- •Лабораторный практикум по дисциплине «Экономико-математические модели и исследование операций»
- •Введение
- •Лабораторная работа № 1 Геометрический метод решения задачи линейного программирования
- •Условие задачи
- •Решение задачи
- •Условие задачи
- •Решение задачи
- •Исходные данные к лабораторным работам № 1, 2, 3
- •Лабораторная работа №2 Решение задачи линейного программирования симплексным методом
- •Условие задачи
- •Продолжение таблицы 1
- •Лабораторная работа № 3 Двойственные задачи линейного программирования
- •Лабораторная работа № 4 Транспортная задача
- •Варианты заданий к лабораторной работе № 4
- •Лабораторная работа № 5 Определение экстремума функции методом скорейшего спуска
- •Исходные данные для расчета
- •Лабораторная работа № 6 Разработка и анализ модели сетевого планирования и управления (спу) Основные понятия и определения
- •Содержание расчетной части
- •Вопросы для самопроверки Лабораторная работа № 1
- •Лабораторная работа № 2
- •Лабораторная работа № 3
- •Лабораторная работа № 4
- •Лабораторная работа № 5
- •Лабораторная работа № 6
- •Список использованных источников
Лабораторная работа № 3 Двойственные задачи линейного программирования
Теоретические положения
Каждой задаче линейного программирования соответствует другая задача, называемая двойственной или сопряженной по отношению к исходной. Теория двойственности используется для проведения качественных исследований задач линейного программирования.
Рассмотрим экономический смысл двойственной задачи. В качестве исходной возьмем задачу, рассмотренную в первой лабораторной работе. Предположим, что некоторая организация решила закупить ресурсы, которыми располагает фирма (см. предыдущую задачу). Необходимо определить оптимальные цены на эти ресурсы. Под оптимальными в данном случае понимают цены, приемлемые как для продавца, так и для покупателя.
Очевидно, что
покупающая организация заинтересована
в том, чтобы затраты Z
на все ресурсы
в количествах b
,
b
,…,
b
по ценам y
,
y
,
…, y
, были минимальны, т.е.
Z = b
y
+
b
y
+…+ b
y
min.
С другой стороны,
предприятие, продающее ресурсы,
заинтересовано в том, чтобы полученная
от продажи выручка была бы не менее
выручки от реализации произведенной
продукции. На изготовление единицы
продукции первого вида расходуется a
ресурса первого вида, a
ресурса второго вида, a
ресурса m-го
вида. Поэтому для удовлетворения
интересов продавца выручка то продажи
ресурсов, необходимых для производства
единицы продукции первого вида, должна
быть не меньше ее цены c
,
т.е.
a
y
+ a
y
+ … + a
y
c
.
Аналогично можно составить неравенства по другим видам продукции.
Экономико-математическая модель и содержательная интерпретация полученной таким образом двойственной задачи приведены в таблице.
Таблица 2
|
Задача I (исходная) |
Задача II (двойственная) |
|
F=c при ограничениях:
a a ……………………………………….
a и условии неотрицательности x Составить
такой план выпуска продукции
X=(x |
Z=b при ограничениях: a a ……………………………………………. a и условии неотрицательности y Найти
такой набор цен Y
= (y |
Алгоритм составления двойственной задачи.
Составить расширенную матрицу системы A
,
в которую
включить матрицу коэффициентов при
переменных системы ограничений, столбец
свободных членов системы и строку
коэффициентов при переменных в выражении
целевой функции.Найти матрицу A
,
транспонированную к матрице
A
.
3. Сформулировать
двойственную задачу на основе полученной
матрицы A
и условия неотрицательности переменных.
Пример
Используя в качестве исходной задачу линейного программирования из лабораторных работ № 1,2, составить двойственную ей задачу и решить симплексным методом.
Условие исходной задачи
Система ограничений:
x
+3x

2x
+x

x

3x
.
Дополнительные условия задачи:
x
x
Линейная функция имеет вид:
F=2x
x
max.
Составим расширенную матрицу системы
A
=
.
Найдем транспонированную матрицу
A
=
.
Сформулируем двойственную задачу
Z =18
y
+ 16
y
+5y
+ 21 y
min
при ограничениях
y
+ 2 y
+ 3 y
2,
3 y
+ y
+ y
3.
Решение
Введем дополнительные
неотрицательные переменные y
и y
со знаком
«минус», т.к. неравенства имеют вид «
».
Получим систему уравнений
y
+ 2 y
+ 3 y
- y
= 2,
3 y
+ y
+ y
- y
= 3.
Если в качестве основных переменных взять как в исходной задаче дополнительные переменные, то получим базисное решение: (0; 0; 0; 0; -2; -3). Наличие отрицательных компонент в решении свидетельствует о его недопустимости. Поэтому следует выбрать набор основных переменных, дающих допустимое решение.
I шаг
Основные переменные:
y
,
y
.
Неосновные
переменные: y
,
y
,
y
,
y
.
Выражаем основные переменные через неосновные
y
= 3 - 3 y
- y
+ y
,
y
= (2/3) – (1/3) y
- (2/3) y
+ (1/3) y
.
Первое базисное
решение Y
= (0; 0; 3;2/3; 0; 0) является
допустимым. Выражаем целевую функцию
через неосновные переменные: Z
= 18 y
+ 16 y
+ 5 y
+ 21 y
= 18 y
+ 16 y
+ 5(3 - 3
y
- y
+ y
)
+ 21((2/3) – (1/3) y
- (2/3) y
+ (1/3) y
)
= 29 - 4 y
- 3 y
+ + 7 y
+ 5 y
.
Коэффициенты
при переменных y
и y
отрицательны, что свидетельствует о
возможности дальнейшего уменьшения
значения функции Z.
На следующем шаге будем переводить
переменную y
в основные.
Для нее наибольшее возможное значение
y
= min(3/3;
2/3; 1/3) = 1, а
первое уравнение является разрешающим.
II шаг
Основные переменные:
y
,
y
.
Неосновные
переменные: y
,
y
,
y
,
y
.
После преобразований получим
y
= 1 - (1/3) y
- (1/3) y
+ (1/3) y
,
y
= 1/3 – (5/9) y
+ (1/9) y
+ (1/3) y
- (1/9) y
,
Z
= 25 – (5/3) y
+ (4/3) y
+ 7 y
+ (11/3) y
.
Переменную
y
переводим
в основные. Ее наибольшее возможное
значение y
= min(3;
3/5) = 3/5. Второе
уравнение является разрешающим, а
переменная
y
переходит в неосновные.
III шаг
Основные переменные:
y
,
y
.
Неосновные
переменные: y
,
y
,
y
,
y
.
y
=
(4/5) – (2/5)
y
+(3/5)
y
-(1/5)
y
+(2/5)
y
,
y
=(3/5)
+ (1/5)
y
-(9/5)
y
+(3/5)
y
-(1/5)
y
,
Z
= 24
+ y
+ 3
y
+ 6
y
+ 4
y
.
Базисное решение
Y
= ((4/5); (3/5); 0;
0; 0; 0) является
оптимальным, т.к. в выражении для Z
отсутствуют неосновные переменные с
отрицательными коэффициентами. Таким
образом
Y
= Y
= ((4/5);
(3/5); 0; 0; 0; 0).
Звездочка над буквой показывает, что полученное решение оптимально.
Критерий оптимальности при отыскании минимума целевой функции: если в выражении целевой функции через неосновные переменные отсутствуют отрицательные коэффициенты при переменных, то решение оптимально.

x
+c
x
+…+c
x
max
x
+a
x
…+a
x
b
,
x
a
x
+…+a
x
b
x
+a
x
+…+a
x
b

0
(j=1,2,…,l;l
n).
,x
,…,x
),
при котором выручка от реализации
продукции будет максимальна при
условии, что потребление ресурсов по
каждому виду продукции не превзойдет
имеющихся запасов.
y
+b
y
+…+
b
y
min
y
+
a
y
+…+
a
y
c
,
y
+ a
y
+…+ a
y
c
,
y
+ a
y
+…+ a
y
c
,
0
(i=1,2,…,m).
,
y
,
… , y
),
при котором
затраты
покупателя на приобретение ресурсов
минимальны, а выручка от продажи
ресурсов, идущих на производство
продукции каждого вида, будет не менее
выручки от реализации этой продукции.