- •Линейное программирование
- •Часть I Содержание:
- •1. Основные понятия
- •1.1. Примеры моделей, приводящих к задачам линейного программирования
- •Задача о диете
- •1.2. Стандартная и каноническая формы задачи линейного программирования
- •Первая стандартная форма задачи линейного программирования имеет вид
- •Канонической формой задачи линейного программирования называется задача вида
- •5. Ограничения на неотрицательность переменных.
- •1.3. Геометрическая интерпретация задач линейного программирования
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •2. Симплекс-метод
- •2.1. Выпуклые множества и многогранники
- •Доказательство
- •Доказательство.
- •Доказательство
- •2.2. Вершины выпуклого многогранника
- •Определение. Вершиной или крайней точкой выпуклого многогранника называется любая его точка, которая не является внутренней точкой никакого отрезка, целиком принадлежащего этому многограннику.
- •Доказательство
- •Доказательство
- •Доказательство
- •Доказательство
- •2.3. Переход от вершины к вершине
- •2.4. Переход к новому базису
- •2.5. Отыскание оптимального плана
- •Доказательство:
- •Доказательство:
- •2.6. Алгоритм симплекс-метода
- •Этап 1 Просматривается дополнительная строка снизу, где записаны разности .
- •Первая итерация
- •И он достигается на векторе , то этот вектор подлежит выводу из базиса и соответствующая ему строка и будет направляющей строкой.
- •Вторая итерация
- •2.7. Метод искусственного базиса
- •Вариант 1
- •Вариант 2
- •Первая итерация Так как из базиса выводится вектор , то в получающейся симплекс-таблице соответствующий столбец сразу удаляется.
- •Вторая итерация
- •Третья итерация Мы вернулись к исходной задаче и продолжаем решать ее по стандартной схеме.
- •3. Двойственные задачи
- •3.1. Постановка двойственных задач Симметричные двойственные задачи
- •Несимметричная двойственная задача
- •Переменные называется по-разному. Часто их называют учетными, неявными или фиктивными ценами.
- •3.2. Свойства двойственных задач
- •Доказательство.
- •1. Симметричная пара
- •2. Несимметричная пара Доказательство в этом случае почти дословно повторяет предыдущее.
- •Теорема 3. ( в формулировке для несимметричной двойственной задачи)
- •Доказательство.
- •Теорема 3. (в формулировке для симметричной двойственной задачи).
- •3.3. Двойственный симплекс-метод
- •4. Транспортная задача
- •4.1. Постановка задачи
- •Приведение открытой транспортной задачи к сбалансированной
- •4.2. Простейшие свойства транспортной задачи
- •Доказательство
- •Доказательство
- •Доказательство
- •4.3. Методы определения первоначального опорного плана
- •4.3.1. Построение исходного опорного плана (метод северо-западного угла)
- •Пример 1
- •Пример 2
- •4.3.2. Метод минимального (максимального) элемента
- •Пример № 2
- •Решение:
- •4.3.3. Метод аппроксимации Фогеля
- •Решение:
- •4.3.4. Метод двойного предпочтения
- •4.4. Методы проверки опорного плана на оптимальность
- •4.4.1. Потенциалы. Критерий оптимальности плана
- •4.4.2. Дельта-метод
- •4.5. Алгоритм улучшения плана
- •Вторая итерация Этап 1
- •Третья итерация Этап 1
- •Теорема Если все запасы и все потребности целые числа, то оптимальный план перевозок тоже целочисленный. Доказательство
- •4.6. Снятие вырожденности
- •4.6.1. Эпсилон-прием
- •Построение исходного опорного плана.
- •Первая итерация
- •Вторая итерация Этап 1
- •Третья итерация Этап 1
Первая итерация
Этап 1 Определение потенциалов и проверка оптимальности плана.
|
1 |
2 |
1 |
0 |
0 |
1 |
2 |
1 |
0 |
1 |
1 |
3 |
2 |
1 |
1 |
2 |
3 |
2 |
1 |
План не является оптимальным. Отмечены те элементы, для которых
. Для ввода в базис выбран вектор . |
Этап 2
Строим цикл, находим и переходим к новому опорному плану.
4- |
2+ + |
|
|
|
2 |
6- |
|
|
|
4- - |
4+2 + |
|
|
|
|
8 |
|
|
|
4-2 - |
6+3 |
|
4-2 |
|
|
6+3 |
В данном случае . Обратите внимание на то, что если бы было =0, то построенный план имел бы всего 4 положительных компоненты, то есть он был бы вырожденным.
Вторая итерация Этап 1
Находим потенциалы и проверяем оптимальность плана.
|
1 |
2 |
1 |
1 |
0 |
1 |
2 |
1 |
1 |
1 |
2 |
3 |
2 |
2 |
0 |
1 |
2 |
1 |
1 |
Полученный план снова не является оптимальным. Условие нарушается на элементе с i =2, j =4.
Цикл нарисован заранее.
Этап 2
2 - |
6- + |
|
|
|
|
6 |
|
|
|
- |
8 |
|
|
|
|
8 |
|
4-2 + |
|
|
6+3 - |
|
4- |
|
|
6+2 |
В данном случае . Опять-таки, если бы было =0, то план был бы вырожденным.
Третья итерация Этап 1
Нахождение потенциалов и проверка на оптимальность.
Соответствующая таблица приведена ниже.
|
1 |
2 |
2 |
1 |
0 |
1 |
2 |
2 |
1 |
0 |
1 |
2 |
2 |
1 |
0 |
1 |
2 |
2 |
1 |
В данном случае для всех клеток таблицы выполнено условие , так что построенный план является оптимальным.
Чтобы получить решение исходной задачи, надо положить =0. Тогда мы получим:
|
6 |
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
8 |
|
4- |
|
|
6+2 |
|
4 |
|
|
6 |
Найденный оптимальный план имеет всего 4 компоненты, то есть он является вырожденным. Для него значение транспортных потерь равно
то есть значение транспортных издержек уменьшилось по сравнению с планом, построенным по методу северо-западного угла , на 4 единицы. или на 9.5%
4.6.2. 0-подстановка
Еще один прием для снятия вырожденности – 0-подстановка.
Рассмотрим задачу
4 |
5 |
7 |
8 |
5 |
9 |
3 |
6 |
2 |
8 |
7 |
8 |
4 |
5 |
7 |
5 |
5 |
5 |
5 |
|
План, составленный методом северо-западного угла имеет вид:
5 |
|
|
|
|
5 |
3 |
|
|
|
2 |
5 |
План является вырожденным.
Рассмотрим таблицу, в которой указаны цены на перевозки, за исключением базисных компонент.
|
5 |
7 |
8 |
5 |
9 |
|
|
2 |
8 |
7 |
8 |
|
|
7 |
5 |
5 |
5 |
5 |
|
Удалим из рассмотрения клетки, при постановке в которые некоторых единиц возникает цикл.
|
5 |
7 |
8 |
5 |
9 |
|
|
|
8 |
7 |
|
|
|
7 |
5 |
5 |
5 |
5 |
|
На места, заполненные стоимостями, можно поставить некоторый объем единиц (в нашем случае 0 единиц).
Выберем минимальную стоимость и поставим нулевую перевозку .
Теперь план приобретет вид.
5 |
0 |
|
|
|
5 |
3 |
|
|
|
2 |
5 |
Чтобы не путать нулевую базисную компоненту с обычными 0, обычный 0, полученный при вычислениях будем изображать .
План примет вид
5 |
0 |
|
|
|
5 |
3 |
|
|
|
2 |
5 |