講義内容詳細:オペレーションズ・リサーチⅠ

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年度/Academic Year 2022
授業科目名/Course Title (Japanese) オペレーションズ・リサーチⅠ
英文科目名/Course Title (English) Operations Research Ⅰ
学期/Semester 前期 単位/Credits 2
教員名/Instructor (Japanese) 小林 和博/高澤 陽太朗
英文氏名/Instructor (English) KOBAYASHI Kazuhiro/TAKAZAWA Yotaro

講義概要/Course description
オペレーションズ・リサーチ(OR)は,様々な状況下で意思決定を行う際に,数理モデルを用いた分析を行うことで最適なアプローチを導き出すための方法論である.そして,数理計画は,ORにおける基本的な技術であり,様々なORモデルにおいて重要な役割を果たしているのみならず,工学,統計学,経済学,経営学などにも幅広い応用を持つ.本科目では,数理計画の中でも特に適用範囲が広く役に立つ数学的方法である,線形計画と混合整数計画を重点的に扱う.講義にあたっては,基本的手法について十分に理解できるように,演習を取り入れつつ平易に行う.授業内では,独学が難しいと思われる理論面を主に扱うが,ORモデルでの適用事例は参考書で独習してもらいたい.授業の内容が進むにつれ,事例の独習は問題なく行えるようになるはずである.
達成目標/Course objectives
線形計画・混合整数計画の基本的な理論を理解し,それらの解法の手順を身につけることを目的とする.具体的な達成目標は次のとおりである.
- 線形計画問題の定式化ができる.
- 3変数以上の線形計画問題を,単体法を用いて解くことができる.
- 線形計画問題の主問題と双対問題の関係を理解し,双対定理を数式を用いて説明することができる.
- 混合整数計画問題の定式化ができる.
- 混合整数計画問題に対する分枝限定法の考え方を説明できる.
履修条件(事前に履修しておくことが望ましい科目など)/Prerequisite
必須ではないが,次の科目を履修しておくことが望ましい.
解析学1A,解析学1B, 線形代数1A,線形代数1B,最適化技術入門
授業計画/Lecture plan
1
授業計画/Class  【オンライン(オンデマンド型)】全体説明,線形計画(LP)とは- 目的関数,制約条件
 線形計画とは何かを,例を用いて学ぶ.
教科書 3-16 Chapter 1 Introduction
2
授業計画/Class 単体法1:  例題と標準形
線形計画の具体的な問題例を用いて,単体法を実行するための標準形を学ぶ.
教科書 13-28 
Chapter 2 Simplex method, 
2.1 An Example,
2.2 The Simplex Method,
2.3 Initialization,
2.4 Unboundedness,
2.5 Geometry
3
授業計画/Class 単体法2: 辞書表現とアルゴリズム
LPを辞書表現する方法と,そこから単体法のアルゴリズムを実行する方法を学ぶ.
教科書 29-44  Chapter 3 Degeneracy, 
3.1 Definition of Degeneracy,
3.2 Two Examples of Degenerate Problems,
3.3 The Perturbation/Lexicographic Method,
3.4 Bland's Rule,
3.5 Fundamental Theorem of Linear Programming 
4
授業計画/Class 単体法3: 退化と双対理論
線形計画問題における退化と双対理論を学ぶ
教科書   39-57   
Chapter 3 Degeneracy, 
3.6 Geometry,
Chapter 5 Duality Theory,
5.1 Motivation - Finding Upper Bounds
5.2 The Dual Problem
5
授業計画/Class 双対問題
LPの具体的な問題例を用いて,双対問題の導入を行う.さらに,双対定理と相補性を学ぶ
教科書   58-68, 73-74   
Chapter 5 Duality Theory, 
5.3 The Weak Duality Theorem,
5.4 The Strong Duality Theorem,
5.5 Complementary Slackness,
5.8 The Dual of a Problem in General Form
6
授業計画/Class 双対問題 3 : 双対定理と相補性
線形計画問題における双対定理と,ラグランジュ双対を学ぶ。
教科書   74-79, 91-96
Chapter 5 Duality Theory,
5.9 Resource Allocation Problems,
5.10 Lagrangian Duality
7
授業計画/Class 行列表記による単体法
行列表記を用いた単体法の表現を学ぶ
教科書  89-96   
Chapter 6 The Simplex Method in Matrix Notation,
6.1 Matrix Notation,
6.2 The Primal Simplex Method
8
授業計画/Class 行列形式での線形計画問題と単体法の表現
行列を用いた線形計画問題と単体法の表現を学ぶ
教科書 96-105   
Chapter 6 The Simplex Method in Matrix Notation,
6.3 An Example,
6.4 The Dual Simplex Method,
6.5 Two-Phase Methods
9
授業計画/Class 線形計画問題  - 演習
第8回までに学んだ範囲の演習を実施する。
10
授業計画/Class 混合整数計画問題
線形計画問題に整数条件を課した混合整数計画問題の定式化を学ぶ
教科書  385-386, 390-392
Chapter 23 Integer Programming,
23.1 Scheduling Problems,
23.3 Fixed Costs,
23.4 Nonlinear Objective Functions
11
授業計画/Class 分枝限定法 1
混合整数計画問題を例として,分枝限定法の考え方を学ぶ
教科書 392-404,
Chapter 23 Integer Programming,
23.5 Branch-and-Bound
12
授業計画/Class 分枝限定法2 
整数計画問題に対して具体的に分枝限定法を適用する方法を学ぶ
教科書 392-404,
Chapter 23 Integer Programming,
23.5 Branch-and-Bound
13
授業計画/Class 巡回セールスマン問題 
巡回セールスマン問題とは何かを学ぶ
教科書 387-389
Chapter 23 Integer Programming
23.2 The Traveling Salesman Problem
14
授業計画/Class 計算機によるプログラミング
線形計画問題・整数計画問題を計算機によって解く方法を学ぶ
15
授業計画/Class 質問解説
 
事前学習/Preparation 教科書の予定範囲の内容を理解する。
事後学習/Reviewing 学習範囲の内容の理解に不十分な点があれば,復習をして理解する。
授業方法/Method of instruction
区分/Type of Class 対面授業 / Classes in-person
実施形態/Class Method 通常型 / regular
活用される授業方法/Teaching methods used
成績評価方法/Evaluation
1 レポート Report 100% 講義後の宿題レポート
教科書/Textbooks
 著者名
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タイトル
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出版社
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出版年
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ISBNコメント
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1 Robert .J. Vanderbei Linear Programming Foundations and Extensions, Third Edition Springer 2008 9780387743882 https://link.springer.com/book/10.1007%2F978-0-387-74388-2
参考書/Reference books
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価格
Price
 
1 久野誉人,繁野麻衣子,後藤順哉 数理最適化 オーム社 2012 3564
2 田村明久,村松正和 最適化法 共立出版 2002 3240
3 茨木俊秀 最適化の数学 共立出版 2011 3456
4 今野浩 数理決定法入門 - キャンパスのOR - 朝倉書店 1992 3500