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En el siglo XVII, matemáticos como Christiaan Huygens y Blaise Pascal (abordando el problema de la partida interrumpida) intentaron resolver cuestiones relacionadas con decisiones complejas mediante el uso del cálculo de probabilidad.
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La investigación operativa moderna se originó en el Establecimiento de Investigación de Bawdsey en el Reino Unido en 1937 y fue el resultado de una iniciativa del superintendente del establecimiento, A. P. Rowe, que concibió la idea como un medio para analizar y mejorar el funcionamiento del sistema planteado de alerta de radar temprana del Reino Unido, y de su red de instalaciones (Chain Home (CH)).
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El campo moderno de la investigación operativa surgió durante la Segunda Guerra Mundial. En este período, la investigación operativa se definió como "un método científico para proporcionar a los departamentos ejecutivos una base cuantitativa para la toma de decisiones sobre las operaciones bajo su control".
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En tierra, las secciones de investigación operativa del Grupo de Investigación Operativa del Ejército (AORG) del Ministerio de Suministros (MoS) fueron desplegadas en la Batalla de Normandía en 1944, y siguieron a las fuerzas británicas en el avance hacia el centro de Europa. Analizaron, entre otros temas, la efectividad de la artillería, los bombardeos aéreos y los disparos antitanque.
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Con el desarrollo del algoritmo símplex para programación lineal en 194726 y el desarrollo de computadoras en las tres décadas siguientes, la investigación operativa ahora puede "resolver problemas con cientos de miles de variables y restricciones. Además, los grandes volúmenes de datos requeridos para tales problemas pueden ser almacenados y manejados de manera muy eficiente."
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