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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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

 

 

 

= (ХіОц -(-*2■Я21 “Ь

х т 'ат1<

х 1 ' а 12 х 2 ' а 22 4“

 

 

Ң- •

~І~хт'&т2>

*і‘яіл+

х2'<Нп+

• •

• +%'®тп)і

 

 

 

 

/ а11а12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ли.

I 021022

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

'атіатъ •

• •

@тп

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11'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