Основания для разработки

ВВЕДЕНИЕ

Динамическое программирование – это математический метод поиска оптимального управления, специально приспособленный к многошаговым процессам. Рассмотрим пример такого процесса.

Пусть планируется инвестирование N предприятий. Здесь шагом является инвестирование одного предприятия. На развитие предприятий выделяются средства, которые должны быть как-то распределены между этими предприятиями. В процессе их функционирования выделенные средства частично расходуются. Каждое предприятие приносит некоторый доход, зависящий от вложенных средств. Поэтому имеющиеся средства могут перераспределяться между предприятиями: каждому из них выделяется какая-то доля средств.

Ставится вопрос: как распределять имеющиеся средства между предприятиями, чтобы суммарный доход от всех предприятий был максимальным?

Перед нами типичная задача динамического программирования, в которой рассматривается управляемый процесс – функционирование группы предприятий. Управление процессом состоит в распределении (и перераспределении) средств. Управляющим воздействием (УВ) является выделение каких-то средств каждому из предприятий в начале года.

УВ на каждом шаге должно выбираться с учетом всех его последствий в дальнейшем. УВ должно быть дальновидным, с учетом перспективы. Нет смысла выбирать на рассматриваемом шаге наилучшее УВ, если в дальнейшем это помешает получить наилучшие результаты других шагов. УВ на каждом шаге надо выбирать “c заглядыванием в будущее”, иначе возможны серьезные ошибки.

Действительно, предположим, что в рассмотренной группе предприятий одни заняты выпуском предметов потребления, а другие производят для этого машины. Причем целью является получение максимального объема выпуска предметов потребления. Пусть планируются капиталовложения первому предприятию. Исходя из их узких интересов данного шага, мы должны были бы все средства вложить в производство предметов потребления, пустить имеющиеся машины на полную мощность и добиться максимального объема прибыли. Но правильным ли будет такое решение в целом? Очевидно, нет. Имея в виду будущее, необходимо выделить какую-то долю средств и на производство машин. При этом объем продукции за первый год, естественно, снизится, зато будут созданы условия, позволяющие увеличивать ее производство в дальнейшем.

В формализме решения задач методом динамического программирования будут использоваться следующие обозначения:

N – число шагов.

– вектор, описывающий состояние системы на k-м шаге.

– начальное состояние, т. е. состояние на 1-м шаге.

– конечное состояние, т. е. состояние на последнем шаге.

X_k – область допустимых состояний на k-ом шаге.

– вектор УВ на k-ом шаге, обеспечивающий переход системы из состояния x_k-1 в состояние x_k.

U_k – область допустимых УВ на k-ом шаге.

W_k – величина выигрыша, полученного в результате реализации k -го шага.

S – общий выигрыш за N шагов.

– вектор оптимальной стратегии управления или ОУВ за N шагов.

S_k+1() – максимальный выигрыш, получаемый при переходе из любого состояния в конечное состояние при оптимальной стратегии управления начиная с (k+1)-го шага.

S₁() – максимальный выигрыш, получаемый за N шагов при переходе системы из начального состояния в конечное при реализации оптимальной стратегии управления . Очевидно, что S = S₁(), если – фиксировано.

Метод динамического программирования опирается на условие отсутствия последействия и условие аддитивности целевой функции.

Условие отсутствия последействия. Состояние , в которое перешла система за один k-й шаг, зависит от состояния и выбранного УВ и не зависит от того, каким образом система пришла в состояние , то есть

Аналогично, величина выигрыша W_k зависит от состояния и выбранного УВ , то есть

Условие аддитивности целевой функции. Общий выигрыш за N шагов вычисляется по формуле

Определение. Оптимальной стратегией управления называется совокупность УВ , то есть , в результате реализации которых система за N шагов переходит из начального состояния в конечное и при этом общий выигрыш S принимает наибольшее значение.

1.4 ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

1.1 Введение

Тема курсовой работы: Оптимизация капиталовложений.

Вопрос о грамотном распределении инвестируемых средств в различные предприятия стоял всегда, но в последнее время он встал ещё жестче. Обилие фирм, предприятий, концернов и т.д. которые одновременно почти нереально про инвестировать, да и не все предприятия способны задействовать все вложенные в них средства. А ведь, несмотря на все сложности нужно инвестировать предприятия и развивать промышленность в целом и получать максимальный прирост прибыли предприятия от вложенных средств.

Тут и встаёт вопрос о том, как с наибольшей выгодой вложить средства, а также как с наименьшими затратами получить наибольший прирост прибыли предприятий в которые были вложены инвестиции. Для этого выдающимися учёными был разработан метод динамического программирования в сфере оптимизации и распределения средств между предприятиями.

Из всего вышесказанного легко понять актуальность данной темы в современном мире, особенно во времена мирового экономического кризиса, когда нужен четкий план развития предприятий и жесткий контроль за выполнением найденного оптимального плана распределения средств между предприятиями.

Основания для разработки

Основанием для разработки программы «Оптимизация капиталовложений» является задание по курсовому проекту.

1.3 Назначение разработки

Разработанный программный продукт является эргономичным, что позволит использовать его даже на малопроизводительных персональных компьютерах. Так же интерфейс программного продукта является интуитивным, гармоничным и привлекательным, благодаря этому им может пользоваться даже начинающий пользователь. Ещё одой особенностью данного программного продукта является высокое быстродействие. Так же в программе имеется множество подсказок, которые позволят пользователю с легкостью пользоваться программным продуктом и легко его освоить.

Разработанный программный продукт на данном этапе жизненного цикла способен находить оптимальный план распределения инвестиций только между тремя предприятиями, но для количества условных единиц вкладываемых средств ограничений нет.

1.4 Требования к программе или программному обеспечению

2.4

3.4

4.4

1.4.1 Требования к функциональным характеристикам программы

Данная программа может быть использована как калькулятор, предназначенный для вычисления оптимального плана инвестиций на предприятия.

1.4

1.3

1.4.2 Требования к надежности

Для надежного и бесперебойного функционирования программы необходимо проверить следующее:

· Надежное (устойчивое) функционирование программы должно быть обеспечено выполнением заказчиком совокупности организационно-технических мероприятий, перечень которых приведен ниже:
а) организацией бесперебойного питания технических средств;
б) использованием лицензионного программного обеспечения;

1.4

1.4.1

1.4.2

1.4.3 Требования к составу и параметрам технических средств

Для функционирования программы должно хватать минимальных системных и технических средств.

- Процессор с частотой не менее 133 МГц;

- Оперативная память - 32 Мб;

- 23 Мб свободного места на жестком диске или диск;

- Операционная система Windows 2000 и выше.

Системные требования могут быть выше, это положительно скажется на скорости работы программы.

1.4

1.1

1.2

1.3

1.4.4

2.4.4

3.4.4

1.4.4 Требования к информационной и программной совместимости

Для создания программы «Оптимизация капиталовложений» была выбрана среда визуального программирования Borland Delphi 7. Готовая программа может работать на платформе Windows.

1.4

1.

2. ОПИСАНИЕ ПРОГРАММЫ.

2.4

2.1 Общие сведения

Задачей данной курсовой работы стало изучение материала по данному математическому методу. Еще одной из основных задач курсовой работы явилась возможности овладеть данным методом нахождения оптимального плана распределения инвестиций между предприятиями, и получение углубленных знаний в данной сфере экономической оптимизации и математического планирования. Ещё одной задачей стало получение профессиональных навыков, а также опыта создания программного продукта, автоматизирующего достаточно сложный процесс в экономической сфере, разработанный в среде программирования Delphi 7 на языке программирования Object Pascal (Delphi начиная с Delphi 7). А также закрепление материала по дисциплине «Математические методы» и закрепление полученных навыков программирования в среде программирования Delphi.

1.4

2.4

2.1

2.2 Назначение и область применения

Вопрос о грамотном распределении инвестируемых средств в различные предприятия стоял всегда, но в последнее время он встал ещё жестче. Обилие фирм, предприятий, концернов и т. д., которые одновременно почти нереально про инвестировать, да и не все предприятия способны задействовать все вложенные в них средства. А ведь, несмотря на все сложности нужно инвестировать предприятия и развивать промышленность в целом и получать максимальный прирост прибыли предприятия от вложенных средств.

Тут и встаёт вопрос о том, как с наибольшей выгодой вложить средства, а также как с наименьшими затратами получить наибольший прирост прибыли предприятий в которые были вложены инвестиции. Для этого выдающимися учёными был разработан метод динамического программирования в сфере оптимизации и распределения средств между предприятиями. Данное приложение позволяет производить различные действия:

1. Оптимизация.

2. Примеры решения.

3. Очистка системы.

4. Изменения параметров.

Данная программа является очень удобной в применении и незаменимой при работе в задачах.

1.4

2.4

2.1

2.2

2.3 Функциональное назначение

Программа легка в применении. При помощи кнопки “Рассчитать оптимальный план” вычисляеться оптимальный план инвестиций. А после вычислений при нажатий кнопки “Рассчитать новый план” очищаем систему для оптимизаций новых данных.

1.4

2.4

2.1

2.2

2.3

2.4 Описание логической структуры

Макро блок схема программы (см.рис. 2.1)

Рисунок 2.1 – Макро блок схема.

В этой программе используются следующие компоненты:

ü Компонент TPanel1, для группировки элементов ввода и обработки первичных данных;

ü Компонент TStringGrid1, для ввода значений функций при различных значениях количества вкладываемых средств;

ü Компонент TGroupBox1, для группировки элементов управления;

ü Компонент TPanel2, для группировки элементов предназначенных для ввода количества вкладываемых средств;

ü Компонент TPanel3, для группировки элементов предназначенных для ввода количества предприятий;

ü Компонент TPanel4, для группировки элементов предназначенных для работы с первичными данными;

ü Компонент TEdit1, для ввода количества вкладываемых средств;

ü Компонент TEdit2, для ввода количества предприятий;

ü Компонент TButton1, для генерации таблицы;

ü Компонент TButton2, для изменения первичных данных;

ü Компонент TPanel5, для группировки элементов вывода и расчёта итоговых данных;

ü Компонент TMemo1, для вывода итоговых данных;

ü Компонент TGroupBox2, для группировки элементов управления;

ü Компонент TButton7, для очистки таблицы значений функции при различных значениях количества вкладываемых средств;

ü Компонент TPanel8, для группировки элементов предназначенных для обработки и изменения табличных данных;

ü Компонент TPanel7, для группировки элементов управления программой;

ü Компонент TButton4, для проверки правильности заполнения таблицы;

ü Компонент TButton6, для внесения изменений в табличные данные;

ü Компонент TButton5, для нахождения оптимального плана;

ü Компонент TButton8, для очистки полей ввода-вывода, обнуления значений переменных и возврат к началу для расчета нового оптимального плана;

ü Компонент TButton3, для выхода из программы;

2.5 Используемые технические и программные средства

При создании данной программы использовался ноутбук с установленной на нем 64 – разрядной операционной системой Windows 7, ОЗУ – 4 Гб, Delphi 7.

1.

2.

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6 Вызов и загрузка

Для запуска программы, необходимо скопировать папку «Метод оптимизаций» с носителя на компьютер. Для запуска в папке «Метод оптимизаций» запустить файл Project1.

2.7 Входные данные

В программе «Оптимизация капиталовложений». В таблицу StringGrid вводятся исходные данные.

2.8 Выходные данные

В программе «Оптимизация капиталовложений» решение задачи выводиться в поле Memo.

3. РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ

1.4

2.4

3.4

3.1 Общие сведения о программе

Разработанный программный продукт является эргономичным, что позволит использовать его даже на малопроизводительных персональных компьютерах. Так же интерфейс программного продукта является интуитивным, гармоничным и привлекательным, благодаря этому им может пользоваться даже начинающий пользователь. Ещё одой особенностью данного программного продукта является высокое быстродействие. Так же в программе имеется множество подсказок, которые позволят пользователю с легкостью пользоваться программным продуктом и легко его освоить.

1.4

2.4

3.4

3.1

3.2 Условия выполнения программы

Минимальные требования, предъявляемые аппаратному и программному обеспечению для нормального функционирования программы:

- ОС Windows XP SP2 и старше;

- Процессор с тактовой частотой 2000 MHz;

- Оперативная память 256 Mb;

- Видеокарта Directx совместимая с размером памяти не менее 128Mb;

- Клавиатура;

- Мышь;

- Монитор c поддержкой разрешения 800х600.

Использование ПК с более низкими характеристиками замедлит работу данного приложения.

1.4

2.4

3.4

3.1

3.2

3.3 Характеристика программы

Программа легка в управлении и использовании. Имеет достаточный набор функций для вычислений данных, изменения и очистке данных.

1.4

2.4

3.4

3.1

3.2

3.3

3.4 Настройка программы

Данная программа может работать при любом разрешении экрана. Дополнительных настроек для корректной работы программы не требуется.

3.3

3.4

3.5 Проверка программы

Перед эксплуатацией программы необходимо убедиться в наличии всех скопированных файлов с компакт-диска или флэш-носителя. В случае отсутствия приложений, следует заново скопировать папку с программой.

3.3

3.4

3.5

3.6 Обращение к программе

Для того чтобы запустить программу, необходимо скопировать папку «Метод оптимизаций» с компакт диска или флэш накопителя на компьютер. Для запуска программы нужно зайти в папку «Метод оптимизаций».и двойным щелчком по файлу «оптимизация» запустить программу.

1.4

2.4

3.4

3.1

3.2

3.3

3.4

3.5

3.6

3.7 Выполнение программы

При запуске программы пользователю выводится сообщение об ограничении разработанного программного продукта, которое изображено на (см.рис. 3.2)

Рисунок 3.2 – Сообщение об ограничении.

После подтверждения откроется главная форма программы, изображенная (см.рис. 3.3).

Рисунок 3.3 – Главная форма.

После пользователь должен ввести начальные данные, чтобы сгенерировать таблицу, если пользователь не введёт значение в поле ввода, то выведется сообщение, об ошибке изображенное на (см.рис. 3.4).

Рисунок 3.4 – Сообщение об ошибке ввода 1.

Если пользователь случайно или специально введёт заведомо ложное значение, то выведется сообщение, об ошибке изображенное (см.рис. 3.5).

Рисунок 3.5 – Сообщение об ошибке ввода 2.

После ввода корректного значения по нажатию кнопки “Применить параметры” генерируется таблица, в которую пользователь должен заполнить необходимыми данными. После чего необходимо нажать кнопку “Первичная обработка”, для проверки корректности введённых данных. Если пользователь не заполнил, хотя бы одно поле ввода ему выведется сообщение, об ошибке (см.рис. 3.6).

Рисунок 3.6 – Сообщение об ошибке ввода 3.

Если пользователь заполнил все поля таблицы, но ошибся при расстановке запятых, то выведется сообщение об ошибке, (см.рис. 3.7)

Рисунок 3.7 – Сообщение об ошибке ввода 4.

Если пользователь неверно задал значения функции, то ему выведется соответствующее сообщение об ошибке (см.рис. 3.8)

Рисунок 3.8 – Сообщение об ошибке ввода 5.

Если все данные введены, верно, то пользователь нужно кликнуть по кнопке “Рассчитать оптимальный план”, после чего программа рассчитает оптимальный план и выведет его пользователю. После этого пользователю предоставляется возможность рассчитать новый оптимальный план по нажатию соответствующей кнопки. Также можно выйти из программы (выход доступен на любом этапе работы программы). Финальный этап работы программы (см.рис. 3.9)

Рисунок 3.9 – Финальное состояние главной формы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе написания данной курсовой работы были углублены знания в таких дисциплинах, как: “Основы алгоритмизации и программирования”, “Основы программирования в среде программирования Delphi” и “Математические статистика”. Также в процессе работы над курсовой работой были изучены множественные информационные источники разной предметной направленности в таких сферах, как “Объектно-ориентированное программирование”, “Алгоритмизация”.

В результате был разработан программный продукт, который автоматизирует процесс распределения инвестиций между предприятиями.

Естественно о применении разработанного программного продукта в реальной сфере экономической оптимизации говорить не приходится, так как этот продукт является лишь учебным или, иначе говоря “тренировочным”, но его могут применять, как студенты изучающие дисциплину “Математические методы”, так и преподаватели преподающие её. Студентам программный продукт поможет решить сложные задачи, провести самоконтроль или разобраться в решении задач такого типа благодаря тому, что в процессе работы программы пользователю выводится процесс нахождения оптимального плана распределения инвестиций между предприятиями. Преподавателям же он поможет облегчить процесс проверки решений подобных задач у студентов.

В данном программном продукте есть один недостаток, который не удалось устранить из-за недостатка времени, а сам недостаток заключается в том, что найти оптимальный план распределения инвестиций можно только между тремя предприятиями. Так же имеется чисто логическое ограничение в 250 условных единиц для количества вкладываемых средств в предприятия.

В дальнейшем при наличии времени и более глубоких знаний в программировании на языке Delphi возможна доработка программного продукта и устранение его главного недостатка.