线性规划和匈牙利法
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最大化指派问题匈牙利算法匈牙利算法,也称为Kuhn-Munkres算法,是用于解决最大化指派问题(Maximum Bipartite Matching Problem)的经典算法。
最大化指派问题是在一个二分图中,找到一个匹配(即边的集合),使得匹配的边权重之和最大。
下面我将从多个角度全面地介绍匈牙利算法。
1. 算法原理:匈牙利算法基于增广路径的思想,通过不断寻找增广路径来逐步扩展匹配集合,直到无法找到增广路径为止。
算法的基本步骤如下:初始化,将所有顶点的标记值设为0,将匹配集合初始化为空。
寻找增广路径,从未匹配的顶点开始,依次尝试匹配与其相邻的未匹配顶点。
如果找到增广路径,则更新匹配集合;如果无法找到增广路径,则进行下一步。
修改标记值,如果无法找到增广路径,则通过修改标记值的方式,使得下次寻找增广路径时能够扩大匹配集合。
重复步骤2和步骤3,直到无法找到增广路径为止。
2. 算法优势:匈牙利算法具有以下优势:时间复杂度较低,匈牙利算法的时间复杂度为O(V^3),其中V是顶点的数量。
相比于其他解决最大化指派问题的算法,如线性规划算法,匈牙利算法具有更低的时间复杂度。
可以处理大规模问题,由于时间复杂度较低,匈牙利算法可以处理大规模的最大化指派问题,而不会因为问题规模的增加而导致计算时间大幅增加。
3. 算法应用:匈牙利算法在实际中有广泛的应用,例如:任务分配,在人力资源管理中,可以使用匈牙利算法将任务分配给员工,使得任务与员工之间的匹配最优。
项目分配,在项目管理中,可以使用匈牙利算法将项目分配给团队成员,以最大程度地提高团队成员与项目之间的匹配度。
资源调度,在物流调度中,可以使用匈牙利算法将货物分配给合适的运输车辆,使得货物与运输车辆之间的匹配最优。
4. 算法扩展:匈牙利算法也可以扩展到解决带权的最大化指派问题,即在二分图的边上赋予权重。
在这种情况下,匈牙利算法会寻找一个最优的匹配,使得匹配边的权重之和最大。
6.9.2线性规划的求解方法——匈牙利法例:某建筑公司有五个工程队,现准备去五个工地作业,由于工程队的设备、人力各不相同,五个工地的条件也各不相同,因此每个工程队在不同的工地工作所需的作业时间也不相同,设每个工程队在每个工地工作的计划时间见表 6.9.1,安排哪个工程队去哪个工地进行作业,才能使企业作业的总时间最少。
各工程队在各工地的计划工作时间匈牙利法:步骤1,在系数矩阵C ij的每行和每列中减去最小元素,使矩阵的每行和每列至少有一个零元素。
步骤2,按零元素最少的行优先进行指派。
由于零元素所对应的分配关系所消耗的时间最少,故在零元素最少的行优先选择零元素并将其用○圈起,零元素一旦选定,则说明该工程队不能再在其他工地工作、也不能再安排其他工程队,故应划掉与该零元素同行和同列的其他零元素,按此法一直到进行不下去为止。
步骤3,如果选中的零元素个数与矩阵维数相同,则选中的零元素所对应的分配关系即是最优方案;如果选取中的零元素个数小于矩阵维数,则说明有的工程队未分配工作、有的工地未安排工程队。
因此需要进行调整,调整方法的思路为:找出与未分配工作工队有冲突的工队,通过对有冲突工队工作时间的比较,找出“次快”的工作时间,使其变为零元素,再进行分配。
其方法如下:①在无○号的行标√号。
②在有√号行上的零元素所在的列标√号。
③再在标√号的列中有○号的零元素所对应的行标√。
④重复直至进行不下去为止。
⑤对无√号的行和有√号的列画直线,在直线未复盖的元素中选择最小元素。
⑥从有√号的行中减去该元素,在有√号的列上加上该元素,则得到一个新矩阵。
方法中①~④的主要目的是找出有冲突的工队,标有√标记的行,是有冲突的工队;⑤、⑥是找出有冲突的工队中第二快(次块)的工时,并使其为零。
步骤4在此新矩阵的基础上重复第二步~第四步即可得出最优解。
一线性规划图解法1.线性规划的标准形式:(1)目标函数最大;约束条件等式;决策变量非负(x≥0);资源限量非负(b≥0)。
(2)图解法两个变量系数C1、C2,斜率k=-(C1/C2)(3)图解法K≥0时,绝对值越大越靠近Y轴;K≤0时,绝对值越大越靠近Y轴。
(4)阴影区:无论斜率为正或负,小于的部分阴影区都在线的下方。
二单纯形法1.大M法(1)加入人工变量-Mx i…,M无穷大。
(2)最后将人工变量x i替换出去,且σ≤0.2.两阶段法(1)第一阶段:目标函数为max z′=−x i…,得到最终表。
(2)第二阶段:目标函数替换为原目标函数,在最终表里继续计算σ,直到都小于等于0。
3.单纯表特殊情况的解判断(1)最优解中人工变量大于0,线性规划无解。
(2)某次迭代过程,表中有一个σ>0,且该列系数向量都小于等于0,线性规划无界。
(因为比较比值大小时都是负的)。
(3)某个非基变量σ=0,无穷解。
(4)退化问题:相同的比值,选择下标大者离基。
σk相同,任选一个入基。
4.初等行变换✓某一行(列),乘以一个非零倍数。
✓某一行(列),乘以一个非零倍数,加到另一行(列)。
✓某两行(列),互换。
三单纯形法灵敏度分析1.对偶问题原问题:max z=cx对偶问题:min f=b T yAx≤b A T y≥c TX≥0 y≥0(1)原问题统一为以上标准型,再进行下一步。
(2)原问题第i个约束条件等号,对偶问题i个决策变量无约束。
(3)原问题第i个决策变量无约束,对偶问题第i个约束条件等号。
(4)原问题的对偶价格为对偶问题的最优解。
(参考习题册第7、19题)(5)对偶价格:常数项增加1单位,目标函数值改进的数量。
(6)影子价格:常数项增加1单位,目标函数值增加的数量。
2.灵敏度分析(1)目标函数变量系数C k:将C k直接代入最终表,判断σ是否小于0。
(2)约束方程常数项b:利用如下公式计算新的最终表中b值。
判断b是否非负。
项目管理匈牙利法匈牙利法是一种有效的项目管理方法,它在项目规划、实施和监控过程中提供了清晰的框架和指导。
本文将介绍匈牙利法的定义、基本原则,以及在项目管理中的应用。
一、匈牙利法的定义匈牙利法(Hungarian notation)是由计算机科学家Charles Simonyi提出的一种命名规则,它的目的是为变量、常量和函数等命名提供规范。
匈牙利法的命名特点是在变量名前面加上前缀,该前缀表示该变量的数据类型或作用。
二、匈牙利法的基本原则1. 可读性:匈牙利法的前缀可以清晰地表达变量的类型或作用,提高代码的可读性和可维护性。
2. 一致性:匈牙利法要求在整个项目中保持一致的命名规则,避免混乱和不一致的命名方式。
3. 可扩展性:匈牙利法可以通过添加前缀来扩展变量的含义和作用,便于项目的发展和维护。
三、匈牙利法在项目管理中的应用1. 项目规划阶段:在项目规划阶段,匈牙利法可以用于命名项目中的不同组成部分,如项目名称、阶段名称、任务名称等。
通过使用一致的前缀命名规则,可以清晰地表达各个组成部分的作用和类型,方便项目团队的沟通和理解。
2. 项目实施阶段:在项目实施阶段,匈牙利法可以用于命名各个变量和参数,如成本变量、进度变量、风险变量等。
通过使用匈牙利法的命名规则,可以准确地描述变量的类型和作用,便于代码的编写和维护。
3. 项目监控阶段:在项目监控阶段,匈牙利法可以用于命名各个指标和报告,如成本指标、进度指标、风险报告等。
通过使用匈牙利法的命名规则,可以清晰地表达指标和报告的类型和用途,方便项目经理和其他相关人员进行监控和评估。
四、匈牙利法的优点和注意事项1. 优点:(1)提高代码的可读性和可维护性,减少开发和维护的难度;(2)促进团队成员之间的沟通和协作,减少误解和歧义;(3)减少错误和漏洞的发生,提高项目的质量和效率。
2. 注意事项:(1)匈牙利法要求在整个项目中保持一致的命名规则,需要进行规范和培训;(2)匈牙利法只是命名规则的一种方式,需要根据具体项目的需求和特点进行调整和变化;(3)匈牙利法不是万能的,需要结合其他项目管理方法和工具进行综合应用。
二、生产任务分配的匈牙利法在实际的生产管理工作中,常会遇到这样的问题,就是如何根据生产作业汁划将不同任务在不同的工人(或班组)之间分配,使完成任务总的消耗时间或费用最小。
解决这类问题的简便而有效的方法是匈牙利法,它是由匈牙利数学家D. Konig所提出。
例有4项任务A、B、C、D,分别由甲、乙、丙、丁4个人去完成,规定每人承担其中一项任务,不同的人完成同一任务所花时间(h)不同,见表3-3,求如何分配,使完成这4项任务的总时间最小。
匈牙利法求解此问题的步骤是:1)按表3-3列出矩阵2)将矩阵作行、列约简:首先进行行约简。
在矩阵的每一行中选取最小元素,然后将该行的各元素都减去此数,得到如下新矩阵行约简是比较一名工人担任不同任务时所花的时间,各行中减去最小值后的时间表示该工人担任其它任务时,所多花费的时间,每行中的“0”表示该工人承担这项任务最有利。
然后将经过行约筒后的矩阵中没有“0”的列再进行约简,即从该列中选出最小元素,并将其它元素减去此数,得到新矩阵列约简是比较一项任务有不同工人承担所托时间,各列中减去最小值后的时间表示任务由其他工人担任时,所多花费的时间,每列中的“0”表示这项任务由该工人承担最有利。
3) 检验是否已得最优分配方案;作零的覆盖线,即对有“0”的行和列,划上一条覆盖线,能覆盖所有零元素的最少覆盖线数称为维数,当覆盖线的维数等于矩阵阶数时,可知已得最优分配方案,若维数小于阶数,再作调整。
本例可用三条覆盖线覆盖住所有零元素,维数是3,矩阵的阶数是4,维数不等于阶数,因此矩阵还必须调整。
4) 矩阵的调整。
在上述矩阵中.有三种元素,一种是无线覆盖元素,另一种是单线覆盖元素,还有一种是双线覆盖元素。
在无线覆荒元素中找出最小值,本例为“1”,将无线覆盖得元素都减去“1”,而双线覆盖的元素加上“1”,单线覆盖的元素不变。
这样得到新矩阵5) 再检验——作覆盖线,方法与步骤3相同。
现在的最少覆盖线数为4,与矩阵阶数相等,可知已能进行最优分配。
匈牙利法是一种用于求解线性规划问题的算法,其基本步骤如下:
1. 将线性规划问题转化为标准形式,即目标函数为最大化或最小化,约束条件为等式或不等式。
2. 构建一个成本矩阵,其中每行代表一个约束条件,每列代表一个变量。
3. 对成本矩阵进行行和列的减操作,使得每行和每列至少有一个零元素。
4. 选择一个零元素最少的行或列,用该行或列中的零元素覆盖其他行或列中的零元素。
5. 重复步骤 4,直到所有零元素都被覆盖。
6. 对于每个被覆盖的零元素,将其对应的变量标记为已分配。
7. 对于未被分配的变量,选择一个成本最小的变量,并将其分配给一个未被覆盖的零元素。
8. 重复步骤 7,直到所有变量都被分配。
9. 计算目标函数的值,并检查是否满足约束条件。
如果满足,则得到最优解;如果不满足,则需要重新选择分配变量。
匈牙利法是一种简单而有效的线性规划算法,但对于大规模问题可能会比较耗时。
在实际应用中,通常会使用更高效的算法来求解线性规划问题。
运筹学基本概念及判断题(含答案)第1章线性规划1.任何线性规划一定有最优解。
2.若线性规划有最优解,则一定有基本最优解。
3.线性规划可行域无界,则具有无界解。
4.在基本可行解中非基变量一定为零。
5.检验数λj表示非基变量xj增加一个单位时目标函数值的改变量。
7.可行解集非空时,则在极点上至少有一点达到最优值。
8.任何线性规划都可以化为下列标准形式:9.基本解对应的基是可行基。
10.任何线性规划总可用大M单纯形法求解。
11.任何线性规划总可用两阶段单纯形法求解。
12.若线性规划存在两个不同的最优解,则必有无穷个最优解。
13.两阶段法中第一阶段问题必有最优解。
14.两阶段法中第一阶段问题最优解中基变量全部非人工变量,则原问题有最优解。
15.人工变量一旦出基就不会再进基。
16.普通单纯形法比值规则失效说明问题无界。
17.最小比值规则是保证从一个可行基得到另一个可行基。
18.将检验数表示为的形式,则求极大值问题时基可行解是最优解的充要条件是。
19.若矩阵B为一可行基,则|B|=0。
20.当最优解中存在为零的基变量时,则线性规划具有多重最优解。
第2章线性规划的对偶理论21.原问题第i个约束是“≤”约束,则对偶变量yi≥0。
22.互为对偶问题,或者同时都有最优解,或者同时都无最优解。
23.原问题有多重解,对偶问题也有多重解。
24.对偶问题有可行解,原问题无可行解,则对偶问题具有无界解。
25.原问题无最优解,则对偶问题无可行解。
26.设X*、Y*分别是的可行解,则有(1)CX*≤Y*b;(2)CX*是w的上界(3)当X*、Y*为最优解时,CX*=Y*b;(4)当CX*=Y*b时,有 Y*Xs+Ys X*=0成立(5)X*为最优解且B是最优基时,则Y*=CBB-1是最优解;(6)松弛变量Ys的检验数是λs,则 X=-λS是基本解,若Ys是最优解,则X=-λS是最优解。
第5章运输与指派问题61.运输问题中用位势法求得的检验数不唯一。
匈牙利算法描述
摘要:
1.匈牙利算法简介
2.匈牙利算法的应用背景
3.匈牙利算法的基本思想
4.匈牙利算法的实现步骤
5.匈牙利算法的优缺点分析
6.结论
正文:
匈牙利算法是一种解决匈牙利问题的图论算法,也被称为Munkres算法。
它主要用于解决最大匹配问题和最小生成树问题。
匈牙利算法在运筹学、计算机科学、通信网络等领域具有广泛的应用背景。
匈牙利算法的基本思想是:通过不断地寻找增广路径来寻找最大匹配。
增广路径是指一条从已匹配顶点出发,到达未匹配顶点的路径。
算法的基本流程如下:
1.初始化未匹配顶点和已匹配顶点集合。
2.遍历所有未匹配顶点,找到一条增广路径。
3.将增广路径上的所有顶点标记为已匹配。
4.重复步骤2和3,直到找不到增广路径为止。
匈牙利算法的实现步骤如下:
1.初始化一个长度与顶点数相同的数组,用于记录每个顶点所在的连通分
量。
2.遍历所有边,对于每条边,如果两个顶点不在同一连通分量,则将它们合并到同一个连通分量中。
3.遍历所有顶点,如果一个顶点所在的连通分量只有一个顶点,则将其标记为已匹配。
4.重复步骤3,直到找不到未匹配顶点为止。
匈牙利算法的优缺点分析:
优点:
1.匈牙利算法的时间复杂度为O(nm),其中n和m分别为顶点数和边数。
2.匈牙利算法可以保证找到最大匹配。
缺点:
1.匈牙利算法需要额外的存储空间来记录顶点所在的连通分量。
2.匈牙利算法不能保证找到最优解,因为可能存在多个最大匹配。
匈牙利解法1. 什么是匈牙利解法匈牙利解法,又被称为马尔科夫链匈牙利算法,是一种用于求解带权二部图最优的数学算法,该算法是Hungarianmathematician D.Kőnig在1930年发表的,是组合优化领域里最著名的算法之一,引起了众多数学家重视。
2. 匈牙利解法的基本概念简单地说,匈牙利解法可以把求解最优匹配的问题转换成一个线性规划问题,根据求出的最优值,可以得出最大权重的匹配方案。
匈牙利解法的核心思想是将人和工作、机器和工序之间的捆绑情况视为一个矩阵,根据权重进行分析。
解决矩阵匹配问题的方法就是在较小的花销下找出一个最优的权重,并使用这个最优的权重来进行匹配,从而实现满足要求的任务。
3. 匈牙利解法的主要步骤(1)确定矩阵尺寸:根据需要建立一个矩阵,由需要匹配的两组元素来构成,将矩阵中的每一元素都赋有相应的能力值,并确定矩阵的尺寸。
(2)确定最小权重:对矩阵的每一行,求出其中的最小值,并从该行中减去它;同样的,求出每一列的最小值,并从该列中减去它。
(3)求出最小权重:经过上述操作后,得出的矩阵里的元素,就是权重的最小值。
(4)得出最优结果:根据得到的最小权重值,来构建一个二部图,即使用一列最小值来匹配另一列,使得总权重最小。
4. 应用匈牙利解法可以用来解决很多实际上的问题,例如以最少花费排派最多的人,把人和机器配对,最终得到一个最优的解决方案;可以用来测定一篇文章中两个语料库之间的最大重合度,以及字频排序等。
匈牙利解法也可以用于最小距离网络流等问题,所以它是一种十分灵活且有效的数学计算算法。
二、生产任务分配的匈牙利法
在实际的生产管理工作中,常会遇到这样的问题,就是如何根据生产作业汁划将不同任务在不同的工人(或班组)之间分配,使完成任务总的消耗时间或费用最小。
解决这类问题的简便而有效的方法是匈牙利法,它是由匈牙利数学家D. Konig所提出。
例有4项任务A、B、C、D,分别由甲、乙、丙、丁4个人去完成,规定每人承担其中一项任务,不同的人完成同一任务所花时间(h)不同,见表3-3,求如何分配,使完成这4项任务的总时间最小。
匈牙利法求解此问题的步骤是:
1)按表3-3列出矩阵
2)将矩阵作行、列约简:首先进行行约简。
在矩阵的每一行中选取最小元素,
然后将该行的各元素都减去此数,得到如下新矩阵
行约简是比较一名工人担任不同任务时所花的时间,各行中减去最小值后的时间表示该工人担任其它任务时,所多花费的时间,每行中的“0”表示该工人承担这项任务最有利。
然后将经过行约筒后的矩阵中没有“0”的列再进行约简,即从该列中选出最小元素,并将其它元素减去此数,得到新矩阵
列约简是比较一项任务有不同工人承担所托时间,各列中减去最小值后的时间表示任务由其他工人担任时,所多花费的时间,每列中的“0”表示这项任务由该工人承担最有利。
3) 检验是否已得最优分配方案;作零的覆盖线,即对有“0”的行和列,划上一条覆盖线,能覆盖所有零元素的最少覆盖线数称为维数,当覆盖线的维数等于矩阵阶数时,可知已得最优分配方案,若维数小于阶数,再作调整。
本例可用三条覆盖线覆盖住所有零元素,维数是3,矩阵的阶数是4,维数不等于阶数,因此矩阵还必须调整。
4) 矩阵的调整。
在上述矩阵中.有三种元素,一种是无线覆盖元素,另一种是单线覆盖元素,还有一种是双线覆盖元素。
在无线覆荒元素中找出最小值,本例为“1”,将无线覆盖得元素都减去“1”,而双线覆盖的元素加上“1”,单线覆盖的元素不变。
这样得到新矩阵
5) 再检验——作覆盖线,方法与步骤3相同。
现在的最少覆盖线数为4,与矩阵阶数相等,可知已能进行最优分配。
6) 确定最优分配方案。
进行具体分配时,可以对只有一个零元素的列(行)先分配(记√号),分配后,划去与该零元素同行(列)的其他零元素(记×号)这样依改做完各列(行),得到分配结果。
如果矩阵能通过直接观察找到位于不同行不同列的零元素,那么就可以直接确定分配方案。
最优分配方案:甲——D,乙——B,丙——A,丁——C。
总消耗工时为:Z=7+5+4+5=21 (h)。