Математика. Раздел Математическое программирование
.pdf
Далее для исключения получения нецелочисленного значения x12 0,75 введём дополнительные граничные условия и решим последовательно две задачи: Задачу 3 – с условиями x1 1, x2 7 и Задачу 4 – с условиями x1 1, x2 7 . Решения этих задач представлены, соответственно, на рис. 9.8 и рис. 9.9.
Рис. 9.8 Решение Задачи 3
Рис. 9.9 Решение Задачи 4
Схема решения всех этих задач приведена на рис. 9.10, а результат решения – в таблице 2
131
Рис. 9.10
|
|
|
|
|
Таблица 9.2 |
Величина |
|
|
Задача |
|
|
1 |
2 |
|
3 |
4 |
|
|
|
||||
x1 |
1 |
0,75 |
|
1 |
2 |
x2 |
7,5 |
8 |
|
7 |
5 |
F |
29,5 |
29,25 |
|
28 |
29 |
Из таблицы 2 видно, что решение Задачи 3 наиболее близкое к непрерывному по значениям переменных (см. таблицу 1), не является оптимальным. Оптимальным же является решение Задачи 4, в котором значения переменных существенно отличаются от непрерывного решения. Приведённый пример наглядно показывает, что округление оптимального решения непрерывной задачи может не обеспечить получения оптимального решения целочисленной задачи.
9.3.Контрольные вопросы
1.Какая задача называется задачей целочисленного программирова-
ния?
2.Сформулируйте алгоритм решения задачи целочисленного программирования методом Гомори.
3.Сформулируйте алгоритм решения задачи целочисленного программирования методом ветвей и границ.
4.Какие решения считаются оптимальными для задач целочисленного программирования?
132
5.Выполняются ли критерии оптимальности линейного программирования для оптимальных решений задач целочисленного программирования?
6.Как найти решение задачи целочисленного программирования средствами Excel?
9.4. Задания для самостоятельной работы заданий
Задача 1. Методом Гомори найти оптимальное решение следующих задач:
Вариант 1 |
|
|
|
|
|
|
|
Вариант 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
F x1 |
2x2 |
2x3 |
max |
F 3x1 |
x2 x3 max |
||||||||||||||||||||
3x1 5x2 x3 1 |
|
|
|
3x1 x |
2 x3 2 |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
x |
|
8 |
|
|
|
|
|
|
2x |
|
11 |
||||||||||
3x x |
2 |
3 |
|
|
|
x 2x |
2 |
3 |
|||||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
x1 2x2 x3 4 |
|
|
|
2x1 x2 x3 7 |
|||||||||||||||||||||
|
0, x j |
Z , j |
|
|
|
|
|
0, x j Z , j |
|
|
|
|
|
||||||||||||
x j |
1,3 |
|
|
x j |
1,3 |
||||||||||||||||||||
Вариант 3 |
|
|
|
|
|
|
|
Вариант 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
F x1 |
2x2 |
max |
F 2x1 |
x2 |
x3 max |
||||||||||||||||||||
x x |
2 |
13 |
|
|
|
|
|
|
|
x 2x |
2 |
x |
3 |
13 |
|||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
x x |
2 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
2x x |
2 |
x |
3 |
2 |
|||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
3x1 x2 9 |
|
|
|
|
|
|
3x1 x2 x3 4 |
||||||||||||||||||
|
0, x j |
Z , j |
|
|
|
|
|
0, x j Z , j |
|
|
|
||||||||||||||
x j |
1,2 |
|
|
x j |
1,3 |
||||||||||||||||||||
Вариант 5 |
|
|
|
|
|
|
|
Вариант 6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
F x1 |
2x2 |
2x3 |
max |
F 2x1 |
x2 |
x3 max |
|||||||||||||||||||
3x x |
2 |
x |
3 |
1 |
|
|
|
x 2x |
2 |
x |
3 |
12 |
|||||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
x 2x |
2 |
|
x |
3 |
4 |
|
|
|
x 3x |
2 |
x |
3 |
1 |
||||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
3x1 5x2 x3 3 |
|
|
|
x1 x2 2x3 5 |
|||||||||||||||||||||
|
0, x j |
Z , j |
|
|
|
|
|
0, x j Z , |
j |
|
|
|
|||||||||||||
x j |
1,3 |
|
|
x j |
1,3 |
||||||||||||||||||||
Вариант 7 |
|
|
|
|
|
|
|
Вариант 8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
F 4x1 |
2x2 3x3 max |
F 2x1 |
x2 |
x3 min |
|||||||||||||||||||||
2x1 x |
2 3x3 7 |
|
|
|
3x1 x |
2 x3 2 |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
x |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
2x |
|
11 |
|||||||||
x 2x |
2 |
|
3 |
|
|
|
x 2x |
2 |
3 |
||||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
x1 x2 2x3 4 |
|
|
|
2x1 x2 x3 7 |
|||||||||||||||||||||
|
0, x j |
Z , j |
|
|
|
0, x j Z , j |
|
|
|||||||||||||||||
x j |
1,3 |
|
x j |
1,3 |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
133
Вариант 9 |
|
|
|
|
|
Вариант 10 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
F x1 |
2x2 |
5x3 |
min |
F x1 x2 2x3 |
min |
||||||||||||||||
x 3x |
2 |
x |
3 |
6 |
|
|
x 2x |
2 |
x |
3 |
12 |
||||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
x x |
2 |
x |
3 |
11 |
|
|
x |
3x |
2 |
x |
3 |
1 |
|
|
|
||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
3x1 2x2 2x3 7 |
2x1 x2 x3 5 |
|
|
|
|||||||||||||||||
x j 0, x j Z , j |
|
|
x j 0, x j |
Z , j |
|
|
|||||||||||||||
1,3 |
|
1,3 |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Задача 2. Найти оптимальное целочисленное решение задачи методом ветвей и границ.
Вариант 1 |
|
|
|
Вариант 2 |
|
|
|
|
|
|
||||||||
F 0.32x1 x2 |
max |
F 5x1 |
18x2 max |
|||||||||||||||
2.32x1 10x2 |
49.5 |
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2x1 3x2 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
21x1 8.4x2 95 |
|
2 |
|
4 |
|
|
2 |
|
|
|
||||||||
|
|
0, x |
|
Z , j |
|
|
|
x |
x |
|
2 |
|||||||
x |
|
|
1,2 |
|
||||||||||||||
j |
j |
|
|
|
|
2 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
9 |
1 |
5 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
x j 0, |
x j Z , j |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1,2 |
||||||||||
Вариант 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вариант 4 |
|
|
|
|
|||||||||
F 4x1 4x2 |
max |
F 2x1 |
4x2 |
max |
|||||||||||||||||||
|
2 |
x1 |
1 |
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
19 |
|
|
|||||
|
|
|
|
x2 |
|
|
|
|
|
|
2x1 x2 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
3 |
|
4 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
27 |
|
|
|
|
x 3x |
|
10 |
|
|
|||||||
2x 3x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
1 |
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x j |
0, x j Z , j 1,2 |
|||||||||||
x j |
0, x j Z , j 1,2 |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
Вариант 5 |
|
|
|
|
|
Вариант 6 |
|
|
||||
F x1 4x2 max |
F 3x1 4x2 |
max |
||||||||||
|
|
|
|
19 |
|
|
|
3x1 2x |
2 8 |
|
|
|
2x1 x2 |
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
3 |
|
|
|
x1 4x2 |
|
|
||
x |
3x |
2 |
4 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
x j 0, x j Z , j 1,2 |
||||
x j 0, x j Z , j |
|
|
||||||||||
1,2 |
|
|
|
|
|
|||||||
134
Вариант 7 |
|
|
|
Вариант 8 |
|||
F x1 x2 |
max |
F 3x1 2x2 max |
|||||
2x1 x2 6 |
2x1 5x2 10 |
||||||
|
9 |
|
12 |
||||
2x1 3x2 |
5x1 2x2 |
||||||
x j 0, x j Z , j |
|
|
x j 0, x j |
Z , j |
|
|
|
1,2 |
|
1,2 |
|||||
Вариант 9 |
Вариант 10 |
||||||
F x1 4x2 max |
F 2x1 2x2 10 max |
||||||
x1 2x2 2 |
2x1 x2 5 |
||||||
|
6 |
|
9 |
||||
3x1 2x2 |
2x1 3x2 |
||||||
x j 0, x j |
Z , j |
|
|
x j 0, x j |
Z , j |
|
|
1,2 |
|
1,2 |
|||||
135
10. 10. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ ПО
«МАТЕМАТИЧЕСКОМУ ПРОГРАММИРОВАНИЮ»
1.Предмет математического программирования (МП). Классификация методов МП.
2.Задачи линейного программирования (ЗЛП): задача о наилучшем использовании ресурсов, о выборе оптимальных технологий, о смесях.
3.Обыкновенные и модифицированные жордановы исключения.
4.Решение систем линейных уравнений (СЛУ) с помощью жордановых исключений.
5.Базисные решения СЛУ.
6.Способ отыскания опорных решений СЛУ.
7.Эквивалентные преобразования СЛУ и неравенств.
8.Различные формы записи ЗЛП. Свойства решений ЗЛП.
9.Переход от общей ЗЛП к канонической, симметричной форме записи.
10.Графический способ решения ЗЛП с двумя переменными.
11.Симплекс метод. Нахождение начального опорного плана.
12.Симплекс метод. Нахождение оптимального опорного плана. Понятие о вырождении.
13.Понятие о проблеме вырождения. Зацикливание. Алгоритм симплексметода.
14.Метод искусственного базиса.
15.Построение двойственных задач к задачам симметричного и канонического видов.
16.Соответствие между переменными пары взаимно двойственных задач. Основное неравенство теории двойственности. Теоремы двойственности.
17.Экономическое содержание оптимальных планов пары двойственных задач. Двойственный симплекс-метод.
18.Теорема об оценках. Свойства двойственных оценок и их экономическое содержание.
19.Постановка и математическая модель транспортной задачи (ТЗ) по критерию стоимости в матричной форме. Теорема о существовании допустимого плана ТЗ.
20.Закрытая и открытая модели ТЗ. Теорема о ранге матрицы ТЗ. 21.Построение исходного опорного плана ТЗ. Правило «северо-
западного угла» и «минимального элемента».
22.Теорема о потенциалах. Алгоритм решения ТЗ методом потенциалов. 23.Матричные игры с нулевой суммой.
24.Чистые и смешанные стратегии и их свойства.
25.Приведение матричной игры к задаче ЛП.
26.Типовые задачи дискретного программирования (задача о рюкзаке, о назначении, задача коммивояжера).
136
27.Основные понятия теории графов.
28.Матричные способы задания графов. Упорядочение элементов орграфа. Алгоритм упорядочения вершин и дуг.
29.Потоки на сетях. Постановка задачи о максимальном потоке. 30.Разрез на сети. Теорема Форда - Фалкерсона.
31.Алгоритм решения задачи о максимальном потоке.
32.Приложения задачи о максимальном потоке.
33.Задачи целочисленного программирования. Метод Гомори.
34.Градиентные методы решения задач на безусловный экстремум.
35.Условный экстремум. Теорема Куна-Таккера.
137
11.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.П.Е. Данко, А.Г. Попов, Т.Я. Кожевникова. Высшая математика в примерах и задачах в двух частях (часть 1). –Москва, ОНИКС 21 век, Мир и Образование, 2003 год. –304 с.
2.И. Л. Калихман. Сборник задач по математическому программированию. – Москва, Высшая школа, 1975 год. –270 с.
3.А.В. Кузнецов, Н.И. Холод, Л.С. Костевич. Руководство к решению задач по математическому программированию. –Минск, Выш. Шк.,
2001 год. – 448 с.
4.Лунгу К.Н. Линейное программирование. Руководство к решению задач. Москва: ФИЗМАТЛИТ, 2005. –128 с.
5.И. Л. Акулич. Математическое программирование в примерах и задачах. – Москва, Высшая школа, 1986 год. –319 с.
6.Исследование операций в экономике. Под редакцией профессора Н.Ш. Кремера. – Москва: ЮНИТИ, 2002 год. –407 с.
7.Миненко С.Н. Экономико-математическое моделирование производственных систем: Учебное пособие для вузов. – М.: МГИУ, 2010.
–140 с.
8.Орлова И.В., Половников В.А. Экономико-математические методы и модели: компьютерное моделирование: Учебное пособие. – 3-e изд., переработанное и доп. – М.: Вузовский учебник, 2012. – 365 с.
9.Казаков О.Л., Миненко С.Н., Смирнов Г.Б. Экономикоматематическое моделирование: Учебно-методическое пособие. –
М.: МГИУ, 2009. – 136 с.
10.Сборник задач по математике для втузов. Линейная алгебра и основы математического анализа. Под редакцией А.В. Ефимова, Б.П. Демидовича. Москва, Наука, 1981 год. –368 c.
11.Сборник задач и упражнений по математике: Мат. программирование: А.В. Кузнецов, В.А. Сакович, Н.И. Холод и др.; Под общ. ред. А.В. Кузнецова, Р.А. Рутковского. – Мн.: Выш. шк, 2002. –447 с.
12.Корзников А.Д., Павлов В.В. Математическое программирование. Методические указания и задания к практическим занятиям для студентов экономических специальностей. – Минск.: БНТУ, 2009. –
33 с.
13.http: // www.miu-iv.ru/ftpgetfile.php?id=1959 .
14.Н. А. Кондратьева, Л.В. Бокуть, Н.К. Прихач. Электронный учебнометодический комплекс по учебной дисциплине «Математика» для студентов экономических специальностей второго курса обучения заочного отделения ПСФ в двух частях. Часть 2. Эл. ресурс. Библиотека БНТУ, Минск, 2016 г. БНТУ/ЭУМК-ПСФ85-285. –112 c.
138
12. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
27.01.01 (Экономика и организация производства)
Приборостроительный факультет Кафедра «Инженерная математика»
Форма получения высшего |
Форма получения высшего |
образования – дневная |
образования – заочная |
Курсы – 1,2 |
Курсы – 1,2 |
Семестры – 1,2,3,4 |
Семестры – 1,2,3,4 |
Лекции – 187 часов |
Лекции – 38 часов |
Практические занятия – 221 час |
Практические занятия – 30 часов |
Всего аудиторных часов по дисци- |
Всего аудиторных часов по дисци- |
плине – 408 часов |
плине – 68 часов |
Всего часов по дисциплине – 408 ча- |
Самостоятельная работа -686 часов |
сов |
|
Экзамены – 1,2,4 семестры |
Экзамены – 1,2,4 семестры |
Зачет-3 семестр |
Зачет-3 семестр |
139
