Operations Research and Management Science Handbook (The Operations Research Series)

904 Pages·2008·9.32 MB·English

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OPERATIONS
RESEARCH
AND
MANAGEMENT
SCIENCE
H A N D B O O K
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The Operations Research Series
Series Editor: A. Ravi Ravindran
Dept. of Industrial & Manufacturing Engineering
The Pennsylvania State University, USA
Integer Programming: Theory and Practice
John K. Karlof
Operations Research: A Practical Approach
Michael W. Carter and Camille C. Price
Operations Research and Management Science Handbook
A. Ravi Ravindran
Operations Research Calculations Handbook
Dennis Blumenfeld
Forthcoming Titles
Applied Nonlinear Optimization in Modeling Environments
Janos D. Pinter
Operations Research Calculations Handbook, Second Edition
Dennis Blumenfeld
Probability Models in Operations Research
Richard C. Cassady and Joel A. Nachlas
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RESEARCH
AND
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EDITED BY
A. RAVI RAVINDRAN
Boca Raton London New York
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Library of Congress Cataloging-in-Publication Data
Operations research and management science handbook / editor, A. Ravi Ravindran.
p. cm. -- (Operations research series)
Includes bibliographical references and index.
ISBN 978-0-8493-9721-9 (alk. paper)
1. Operations research--Handbooks, manuals, etc. I. Ravindran, Ravi. II. Title. III. Series.
T57.6.A32 1982
658.4’034--dc22 2007019976
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Dedication
This book is dedicated to the memory of Professor G. V. Loganathan,
author of Chapter 24, who was killed in the Virginia Tech
campus tragedy on April 16, 2007.
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Contents
Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiii
Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xv
Editor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xvii
Contributors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xix
History of Operations Research and Management Science . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xxi
I OR/MS Models and Methods
1 Linear Programming
Katta G. Murty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-1
1.1 Brief History of Algorithms for Solving Linear Equations, Linear
Inequalities, and LPs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-1
1.2 Applicability of the LP Model: Classical Examples of
Direct Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-4
1.3 LP Models Involving Transformations of Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-12
1.4 Intelligent Modeling Essential to Get Good Results, an Example from
Container Shipping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-18
1.5 Planning Uses of LP Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-22
1.6 Brief Introduction to Algorithms for Solving LP Models . . . . . . . . . . . . . . . . 1-26
1.7 Software Systems Available for Solving LP Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-31
1.8 Multiobjective LP Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-31
2 Nonlinear Programming
Theodore B. Trafalis and Robin C. Gilbert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-1
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-1
2.2 Unconstrained Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-3
2.3 Constrained Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-15
2.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-19
3 Integer Programming
Michael Weng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-1
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-1
3.2 Formulation of IP Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-3
3.3 Branch and Bound Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-7
3.4 Cutting Plane Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-12
3.5 Other Solution Methods and Computer Solution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-15
4 Network Optimization
Mehmet Bayram Yildirim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-1
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-1
4.2 Notation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-2
vii
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viii Contents
4.3 Minimum Cost Flow Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-3
4.4 Shortest Path Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-4
4.5 Maximum Flow Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-8
4.6 Assignment Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-13
4.7 Minimum Spanning Tree Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-14
4.8 Minimum Cost Multicommodity Flow Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-18
4.9 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-19
5 Multiple Criteria Decision Making
Abu S. M. Masud and A. Ravi Ravindran . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-1
5.1 Some Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-3
5.2 The Concept of “Best Solution” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-4
5.3 Criteria Normalization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-5
5.4 Computing Criteria Weights . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-6
5.5 Multiple Criteria Methods for Finite
Alternatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-8
5.6 Multiple Criteria Mathematical Programming Problems . . . . . . . . . . . . . . . . 5-15
5.7 Goal Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-19
5.8 Method of Global Criterion and Compromise Programming . . . . . . . . . . . . 5-27
5.9 Interactive Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-29
5.10 MCDM Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-34
5.11 MCDM Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-35
5.12 Further Readings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-35
6 Decision Analysis
Cerry M. Klein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-1
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-1
6.2 Terminology for Decision Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-2
6.3 Decision Making under Risk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-3
6.4 Decision Making under Uncertainty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-17
6.5 Practical Decision Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-21
6.6 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-28
6.7 Resources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-29
7 Dynamic Programming
Jos´e A. Ventura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-1
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-1
7.2 Deterministic Dynamic Programming Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-3
7.3 Stochastic Dynamic Programming Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-19
7.4 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-24
8 Stochastic Processes
Susan H. Xu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-1
8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-1
8.2 Poisson Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-7
8.3 Discrete-Time Markov Chains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-14
8.4 Continuous-Time Markov Chains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-27
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Contents ix
8.5 Renewal Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-39
8.6 Software Products Available for Solving
Stochastic Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-46
9 Queueing Theory
Natarajan Gautam . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-1
9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-1
9.2 Queueing Theory Basics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-2
9.3 Single-Station and Single-Class Queues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-8
9.4 Single-Station and Multiclass Queues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-21
9.5 Multistation and Single-Class Queues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-28
9.6 Multistation and Multiclass Queues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-34
9.7 Concluding Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-37
10 Inventory Control
Farhad Azadivar and Atul Rangarajan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-1
10.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-1
10.2 Design of Inventory Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-4
10.3 Deterministic Inventory Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-9
10.4 Stochastic Inventory Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-20
10.5 Inventory Control at Multiple Locations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-27
10.6 Inventory Management in Practice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-34
10.7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-35
10.8 Current and Future Research . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10-36
11 Complexity and Large-Scale Networks
Hari P. Thadakamalla, Soundar R.T. Kumara, and R´eka Albert . . . . . . . . . . . . . . . 11-1
11.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-1
11.2 Statistical Properties of Complex Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-6
11.3 Modeling of Complex Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-11
11.4 Why “Complex” Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-16
11.5 Optimization in Complex Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-18
11.6 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11-26
12 Simulation
Catherine M. Harmonosky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-1
12.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-1
12.2 Basics of Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-3
12.3 Simulation Languages and Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-15
12.4 Simulation Projects—The Bigger Picture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-20
12.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12-22
13 Metaheuristics for Discrete Optimization Problems
Rex K. Kincaid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-1
13.1 Mathematical Framework for Single Solution Metaheuristics . . . . . . . . . . . . 13-3
13.2 Network Location Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-3
13.3 Multistart Local Search . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-5
13.4 Simulated Annealing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-6
13.5 Plain Vanilla Tabu Search . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-8
13.6 Active Structural Acoustic Control (ASAC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-10
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x Contents
13.7 Nature Reserve Site Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-13
13.8 Damper Placement in Flexible Truss Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-21
13.9 Reactive Tabu Search . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-29
13.10 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13-35
14 Robust Optimization
H. J. Greenberg and Tod Morrison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-1
14.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-1
14.2 Classical Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-2
14.3 Robust Optimization Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-10
14.4 More Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-16
14.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14-30
II OR/MS Applications
15 Project Management
Adedeji B. Badiru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-1
15.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-1
15.2 Critical Path Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-3
15.3 PERT Network Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-18
15.4 Statistical Analysis of Project Duration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-23
15.5 Precedence Diagramming Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-26
15.6 Software Tools for Project Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-34
15.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-37
16 Quality Control
Qianmei Feng and Kailash C. Kapur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-1
16.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-1
16.2 Quality Control and Product Life Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-2
16.3 New Trends and Relationship to Six Sigma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-5
16.4 Statistical Process Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-7
16.5 Process Capability Studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-16
16.6 Advanced Control Charts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-18
16.7 Limitations of Acceptance Sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-20
16.8 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16-20
17 Reliability
Lawrence M. Leemis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-1
17.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-1
17.2 Reliability in System Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-3
17.3 Lifetime Distributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-10
17.4 Parametric Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-17
17.5 Parameter Estimation in Survival Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-22
17.6 Nonparametric Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-32
17.7 Assessing Model Adequacy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-36
17.8 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-40
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Contents xi
18 Production Systems
Bobbie L. Foote and Katta G. Murty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-1
18.1 Production Planning Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-1
18.2 Demand Forecasting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-2
18.3 Models for Production Layout Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-12
18.4 Scheduling of Production and Service Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18-20
19 Energy Systems
C. Randy Hudson and Adedeji B. Badiru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-1
19.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-1
19.2 Definition of Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-2
19.3 Harnessing Natural Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-3
19.4 Mathematical Modeling of Energy Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-3
19.5 Linear Programming Model of Energy Resource Combination . . . . . . . . . . 19-4
19.6 Integer Programming Model for Energy Investment Options . . . . . . . . . . . . 19-5
19.7 Simulation and Optimization of Distributed Energy Systems . . . . . . . . . . . 19-11
19.8 Point-of-Use Energy Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-11
19.9 Modeling of CHP Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-12
19.10 Economic Optimization Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-13
19.11 Design of a Model for Optimization of CHP System Capacities . . . . . . . . 19-16
19.12 Capacity Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-21
19.13 Implementation of the Computer Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-24
19.14 Other Scenarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19-27
20 Airline Optimization
Jane L. Snowdon and Giuseppe Paleologo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20-1
20.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20-1
20.2 Schedule Planning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20-5
20.3 Revenue Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20-14
20.4 Aircraft Load Planning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20-21
20.5 Future Research Directions and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20-23
21 Financial Engineering
Aliza R. Heching and Alan J. King . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21-1
21.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21-1
21.2 Return . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21-3
21.3 Estimating an Asset’s Mean and Variance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21-4
21.4 Diversification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21-6
21.5 Efficient Frontier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21-8
21.6 Utility Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21-10
21.7 Black–Litterman Asset Allocation Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21-13
21.8 Risk Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21-18
21.9 Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21-22
21.10 Valuing Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21-24
21.11 Dynamic Programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21-28
21.12 Pricing American Options Using Dynamic Programming . . . . . . . . . . . . . . . 21-29
21.13 Comparison of Monte Carlo Simulation and Dynamic Programming . . . 21-33
21.14 Multi-Period Asset Liability Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21-33
21.15 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21-36
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