книги из ГПНТБ / Говар В.М. Математическое программирование учеб. пособие
.pdf- 190 -
Однако.в этом столбце все коэффициенты <Х^з<0, a G^s =-j$ ф 0.)
В этом случае значение функции цели конечно, то есть имеется
асимптотический |
максимум, |
так как других столбцов с |
в |
|||||||||
третьей таблице |
нет, |
то асимптотическое |
решение |
будет оптималь |
||||||||
ным. Для вычисления численного |
значения |
асимптотического макси |
||||||||||
мума функции цели |
СП «30) |
выразим переменные x-j- и х^ через х 3 : |
||||||||||
|
|
|
|
i |
х |
з + 6 > |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. |
= J L |
X, + 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
Тогда |
4ХТ |
+- ЗХ2 |
І5х3 |
+ 540 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Х І + |
х 2 |
4х3 |
+150 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Найдем |
й. |
|
, |
_ 0 |
І5х, + |
540 |
15 |
= 3,75 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
4x3 |
|
+150 |
4 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Численное значение |
асимптотического |
максимума |
можно найти |
|||||||||
и непосредственно |
из |
третьей таблицы |
(табл.II.3) по форму |
|||||||||
ле |
(11.28) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ma x |
|
'з |
_ |
= |
3,75 |
при Хд |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
ьс 1 |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
з |
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
В четвертой |
таблице (табл.II.3) |
|
= 0,25, |
а все |
dii<û |
||||||
v. |
= -т^- Ф 0. |
Следовательно, |
имеется |
асимптотический |
минимум. |
|||||||
Выу.ажая переменные Xj и х^ через Хд |
получим: |
|
|
|||||||||
|
|
JXj |
= ^ |
Хд + 3, |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Х-, = I |
х_ + Я |
|
|
|
|
|
|
- 191 -
Таблица ІІ.З
ТІазисные |
i |
|
|
T |
|
i |
|
г |
|
t |
|
|
|
||
[Свободные! |
|
Xi |
|
X 2 |
i! |
h |
; |
|
|
|
|||||
jnepeueH- |
1 |
члены |
i |
|
|
|
|
1 |
|||||||
1 |
ные |
A— |
|
|
j+ |
|
|
|
-3 |
i |
I |
|
|
|
f |
|
|
|
|
? b |
Ѳ |
|
! |
ft С j |
|||||||
|
ч |
i |
- |
|
! |
|
I |
|
i |
! |
С |
i |
|
|
|
|
|
: |
- D |
!-4 |
|
c |
i |
|
|
|
|||||
|
|
! |
|
о |
i-4 |
|
0 |
гU ! |
|||||||
< |
|
I |
" * |
J |
- I |
|
i |
! |
i |
0 |
|
! |
|||
L - L 2 |
! |
|
о |
j |
I |
|
0 j |
С ! |
|||||||
|
|
. |
|
|
1 |
|
|
C,V5 j |
|
|
|
|
i |
||
|
|
i |
|
э |
i |
|
0 |
|
|
|
f,25j |
0 |
|
! |
|
|
|
! |
-15 |
І |
|
m |
|
1 |
i |
||||||
1 |
x 5 |
! |
|
32 |
! |
0 |
|
- I |
! |
0 |
|
i |
|||
i |
|
|
J |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|||
|
L i |
! |
|
* |
i G • , |
|
• • ! - I |
! 0 |
|
! |
|||||
|
Iz |
! |
|
s |
i |
|
0 |
: -C,25( -C25J |
c |
H |
! |
||||
1 |
h |
! |
|
6 |
! |
|
I |
! |
0 |
І |
|
|
|
|
|
|
І |
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
i |
|
! |
|
* |
! |
0 |
: |
i |
j |
|
|
- * i |
|||
|
|
; |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h |
x 5 |
! |
1 6 |
! |
|
0 |
, |
0 |
i " S I |
|
|
|
h
0
с
I
0
0
с
с
I
с
0
0
0
I
T |
|
|
|
! " |
|
! |
|
І С |
К* С • j Ф |
|
|
||||
! |
|
- |
? |
; |
|
|
|
i |
|
|
|
i |
|
іТаблк- |
|
1: |
|
- |
~~Hь |
+ца |
i |
||
|
|
j |
|
||||
i |
|
- |
3 |
! |
|
|
|
I |
|
" |
2 |
І |
|
|
|
i |
1С,5 |
i |
|
ІТаблі:- |
|||
І-ГЛ5 |
! |
|
|||||
! |
|
|
|
; |
|
;ua |
2 |
3 |
b |
|
_(- |
|
|||
i |
35 |
|
! |
|
|
|
|
I |
|
|
|
! |
|
|
|
J |
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
7 |
|
І30 |
|
|
|
! |
|
|
|
1 |
|
jТабли |
|
|
|
3 |
|
ца |
3 |
||
1 17 |
I |
JI5 |
|
i |
|
||
1 |
|
|
y \ |
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
-L |
|
|
|
|
- |
192 |
- |
|
|
Тогда |
/ = |
+ |
Зх^ |
|
ІбХд |
+ 576 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Xj- + |
Xg |
|
5x3 |
+176 |
||
найдем |
|
|
ІбХо |
+ |
576 |
||
X3-»-oo |
|
І.ГЛ |
|
+ 176 |
|
||
|
Х?-*-'<*> 5x5 |
|
|||||
или по формуле |
(11.28): |
|
|
|
|
||
|
|
|
=3,2 |
при х 3 |
+ (SO |
T5
На рисунке (II . 6) показано графическое решение рассмотрен ного выше примера (11.30) - (11.32).
Рисунок I I . 6
-193 -
ВTt -мерном пространстве неограниченное множество решений,
удовлетворяющее |
ограничениям ( I I . 2) - ( I I . 3 ) , имеет |
несколько |
граней и ребер, |
уходящих в бесконечность. Поэтому в |
задаче дробнот- |
линейного программирования может быть несколько асимптотических
решений, |
среди |
которых оптимального плана мсает к не оказаться. |
В таком |
случае |
помогает следующая теорема. |
Теорема. Если существует хотя бы одно решение задачи, для которого значение функции цели вида ( I I . I ) больше (или меньше) асимптотического, то Б множестве решений ( І І . 2 ) - ( І І . З ) существует
V- крайняя точка с большим (или меньшим) значением функции цели.
Геометрически это означает, что в этом случае гиперплоскссть при своем повороте стала параллельной какому-то ребру нѳог-
2S-VID
|
- 194 |
- |
|
раниченного |
множества решений, |
уходящему |
в бесконечность, но еще |
не вышла из |
множества решений. |
На рисунке |
(II . 7) для двумерного |
пространства рассмотрен случай, когда начальная прямая, проходя щая через вершину В, параллельна бесконечному ребру, исходящему !'3 точки А. Однако наименьшему значению функции цели будут соот ветствовать координаты точки А.
Рассмотрим случай решения задачи в симплексных таблицах, например, на минимум. Для нахождения значения функции цели мень шего асимптотического в исследуемой таблице должен иметься другой
столбец, |
в котором |
значение |
> |
С, а среди элементов этого |
столбца |
CL ?у |
есть положительные, |
то есть столбец,в котором |
можно выбрать генеральный элемент. Будем называть такой столбец "благополучным". Найдя генеральні*. элемент в "благополучном" столб це, необходимо в первую очередь вычислить значение функции цели для новой таблицы. Если оно окажется меньше асимптотического, вы
численного по |
формуле |
(11.28), то надо осуществить полный |
переход |
к последующей |
таблице |
и обычным путем продолжать решение. |
Если |
же найденное значение функции цели окажется больше асимптотическо го, то надо вернуться к предыдущей таблице и минимальным считать асимптотический план. Такую проверку необходимо провести по всем "благополучным" столбцам, если их в таблице оказалось несколько.
Если в исследуемой таблице имеется несколько "неблагополучных" столбцов, дающих асимптотические решения, то за оптимальный прини мается план с наименьшим значением функции цели.
Аналогичный анализ проводится и при нахождении максимума функции цеди.
-195 -
§12. ПОНЯТИЕ О НЕЛИНЕЙНОМ ПРОГРАММИРОВАНИИ. ОБЩАЯ ЗАДАЧА НЕЛИНЕЙНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ.
Экстремальные задачи, |
в которых либо |
ограниченна,либо функ |
||||||||||||||||
ция цепи, либо то и другое |
одновременно нелинейны, |
называются за |
||||||||||||||||
дачами нелинейного |
программирования. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Общая задача нелинейного программирования монет быть сгіюрму- |
||||||||||||||||||
лирована как задача |
минимизации |
(или максимизации) |
функщп:(І2.І) |
|||||||||||||||
(12.1) |
|
^ (Хр х 2 , |
••• |
, |
х » |
) |
—* |
rrurt |
(или max) |
|||||||||
при условиях: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
^,(Хр |
Xg, |
. . . |
, |
х л |
) |
^ |
|
О, |
|
|
|
|||||
(12.2) |
J |
ijj(xp |
Xg, |
. . . |
j |
Хл |
) |
г. |
|
С, |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
(12.3) |
|
|
xj, ^ |
0, |
где |
|
|
j , |
= 1,2,..., п , |
|
|
|||||||
В задаче |
(І2 . І) - (І2 . 3) |
есть |
нелинейные |
(все или хотя бы одна |
||||||||||||||
из них) функции от |
п |
переменных |
Хр х 2 , |
|
|
х п |
. В |
общем |
||||||||||
случае в системе ограничений (12.2) |
могут быть неравенства и про |
|||||||||||||||||
тивоположного |
смысла, |
а также и уравнения. |
|
|
|
|
|
|||||||||||
Множество допустимых решений можно рассматривать как неко |
||||||||||||||||||
торую совокупность |
точек |
|
П -мерного |
векторного |
пространства. |
|||||||||||||
Определение |
I . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Точка X (Хр Xg, . . . |
|
, |
х п |
|
) |
называется |
внутренней |
точкой |
||||||||||
допустимой |
области, |
если |
ее |
координаты Хр х2 » |
•••> |
|
обраща |
|||||||||||
ют условия |
(12.2) |
и (12.3) |
в строгие |
неравенства. |
|
|
||||||||||||
Определение |
2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Точка X (Хр |
х 2 , . . . |
|
, |
х п |
) |
называется |
|
граничной точкой |
||||||||||
допустимой |
области, |
если |
се координаты |
(Хр х 2 , |
|
х п |
) обра |
|||||||||||
щают в строгое |
равенство |
хотя |
бы одно |
из условий (12.2) |
и (12-3). |
- 196 -
Если функция (12.I) и (12.2) непрерывно дифференцируемы,
іо мы имеем дело с классической задачей математического анализа
по отысканию экстремума нелинейной функции (12.I), переменные которой связаны системой уравнений (12.2). Эта задача по отысканию условного экстремума. Она монет быть решена методом неопре деленных множителей Лагранжа.
Однако при решении практических задач метод Лагранжа зача стую приводит к трудноразрешимым, а иногда вообще неразрешимым
системам уравнений, при этом для получения результата требуется очень трудоемкая проверка. Поэтому для решения задач типа (12.I)
(12.3) разрабатываются специальные методы математического про граммирования. Общих методов решения, позволяющих решать любые задачи нелинейного программирования, пока не создано.
Для |
того,.чтобы |
лучше понять, в чем заключаются некоторые |
|
особенности в задаче |
нелинейного программирования, |
сравним ее |
|
с задачей |
линейного |
программирования. Нам известно, |
что в задаче |
линейного программирования множество допустимых планов всегда выпуклое с конечный числом крайних точек.
Рассмотрим случай, когда в задаче нелинейного программиро вания функция цели является линейной, а система ограничений - нелинейной. Пусть допустимая область определяется ограничениями (12.4) и (12.5)
О
О
О,
(12.5) |
х т ^ 0 и Хр & 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
<1 |
|
|
|
Рис. |
12.1 |
|
|
|
|
|
|
|
И8 рисунка |
( I 2 . I ) |
видноі,чю эта область невыпуклая,іак как |
||||||||
отрезок,соединяющий любые две точки |
на гиперболе |
^ ( x j , x 2 ) = О, |
||||||||
не принадлежит |
области. В случае невыпуклости множества решений |
|||||||||
функция цели может достичь экстремума |
не в крайней |
точке, а в ка |
||||||||
кой либо |
точке граничной линии X j » * 2 |
- |
12 = 0,например в точке 8. |
|||||||
Рассмотрим |
еще один пример с ограничениями |
вида |
(12.6) |
|||||||
(12.6) |
I |
' Х 2 } |
• *І + |
V |
* |
* |
я 0 ' |
|
|
|
|
1 Яі ( х І • *2> |
* ( х Т |
- 2) |
* |
<х ? - |
2 ) 2 |
- 4 |
і |
0. |
\г ч |
! |
0 |
|
Рис. 12.2
- 198 - |
|
|
Искомое допустимое множество решений выпукло, |
но имеет бес |
|
конечное число крайних точек при |
(j,2 (*і « *2? |
= |
Возможность бесконечного числа крайних точек в допустимом множестве решений задачи нелинейного программирования исключает возможность нахождения экстремума путе««ліер'ебора крайних точек.
Рассмотрим случай, когда нелинейной является функция цели. В задаче линейного программирования экстремум функции цели обя зательно находится в некоторых (возможно в нескольких) крайних точках множества допустимых планов. В случае нелинейной функции
цели |
экстремум |
может достигаться не только на границе, но и |
||||
внутри допустимой области. |
|
|
|
|||
|
Рассмотрим пример, когда требуется найти |
|
||||
(12.7) |
^ ( х р х2 ) = 22Xj + 6х 2 + |
2X-J.X2 - Зх-j.2 - |
2х£~*тМ |
|||
при |
следующих |
ограничениях: |
|
|
|
|
|
|
|
$> <Х І" ^ * Х І " 8 |
- |
°' |
|
|
(12.8) |
|
|
|
|
|
|
|
|
^ ( X j , х2 ) = X j + х 2 - 9 — О, |
|
||
|
( 1 2 . 9 ) |
Ï J ^ О и і 2 |
І |
О, |
|
Допустимое множество решений изображено на рисунке (12.3). Как можно проверить методами математического анализа,абсолютный максимум этой функции, равный 67, достигается .в единственной точ ке С (5;4), лежащей на граничной прямой ВД. При этом точка С не является угловой. Таким образом, хотя допустимая область решения и.инѳет конечное число угловых точек.(мгогоугольник ОАБДЕ).экстре мальное значение в связи с нелинейностью функции (12.7) находит ся в ином месте границы.
-199 -
Втом случае, если третье ограничение системы (12.8)
будет иметь вид |
р ( х р Х 2 ) = |
Х І + х 2 |
" 1 1 |
- |
°' 1 0 Д 0 П У С - |
|
тимое множество решений |
представляет |
собой многоугольник ОАВ'Д'Е |
||||
и максимум функции цели |
будет |
достигаться внутри допустимой об |
||||
ласти. |
|
|
|
|
|
|
О |
8 9 |
Рис. 12.3
Уже простая иллюстрация некоторых особенностей задач нели нейного программирования издоженнаси выше примерами позволяет сделать вывод, что для решения их должны применяться новые метода.
Нелинейное программирование очень расширяет возможности постановки реальных экономических задач. В задачах оптимального планирования зачастую в качестве критериев рассматриваю* ыаксими^ зацию прибьеи, минимизацию себестоимости, минимизацию капиталь-