5.5.Работа с надстройками в Excel
Вэтом разделе вы научитесь:
sиспользовать функциональные возможности надстроек Пакет анализа и Поиск решения;
sпрогнозировать значения экономических показателей;
sрешать задачи оптимизации.
5.5.1 Надстройка Пакет анализа
& В состав приложенияExcel входит набор средств анализа данных–
надстройка Пакет анализа, предназначенный для решения сложных стати-
стических и инженерных задач. Средства, которые включены в Пакет анализа,
доступны через команду Анализ данных в меню Сервис. Если она отсутствует в указанном меню, то необходимо ее загрузить командой Сервис/Надстройки,
установив флажок Пакет анализа в открывшемся окне Надстройки.
При выборе в менюСервис пункта Анализ данных, открывается одно-
именное окно (рис. 5.43), где представлены инструменты анализа перечнем доступных методов статистической обработки данных.
Рис. 5.43 Окно Анализ данных
Для анализа данных с помощью этих инструментов следует указать вход-
ные данные и выбрать параметры.
Диалоговое окно каждого инструмента включает в себя элементы управле-
ния (поля ввода, раскрывающиеся списки, флажки, переключатели и т.п.), ко-
торые задают определенные параметры выполнения.
80
Рассмотрим работу надстройки Пакет анализа на примере инструментов
Корреляция и Скользящее среднее.
Задание 1. Используя инструмент Корреляция, по исходным данным(рис. 5.44) определить степень влияния на объем реализации продукции трех видов расходов: труд, сырье и оборудование.
Рис. 5.44 Исходные данные для корреляционного анализа
& Инструмент Корреляция используется для определения тесноты связи между исследуемыми показателями. Такая задача возникает, когда необходимо оценить степень влияния некоторых факторов X на исследуемый показатель Y.
Для оценки влияния факторов используются коэффициенты корреляции между показателями Y и X. Для получения надежных оценок должно выпол-
няться условие: k £ n/3, где k – количество факторов, n – количество наблюде-
ний.
Коэффициенты корреляции представляются в виде таблицы, значения ко-
торых лежат в интервале [-1,1]. Положительное значение коэффициента свиде-
тельствует о положительной связи между показателями, .е. при увеличении одного из показателей второй показатель также статистически возрастает. От-
рицательное значение коэффициента свидетельствует об отрицательной связи
81
между показателями, т.е. при увеличении одного показателя второй статисти-
чески уменьшается. Чем ближе абсолютное значение коэффициента 1,к тем теснее связь между показателями.
Связь считается достаточно сильной, если коэффициент корреляции по аб-
солютной величине больше 0.7, и слабой, если меньше 0.4. Если значение ко-
эффициента равно нулю, то связь между показателями отсутствует.
Р е к о м е н д а ц и и п о в ы п о л н е н и ю
·Создайте рабочую книгу Пакет анализа и сохраните ее в папке Excel.
·Переименуйте Лист1, дав ему имя Корреляция.
·На листе Корреляция создайте таблицу, представленную на рис. 5.45.
·Откройте инструмент Корреляция командой Сервис/Анализ данных/ Кор-
реляция.
· В окне Корреляция (рис. 5.45) задайте:
- входные данные – установите курсор в поле Входной диапазон и выде-
лите на листе Корреляция диапазон A3:D20, содержащий анализируемые данные;
- тип расположения данных во входном диапазоне– в группе переключа-
телей Группирование выберите – По столбцам;
-флажок Метки в первой строке для указания того, что первая строка исходного диапазона содержит названия столбцов;
-параметры вывода – активизируйте переключатель Выходной интервал,
установите курсор в поле справа и выделите мышью на листеКорреляция
ячейку F3, соответствующую адресу левой верхней ячейки выходного диа-
пазона;
- нажмите кнопку [ОК]. В результате определяется корреляционная мат-
рица рассматриваемых показателей и размещается на листеКорреляция,
начиная с ячейкиF3. Результаты решения задачи определения степени влияния на объем реализации продукции трех видов расходов с помощью инструмента Корреляция представлены на рис. 5.46. Из корреляционной
82
матрицы следует, что на объем реализации наибольшее влияние оказывает
сырье (коэффициент корреляции равен 0,98).
Рис. 5.45 Окно Корреляция с заданными параметрами
Рис. 5.46 Корреляционная матрица
Примечание. Ячейки выходного диапазона, имеющие совпадающие координаты строк и столбцов, содержат значение 1, так как каждая строка или столбец во входном диапазоне полностью коррелируют сами с собой.
Задание 2. Используя инструмент Скользящее среднее, составить прогнозы объема продаж продукции предприятием в условиях, когда в течение послед-
них двух лет происходило значительное сокращение штата торговых работни-
ков. Прогнозные значения сравнить с фактическими данными.
& Инструмент Скользящее среднее используется для расчета значений в прогнозируемом периоде на основе среднего значения переменной для указан-
ного числа предшествующих периодов. Скользящее среднее, в отличие от про-
стого среднего для всей выборки, содержит сведения о тенденциях изменения данных. Этот метод может использоваться для прогноза сбыта, запасов и дру-
гих процессов.
Базовая линия – это числовое выражение результатов наблюдений на про83
тяжении длительного периода времени. Каждое ее значение – это данные, сня-
тые в одинаковые временные интервалы. Пропуск данных не допускается. Если значение отсутствует, то нужно восполнить его, хотя бы средним между сосед-
ними значениями.
Р е к о м е н д а ц и и п о в ы п о л н е н и ю
·В книге Пакет анализа переименуйте Лист2, дав ему имя Скол_среднее.
·Укажите базовую линию объема продаж. Для этого внесите в столбец А, на-
чиная с ячейки А1, и заканчивая А24, следующие фактические данные по объе-
мам продаж за прошедшие месяцы: 593, 570, 486, 854, 797, 362, 594, 271, 45,
254, 433, 529, 994, 319, 610, 748, 832, 193, 720, 415, 536, 850, 201, 833.
· Откройте инструмент Скользящее среднее командой Сервис/Анализ дан-
ных/Скользящее среднее.
· В окне Скользящее среднее (рис. 5.47) задайте:
Рис. 5.47 Окно Скользящее среднее с заданными параметрами
- входные данные – установите курсор в поле Входной интервал и выде-
лите на листе Скол_среднее диапазон A1:A24, содержащий ряд базовой
линии;
-количество месяцев, которые надо включить в подсчет скользящего среднего – в поле Интервал введите число 3.
-параметры вывода – установите курсор в полеВыходной интервал и
84
выделите мышью на листеСкол_среднее ячейку D1, соответствующую адресу левой верхней ячейки выходного диапазона;
- флажок Вывод графика для вывода диаграммы с графиком фактиче-
ских значений и прогнозом, линией тренда скользящего среднего. Нажми-
те [ОК].
Так как скользящее среднее в данном случае вычисляется по данным трех предшествующих месяцев, то в начальном периоде базовой линии будут потери прогнозов (Н/Д) и значения скользящего среднего, полученные с помощью над-
стройки, будут смещены на одну строку вверх.
· Сохраните книгу Пакет анализа.
5.5.2 Надстройка Поиск решения
& Надстройка Поиск решения используется для решения задач оптими-
зации. Для таких задач характерно обязательное наличие несколькихальтер-
нативных решений и наличие некоторой оценочной функции для количест-
венного выражения наилучшего выбора. Также задачи оптимизации могут иметь ограничения, формирующие множество допустимых альтернатив.
Задача оптимизации в общем виде включает следующие элементы:
· целевая функция – показывает, в каком смысле решение должно быть опти-
мальным. Возможны три вида целевой функции: максимизация, минимизация,
назначение заданного значения.
·ограничения – устанавливают зависимости между переменными, могут быть односторонними и двусторонними, записанными в виде двух односторонних;
·граничные условия – показывают, в каких пределах могут быть значения искомых переменных в оптимальном решении.
Важная характеристика задачи оптимизации − ееразмерность, которая определяется числом переменныхn и числом ограниченийm. Необходимым требованием является условие n>m. При n<m задачи решения не имеют. Сис-
тему уравнений, для которых n=m рассматривают как задачу оптимизации,
имеющую одно допустимое решение. Ее можно решать как обычную задачу
85
оптимизации, назначая в качестве целевой функции любую переменную.
Таким образом, задача имеет оптимальное решение, если она удовлетворя-
ет двум требованиям: имеет более одного решения, т.е. существуют допусти-
мые решения и имеется критерий, показывающий, в каком смысле принимае-
мое решение должно быть оптимальным, т. е. наилучшим из допустимых.
Надстройка Поиск решенияпозволяет найти оптимальное значение формулы, содержащейся в целевой ячейке. Чтобы получить по формуле, со-
держащейся в целевой ячейке, заданный результат, процедура изменяет значе-
ния во влияющих ячейках, представляющих решение задачи. Чтобы сузить множество значений, используемых в модели, применяются ограничения.
Типичной задачей оптимизации является транспортная задача.
Задание 3. Используя надстройку Поиск решения, рассчитать оптимальный план перевозок бензина определенной марки между нефтеперерабатывающими заводами (НПЗ) и автозаправочными станциями (АЗС). Заданы:
1) объемы производства бензина (т):
НПЗ №1 – 10, НПЗ №2 – 14, НПЗ №3 – 17 2) объемы потребления бензина (т):
АЗС №1 – 15, АЗС №2 – 12, АЗС №3 – 8.5, АЗС №4 – 5.5 3) стоимость транспортировки 1 тонны бензина между НПЗ и АЗС (табл. 5.3).
Таблица 5.3
Стоимость транспортировки одной тонны бензина между НПЗ и АЗС, усл. ед.
Пункты производства
Пункты потребления |
АЗС №1 |
АЗС №2 |
АЗС №3 |
АЗС №4 |
НПЗ №1 |
3 |
5 |
7 |
11 |
НПЗ №2 |
1 |
4 |
6 |
3 |
НПЗ №3 |
5 |
8 |
12 |
7 |
Р е к о м е н д а ц и и п о в ы п о л н е н и ю
·Постройте математическую модель задачи.
&Математической модель задачи оптимизации – специальная запись постановки и условий решения задачи оптимизации с использованием понятий
86
математики и математической символики. Применительно к конкретной задаче
оптимизации математическая модель соответствуетматематической поста-
новке данной задачи.
Математическая постановка задачи: определить оптимальный план пе-
ревозок бензина, чтобы удовлетворить потребности всех АЗС, а суммарные за-
траты на транспортировку минимизировать. Математическая постановка задачи требует указания: целевой функции (в данной задаче – суммарные затраты на транспортировку бензина); ограничений (в данной задаче – объемы производ-
ства бензина на каждом НПЗ и потребности в бензине на каждой АЗС).
·Создайте рабочую книгу Поиск решения и сохраните ее в папке Excel.
·Переименуйте Лист1, дав ему имя Транспортная задача.
·На листе Транспортная задача для решения задачи создайте таблицы и за-
полните их исходными данными, как показано на рис. 5.48.
Рис. 5.48 Исходные таблицы для решения транспортной задачи
87
· Перейдите в режим отображения формул и задайте формулы в соответствии
сматематической постановкой задачи:
-сформируйте целевую функцию – в ячейку G5 введите формулу для
расчета суммарных затрат на транспортировку бензина:
=СУММПРОИЗВ(C5:F7;C11:F13)
Данная формула рассчитывает сумму произведений стоимости перевозки от
каждого НПЗ к каждой АЗС и соответствующих объемов перевозки.
- сформируйте ограничения – в ячейки G11:G13 введите формулы сум-
мирования объемов перевозки с каждого НПЗ и вC14:F14 – формулы сум-
мирования объемов перевозки к каждой АЗС (рис. 5.49).
& В табл. 5.4 представлены основные составляющие математической по-
становки задачи оптимизации с учетом исходных данных, приведенных в соз-
данных таблицах.
Таблица 5.4
Составляющие математической постановки задачи оптимизации
Элемент |
Описание |
|
|
Целевая |
Суммарные затраты на транспортировку бензина |
должны |
|
функция |
быть минимальными, т.е. G5 → min |
|
рав |
Ограничения |
1) Суммарные поставки бензина на одну АЗС должны- |
||
|
няться потребности в бензине на данной АЗС, т.е. |
|
|
|
C14=C15 |
|
|
|
D14= D15 |
|
|
|
E14=E15 |
|
|
|
F14=F15 |
|
|
|
2) Суммарные поставки бензина одним НПЗ должны быть |
||
|
равны количеству производимого бензина, т.е. |
|
|
|
G11 = H11 |
|
|
|
G12 = H12 |
|
|
|
G13= H13 |
|
|
Граничные |
Значения искомых переменных в оптимальном |
решении |
|
условия |
должны быть только положительными, т.е.: |
|
|
|
С11:F13>=0 |
|
|
88
Рис. 5.49 Таблицы с формулами целевой функции и ограничений
·Откройте надстройку Поиск решения командой Сервис/Поиск решения.
·В окне Поиск решения (рис. 5.50) выполните следующее:
- укажите ячейку с целевой функцией– установите курсор в полеУста-
новить целевую ячейку и выделите мышью на листе Транспортная за-
дача ячейку G5 (или введите абсолютный адрес ячейки $G$5 вручную);
Примечание. При выделении ячеек и диапазонов на рабочем листе в окнеПоиск решения они автоматически преобразуются в абсолютные ссылки.
- укажите вид целевой функции– в группе Равной установите переклю-
чатель в положение минимальному значению для нахождения решения с минимальным значением целевой функции;
- задайте диапазон влияющих ячеек, т.е. ячеек, которые должны изме-
няться в процессе поиска решения задачи, – в поле Изменяя ячейки ука-
жите абсолютный адрес диапазона ячеек $C$11:$F$13, выделяя его мышью на листе Транспортная задача.
89
Рис. 5.50 Окно Поиск решения с заданными параметрами
· Добавьте ограничения, соответствующие ограничениям исходной постанов-
ки решаемой транспортной задачи(см. табл. 5.4). Для этого нажмите[Доба-
вить] и открывшемся окне Добавление ограничения выполните следующее:
- для задания первого ограничения в полеСсылка на ячейку укажите диапазон ячеек левой части неравенства– $C$14:$F$14 (диапазон выде-
ляйте мышью на листеТранспортная задача); из списка в центре окна выберите знак «=» (строгое равенство); в поле Ограничение укажите диа-
пазон ячеек правой части неравенства – $C$15: $F$15 (рис. 5.51);
Рис. 5.51 Окно задания ограничения
- для добавления первого ограничения к параметрам поиска решения на-
жмите кнопку [Добавить], после чего оно появится в списке Ограничения
окна Поиск решения (рис. 5.50);
- аналогично добавьте второе ограничение: $G$11:$G$13= $H$11:$H$13 и
граничное условие: $С$11:$F$13>=0 и нажмите [ОК] в окне Добавление ограничения.
90
Примечание. Для изменения или удаления ограничений в списке поляОграничения используются соответственно кнопки [Изменить] и [Удалить].
· Запустите процесс вычисления оптимального плана нажатием кнопки[Вы-
полнить] в окне Поиск решения. После завершения вычисления, найденные оптимальные значения будут вставлены в ячейкиC11:F13 листа Транспорт-
ная задача (рис. 5.52).
Рис. 5.52 Результат количественного решения транспортной задачи
· В открывшемся окне Результаты поиска решения (рис. 5.53) выберите:
- представление результатов в трех отчетах: Результаты, Устойчивость
и Пределы;
- установите переключатель Сохранить найденное решение и нажмите
[ОК].
91
Рис.5.53 Окно Результаты поиска решения
Отчеты отобразятся на отдельных листах текущей книги с соответствующими именами.
Отчет Результаты содержит целевую ячейку, список изменяемых ячеек и ограничений. Этот отчет также содержит информацию для каждого ограниче-
ния о таких параметрах, как состояние и разница.
Отчет Устойчивость информирует, насколько целевая ячейка чувстви-
тельна к изменениям в ограничениях.
Отчет Пределы сообщает, в каких пределах значения изменяемых ячеек могут быть увеличены или уменьшены без нарушения ограничений задачи.
Результатом решения рассматриваемой задачи являются найденные опти-
мальные значения плана перевозок бензина(ячейки С11:F13). Найденному ре-
шению соответствует минимальное значение целевой функции – 208,5.
· Сохраните книгу Поиск решения.
Задание 4. Представить преподавателю результаты работы в папкеExcel с
файлами Пакет анализа Поиск решения.
Задания для самостоятельной работы Задание 1. Используя надстройку Пакет анализа по данным задания2, по-
стройте прогнозы по методу скользящего среднего на интервалах данных в два месяца, а затем – в четыре месяца. Сравните прогнозы между собой и с факти-
ческими данными.
Задание 2. Используя надстройку Поиск решенияопределить план выпуска
92
продукции, обеспечивающий предприятию максимальную прибыль. Заданы:
1) на предприятии осуществляется выпуск четырех видов продукции 1,АА2,
А3, А4;
2)для выпуска продукции используют три вида сырья С1, С2, С3;
3)объемы выделенного сырья, нормы расходы сырья и прибыль на единицу продукции при изготовлении каждого вида продукции приведены в табл. 5.5.
|
|
|
|
|
Таблица 5.5 |
Нормы расхода сырья и прибыль от реализации единицы продукции |
|||||
|
|
|
|
|
|
Виды |
Запасы |
|
Виды продукции |
|
|
сырья |
сырья |
А1 |
А2 |
А3 |
А4 |
С1 |
35 |
4 |
2 |
2 |
3 |
С2 |
31 |
1 |
1 |
2 |
3 |
С3 |
42 |
3 |
1 |
2 |
1 |
Прибыль |
14 |
10 |
14 |
11 |
Контрольные вопросы
1.Каково назначение надстройки Пакет анализа?
2.Какие основные элементы управления содержат диалоговые окна инстру-
ментов для анализа данных?
3.Каково назначение надстройки Поиск решения?
4.Назовите этапы решения задач с помощью надстройки Поиск решения.
5.Что такое ограничения, как они задаются для решения задачи с помощью надстройки Поиска решения?
Индивидуальные задания
Определить, сколько метров ткани каждого вида следует выпустить, чтобы общая стоимость выпускаемой фабрикой продукции была максимальной.
Исходные данные для решения задачи:
1.Фабрика выпускает три вида тканей: I вида, II вида и III вида.
2.Суточное плановое задание составляет не менее90 м ткани I вида, 70 м – II
вида и 60 м – III вида.
93
3.Имеются суточные ресурсы: 780 ед. производственного оборудования, 850
ед. сырья и 790 ед. электроэнергии.
4.Расход суточных ресурсов на один метр каждой ткани выбрать из табл. 5.6
согласно варианту, заданному преподавателем.
5.Цена за 1 м ткани I вида равна 80 у. е., II вида – 70 у. е., III вида – 60 у. е.
|
|
|
|
Таблица 5.6 |
|
Расход суточных ресурсов, ед. |
|
||
|
|
|
|
|
Вариант |
Ресурсы |
|
Ткани |
|
|
I вид |
II вид |
III вид |
|
|
|
|||
1-5 |
Оборудование |
2,3,5,4,3 |
3,6,5,1,2 |
4,6,2,4,2 |
Сырье |
1,5,3,4,3 |
4,2,3,1,5 |
5,1,1,2,3 |
|
|
Электроэнергия |
3,2,6,4,3 |
4,6,1,2,3 |
1,5,3,4,3 |
6-10 |
Оборудование |
2,1,3,4,4 |
1,5,3,4,3 |
4,2,6,4,2 |
Сырье |
4,6,1,2,3 |
4,4,5,3,2 |
3,6,5,1,2 |
|
|
Электроэнергия |
3,3,2,1,5 |
1,5,3,4,3 |
2,1,2,3,5 |
11-15 |
Оборудование |
4,2,3,1,5 |
3,3,6,4,1 |
4,2,3,1,5 |
Сырье |
3,6,5,1,2 |
5,1,1,2,3 |
1,5,3,4,3 |
|
|
Электроэнергия |
3,2,3,1,1 |
4,4,2,1,5 |
4,6,1,2,3 |
94