2. Общая задача линейного программирования.

Линейное программирование — математическая дисциплина, посвящённая теории и методам решения экстремальных задач на множествах -мерного векторного пространства, задаваемых системами линейных уравнений и неравенств.

Линейное программирование является частным случаем выпуклого программирования, которое в свою очередь является частным случаем математического программирования. Одновременно оно — основа нескольких методов решения задач целочисленного и нелинейного программирования. Одним из обобщений линейного программирования является дробно-линейное программирование.

Многие свойства задач линейного программирования можно интерпретировать также как свойства многогранников и таким образом геометрически формулировать и доказывать их.

Основной (стандартной) задачей линейного программирования называется задача нахождения минимума линейной целевой функции (линейной формы) вида:

при условиях

.

Задача линейного программирования будет иметь канонический вид, если в основной задаче вместо первой системы неравенств имеет место система уравнений^[3]:

,

Основную задачу можно свести к канонической путём введения дополнительных переменных.

Задачи линейного программирования наиболее общего вида (задачи со смешанными ограничениями: равенствами и неравенствами, наличием переменных, свободных от ограничений) могут быть приведены к эквивалентным (имеющим то же множество решений) заменами переменных и заменой равенств на пару неравенств^[4].

Легко заметить, что задачу нахождения максимума можно заменить задачей нахождения минимума, взяв коэффициенты с обратным знаком.

3. Матричная форма записи задачи лп.

Даны линейная функция Z=С₁х₁+С₂х₂+...+С_Nx_N (1.1)

и система линейных ограничений

a₁₁x₁ + a₂₂x₂ + ... + a_1NХ_N = b₁

a₂₁x₁+ a₂₂x₂ + ... + a_2NХ_N = b₂ . . . . . . . . . . . . . . .

a_i1x₁+ a_i2x₂ + ... + a_iNХ_N = b_i(1.2) . . . . . . . . . . . . . . .

a_M1x₁+ a_M2x₂ + ... + a_MNХ_N = b_M

x_j 0 (j = 1, 2, ... ,n) (1.3)

где а_ij, b_j и С_j - заданные постоянные величины.

Найти такие неотрицательные значения х₁, х₂, ..., х_n, которые удовлетворяют системе ограничений (1.2) и доставляют линейной функции (1.1) минимальное значение.

Общая задача имеет несколько форм записи.

Матричная форма записи. Минимизировать линейную функцию, Z = СХ при ограничениях АХ = А₀Х₀, где С = (с₁, с₂, ..., с_N) - матрица-cтрока; А = (а_ij) - матрица системы; Х =(x_ij)- матрица-столбец, А₀ = (а_i) матрица-столбец.

4. Задачи линейного программирования: задача о распределении ресурсов.

5. Задачи линейного программирования: задача о диете.

Исторические задача о диете является одной из первых задач линейного программирования.

Постановка задачи - первый и наиболее важный этап построения модели, способный обеспечить правильное решение проблемы.

Даме необходимо похудеть, за помощью обратилась к подруге.

Построение модели - рассмотрение этого этапа и является главной целью.

Подруга посоветовала перейти на рациональное питание, состоящее из двух продуктов P и Q.

Суточное питание этими продуктами должно давать не более 14 единиц жира (чтобы похудеть), но не менее 300 калорий. На упаковке продукта Р написано, что в одном килограмме этого продукта содержится 15 единиц жира и 150 калорий, а на упаковке с продуктом Q - 4 единицы жира и 200 калорий соответственно. При этом цена 1 килограмма продукта Р равна 15 руб., а 1 кг продукта Q - 25 руб.

Так как дама была стеснена в средствах, но ее интересовал вопрос: в какой пропорции нужно брать эти продукты для того, чтобы выдержать условия диеты и истратить как можно меньше денег?

Перейдем к формализации данной ситуации на языке математических символов.

Обозначим через х количество продукта Р и через у количество продукта Q, требуемые для выполнения условий диеты.

Количество единиц жира, содержащегося в х кг продукта Р и в у кг продукта Q, равно 15х + 4 и по условию диеты не должно превосходить 14:

В свою очередь, количество калорий, содержащихся в х кг продукта Р и в у кг продукта Q, равно 150х + 200у и по условию диеты должно быть не меньше 300:

Теперь о стоимости z продуктов. Она равна

и в соответствии с высказанными пожеланиями должна быть минимальной.

Последнее записывается так:

Тем самым мы получили систему формул:

которую решим графическим способом.

Нас интересует только та ее часть, которая лежит над треугольником BDE. Вычисляя значения z во всех трех вершинах этого треугольника

и сравнивая полученные результаты, замечаем, что наименьшее значение (35) достигается в вершине Е. Таким образом, и искомая пропорция - 2 : 3.