理论教育 割平面法:构造有效的割平面来解决整数规划问题

割平面法:构造有效的割平面来解决整数规划问题

时间:2023-07-06 理论教育 版权反馈
【摘要】:割平面法的基本思路仍然是利用解线性规划来求解整数规划。所以,割平面法的关键是在如何构造割平面。表3.1最优单纯形表图3-5割平面法(一)由表3.1可知,当前问题的最优解不满足整数要求。图3-6割平面法(二)表3.2最优单纯形表由表3.2可知,x1仍然是非整数解,根据表3.2中x1所在行可以得到整理得到即以及x1-s1≤4。

割平面法:构造有效的割平面来解决整数规划问题

割平面法的基本思路仍然是利用解线性规划来求解整数规划。其基本求解过程为:首先不考虑整数规划问题的整数要求,利用单纯形法求解,得到问题的最优解,若满足整数要求则停止;否则,在最优单纯形表的基础上,考虑整数要求,增加整数约束条件(即割平面),将可行域切割掉一部分,而且被切去的部分只包含非整数解,没有切割掉任何整数可行解。然后再利用单纯形法继续求解增加约束条件的线性规划问题,得到新解后重复上述过程,直到切割后的可行域的一个整数坐标的极点恰好是问题的最优解。所以,割平面法的关键是在如何构造割平面。

例3.2(整数规划问题的割平面法)求解如下整数规划问题:

解首先不考虑问题的整数要求,求解其对应的线性规划问题,得到表3.1所示的最优单纯形表,图3-5反映了问题的可行域与最优解情况。

表3.1 最优单纯形表

图3-5 割平面法(一)

由表3.1可知,当前问题的最优解不满足整数要求。为了反映出整数要求,我们选择当前解中非整数解的变量x2(也可选择x1)所在的行进行变化,根据最优单纯形表有

为了反映出问题的整数要求,将上述变量之间的关系式按下述要求进行变换:将系数与常数项都分解成整数和非负真分数之和,然后移项后得到

由于上式左端为两个整数的差,而等式右端为一个真分数减去某个数的差,所以存在

此约束条件即为要求变量x2为整数时,对相关变量的约束。并且有x2-3=-s1,以及x2≤3,此即为找到第一个割平面,如图3-6所示。

将上述约束条件加入前面的最优单纯形表中,并使用对偶单纯形法求解,如表3.2所示。

图3-6 割平面法(二)

表3.2 最优单纯形表

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由表3.2可知,x1仍然是非整数解,根据表3.2中x1所在行可以得到

整理得到

以及x1-s1≤4。又由于x2-3=-s1,所以x1+x2≤7,此为第二个割平面(如图3-7)。再将上式约束加到前面最优单纯形表中,利用对偶单纯形法求解,如表3.3所示。

图3-7 割平面法(三)

表3.3 最优单纯形表

由此得到该问题的最优解为

上述即为割平面求解整数规划问题过程,现总结如下:

(1)令xi是相应线性规划问题最优解中的非整数解的基变量,根据最优单纯形表可以得到

其中i∈B,B为基变量下标的集合;k∈N,N为非基变量下标的集合。

(2)将bi和aik都分解成整数部分N和非负真分数f之和,即

代入(3.4)后,得到

(4)重复上述过程,直至得到问题的整数最优解。

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