2_0
.pdf
2.ОБРАЗЦЫ РЕШЕНИЯ КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ
2.1.Составление математических моделей задач линейного про-
граммирования
2.1.1. Задача об оптимальном плане выпуска продукции. Найти оп-
тимальное распределение пашни под посев трёх культур: капусты, картофеля и люпина при условии, что в хозяйстве имеется 720 га пашни, 9 тыс.тонн ор- ганических удобрений, количество чел./дней труда составляет 50 тыс.
Затраты ресурсов и выход валовой продукции в денежном выражении в расчёте на 1га указанных культур приведены в табл.1.1.
Таблица 2.1. Исходные данные задачи 2.1.1
Показатель |
|
Культура |
|
|
Капуста |
Картофель |
Люпин |
||
|
||||
Затраты органических удобрений, т |
15 |
12 |
9 |
|
Затраты труда, чел./ дней |
40 |
25 |
5 |
|
Выход валовой продукции, грн./ га |
20 000 |
18 000 |
8 000 |
Требуется определить посевов культур, максимизирующий валовую продукцию в денежном выражении при условии, что площадь, занимаемая люпином, должна быть не менее 100 га.
Решение. Математическая модель задачи линейного программирова- ния (ЗЛП) составляется путем экономического анализа по следующей схеме:
1)вводят переменные;
2)формируют целевую функцию;
3)формируют ограничения;
4)налагают условия неотрицательности переменных (или указывают интервалы изменения переменных).
Ограничимся составлением математической модели задачи. Обозначим через x1, x2 , x3 количество гектаров пашни, отведенное под каждую культуру
соответственно.
Целевая функция − это выражение, которое необходимо максимизиро- вать или минимизировать. В нашем случае это общий выход валовой про- дукции в денежном выражении. Валовая продукция капусты в денежном вы- ражении равна 20 000x1 грн., картофеля − 18 000x2 грн., люпина −
грн. Поэтому Z = 20 000x1 +18 000x2 + 8 000x3 .
На один гектар под капусту вносится 15 т органических удобрений, по- этому на x1 га будет внесено 15x1 т, соответственно под картофель надо вне- сти 12x2 т и под люпин − 9x3 т. Общее количество органических удобрений не превышает 9 тыс. т. Имеем первое ограничение 15x1 +12x2 + 9x3 ≤ 9 000. Аналогично по трудовым ресурсам получаем второе ограничение
10
40x |
+ 25x |
+ 5x ≤ 50 000 . |
Сумма площадей, |
отведённых под культуру, не |
||||||||
1 |
|
2 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
превышает |
729 га. |
|
|
Таким |
образом |
имеем |
третье |
ограничение |
||||
x + x |
+ x ≤ 720 . Так как под люпин отводится не менее 100 |
га, то имеем |
||||||||||
1 |
2 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
четвёртое ограничение x3 ≥ 100. |
|
|
|
|
|
|||||||
|
По условию переменные неотрицательные, т.е. xj |
≥ 0 (j = |
|
|
||||||||
|
1,3). |
|||||||||||
|
Объединяя полученные результаты, получаем математическую модель |
|||||||||||
задачи: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Z = 20 000x1 + 18 000x2 + 8 000x3 → max, |
|
|
|
||||||
|
|
|
15x |
+ 12x + 9x ≤ 9 000, |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
+ 25x2 + 5x3 ≤ 50 000, |
|
|
|
|
||||
|
|
|
40x1 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
x |
|
+ |
x + |
x ≤ 720, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
1 |
|
2 |
3 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
x3 ≥ 100, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
xj ≥ 0 (j = 1,3).
Решать такие задачи следует специальными приёмами.
Довольно просто они решаются с использованием компьютера. Реше- ние, полученное с помощью компьютера, имеет вид
x1 = 220, x2 = 400, x3 = 100 , Zmax = 12 млн. грн.
2.1.2. Задача о рационе. При составлении суточного рациона кормле- ния скота можно использовать свежее сено (не более 60 кг) и силос (не более 80 кг). Рацион должен содержат не менее 35 кормовых единиц, 1 кг белка, 100 г кальция и 80 г фосфора. В таблице приведены данные о содержании указанных питательных веществ в 1кг каждого корма и себестоимость этих кормов.
|
|
Компоненты |
|
Себестои- |
|
Корм |
Количество кор- |
Белок, г/кг |
Кальций |
Фосфор |
мость |
|
мовых единиц |
|
г/ кг |
г/ кг |
коп./ кг |
Сено |
0,4 |
40 |
1,26 |
2 |
20 |
Силос |
0,6 |
10 |
2,6 |
1 |
16 |
Определить оптимальный рацион исходя из минимума его себестоимо-
сти.
Решение. Обозначим через x1 и x2 соответственно количество сена и силоса, которое предполагается включить в рацион. Из условия непосредст- венно следуют два ограничения:
x1 ≤ 60 , x2 ≤ 80 .
11
Количество кормовых единиц, содержащихся в рационе ( x1; x2 ), можно выразить суммой: 0,4x1 + 0,6x2 . По условию эта величина не может быть меньше 35 единиц, т. е. 0,4x1 + 0,6x2 ≥ 35 . Ограничения по содержанию в ра- ционе белка, кальция и фосфора примут следующий вид: 40x1 + 10x2 ≥ 1000 ; 1,26x1 + 2,6x2 ≥ 100 ; 2x1 + x2 ≥ 80 . Естественно также, что x1 ≥ 0 и x2 ≥ 0.
В принятых обозначениях себестоимость рациона Z можно выразить в виде следующей функции: Z = 20x1 + 16x2 .
Итак, задача сводится к определению таких значений: x1 и x2 , удовле- творяющих составленным выше ограничениям, при которых линейная функ- ция Z достигает наименьшего значения, т. е. к решению задачи
Z = 20x1 + 16x2 → min,
|
0,4x1 + 0,6x2 ≥ 35, |
||
|
40x + |
10x |
≥ 1000, |
|
1 |
|
2 |
1,26x1 + 2,6x2 ≥ 100, |
|||
|
2x1 + |
x2 ≥ 80, |
|
|
|||
|
x1 |
|
≤ 60, |
|
|
x |
≤ 80, |
|
|
||
|
|
2 |
|
x1 ≥ 0, x2 ≥ 0.
2.1.3. Задача о раскрое материалов. Заготовки длиной 4 м надо разре- зать на детали длиной 1,6 м, 1,4 м, 1 м. Первых надо получить 60 шт., вторых − 50 шт., третьих − 70 шт. Количество заготовок неограниченно. Надо найти количество заготовок, которое необходимо разрезать, чтобы было минималь- ное количество отходов, и при этом получить требуемое количество деталей.
Решение. Составим схему раскроя, то есть, определим способы рас-
кроя. |
|
||
|____1,6____|____1,6____|__0,8_ |
| |
|
х1 |
|____1,6____|____1,4___|__1___| |
|
|
х2 |
|____1,6____|___1_ _|_ 1__| 0,4 | |
|
|
х3 |
|___1,4__|___1.4__|__1 |_0,2| |
|
|
х4 |
|__1.4___|__1__|__1__| 0,6_| |
|
|
х5 |
|__1__|__1__|__1_ |_1_ | |
|
|
х6 |
Рис. 1.1. Способы раскроя заготовок |
|
||
12
В данном примере существует шесть способов раскроя. Способы рас- кроя и соответствующие переменные желательно внести в таблицу
|
Размер |
|
Требуемое коли- |
|
|
|
|
|
Варианты раскроя |
|
|
|
|
Остаток |
|
||||||||||||||||||||
|
детали |
|
чество деталей |
|
|
1 |
|
|
|
2 |
|
3 |
|
|
4 |
|
5 |
|
6 |
|
|
заготовок |
|
||||||||||||
|
(м) |
|
|
|
|
(шт.) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(шт.) |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
1,6 |
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
1 |
|
1 |
|
|
0 |
|
0 |
|
|
0 |
|
|
u1 |
|
||||
|
1,4 |
|
|
|
|
|
50 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
1 |
|
0 |
|
|
2 |
|
1 |
|
|
0 |
|
|
u2 |
|
||||
|
1 |
|
|
|
|
|
70 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
1 |
|
2 |
|
|
1 |
|
2 |
|
|
4 |
|
|
u3 |
|
||||
|
Остаток материала (м) |
|
|
0,8 |
|
|
0 |
|
0,4 |
|
|
0,2 |
|
0,6 |
|
|
0 |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
Число заготовок, которые |
|
x1 |
|
x2 |
|
x3 |
|
|
|
x4 |
|
x5 |
|
x6 |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
режутся |
j − м способом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Обозначим: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Z − количество отходов (м), |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
≥ 0 (j = |
|
|
|
|
|
|
j-м спосо- |
||||||||||||||||||||||||||
|
x j |
1,6) − число заготовок (в шт.), которые режутся |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
бом, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
u |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
≥ 0 (i = 1,3) − остаток заготовок (в шт.) длиной 1,6 м, 1,4 м, 1 м соот- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ветственно. Тогда математическая модель задачи имеет вид |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Z = 0,8x |
|
+ 0 |
x |
+ 0,4x |
+ 0,2x |
+ |
0,6x + |
0 x + |
1,6u + 1,4u |
2 |
+ u |
→ min, |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
3 |
|
4 |
|
5 |
6 |
|
1 |
|
|
3 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
2x |
+ x |
+ |
|
|
x |
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
u |
|
= 60, |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
1 |
2 |
+ |
|
|
3 |
|
|
+ x |
|
|
|
1 |
|
= 50, |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
2x |
|
|
|
|
|
− u |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
4 |
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
x + |
2x + x + |
2x + 4x − |
|
|
|
|
u = 40, |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
3 |
4 |
5 |
|
6 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
j |
≥ 0 (j = 1,6), |
u |
≥ 0 (i = 1,3). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Замечание. Задача о раскрое часто формулируется иначе. Для нашего примера она имеет следующий вид.
Требуется получить максимальное количество комплектов деталей по 1,6 м, 1,4 м, и 1 м в соотношении 2:4:3 в каждом комплекте из имеющихся 150 заготовок.
Решение. Введём дополнительно ещё одну переменную x − количест- во комплектов.
Тогда математическая модель задачи примет вид:
|
|
Z = x → max, |
|
|
|
|
|
|||||
2x |
+ x |
2 |
+ x |
|
|
|
|
|
|
= 2x, |
||
|
1 |
x |
+ |
3 |
2x |
+ |
x |
|
|
|
= 4x, |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
2 |
|
|
4 |
|
5 |
|
|
|
|
|
|
x |
|
+ 2x |
+ x |
+ |
2x |
+ |
4x |
= 3x, |
|||
|
|
|
||||||||||
|
2 |
|
3 |
4 |
|
5 |
|
6 |
|
|||
|
x |
+ x |
|
+ |
x |
+ x |
+ |
x |
+ |
|
x |
= 150, |
|
1 |
2 |
|
3 |
4 |
|
5 |
|
6 |
|
||
|
|
x ≥ 0, |
|
≥ 0 |
( j = |
|
. |
|
||||
|
|
xj |
1,6) |
|
||||||||
13
2.1.4. Транспортная задача. В городе имеются три хлебозавода, кото- рые снабжаются мукой четырёх мелькомбинатов. Потребности в муке хлебо- заводами соответственно равны 30, 20, 40 т. Возможности мелькомбинатов соответственно равны 15, 20, 30, 25 т.
Стоимость перевозки 1 т муки от мелькомбинатов до хлебозавода пока- заны в таблицу:
Мелькомбинат |
|
Хлебозавод |
|
Суточная производи- |
||
№1 |
|
№2 |
|
№3 |
тельность, т |
|
|
|
|
||||
№1 |
4 |
|
2 |
|
5 |
15 |
№2 |
6 |
|
5 |
|
7 |
20 |
№3 |
2 |
|
3 |
|
2 |
30 |
№4 |
4 |
|
6 |
|
4 |
25 |
Суточная потреб- |
30 |
|
20 |
|
40 |
|
ность в муке, т |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Требуется организовать поставку муки хлебозаводам таким образом, чтобы полностью обеспечить их работой с минимальными транспортными расходами.
Решение. Проверяем наличие закрытости транспортной модели. Суточная потребность в муке равна 30+20+40=90 (т), а суточная произ-
водительность 15+20+30+25=90 (т). Так как эти величины равны между со- бой, то модель закрыта.
Составим математическую модель задачи.
Введём переменные xij ≥ 0 (i = 1,4; j = 1,3) – количество муки, которое
планируется перевозить от i-го мелькомбината к j-у хлебозаводу (например, х21 – количество муки, которое планируется перевозить от второго мельком- бината к первому хлебозаводу), Z – суммарные транспортные издержки, ко- торые надо минимизировать:
Z = 4x11 + 2x12 + 5x13 + 6x21 + 5x22 + 7x23 + 2x31 + 3x32 + 2x33 + 4x41 + 6x42 + 4x43.
С первого мелькомбината вывозится x11 + x12 + x13 т муки и так как зада- ча закрыта, то эта величина равна 15 т, что записывается в виде равенства x11 + x12 + x13 = 15. Количество привезённой муки на первый хлебозавод рав-
но x11 + x21 + x31 + x41 и оно равно 30 т, т.е. x11 + x21 + x31 + x41 = 30. Поступая аналогично по остальным мелькомбинатам и хлебозаводам, получаем мате- матическую модель задачи:
Z = 4x11 + 2x12 + 5x13 + 6x21 + 5x22 + 7x23 + 2x31 + 3x32 + 2x33 + 4x41 + 6x42 + 4x43 → min,
14
x11 + x12 + x13 ≤15, |
|
|||
x |
+ x |
+ x |
≤ 20, |
|
21 |
22 |
23 |
|
|
x |
+ x |
+ x |
≤ 30, |
|
31 |
32 |
33 |
|
|
x |
+ x |
+ x |
≤ 25, |
|
41 |
42 |
43 |
|
|
x |
+ x |
+ x |
+ x |
= 30, |
11 |
21 |
31 |
41 |
= 20, |
x |
+ x |
+ x |
+ x |
|
12 |
22 |
32 |
41 |
= 40, |
x |
+ x |
+ x |
+ x |
|
13 |
23 |
33 |
41 |
|
xij ≥ 0 (i =1,4; j =1,3).
2.1.5. Задача о назначениях. Найти оптимальное направление трёх по- грузчиков на погрузку трёх видов контейнеров, если известны производи- тельности каждого погрузчика (контейнер/день) при погрузке каждого вида контейнера, которые представлены в таблице
Контейнеры |
1 |
2 |
3 |
|
Погрузчики |
||||
|
|
|
||
1 |
40 |
30 |
10 |
|
2 |
20 |
40 |
40 |
|
3 |
30 |
45 |
35 |
Каждый погрузчик может быть направлен на погрузку только одного вида контейнеров и каждый вид контейнеров может погружаться только од- ним видом погрузчиков в связи с необходимостью переоборудовать погруз- чик под погрузку определённого вида контейнеров. Составить оптимальный план распределения погрузчиков (ограничиться составлением математиче- ской модели).
Решение. Введём переменные.
Обозначим через xij , i, j = 1,3 направление i-го погрузчика на погрузку j-го вида контейнеров. Считаем, что
1, если i-й погрузчик направляется на погрузку j-го вида контейнеров, xij = 0, если i-й погрузчик не направляется на погрузку j-го вида контейнеров.
Z − общее количество погружённых контейнеров в день. Исходные данные и xij для наглядности запишем в таблицу
|
|
Контейнеры |
1 |
2 |
3 |
Погрузчики |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
40 |
30 |
10 |
|
|
х11 |
х12 |
х13 |
|
|
|
|
|||
|
2 |
|
20 |
40 |
40 |
|
|
х21 |
х22 |
х23 |
|
|
|
|
|||
|
3 |
|
30 |
45 |
35 |
|
|
х31 |
х32 |
х33 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
15 |
|
|
Общее количество погруженных контейнеров
40x11 + 30x12 + 10x13 + 20x21 + 40x22 + 40x23 + 30x31 + 45x32 + 35x33 .
Из чисел xij в каждой строке и каждом столбце одно равно единице, а |
|||||||||
остальные − нулю. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Поэтому математическая модель задачи имеет следующий вид: |
|||||||||
Z = 40x |
+ 30x |
+10x |
+ 20x + 40x |
+ 40x |
+ 30x |
+ 45x |
+ 35x → max, |
||
11 |
12 |
13 |
21 |
22 |
|
23 |
31 |
32 |
33 |
|
|
|
x11 + x12 + x13 = 1, |
|
|
||||
|
|
|
x |
+ x |
+ x |
= 1, |
|
|
|
|
|
|
21 |
22 |
23 |
|
|
|
|
|
|
|
x |
+ x |
+ x |
= 1, |
|
|
|
|
|
|
31 |
32 |
33 |
|
|
|
|
|
|
|
x |
+ x |
+ x |
= 1, |
|
|
|
|
|
|
11 |
21 |
31 |
|
|
|
|
|
|
|
x |
+ x |
+ x |
= 1, |
|
|
|
|
|
|
12 |
22 |
32 |
|
|
|
|
|
|
|
x |
+ x |
+ x |
= 1, |
|
|
|
|
|
|
13 |
23 |
33 |
|
|
|
|
1, если i-й погрузчик направляется на погрузку j-го вида контейнеров, xij = 0, если i-й погрузчик не направляется на погрузку j-го вида контейнеров.
2.2. Решение задач линейного программирования и анализ полученного решения
Задача 2.2.1. Фима «Молот»» получила заказ на изготовление деталей двух видов из цинка, меди и олова. Запасы сырья и прибыль от реализации каждого изделия внесены в табл. 2.2.1.
Таблица 2.2.1. Исходные данные выпуска продукции задачи 2.2.1
|
|
Продукция |
Запасы |
|
Сырьё |
(расходы сырья на единицу продукции, кг) |
|||
|
|
|
|
сырья, кг |
|
P1 |
|
P2 |
|
|
|
|
||
Цинк |
0,5 |
|
1 |
100 |
Медь |
1 |
|
1 |
120 |
Олово |
3 |
|
1 |
300 |
Цена ед. продукции |
300 грн. |
|
500 грн. |
|
Количество про- |
x1 |
|
x2 |
|
дукции, ед. |
|
|
||
|
|
|
|
|
Найти план выпуска продукции, чтобы доход от её реализации был максимальный.
Решить задачу: 1) графически, 2) с помощью симплекс-метода, 3) с по- мощью «Поиска решений» в Excel, 4) составить двойственную задачу, 5) найти решение двойственной задачи, 6) определить дефицитность ресурсов,
16
7) найти интервалы устойчивости по сырью и ценам, 8) проверить целесооб- разность выпуска третьего изделия по цене 400 грн. и затратами металла 1кг, 0,5 кг и 2,5 кг соответственно.
Решение. Обозначим через х1 количество выпуска продукции первого вида, х2 – второго, Z – доход от реализации всей продукции. Тогда математи- ческая модель задачи имеет вид
Z = 300x1 + 500x2 → max, |
||||
0,5x |
+ x |
≤ 100, |
||
|
1 |
2 |
|
|
x |
+ x |
≤ 120, |
||
|
||||
|
1 |
2 |
|
|
3x |
+ x |
≤ 300, |
||
|
1 |
2 |
|
|
|
x1 ≥ 0, x2 ≥ 0. |
|||
1. Решаем задачу графически.
1) Находим область допустимых решений (ОДР). Для этого строим гра-
ничные |
|
прямые и определяем полуплоскости, |
координаты точек которых |
||||
удовлетворяют неравенствам-ограничениям. |
+ x |
|
≤ 100 . Строим прямую l |
||||
Рассмотрим первое ограничение |
0,5x |
2 |
|||||
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
0,5x + x |
2 |
= 100 как прямую в отрезках |
по двум точкам: x |
= 0 , x = 100 и |
|||
1 |
|
|
|
|
1 |
2 |
|
x2 = 0 , |
x1 = 200 . Берём произвольную точку, |
не лежащую на этой прямой, |
|||||
например О(0,0). Подставляем её координаты в первое ограничение. Если не- равенство в этой точке выполняется, то первое ограничение определяет по- луплоскость, которая содержит выбранную точку, если нет, то оно опреде- ляет полуплоскость, в которой не лежит выбранная точка. В точке О(0,0) не- равенство выполняется следующим образом: 0,5 0 + 0 ≤ 100. Поэтому первое ограничение определяет полуплоскость, расположенную ниже прямой l1 . На рис. 2.2.1 это отмечено двумя стрелками.
|
Рассмотрим второе |
ограничение |
x + x |
2 |
≤ 120 . Строим |
прямую |
l |
2 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
||
x + x |
2 |
= 120 как прямую |
в отрезках |
по двум точкам: x = 0, |
x = 120 |
и |
|||
1 |
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
x2 = 0 , x1 = 120. Берём произвольную точку, не лежащую на этой прямой, например О(0,0). Подставляем её координаты во второе ограничение. В точке О(0,0) неравенство выполняется следующим образом: 0 + 0 ≤ 120. Поэтому второе ограничение определяет полуплоскость, расположенную ниже прямой
l2 . На рис. 2.2.1 это отмечено двумя стрелками. |
|
|
|
|||||
|
Рассмотрим |
третье ограничение |
3x |
+ x ≤ 300 . |
Строим прямую l |
|||
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
3 |
3x + x = 300 по двум точкам: x |
= 0, x |
= 300 и x |
2 |
= 0 , |
x = 100. Берём про- |
|||
1 |
2 |
1 |
2 |
|
|
|
1 |
|
извольную точку, не лежащую на этой прямой, например О(0,0). Подставля- ем её координаты в третье ограничение. В точке О(0,0) неравенство выпол- няется следующим образом: 0 + 0 ≤ 300. Поэтому третье ограничение опре- деляет полуплоскость, расположенную ниже прямой l3 . На рис. 2.2.1 это от- мечено двумя стрелками.
17
x1 ≥ 0 определяет правую полуплоскость относительно оси 0х2, x2 ≥ 0 определяет верхнюю полуплоскость относительно оси 0х1.
Из условий x1 ≥ 0, x2 ≥ 0 следует, что ОДР находится в первой четверти. Выделяем ОДР − пятиугольник OABCD.
2)Строим вектор с = (с1,с2 ) = (300,500) или вектор ему коллинеарный
–направление наибольшего возрастания функции Z
|
|
= (с ,с |
|
|
∂Z |
|
∂Z |
|
|
|
|
|
) =gradZ = |
, |
. |
||||
с |
2 |
||||||||
|
|
|
|||||||
1 |
|
∂x1 |
∂x2 |
|
|||||
|
|
|
|
||||||
3)Строим прямую вектору с, желательно, чтобы она пересекала ОДР. Можно строить прямую 300x1 + 500x2 = 0 ( 3x1 + 5x2 = 0).
4)Перемещаем эту прямую в направлении вектора с, пока она станет опорной к ОДР. Опорной прямой выпуклого многоугольника называется пря- мая, которая имеет хотя бы одну общую точку с этим многоугольником и он расположен по одну сторону от нее. Перемещаемая прямая становится опор- ной в точке B.
l3 x2
300
200
c
100 |
|
|
|
|
|
B |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
A |
|
C |
|
|
|
|
|
Опорная прямая |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
ОДР |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
200 |
|
|
|
|
|
|
|
300 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l2 |
|
l1 |
||||||||
Рис. 2.2.1. Графическое решение задачи 2.2.1
18
|
l |
0,5x |
+ x |
=100, |
x |
|
= 40, |
|
|
1 |
|
1 |
2 |
|
1 |
|
|
5) |
Находим координаты точки B: l |
x |
+ x |
= 120, |
x |
2 |
= 80. |
|
|
2 |
|
1 |
2 |
|
|
|
|
6) Находим значение целевой функции в точке C (40,80) :
Z (C ) = Zmax = 300 40 + 500 80 = 52 000
Ответ. Фирма для получения максимальной прибыли 52 000 грн. долж- на изготовить 40 деталей первого вида и 80 деталей – второго.
2. Решаем задачу симплекс методом
Переходим к каноническому виду модели.
Каноническая форма ЗЛП − это форма, которая удовлетворяет трем условиям:
все ограничения « = », все переменные ( х j≥ 0),
Z → min.
Иногда третье условие пишут в виде Z → mах.
Для перехода к канонической форме добавляем в левую часть каждого ограничения дополнительную (балансовую) неотрицательную переменную, чтобы преобразовать его в равенство. Преобразовываем и целевую функцию, делая замену Z ′ = −Z . Балансовые переменные вводятся в целевую функцию с коэффициентом ноль или не пишутся.
Z′ = −Z = −300x1 − 500x2 + 0x3 + 0x4 + 0x5 → min,
0,5x |
+ x |
+ x |
|
|
= 100, |
|||
|
1 |
2 |
3 |
|
|
|
|
|
x |
+ x |
+ |
x |
= 120, |
||||
|
||||||||
|
1 |
2 |
|
4 |
|
|
|
|
3x |
+ x |
+ |
x |
= 300, |
||||
|
1 |
2 |
|
5 |
|
|
||
|
|
|
≥ 0, |
j = |
|
. |
||
|
|
xj |
1,5 |
|||||
Систему ограничений такого вида является общим решением системы уравнений. В этой системе переменные x1, x2 являются свободными, а пере- менные x3 , x4 , x5 − базисными. Базисным решением называется решение, в котором свободные переменные равны нулю. Базисное решение с неотрица- тельными компонентами называется допустимым базисным решением или планом. Симплекс-метод решения ЗЛП основывается на теореме, согласно
19
