2.Проверка опорного плана на оптимальность.

Запишем исходную модель КТЗ в векторной форме:

(5)

(6)

(7)

Здесь - вектор условия,

G= - вектор ресурсов.

Известно, что каждой ЗЛП соответствует двойственная задача. В двойственной задаче столько же переменных, сколько ограничений в исходной, и столько же ограничений, сколько в исходной задаче переменных.

Пусть - двойственная переменная, соответствующая i-тым ограничениям (2) (потенциал пункта А_i), - двойственная переменная, соответствующая j-тому ограничению (3) (потенциал пункта В_j). Тогда вектор двойственных переменных будет иметь вид: , а сама двойственная задача запишется в виде:

(8)

(9)

В скалярной форме эта задача запишется:

(10)

(11)

Существует теорема (без доказательства):

Для оптимальности опорного плана КТЗ (1)-(4) необходимо и достаточно существование вектора двойственных переменных, компоненты которого удовлетворяют условию:

(12)

Причем , если - базисная переменная, и , если - небазисная переменная.

Т.о. из теоремы следует, что если хотя бы для одной небазисной переменной , то опорный план неоптимален и его требуется улучшить.

Т.о., для проверки опорного плана на оптимальность необходимо определить потенциалы , всех пунктов А_i и В_j. Для этого используют условие (12) для базисных переменных:

(13)

Для отыскания потенциалов , необходимо решить данную систему линейных уравнений. Уравнений в системе (13) будет (m+n-1), а кол-во неизвестных (m+n). Поэтому любой одной переменной можно придать любое значение, в том числе и нулевое. На распределительной таблице построение потенциалов производится следующим образом: полагаем для какой-либо строки i₁, содержащей базисные переменные, потенциал =0. Просматривается эта строка, и находятся базисные клетки . Для всех таких клеток из (13) можно определить потенциалы столбцов В_j :. Далее по известным потенциалам столбцов можно определить потенциалы некоторых строк. Пусть потенциал известен. Тогда просматривается столбец с номером и находятся клетки (), содержащие базисные переменные. Для всех этих клеток из (13) можно найти потенциалы строк А_i: . Продолжая этот процесс, найдутся потенциалы строк всех пунктов производства и потенциалы столбцов всех пунктов потребления.

Далее для всех клеток (i,j) содержащих небазисные переменные, вычисляются оценки . Если все , то рассматриваемый план КТЗ является оптимальным. Если хотя бы для одной клетки (k,l) справедливо , то опорный план неоптимален и необходимо перейти к лучшему опорному плану.

3.Переход к лучшему опорному плану.

Пусть рассматриваемый опорный план не оптимален. Для перехода к плану с меньшим значением целевой функции необходимо увеличить на максимально возможную величину объем перевозки в любой небазисной клетке (i,j) с . Обычно решение отыскивается быстрее, если выбрана клетка с наибольшим значением .

Пусть выбрана клетка с . Соответствующая небазисная переменная =0. Объем перевозки увеличиваем пока на неизвестную величину Q.Тогда для того, чтобы не нарушить баланс строки a, необходимо в строке a уменьшить объем перевозки некоторой базисной переменной на эту же величину Q. Но, уменьшив ее, мы нарушаем баланс столбца , который может быть восстановлен добавлением Q к некоторой базисной переменной столбца . Нарушенный баланс строки восстанавливается уменьшением на Q некоторой другой базисной переменной строки , и т.д….

Если таким образом удается прийти к уменьшению некоторой базисной переменной столбца , то действительно можно увеличить объем перевозки в клетке . Тем самым будут найдены объемы перевозок, увеличиваемые или уменьшаемые на величину Q. Если полученные клетки соединить прямыми линиями, то получается замкнутая линия, называемая циклом. Цикл обладает следующим свойством: линия начинается и кончается в небазисной клетке , остальные вершины ломаной принадлежат строкам и столбцам таблицы, на пересечении которых находятся базисные клетки, угол между двумя соседними сторонами равен 90⁰. Такой цикл всегда существует для любой небазисной клетки и он единственный.

Пусть цикл, соответствующий клетке , построен. В клетке ставится знак «+», а далее поочередно в вершинах цикла ставятся «-», «+»… Объемы перевозок, отмеченные «+», увеличиваются, а «-» – уменьшаются на величину Q=min{}. Таким образом, величина Q прибавляется ко всем объемам перевозок, отмеченных знаком «+», и вычитается от всех объемов перевозок, отмеченных знаком «-».

В результате получаем новый опорный план , в котором переменная становится новой базисной переменной, а одна из базисных переменных , значение которой стало =0, становится небазисной переменой (выводится из базиса). При этом значение целевой функции уменьшается на . Полученный новый опорный план записывается в новой распределительной таблице, и вновь проверяется на оптимальность и т.д. пока не получат оптимальный опорный план.

Примечание. Если в процессе построения начального опорного плана или в ходе решения получается вырожденный опорный план, то чтобы избежать зацикливаний, необходимо нулевым базисным переменным придать сколь угодно малое значение >0 и решить задачу как невырожденную. В оптимальном плане такой задачи необходимо считать =0.