理论教育 运筹学方法与模型:标准型线性规划的几何特征

运筹学方法与模型:标准型线性规划的几何特征

时间:2023-11-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:对标准型线性规划(LP)解的几何特征,我们不打算进行详细的数学论述,而仅仅用类比法,给出如下结论:(1)如果可行域K≠,则K必是Rn的第一卦限中的一个凸集,K的顶点一定存在.(2)如果最优解X*存在,则最优解中至少有一个为K的一个顶点.这就给我们求解(LP)指出了一个方向:我们不必在凸集K(如果不是空集)的内部搜索(LP)的最优解,而只要对K的顶点相应的目标函数值进行比较,就一定能在K的顶点中找到

运筹学方法与模型:标准型线性规划的几何特征

对标准型线性规划(LP)解的几何特征,我们不打算进行详细的数学论述,而仅仅用类比法,给出如下结论:

(1)如果可行域K≠∅,则K必是Rn的第一卦限中的一个凸集,K的顶点一定存在.

(2)如果最优解X存在,则最优解中至少有一个为K的一个顶点.这就给我们求解(LP)指出了一个方向:我们不必在凸集K(如果不是空集)的内部搜索(LP)的最优解,而只要对K的顶点相应的目标函数值进行比较,就一定能在K的顶点中找到最优解(如果最优解存在).因此,K的顶点将是我们关心和研究的对象.下面我们来讨论如何用代数方法确定K的顶点.

由图1-1知,例1-4所给两个变量的线性规划问题(1-6)的5个顶点(x1,x2T

现在我们将问题(1-6)标准化:

该模型的可行域K为R5中第一卦限内的凸集.我们将上述5个点的坐标代入方程组:

即可解得x3,x4和x5.于是,K在R5中相应的顶点为(www.daowen.com)

我们可以发现,这5个点都有两个变量取值为零.

那么,如果没有图1-1,我们应如何确定问题(1-7)可行域的顶点的坐标呢?这个问题是不难解决的.问题(1-7)有n=5个变量、m=3个等式约束,我们可在5个变量中,任取n-m=5-3=2个变量为独立变量,并让它们取值为零,代入等式约束方程组(1-8),解出另外3个非独立变量的值,这样,我们可得下列10组解:

其中5个解就是我们上面所说的可行域K的顶点;另外5个解没有满足变量都应取非负值的约束条件,不是可行解,当然不可能是K的顶点.

推而广之,对于具有n个变量、m个独立等式约束方程的(LP)来说,它的可行域K的顶点可用如下方法来确定:

在n个变量中选取n-m个变量为独立变量(在下一节,被称为非基本变量),并对它们取值为零,再将它们代入等式约束方程组,若能唯一地求得另外m个非独立变量(在下一节,被称为基本变量)的值,而且此m个变量的值均为非负数,则这n个变量的值就是K的一个顶点的坐标.

下面我们给出相邻顶点的概念.由图1-1可知,顶点X1=(1,4)T与顶点X2=(5,0)T是R2中K的两个相邻的顶点,对于问题(1-7)来说,它们相应地成为X1=(1,4,0,8,0)T与X2=(5,0,0,4,8)T.X1是把x3和x5视为独立变量并取值为零而得到的,X2是把x2和x3视为独立变量并取值为零而得到的.可见,对这两个相邻顶点来说,取值为零的独立变量(即非基本变量)仅有一个不相同.类似地,在Rn空间中,(LP)的可行域K的两个相邻顶点各自相应的n-m个独立变量(取值为零)之间,也仅有一个不相同.

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