La recherche opérationnelle (RO) est une discipline scientifique consacrée à l’élaboration et à l’application de méthodes d’optimisation fondées sur la modélisation mathématique et diverses approches heuristiques.
Les méthodes de recherche opérationnelle s’appliquent dans les situations où une entreprise finalisée doit être organisée et peut être menée de plusieurs manières — c’est-à-dire lorsqu’une décision doit être choisie parmi un certain nombre d’alternatives possibles. Chaque alternative présente certains avantages et inconvénients, et, compte tenu des circonstances qui prévalent, il n’est pas immédiatement évident de savoir quelle alternative est préférable ni pourquoi.
L'objectif de la recherche opérationnelle est de fournir une justification quantitative préalable des décisions optimales, fondée sur une mesure d’efficacité. La prise de décision proprement dite se situe hors du champ de la recherche opérationnelle et relève de la compétence du décideur (DM) responsable.
Les méthodes de recherche opérationnelle sont efficaces pour les problèmes bien structurés. Les problèmes bien structurés (ou bien formalisables) admettent une formulation quantitative ; leurs dépendances les plus essentielles sont exprimées par des modèles formels et représentées sous forme symbolique, où les symboles prennent des valeurs numériques. La méthodologie de la recherche opérationnelle, en plus du calcul, accorde une attention particulière au processus de formulation du problème, au choix des modèles mathématiques, ainsi qu’à l’interprétation et à la compréhension des résultats des calculs.
Une grande partie des travaux en recherche opérationnelle repose sur les méthodes de programmation mathématique. À la différence des méthodes purement mathématiques, celles-ci fournissent des outils pour la formulation du problème et livrent un domaine de solutions admissibles ainsi que des alternatives de solution. En outre, un modèle de programmation mathématique peut prendre en compte plusieurs critères (sous la forme d’une fonction objectif et de contraintes), ce qui renforce l’objectivité de la prise de décision.
Outre la branche orientée vers les modèles de programmation mathématique, la recherche opérationnelle englobe également des méthodes et des modèles fondés sur les statistiques mathématiques et la théorie des probabilités. Les méthodes de la recherche opérationnelle comprennent aussi la théorie des jeux, la logique mathématique, la théorie des graphes et d’autres méthodes des mathématiques discrètes.
Il en résulte l’apparition de plusieurs branches distinctes de la recherche opérationnelle, chacune fondée sur l’application de méthodes différentes : la gestion des stocks, le remplacement des équipements, l’allocation des ressources et l’ordonnancement — c’est-à-dire des classes de problèmes ancrées dans les principales formulations de la programmation mathématique — ainsi que la théorie des files d’attente, les modèles théoriques de jeu du conflit et de la concurrence, et d’autres encore.