Файл: Чесноков, Н. И. Оптимизация решений при разработке урановых месторождений.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.10.2024
Просмотров: 152
Скачиваний: 0
Важную роль играет нулевой вектор, т. е. вектор, все компонен ты которого равны нулю. Например,
0 = |
/° |
0 = (0, 0, 0) |
0 и |
||
|
\0 |
|
являются трехмерными |
нулевыми |
векторами. В тех случаях, когда |
не может возникнуть путаницы, употребляют символ 0 для обозна чения нулевого вектора (столбца или строки). Нулевой вектор
обладет важным свойством: каков бы |
ни |
был вектор U, всегда |
||
U + 0 = U, например |
|
|
|
|
( иі \ |
( 0 \ |
/Ыі + |
0 |
ц2 ) = U. |
U + 0 = «8 ) + 0 = ы2 + 0 |
||||
\ и з / |
\ 0 / |
\ мз + 0 |
«з} |
Одним из главных преимуществ векторной записи является то, что она дает возможность обозначить только одной буквой, напри
мер U, V....... целую систему чисел |
и обращаться с этой системой, |
как с одной величиной. Векторная |
запись позволяет выражать в |
простой форме весьма сложные связи. Вектор-строка и вектор-стол
бец могут быть перемножены. При этом |
должны быть соблюдены |
|
следующие правила умножения векторов: |
|
вектор-строка; |
1) первым сомножителем может быть только |
||
2) число компонент вектора-строки должно быть |
равно числу |
|
компонент вектора-столбца (т. е. второго |
сомножителя); |
3) если оба условия соблюдаются, первую компоненту векторастроки умножают на первую компоненту вектора-столбца, затем вторую компоненту вектора-строки умножают на вторую компонен ту вектора-столбца н т. д. вплоть до последних компонент и скла дывают их, в результате чего произведение двух векторов будет некоторым числом (а не вектором!).
Примеры умножения векторов:
( 2 , - 5 , 10) X = 2 . ( - 3 ) + ( - 5 ) . 7 + 10-0,2 =
= _ 6 — 35 + 2 = — 39,
(3, 0) X (J) = 2 .3 + 0 .4 = 6.
Пример |
умножения |
векторов |
при |
определении затрат по |
руднику: |
|
|
|
|
(1 0 0 0 , 15 0 0 0 , |
5 00 0 , 10 0 00 , |
5 0 000, 61 |
0 0 0 , |
80 0 0 0 , 60 0 0 0 ) Х |
84
Перемножив по правилам умножения векторов (см. стр. 84), полу чим: 1000100+15 00010+5000 -60+ 10 000 -50+50 000 -20+6! 000Х Х0,1 +80 000-0,125+60 000-0,2= 100 000+ 150 000+300 000+500 000+
+ 1000 000+6100+10 000+12 000 = 2 078 100. |
рассмотреть |
||
Применение |
описанного метода |
расчетов позволит |
|
и рассчитать не |
один, а несколько |
вариантов, из которых затем |
|
можно будет выбрать оптимальный. |
|
|
|
Рассмотрим пример. При |
проектировании |
рудника |
необходимо выбрать оптимальную систему разработки или их комбинацию. По горн'огеологическнм и горно техническим условиям возможно применение только си стем разработки с последующей закладкой выработан ного пространства твердеющими смесями. По условиям устойчивости пород возможно применить как камерные системы, так и системы со слоевой выемкой. При этом камерные системы, с одной стороны, характеризуются довольно высоким разубоживанием, с другой— позво ляют получить значительно более высокую производи тельность труда забойных рабочих и производитель ность блоков. Система со слоевой выемкой дает мень шую производительность труда и блоков, но разубожн-
вание руды при |
ней значительно ниже.. Потери для |
||
обеих систем одинаковы. |
оптимальное |
соотношение |
|
Необходимо |
определить |
||
объемов добычи |
руды рассматриваемыми |
системами |
|
при следующих |
условиях: |
себестоимость • 1 м3 горной |
массы для камерной системы А равна 5 руб.; себестои
мость 1 |
м3 горной массы для слоевой |
системы Б равна |
10 руб.; |
себестоимость переработки |
1 т руды равна |
5 руб.; перерабатываемое количество горной массы и руды фабрикой В для обеспечения производства 1 тыс. т металла в концентрате в год для различных комбина
ций систем выглядит |
следующим |
образом (а — сокра |
||
щенное обозначение матрицы): |
|
|
||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 . 6 |
(
Здесь А — необходимое количество горной массы, кото рое нужно добывать камерной системой, тыс. м3/год; Б — то же, но для слоевой системы (тыс. м3/год)\ В — ' количество руды, тыс. т/год; 1—6 комбинации систем, обеспечивающие добычу необходимого количества руды
85
и позволяющие при переработке получить 1 тыс. г ме талла в концентрате.
Если стоимостные данные добычи и переработки представить в виде вектора-строки ß:
А Б в
ß = (5 10 5),
то, помножив вектор-строку ß на каждый в отдельности вектор-столбец в таблице (матрица а), получим ряд чисел в виде вектора-строки, каждое из которых пред ставляет собой суммарные затраты иа добычу и пере работку по одной из комбинаций систем:
|
|
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
/ |
500 |
390 |
280 |
170 |
60 |
0\ |
Y = £•«== (5, 10, 5) XI |
0 |
100 |
200 |
300 |
400 |
450 = |
\1000 |
960 |
920 |
880 |
840 |
800 / |
= (5-500+ 10- 0+ 5-1000; |
|
5 -390+ |
10-100 + |
5-960; |
|||||||
5 -280+ |
10-200 + |
5-920; |
|
5- 170+ |
10-300 + |
5-880; |
|||||
5-60 + |
10-400 + |
|
5-840; |
5 - 0 + |
10-450 + |
5-800) = |
|||||
|
1 |
|
2 |
3 |
|
4 |
5 |
|
6 |
|
|
|
=(7500 |
7750 |
8000 |
8250 |
8500 |
8500). |
|
Умножение вектора-строки на матрицу позволило рассчитать одновременно шесть вариантов.
Используя в приведенном примере правило умноже ния вектора-строки на матрицу, мы быстро определили, что первый вариант предпочтительнее других, так как высокопроизводительная камерная система, несмотря на высокое разубоживание, более экономична и любая ее комбинация со слоевой системой приводит к увеличению затрат на добычу и переработку 1 тыс. т металла.
В общем виде матрица— это прямоугольная таблица типа
где |
а ц |
— действительные числа; |
пі — число |
строк; п — число столб |
|
цов |
матрицы. Такую матрицу |
называют |
( т Х п ) -матрицей. |
Если |
|
т = п , |
то матрицу называют квадратной, |
а число т — п — ее |
по |
||
рядком |
[8, 36, 38, 48]. |
|
|
|
86
П р и м е р ы м а т р и ц :
|
(1. |
2. |
3) |
|
|
|
|
|
|
'1 |
0 |
0 |
°\ |
/ і |
7 |
8 |
9 |
Ю\ |
|
0 |
1 |
0 |
0 ) |
||||||
0 |
0 |
1 |
0 |
3 |
—1 |
14 |
2 |
—6 |
|
\0 |
3 |
—5 |
7 |
О J |
|||||
0 |
0 |
0 |
\) |
Первый |
пример — трехмерный |
вектор-строка, |
являющийся |
(1X3)- |
|||||||||||
матрицей, |
второй — трехмерный |
вектор-столбец, |
являющийся |
(3X1 )- |
|||||||||||
матрицей, |
третий-— квадратная |
(2X2)-матрица |
(квадратная |
|
матри |
||||||||||
ца второго |
порядка), |
четвертый — квадратная |
матрица |
четвертого |
|||||||||||
порядка и последний -— (3x5)-матрица. |
|
равными только |
|
тогда, |
|||||||||||
Две |
квадратные |
матрицы |
называются |
|
|||||||||||
когда равны их соответственные элементы. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Определение. Пусть |
А |
— (тХ п)-матрица, |
X — m-мерный век- |
||||||||||||
тор-строка |
и U — п-мерный |
вектор-столбец. Произведения ХЛ |
и ЛІІ |
||||||||||||
определяют следующим образом: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Он О]2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а2і а.,о |
|
|
|
|
|
|
|
|
ХЛ = (*!, х 2 , . . . |
|
|
а и ■ • ■ a ij ■ ■ • a in |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
' |
ат і а ш2 .................. ат п1 |
|
|
|
||||
= (Хі•Оц -(-*2■Я21 “Ь |
• ~Ь х т 'ат1< |
х 1 ' а 12 "Ь х 2 ' а 22 4“ |
|
|
|||||||||||
Ң- • |
• |
• ~І~хт'&т2> • |
• |
*і‘яіл+ |
х2'<Нп+ |
• • |
• +%'®тп)і |
||||||||
|
|
|
|
/ а11а12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
ли. |
I 021022 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
'атіатъ • |
• • |
@тп |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
/о11'Ul |
+ |
Ol2-U2-b |
• + |
аіп ’ип |
|
|
|
|
||||
|
|
|
__ I Ö21'% |
“Ь |
а 22 ' и 2 “і~ |
•+ |
<Чп' ип |
|
|
|
|
||||
|
|
|
^ аті ' иі + |
ат 2' и і + |
■ |
• • + |
а тп' ип |
|
|
|
|
||||
Каждый элемент |
в |
произведении Л X или Л и |
получается |
путем |
|||||||||||
умножения |
вектора |
X или U |
на |
некоторый |
столбец |
или |
|
строку |
|||||||
матрицы Л . |
Умножать |
вектор-строку |
на матрицу |
можно только в |
том случае, когда число строк этой матрицы равно числу компонент этого вектора, и результат будет другим вектором-строкой. Анало гично при умножении матрицы на вектор-столбец число столбцов этой матрицы должно равняться числу компонент этого вектора, и результат такого умножения будет другим вектором-столбцом.
Оптимальная комбинация систем разработки может быть опре делена (см. предыдущий пример), если исходные данные располо жить по-другому:
87
1 |
|
|
Л |
Б |
В |
|
|
|
|
|
, |
500 |
0 |
1000 |
|
1 |
/ 7500 |
||
2 |
|
/ |
390 |
100 |
960 |
5 |
2 1 |
7750 |
|
3 |
|
|
280 |
200 |
920 |
X 10 |
3 |
|
8000 |
4 |
- |
\ |
170 |
300 |
880 |
“ 4 |
1, |
8250 |
|
5 |
60 |
400 |
840 |
5 |
5 |
8500 |
|||
6 |
|
V 0 |
450 |
800 |
|
6 |
\8500 |
Легко проверить правильность этих расчетов и сравнить их с ранее выполненными для данного примера.
Необходимо иметь в виду, что если X — /«-мерный вектор-стро ка и А — (/«Х«)-матрнца, то ХЛ будет «-мерным вектором-строкой;
аналогично |
если |
U — «-мерный вектор-столбец |
и |
А — («iX«)-матри |
||||||||
ца, |
то Л и |
будет /«-мерным вектором-столбцом. |
|
быть |
суммированы |
|||||||
|
Две матрицы |
одинакового |
размера |
могут |
||||||||
путем сложения |
их |
соответствующих |
компонент. Например, если |
|||||||||
Л |
и В — две (2X3)-матрицы, то |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
л |
( о |
( а и а і 2 |
а , з \ |
I |
( b n |
bus |
b13\ |
|
||
|
|
+ |
Wu о,, а 23 |
I |
\b«i |
Ь:3 |
Ьм ) ~ |
|
||||
|
|
|
_ |
Iап + Ьп аіа -|- ЬХ2 аІЗ |
|
&і3\ |
(2.41) |
|||||
|
|
|
|
öoj -f- b»i |
«22 “I“ b2n |
Q33-f- b33! |
||||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
Примеры сложения матриц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
7 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1' |
|
—3 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
—7 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
7 |
|
? |
—2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
—1 —3 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
—3 |
3 |
Нужно помнить, что матрицы неодинакового размера склады вать нельзя. Если Л — матрица и к — любое число! то произведение числа к на матрицу Л определяется следующим образом:
’f lu |
а іг * • • “ in N |
f k a 11 |
k a l3 |
. |
■ ■ k a ui |
|
\ |
|
|
|
|
#21 |
fl22 * • • a-in U K |
kdn n |
. |
. . k a 3n |
|
ат і о-пл ■ ■ ■ Ят п 1 |
\ k a m l b a m 2 T ■ |
Это простое покомпонентное умножение уже встречалось при рас смотрении векторов (строк и столбцов).
Примеры умножения числа на матрицу:
9 /7 —2 |
8\ _ ( - 1 4 |
4 -1 6 ) . |
^1,0 5 |
—lj - { |
0 —10 2 J ' |
Умножение вектора на число является частным случаем умно жения матрицы на число,
S8