Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Говар В.М. Математическое программирование учеб. пособие

.pdf
Скачиваний:
9
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
7.19 Mб
Скачать

- 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

Т

+- ЗХ2

І5х3

+ 540

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Х І +

х 2

3

+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

 

_

=

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-

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ