4. Млт. Метод искусственного базиса

Цель лабораторной работы - расширить и углубить практические знания и навыки при постановке и решении задач линейного программирования (метод искусственного базиса).

Данный метод решения применяется при наличии в системе ограничений и условий-равенств, и условий-неравенств, и является модификацией табличного метода. Решение системы производится путём ввода искусственных переменных Ri со знаком, зависящим от типа оптимума, т.е. для исключения из базиса этих переменных последние вводятся в целевую функцию с большими отрицательными коэффициентами M, имеющими смысл "штрафов" за ввод искусственных переменных, а в задачи минимизации - с положительными M. Таким образом из исходной получается новая M-задача (поэтому метод искусственного базиса так же называют M-методом).

После выполнения работы студент должен:

ЗНАТЬ:

- основные приемы работы с системой, если система не имеет предпочитаемого вида.

УМЕТЬ:

- решать системы линейных алгебраических уравнений, не имеющих предпочитаемый вид.

- делать симплекс - преобразования.

ВЛАДЕТЬ:

- навыками использования универсальных и специализированных компьютеров (машин баз данных), аппаратным путём реализующих функции реляционной алгебры.

Пример.

Целевая функция:

2x1-x2+7x3+11x4+5x5→min

Условия:

2x1+5x3+x4+8x5=12

-3x1+6x2+2x3-2x4≤5

Приведем систему ограничений к каноническому виду, для этого необходимо неравенства преобразовать в равенства, с добавлением дополнительных переменных. Если в преобразуемом неравенстве стоит знак "≥", то при переходе к равенству знаки всех его коэффициентов и свободных членов меняются на противоположные. Тогда система запишется в виде:

2x1+5x3+x4+8x5+R1=12

-3x1+6x2+2x3-2x4+X6=5

Переходим к формированию исходной симплекс таблицы. В строку F таблицы заносятся коэффициенты целевой функции.

Так как среди исходного набора условий было равенство (первое условие) мы ввели искусственную переменную R1. Это значит, что в симплекс таблицу нам необходимо добавить дополнительную строку M, элементы которой расчитываются как сумма соответствующих элементов условий-равенств (тех которые после приведения к каноническому виду содержат искусственные переменные R) взятая с противоположным знаком.

Из данных задачи составляем исходную симплекс таблицу.

Так как в столбце свободных членов нет отрицательных элементов, то найдено допустимое решение В строке M имеются отрицательные элементы, это означает что полученное решение не оптимально. Определим ведущий столбец. Для этого найдем в строке M максимальный по модулю отрицательный элемент - это -8 Ведущей строкой будет та для которой отношение свободного члена к соответствующему элементу ведущего столбца минимально. Ведущей строкой является R1, а ведущий элемент: 8.

В строке M отрицательные элементы отсутствуют. Рассмотрим строку F в которой имеются отрицательные элементы, это означает что полученное решение не оптимально. Определим ведущий столбец. Для этого найдем в строке F максимальный по модулю отрицательный элемент - это -1 Ведущей строкой будет та для которой положительное отношение свободного члена к соответствующему элементу ведущего столбца минимально. Ведущей строкой является X6, а ведущий элемент: 6.

Так как исходной задачей был поиск минимума, оптимальное решение есть свободный член строки F, взятый с противоположным знаком. Найдено оптимальное решение F=6.667 при значениях переменных равных: X5=1.5, X2=0.833.