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Sei esercizi di ottimizzazione e programmazione matematica. I temi trattati comprendono la compilation ideale, la dieta di orfeo, il turnover degli infermieri, la raffineria di petrolio, la minimizzazione del makespan e una campagna pubblicitaria. Ogni esercizio presenta un problema specifico da risolvere mediante modelli matematici. Utile per chi studia matematica applicata, ingegneria industriale o economia.
Tipologia: Esercizi
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Esercizio 1 - La compilation ideale (problema dello zaino) Si vuole realizzare una compilation ideale avendo a disposizione dei file musicali e un CD- rom della capacità di 800 MByte. L'indice di gradimento (in una scala da 1 a 10) e l'ingombro in MByte di ogni file sono riportati nella tabella seguente.
Canzone Gradimento Ingombro Light my fire 8 210 Fame 7 190 I will survive 8.5 235 Imagine 9 250 Let it be 7.5 200 I feel good 8 220
Formulare un modello di ottimizzazione matematica per decidere quali file inserire nel CD in modo tale da massimizzare il gradimento complessivo senza eccedere la capacità del CD.
Esercizio 2 - Problema della dieta Il signor Orfei, domatore di tigri, ha stabilito che ognuno dei suoi animali necessita giornalmente di 1.000 proteine e 12.500 calorie. Egli dispone di 3 tipi di alimenti: carne di bue (150 proteine/kg e 2.500 calorie/kg), carne di cavallo (200 proteine/kg e 2. calorie/kg) e pastone (50 proteine/kg e 800 calorie/kg), che gli costano rispettivamente 6, 8, 10 euro al kg. Come deve nutrire ciascuna tigre per spendere il meno possibile? Formulate il problema di ottimizzazione matematica e dite di che tipo di modello si tratta.
Esercizio 3 - La turnazione degli infermieri Un ospedale deve organizzare i turni settimanali degli infermieri in modo tale da minimizzare il numero totale di persone coinvolte. Per soddisfare le esigenze di servizio occorre garantire ogni giorno la presenza di un numero minimo di infermieri come riportato nella seguente tabella.
I turni degli infermieri consistono in 5 giorni consecutivi di lavoro seguiti da 2 giorni di riposo (ad es. Ven-Sab-Dom-Lun-Mar lavoro e Mer-Gio riposo). Formulare il problema di programmazione matematica che minimizza il numero totale di persone coinvolte.
Esercizio 4- La raffineria (problema di mix produttivo)
Una raffineria miscela 4 tipi di petrolio greggio in diverse proporzioni per ottenere 3 diversi tipi di benzina: normale, blu super e V-power. La massima quantità disponibile in ciascun componente greggio e il corrispondente costo di acquisto sono indicati nella seguente tabella:
Lunedì Martedì Mercoledì Giovedì Venerdì Sabato Domenica Infermieri 17 13 15 19 14 16 11
Componente Disponibilità massima (barili)
Costo (euro)
P1 5000 9 P2 2400 7 P3 4000 12 P4 1500 6
Per potere soddisfare le specifiche qualitative dei diversi tipi di benzina è necessario rispettare dei limiti assegnati circa la percentuale di ciascun componente impiegato. Tali limiti insieme ai prezzi di vendita delle benzine sono indicati nella tabella che segue:
Benzina Specifiche qualitative Prezzo (euro/barile) Normale almeno il 20% di P2 e al massimo il 30% di P 3
Blu Super almeno il 40% di P 3 18 V-Power al massimo il 50% di P 2 10
Si vuole determinare il mix ottimale dei quattro componenti che massimizzi il guadagno totale derivante dalla vendita delle benzine. Formulare il problema mediante un modello di programmazione matematica lineare.
Esercizio 5 – Minimizzazione del makespan
Ci sono n lavorazioni su m macchine identiche. Sono noti i tempi pj per il processamento della j -ma lavorazione per j=1,…,n. Le lavorazioni non possono essere interrotte. Inoltre ogni macchina può effettuare una sola lavorazione alla volta. Formulare un modello di PLI per assegnare le lavorazioni alle macchine in modo da minimizzare il tempo totale di processamento ossia il tempo in cui l’ultima macchina finisce di lavorare (makespan).
Si consideri ad esempio m =3 e n =5 e la seguente tabella di tempi:
Lavori 1 2 3 4 5 Tempi^5 7 3 4
Esercizio 6 - La campagna pubblicitaria
Una agenzia di pubblicità deve effettuare una campagna promozionale avendo a disposizione due mezzi: gli annunci alla radio e quelli sui giornali. Sono ammessi annunci radio anche con durata di frazioni di minuto e annuncio su giornale di frazioni di pagina. Le stazioni radiofoniche private praticano sconti in base alla quantità di minuti richiesti: il costo al minuto è di 100 euro meno 2 euro per ogni minuto utilizzato (per es. il costo al minuto qualora si richiedano 3 minuti è di 94 euro). Inoltre le emittenti hanno spazio per al massimo 30 minuti di annunci in totale. I giornali invece richiedono un prezzo costante di 200 euro per pagina. Per obblighi contrattuali, almeno 1/3 della spesa deve essere per annunci sui giornali. In base a risultati statistici si stima che con un minuto di annunci alla radio si raggiungano 100000 persone e con un annuncio di una pagina di giornale 15000 persone. L’agenzia deve raggiungere almeno 3 milioni di persone minimizzando i costi della campagna.