612/72/32/51/29/21/41/37/217/37/57/47/97/87/6
(9)3/23/713/53/41/33/81/25/25/75/315/45/95/85/624/74/34/514/91/22/39/29/739/59/419/83/248/78/38/528/914/336/726/5 3/22/33/41 最大特征根: λ=8.000 权向量: w1=(0.8133,0.4066,0.1162,0.2711,0.1627,0.2033,0.0904,0.1017,0.1024)
1
1/2
1/7
1/3
A21/5
1/4
1/9
1/8
1/6212/72/32/51/29/21/41/377/217/37/57/47/97/87/633/23/713/53/41/33/81/255/25/75/315/45/95/85/6424/74/34/514/91/22/399/29/739/59/419/83/2848/78/38/528/914/3636/726/5 3/22/33/41
最大特征根: λ=8.000
权向量: w2(9)=(0.8133,0.4066,0.1162,0.2711,0.1627,0.2033,0.0904,0.1017,0.1024)
1
1/3
1/4
1/2
A31
1
1/6
1/7
1/8313/43/2331/23/73/844/312442/34/71/222/31/21221/32/71/411/31/41/2111/61/71/811/31/41/2111/61/71/8623/236616/73/477/37/47/2777/617/888/3248 84/38/71
最大特征根: λ=9.000
权向量: w3(9)=(0.5355,0.1785,0.1339,0.2677,0.5355,0.5355,0.0892,0.0765,0.0669)
1
1/2
1/5
A41/3
1/2
3
1/4
1/311/21/51/31/231/41/3212/52/3161/22/3
(9)55/215/33155/45/333/23/51393/41212/52/3161/22/31/31/31/151/91/611/121/9424/54/321214/933/23/513/299/41 最大特征根: λ=9.2412 权向量: w4=(0.2899,0.2899,0.1449,0.0580,0.0966,0.1637,0.8696,0.6868,0.0883)
则方案层对目标的组合权向量为(1.2087,0.6133,0.1989,0.4111,0.3179,0.3824,0.2756,0.1609,0.1605) 根据以上组合权向量地9个景点进行排名:
趵突泉、大明湖、千佛山、泉城广场、泉城公园、芙蓉街、五龙潭、曲水亭街、王府池子
问题三:
1、目标函数的确立:
经过对题目分析,我们可以知道本题所要实现的目标是,使旅游者在最短时间内
花最少的钱游览尽可能多的地方。显然,花费最少和游览的景点尽量多是该问题的两个目标。因此,我们的做法是在满足相应的约束条件下,先确定游览的景点数,然后计算出在这种情况下的最小花费。这样最终会得出几种旅游路线,而组织方可以根据自己的实际情况进行选择。
游览的总费用由2部分组成,分别为交通总费用和在旅游景点的花费。从而得到目标函数: Min mm1m2
(1)交通总花费
因为cij表示从第i个景点到第j个景点所需的交通费用,而rij是判断游客们
是否从第i个景点直接到第j个景点的0—1变量,因此我们可以很容易的得到交通总费用为:
1010
ij m1
(2)旅游景点的花费 ri1j1cij
因为ci表示游客在i个景点的总消费,rij也可以表示出代表们是否到达过
第i个和第j个景点,而整个旅游路线又是一个环形,因此rijcicj实际
i1j11010
上将代表们在所到景点的花费计算了两遍,从而我们可得旅游景点的花费为: m2
从而得到目标函数:
Min mm1m2
1010121010i1rj1ijcicj
=rij
i1j1cij+121010
i1rj1ijcicj
2、约束条件:
①时间约束
假设旅游时间应该不多于12个小时(720分钟),而这些时间包括在路途中的时间和在景点逗留的时间。因为
1010tij表示从第i个景点到第j个景点路途中所需时间,所以路
途中所需总时间为rijtij;ti表示在第i个景点的逗留时间,故游客在旅游景点i1j1
的总逗留时间为rij(titj)。因此,总的时间约束为: 2i1j1
101011010
rijtij
i1j1121010
i1rj1ij(titj)720
②旅游景点数约束
1010
根据假设,整个旅游路线是环形,即游客最终要回到火车站,因此rij即表示旅
i1j1
游的景点数,这里我们假定要旅游的景点数为n(n=2,3,„„,10)。因此旅游景点数约束为:
rijn(n=2,3,„„,10)
i1j11010
③0——1变量约束
我们可以把所有的景点连成一个圈,而把每一个景点看做圈上一个点。对与每个点来
说,只允许最多一条边进入,同样只允许最多一条边出来,并且只要有一条边进入就要有一条边出去。因此可得约束:
rij
irjij1 (i,j1,2,,10)
当i1时,因为火车站是出发点,所以rij1;j1时,因为游客最终要回到火车
i1
站,所以rij1。
j1
综上可知,
rijrij1
ij rij1
i1rij1j1(i,j1,2,,10)
同样,当i,j2时,根据题意不可能出现rijrji1,既不可能出现游客在两地间往
返旅游,因为这样显然不满足游览景点尽量多的原则。因此我们可得约束:
rijrji0 (i,j=2,3,„„,10)
综上所述,我们可以得到总的模型为:
Min mm1m2
=rijcij+rijcicj
i1j[1**********]i1j1
约束条件:
110101010
rijtijrij(titj)7202i1j11j1i
1010rn(n2,3,10)ij
i1j1(i,j1,2,3,10) rijrij1
ij
rij1
i1
rij1
j1
(i,j2,3,10)rijrji0
原则:实际距离大于1公里时以公交线路为准,否则将以两点间的直线距离为准。
旅游者在第i个景点的最佳逗留时间和他们在第i个景点总消费:
六、模型求解与结果分析
旅游景点数为9
旅游路线:火车西站→趵突泉→五龙潭→泉城广场→芙蓉街→王府池子→曲水亭街→大
明湖→泉城公园→千佛山→火车西站
最少花费:557.5元
七、模型的评价
优点:巧妙的应用里0-1变量控制了对旅游景点出入的设置,有效的避免了一个旅游景
点的多次出现。
缺点:模型太过理想化,没有考虑天气,车次,意外等诸多原因。
参考文献
[1]姜启源等编,《数学模型》,高等教育出版社
[2]周义仓等编,《数学建模竞赛赛题简析与论文点评》,西安交通大学出版社
[3]冯杰等编,《数学建模·原理与案例》,科学出版社