理论教育 单纯形法在运筹学方法与模型中的应用

单纯形法在运筹学方法与模型中的应用

时间:2023-11-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:我们将单纯形法归纳如下:①选定初始基B,确定指标集IB,ID,作单纯形表T;②T中rj≥0对j∈ID是否均成立?若是,则得的一个基本最优解最优值f*=f0,算法终止.若否,则定指标t:转步骤③.③在T中yit≤0对i=1,…

单纯形法在运筹学方法与模型中的应用

我们将单纯形法归纳如下:

①选定初始基B(它对应的基本解是(LP)的一个可行解,称此基为原有可行基),确定指标集IB,ID,作单纯形表T(B);

②T(B)中rj≥0对j∈ID是否均成立?

若是,则得(LP)的一个基本最优解

最优值f=f0算法终止.

若否,则定指标t:

转步骤③.

③在T(B)中yit≤0对i=1,…,m是否均成立?

若是,则(LP)的目标函数值f在可行域内无下界,算法终止;

若否,则按最小比值准则定指标k,使

以ykt为枢轴元素进行转轴,得新的原有可行基B′及指标集IB′,ID′以及相应的单纯形表T(B′);将B′,IB′,ID′视为B,IB,ID,转步骤②.

例1-5 给出(LP)与表1-4、表1-5如下,分析表1-4与表1-5的有关信息:

表1-4

表1-5

解 (LP)中的两个等式方程已经是典型方程,所以可以非常方便地取x4与x3为初始基本变量,将相关的信息列成表1-4.将表1-4看作T(B),相应的IB={4,3},B1=4,B2=3,对应的基B为

因为r1=-2<0,所以基本可行解X0=(0,0,20,8)T不是最优解,取t=1,k=2(Bk=B2=3),x1为进基变量,xB2=x3为出基变量,y21=5为枢轴元素,在表1-4中用括号给以标出.

将表1-5看作T(B′),相应的IB′={4,1},=4,=1,对应的基为

我们当然可以通过转轴公式(1-26)至(1-29)由T(B)来得到T(B′)(利用电子计算机进行计算就是按照此方法进行的),但在进行手工计算时,我们可以直接通过消元法由T(B)来得到T(B′).

在T(B)表1-4中,将第二行除以枢轴元素y21=5,便得到表1-5的第二行;用表1-4的第一行减去表1-5的第二行乘以表1-4中的y11(值为-1),便得到表1-5的第一行;用表1-4的第三行减去表1-5的第三行乘以表1-4中的r1(值为-2),便得到表1-5的第三行.

表1-5中的检验数rj都非负,所以X=(4,0,0,12)T为最优解,最优值f=-8.

例1-6 求解下列线性规划

解 首先把它化成标准型:

执行步骤①:选取初始指标集IB={4,5,6},ID={1,2,3},这时B为单位阵,故|B|≠0,易知,关于B的基本解(0,0,0,3,6,7)T是一个可行解,其单纯形表如表1-6.

表1-6

执行步骤②:现min{rj|rj<0,j∈ID}=-4=r3,故取t=3.(www.daowen.com)

执行步骤③:现y1t=y13=3,y3t=y33=1均大于零,因而

执行步骤④,以ykt=y13=3为枢轴元素对表1-6进行转轴,得表1-7,继续迭代得表1-8.

表1-7

表1-8

由于表1-8中rj≥0对j=1,…,6均已成立,故算法终止.原规划最优解X和最优值分别为

例1-7 证明下列线性规划:

在其可行域内无下界,并给出一个可行解,有f()<-3 000.

证 现取初始指标集IB={3,4}.由于目标函数中x3及x4的系数不为零,而由约束条件可知:

于是,有初始单纯形表如表1-9.

在表1-9中,r2=-1<0,又y12=-1<0,y22=-2<0,最小比值准则失效,所以(LP)的目标函数值在可行域内无下界.

表1-9

由式(1-34)得

为使f()<-3 000,取ε=3 110,即得(LP)的一个可行解

单纯形法的产生,当年被认为是数学界的一大突破,难度也比较大,而在本节介绍的单纯形法,我们可以看到,它不过是方程组的一系列等价变换,只要应用初等数学知识就可以了.

例1-8 求解下列线性规划:

代入模型并引进松弛变量x6,x7,得到标准模型(LP),用单纯形法求得最优解:

因而,原有问题的最优解为:

最优值为f=-9.

仿照此例,如果一个线性规划问题中有k个自由变量,变换≥0)将使对应的非负变量个数加倍.我们可以用k+1个非负变量来代替k个自由变量,即令

感兴趣的读者可以用图解法来求解这道变量为自由变量的例题.

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