池塘养鱼最大利润优化模型

池塘养鱼最大利润优化模型【摘要】：随着社会的发展，数学模型在社会领域占据了比较重要的地位。本文以某池塘养殖鱼类为背景而提出的，养殖户为了获取较大的利润，确定限定的条件下找出最佳的出售时机以制定最优的养鱼方案解决此养殖最优化方案的问题。对于该建模题中对于目标函数的求解，运用了lingo软件进行求解，使得问题的求解更加快捷和准确。该模型可应用于最大利润的求解，并且简单清晰，为生产者提供最优化的投资方案。【关键字】：最大利润成本费用最优问题最优解lingo-1-一、问题重述某地有一池塘，其水面面积约为2100100m，用来养殖某种鱼类。在如下的假设下，设计能获取较大利润的三年的养鱼方案。（1）鱼的存活空间为2/1mkg；（2）每kg1鱼每需要的饲料为kg05.0，市场上鱼饲料的价格为kg/2.1元；（3）鱼苗的价格忽略不计，每kg1鱼苗大约有500条鱼；（4）鱼可四季生长，每天的生长重量与鱼的自重成正比，365天长成为鱼，成鱼的重量为kg2；（5）池内鱼的繁殖与死亡均忽略；（6）若q为鱼重，则此种鱼的售价为???????????=25.1/105.175.0/875.02.0/62.0/0qkgqkgqkgqkgQ　　元　　元　　元　　元（7）该池内只能投放鱼苗。二、问题分析在池塘养殖鱼类，我们如何在众多的养殖方案中选择可获取较大利润的时效三年的养鱼方案，这是我们要解决的核心问题。针对此问题，在假设同批生长鱼苗在同时间出售的前提下，我们便考虑从出售时机的角度来寻求最优方案，也就可以先从研究一条鱼的角度来求解问题。首先算出养殖d天的每条鱼的平均每天产生的利润，即售出价格减去消耗饲料的费用，由此可求出d的最佳解使得在该模型中此利润最大，以及养殖一批鱼的最大利润。进而我们可以求得三年内可养殖该鱼种的批数和获取的利润值。三、模型假设（1）池塘的水面面积都是且只是鱼的存活空间，不会被其他生物所占据；（2）鱼的食物只来源于市场上销售的鱼饲料，且鱼苗仅在每天喂养饲料的情况下生长直至长为成鱼；-2-（3）饲料供给时，池塘里的鱼均只吃每天所需的饲料；（4）鱼可四季生长，不考虑气候的影响，每天鱼的生长重量与鱼的自重成正比；（5）池塘中该池内只能投放鱼苗且鱼种未全部捕捞前不投放鱼苗；（6）不考虑池内鱼的繁殖与死亡。四、符号假设q0：一只鱼苗的初始重量，单位：kg，即：5001q0=(kg)；q:一条鱼在任一时刻的重量,单位：kg;q1:饲养d天的一条鱼重量，单位：kg；k:鱼每天的生长重量与鱼的自重所成的比例；d:养殖天数；C:每条鱼饲养成本，单位：元；C0：每Kg鱼每天消耗饲料费用Q:鱼的价格，单位：元/kg。五、模型建立题目要求设计的是池塘能获取较大利润的三年的养鱼方案，根据设定的假设同批生长鱼苗在同时间出售，就可以将研究的范围缩小至先考虑一条鱼的利润的优化求解。我们可以通过求解的一条鱼的利润的作为目标函数来求整个池塘的基础:1、每鱼的利润=每条鱼的重量*价格—每条鱼饲养成本，即：W=q*Q—C2、当d=365时成鱼重为：0q*(1+k)^365=2(Kg)；故：k=1000^(1/365)-1；3、养殖d天每条鱼的重量：q1=0q*(1000^(1/365))^d（Kg）；4、由已知每Kg鱼每天消耗饲料费用：C0=1.2*0.05=0.06（元），则有养殖d天每条鱼消耗的饲料价格（元）其中j=0,1,2,...,365；根据上面的条件从而我们就可以建立一条鱼的利润最大模型为：MaxW=q*Q—C;s.t.0=Q;Q=10;-3-q=2;k=1000^(1/365)-1;C=C0*∑qj=∑0.06*1/500*(1+k)^d;六、模型求解1、我们直接运用lingo程序，求解得到模型的最优解，程序及运行结果如下：model:max=q*Q-(0.06*0.002*(1-(1+x)^365))/x;0=Q;Q=10;q=2;x=1000^(1/365)-1;end通过lingo软件可以运行得到最优解如下：Globaloptimalsolutionfound.Objectivevalue:10.27461Infeasibilities:0.000000Totalsolveriterations:0VariableValueReducedCostQ2.0000000.000000X0.1910558E-010.000000RowSlackorSurplusDualPrice110.274611.00000022.0000000.00000038.0000000.00000040.0000004.00024450.0000001996.602由通过lingo软件计算结果可知养殖365天完全成鱼后出售的每条鱼平均每天产生的利润最高，所以应将每条鱼完全养到成鱼，故每条鱼的利润为w=10*2-∑0.06*1/500*(1+x)^d（元）其中d=0,1,2,...,365约等于10.27461元。在这个结果的基础上，我们就可以得到一批鱼的利润W=NW0.2、约束的假设条件：（1）池塘水面面积约为2100100m，鱼的存活空间为2/1mkg，可知池塘最大能容鱼的重量为10000;而每条成鱼的重量为2kg/条；则池塘内所饲养的鱼的数量最多只能为N=10000/2=5000条。-4-（2）365天为一批鱼的生长至销售的周期，因此三年共可以养殖三批此种鱼类。综上，我们可以得到1541192746.10500033W301====nWZMax在这个模型的基础上，我们就设计出了能获取较大利润的三年的养鱼方案，即三年池塘共养殖三批该种鱼类，每批投放鱼苗10kg即5000条，将鱼养殖365天长至成鱼，变可获得较大的利润，且该利润为154119元。七、模型评价一、优点：1、该模型把一个池塘的鱼利润最优的问题简单化，分析到具体每条鱼最优问题，通过考虑到养殖天数与利润的关系得出了一套获取较大利润的养鱼方案从而得出总体最优问题。2、充分运用LINGO软件来编程求解，求解过程简便，所得数据合理。3、该模型实用性较强，对现实有一定的指导意义。二、缺点：1、没有完全解决捕捞的时间问题，只解决同批鱼同时全部捕捞的情况，但可将这个模型运用到同批鱼不同时捕捞的情况中,不同时捕捞时的利润会更大一些。2、该模型没有充分考虑鱼生长的很多影响因素（如温度、光照等）；只能做一定参考，不能把它完全运用实际中。八、模型的改进与推广我们可以将该模型推广到同批鱼不同时打捞的情况中，按照该模型的基本思想进行解答，可将这种更复杂的情况分阶段考虑。由于鱼可四季生长，每天的生长重量与鱼的自重成正比，365天长成为鱼，成鱼的重量为kg2；可以如下方程求出鱼在不同阶段的质量，所需的天数。-5-2k)(1q3650=；2.0k)(1qn10=；75.0k)(1qn20=；5.1k)(1qn30=；易得：k=0.0191；n1=243；n2=313；n3=349。从而我们可以知道每条鱼苗经过243天长成0.2kg；经过313天长成0.75kg；经过349天长成1.5kg；经过365天长成2.0kg。我们就可以制定多阶段的捕鱼优化模型：设开始放入鱼苗为x0kg；在0.2—0.75kg每天卖鱼xikg；在0.75—1.5kg每天卖鱼xjkg；在1.5—2kg每天卖鱼xkkg；可以建立如下模型：max=6=7011iix+8=3712jjx+10{=15153kkx-[==2431kimk)x0(1mj-=15153kkx]-0.2*0.05*{243mk)x0(1m+[243imk)x0(1m-=7011iix]+[243jimk)x0(1m-=3712jjx]+[243kimk)x0(1mj-=15153kkx]}st1/500(1+k)365=2；10000)1(0x243k；10000k)x0(1243mm;243imk)x0(1m-=7011iix10000;243jimk)x0(1m-=3712jjx10000;243kjmk)x0(1mj-=15153kkx10000;m+j+k+l=365.由于该模型在用lingo软件中，求解程序比较复杂，所以我们在这就不求解了。此外，我们的模型还需要从实际问题的更复杂性来进行调整，这个模型才会比较接近现实，有较强的实用价值。-6-参考文献[1]姜启源，谢金星，叶俊.数学模型（第三版）[M].北京.高等教育出版社，2003.8[2]蔡锁章.数学建模原理与方法[M].北京：海洋出版社，2000[3]张杰，周硕，郭丽解.运筹学模型与实验[M].北京:中国电力出版社,2007[4]施光燕，董加礼.最优化方法.高等教育出版社[M]，1999.9