第6章%20对偶原理及灵敏度分析
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线性规划中的对偶问题与灵敏度分析线性规划是一种优化方法,广泛应用于各个领域的决策问题。
在线性规划中,对偶问题与灵敏度分析是两个重要的概念和工具,可以帮助我们更好地理解和解决实际问题。
1. 对偶问题在线性规划中,对偶问题是指与原始问题相对应的一个问题。
它通过转换原始问题并构造一个新的问题,以便从不同的角度来解释和解决原始问题。
对偶问题能够提供原始问题的一些有用信息,并且在某些情况下,对偶问题的解与原始问题的解是相等的。
对偶问题的构造可以通过拉格朗日对偶性理论来完成。
该理论通过构造一个拉格朗日函数,将原始问题中的约束条件转化为拉格朗日乘子,从而得到对偶问题。
对偶问题的目标函数是原始问题的约束条件的线性组合。
解决对偶问题可以通过求解拉格朗日函数的最优化问题来实现。
对于线性规划问题,对偶问题的解可以通过求解一组线性方程或线性不等式来获得。
对偶问题的解不仅可以提供原始问题的一些信息,还可以用于检验原始问题的解的可行性和最优性。
2. 灵敏度分析灵敏度分析是在线性规划中评估解决方案对问题参数变化的响应程度的方法。
它可以帮助我们了解如果问题的参数发生变化,对解决方案的影响有多大,并做出相应的调整和决策。
灵敏度分析可以通过改变单个参数或多个参数来进行。
其中,常见的灵敏度分析包括目标函数系数的变化、约束条件右侧常量的变化和新增或取消约束条件。
这些变化可以用来模拟实际情况中可能发生的条件变化,以及评估解决方案的稳定性和可行性。
在进行灵敏度分析时,我们可以通过计算变动参数对解决方案的影响程度来得到一些关键指标。
例如,参数的变化导致目标函数值的变化量称为“影子价格”,而约束条件右侧常量的变化导致解决方案中相应决策变量的变化量,则称为“机会成本”。
灵敏度分析的结果可以帮助我们确定参数的重要性,判断解决方案的可行性和稳定性,以及找到最佳的决策方案。
在实际应用中,灵敏度分析可以帮助我们应对不确定性和风险,做出更加准确和可靠的决策。
习题 6 6.1 试建立下述LP问题的对偶关系表,并写出其对偶问题:(1)max z=4x1+3x2+6x3s.t.123123123123 360 22340 2260,0,0 x x xx x xx x xx x x++≤⎧⎪++≤⎪⎨++≤⎪⎪≥≥≥⎩(2)min w=60x1+10x2+20x3s.t.123123123123321210,0,0 x x xx x xx x xx x x++≥⎧⎪-+≥-⎪⎨+-≥⎪⎪≥≥≥⎩(3)min w=5x1-3x2s.t.123123123123 24221330,0,0 x x xx x xx x xx x x-+≥⎧⎪+-≥⎪⎨--≥⎪⎪≥≥≥⎩(4)max z=4x1+3x2+6x3s.t.1231231232410 253150,0,0 x x xx x xx x x++=⎧⎪++=⎨⎪≥≥≥⎩(5)min w=2x1+2x2+4x3s.t.123123123232352 3734650,0x x xx x xx x xx x++≥⎧⎪++≤⎪⎨++=⎪⎪≤≥⎩(6) min w=2x1+3x2+6x3+x4s.t.123412341234124 344721 273818 25340,0,0x x x xx x x xx x x xx x x+++=⎧⎪+++≥⎪⎨-+-≤⎪⎪≥≤≥⎩6.2 已知LP问题:min z= 5x1+6x2+3x3s.t. 12312312312312312231235535020769307241510654510200,0,0x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x ++≥⎧⎪+-≥⎪⎪+-≥⎪++≥⎪⎨+-≥⎪⎪+≥⎪-≥⎪⎪≥≥≥⎩ 试通过求解其对偶问题来确定该LP 问题的最优解。
6.3 已知LP 问题:max z= x 1+2x 2s.t.121212210,0x x x x x x -≥⎧⎪-+≥⎨⎪≥≥⎩(1)试证明它与其对偶问题均无可行解。
(2)试构造一个LP 问题,使其本身及其对偶问题均无可行解。
6.4 不用单纯形法,利用对偶性质和其它简便方法求解下述LP 问题:(1) max w=4x 1+3x 2+6x 3s.t. 1231231233330223400,0,0x x x x x x x x x ++≤⎧⎪++≤⎨⎪≥≥≥⎩(2) max z=x 1-x 2+x 3131231234230,0,0x x x x x x x x -≥⎧⎪-+≥⎨⎪≥≥≥⎩6.5 已知LP 问题:max z= 6x 1+8x 2s.t.12121252202100,0x x x x x x +≤⎧⎪+≤⎨⎪≥≥⎩(1)写出它的对偶问题。
(3)用单纯形法求解原始问题。
(5)用对偶单纯形法求解对偶问题。
(6)该问题是否满足互补松弛性?为什么?6.6用对偶单纯形法求解下述LP 问题:(1)min z= x 1+x 2s.t. 1211212245360,0x x x x x x x +≥⎧⎪≤⎪⎨+≥⎪⎪≥≥⎩ (2) min z= 3x 1+2x 2+x 3 s.t.12313231236430,0,0x x x x x x x x x x ++≤⎧⎪-≥⎪⎨-≥⎪⎪≥≥≥⎩6.7 某厂拟生产甲、乙、丙三种产品,都需要在A ,B 两种设备上加工,有关数据如下表所示:(1) 如何充分发挥设备能力,使产品总产值最大?(2) 若为了提高产量,以每台时350元租金租用外厂A 设备,问是否合算?6.8 试就6.7题解答下列问题:(1)试分别确定甲产品单位产值、B 设备供量各自的影响范围。
(2)若每月能以39万元租金租用外厂B 设备300台时,则应否租用?为什么?(3)若每月A 设备提供量减少200台时,B 设备供量增加100台时,试问最优解与影子价格有何变化?6.9 已知LP 问题max z=5x 1+2x 2+3x 3s.t. 1231123212352560,0,0x x x b x x x b x x x ++≤⎧⎪--≤⎨⎪≥≥≥⎩对于给定的常数1b 和2b ,其最优单纯形表是:其中λ1,λ2,λ3,λ4,λ5是常数。
试求: (1)b 1和b 2的值。
(2)对偶问题的最优解。
(3)λ1,λ2,λ3的值。
(4)参数c 1, c 2, c 3的影响范围。
(5)参数b 1,b 2的影响范围。
(6)参数121323,,a a a 的影响范围。
(7)参数1121,a a 的影响范围。
6.10 已知LP 问题max z=-5x 1+5x 2+13x 3s.t. 12312312332012410900,0,0x x x x x x x x x ++≤⎧⎪++≤⎨⎪≥≥≥⎩试用单纯形法求出最优解,然后分别对下述情况进行灵敏度分析:(1)分别确定参数1122,,c b a 的影响范围。
(2)参数b 1从20变为30。
(3)参数b 2从90变为70。
(4)参数c 3从13变为8。
(5)x 1的系数变为11121205c a a -⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦(6)x 2的系数变为21222625c a a ⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦ (7)增加一个约束条件2x 1+3x 2+5x 3≤50(8)把约束条件2变为10x 1+5x 2+10x 3≤1006.11 已知LP 问题max z=2x 1+7x 2-3x 3s.t. 12312312334304100,0,0x x x x x x x x x ++≤⎧⎪+-≤⎨⎪≥≥≥⎩给它引进松弛变量x 4,x 5后,用单纯形法求得其最优方程组如下:23523451235220520410z x x x x x x x x x x x +++=⎧⎪-++-=⎨⎪+-+=⎩试对下述情况分别进行灵敏度分析:(1) b 1减少20,同时b 2增加10.(2) 改变x 3的系数为31323232c a a -⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦(3) 改变x 1的系数为11121432c a a ⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦ (4)引进一个具有系数61626312c a a ⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦的新变x 6. (5) 改变目标函数为z=x 1+5x 2-2x 3.(6) 增加一个约束条件3x 1+2x 2+3x 3≤25.(7) 改变约束条件2为x 1+2x 2+2x 3≤40.(8) 改变约束条件1为2x 1+2x 2+x 3≤20,同时增加一个约束条件x 1+2x 2+x 3=20.6.12已知LP 问题max z=2x 1-x 2+x 3s.t. 12312312312332215340,0,0x x x x x x x x x x x x -+≤⎧⎪-++≤⎪⎨-+≤⎪⎪≥≥≥⎩ 给它引进松弛变量x 4,x 5 ,x 6后,用单纯形法求得其最优方程组如下: 345234535613452185324274221z x x x x x x x x x x x x x x +++=⎧⎪+++=⎪⎨++=⎪⎪+++=⎩ 试对下述情况分别进行灵敏度分析:(1) 分别确定参数13212,,,b b c a 的影响范围。
(2) 改变右端为1232042b b b ⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦ (3) 改变目标函数中x 3的系数为c 3=2.(4) 改变目标函数中x 1的系数为c 1=3.(5) 改变x 3的系数为31323334321c a a a ⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦(6)同时改变x1和x2的系数为:11121311112caaa⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥-⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦,21222322132caaa-⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥-⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦(7)改变目标函数为z=5x1+x2+3x3. (8)改变约束条件1为2x1-x2+4x3≤12. (9)增加一个约束条件2x1+x2+2x3≤60.。