7.4 Экономическая интерпретация теорем двойственности

            Рассмотрим экономическую интерпретацию основного неравенства двойственности. Так как

  - прибыль от реализации единицы продукции, а

  - количество произведенной j-й продукции, то

                                                           

характеризует суммарную прибыль от реализации произведенной

продукции. Так как    - количество i-го ресурса, а

  - ценность единицы ресурса, то

                                                           

характеризует суммарную ценность всех ресурсов. Тогда из соотношения

                                   

следует, что до тех пор, пока прибыль меньше суммарной ценности ресурсов, решение остается оптимальным. Как только

                                   

т.е. прибыль становится равной суммарной ценности ресурсов, то решения х* и у* пары двойственных задач становятся оптимальными.

            Большой практический интерес представляет экономическая интерпретация второй теоремы двойственности, а также ее следствия  о дополняющей нежесткости.

            1. Если суммарная оценка    i-го ресурса положительна

                                                           

то этот ресурс в соответствии с оптимальным планом  х* используется полностью

                                   

            2. Если i-й ресурс используется не полностью

                                   

то его оптимальная оценка нулевая     и i-е ограничение несущественно.

            3. Если в соответствии с оптимальным планом х* j-я продукция производится

                                                  

то это производство эффективно, так как цена единицы j-й продукции

                                                           

равна затратам на ее производство в единицах

                                   

                                   

            4. Если производство j-й продукции убыточно (приведенные издержки ненулевые

                                   

то в соответствии с оптимальным планом эта продукция не производится

                                   

№15 Взаимно двойственные задачи лиейного программирования и их свойства

Каждой задаче линейного программирования можно определенным образом сопоставить некоторую другую задачу (линейного программирования), называемую двойственной или сопряженной по отношению к исходной или прямой задаче. Дадим определение двойственной задачи по отношению к общей задаче линейного программирования, состоящей, как мы уже знаем, в нахождении максимального значения функции

(32)

при условиях

(33)

(34)

Определение 1. Задача, состоящая в нахождении минимального значения функции

(35)

при условиях

(36)

(37)

называется двойственной по отношению к задаче (32) – (34). Задачи (32) – (34) и (35) – (37) образуют пару задач, называемую в линейном программировании двойственной парой. Сравнивая две сформулированные задачи, видим, что двойственная задача составляется согласно следующим правилам:

1. Целевая функция исходной задачи (32) – (34) задается на максимум, а целевая функция двойственной (35) – (37) – на минимум.

2. Матрица

(38)

составленная из коэффициентов при неизвестных в системе ограничений (33) исходной задачи (32) – (34), и аналогичная матрица

(39)

в двойственной задаче (35) – (37) получаются друг из друга транспонированием (т. е. заменой строк столбцами, а столбцов – строками).

3. Число переменных в двойственной задаче (35) – (37) равно числу ограничений в системе (33) исходной задачи (32) – (34), а число ограничений в системе (36) двойственной задачи – числу переменных в исходной задаче.

4. Коэффициентами при неизвестных в целевой функции (35) двойственной задачи (35) – (37) являются свободные члены в системе (33) исходной задачи (32) – (34), а правыми частями в соотношениях системы (36) двойственной задачи – коэффициенты при неизвестных в целевой функции (32) исходной задачи.

5. Если переменная x_j исходной задачи (32) – (34) может принимать только лишь положительные значения, то j–е условие в системе (36) двойственной задачи (35) – (37) является неравенством вида “? ”. Если же переменная x_j может принимать как положительные, так и отрицательные значения, то 1 – соотношение в системе (54) представляет собой уравнение. Аналогичные связи имеют место между ограничениями (33) исходной задачи (32) – (34) и переменными двойственной задачи (35) – (37). Если i – соотношение в системе (33) исходной задачи является неравенством, то i–я переменная двойственной задачи  . В противном случае переменная у_j может принимать как положительные, так и отрицательные значения.

Двойственные пары задач обычно подразделяют на симметричные и несимметричные. В симметричной паре двойственных задач ограничения (33) прямой задачи и соотношения (36) двойственной задачи являются неравенствами вида “  ”. Таким образом, переменные обеих задач могут принимать только лишь неотрицательные значения.

Пример 1. Составить двойственную задачу по отношению к задаче, состоящей в максимизации функции

(40)

при условиях

(41)

(42)

Решение. Для данной задачи

и 

Число переменных в двойственной задаче равно числу уравнений в системе (41), т. е. равно трем. Коэффициентами в целевой функции двойственной задачи являются свободные члены системы уравнений (41), т.е. числа 12, 24, 18.

Целевая функция исходной задачи (40) – (42) исследуется на максимум, а система условий (41) содержит только уравнения. Поэтому в двойственной задаче целевая функция исследуется на минимум, а ее переменные могут принимать любые значения (в том числе и отрицательные). Так как все три переменные исходной задачи (40) – (42) принимают только лишь неотрицательные значения, то в системе условий двойственной задачи должны быть три неравенства вида “? ”. Следовательно, для задачи (40) – (42) двойственная задача такова: найти минимум функции  при условиях

Пример 2. Для задачи, состоящей в максимизации функции

при условиях

сформулировать двойственную задачу.

Решение. Для данной задачи

, 

В соответствии с общими правилами задача, двойственная по отношению к данной, формулируется следующим образом: найти минимум функции  при условиях