第一章线性规划与单纯形法(运筹学教程)
- 格式:ppt
- 大小:1.68 MB
- 文档页数:177
第一章线性规划与单纯形法线性规划的英文名称为“Linear Programming”,简称LP,它是运筹学中发展最早、理论与计算方法最成熟的分支,应用十分广泛。
线性规划所研究的是:在一定条件下,合理安排人力物力等资源,使经济效果达到最好(如产量最多,利润最大,成本最小)。
简单地讲,也就是资源的最优利用问题。
这类问题是在生产管理和经营活动中经常会遇到的。
早在1823年法国数学家傅里叶(Fourier)就提出了与线性规划有关的问题。
1939年,前苏联的经济学家康托洛维奇(Канторович)发表了重要著作《生产组织与计划中的数学方法》,书中针对生产的组织、分配、上料等一系列问题,提出了线性规划的模型,并给出了“解乘数法”的求解方法。
当时这个工作未引起足够的重视。
1947年美国数学家丹捷格(Dantzig)提出了线性规划的一般数学模型和求解线性规划问题的通用方法——单纯形法(Simplex method),这标志着线性规划这一运筹学的重要分支的诞生。
此后,对线性规划的研究日渐受到关注。
1960年康托洛维奇再次发表了《最佳资源利用的经济计算》一书,受到国内外的重视,为此他获得了诺贝尔经济学奖。
此外,阿罗、萨缪尔逊、西蒙、多夫曼和胡尔威茨等一批经济学家也因在线性规划研究中的贡献而获得了诺贝尔奖。
在这批经济学家的努力下,线性规划的理论得到了不断的完善,已发展成为一门成熟的理论。
今天,它已成为一个标准的工具,被广泛地应用于工业、农业、交通运输、军事和经济等各种决策领域,为世界上许多具有相当规模的公司和商业企业节省了数千乃至数百万美元的成本。
本章首先通过几个应用实例,引出线性规划问题并建立其数学模型,介绍线性规划的一些基本概念以及简单情形下的几何解法图解法,然后介绍线性规划的基本理论,讨论它的一般求解方法单纯形法,最后,介绍运用软件WinQSB解线性规划问题。
第一节线性规划问题的数学模型一、线性规划问题的实例在生产管理和经营活动中,通常需要对“有限的资源”寻求“最佳”的利用或分配方案。
第一章线性规划及单纯形法6.6单纯形法小结Drawingontheexampl,thetwoaxisinterceptsareplotted.2、求初始基可行解并进行最优性检验Cj比值CBXBb 检验数?jx1x2x3x4x53500081010012020103634001x3x4x5000035000令非基变量x1=0,x2=0,找到一个初始基可行解:x1=0,x2=0,x3=8,x4=12,x5=36,σj>0,此解不是最优(因为z=3x1+5x2+0x3+0x4+0x5)即X0=(0,0,8,12,36)T,此时利润Z=03、寻找另一基可行解Cj比值CBXBb检验数?jx1x2x3x4x53500081010012020103634001x3x4x5000035000-12/2=636/4=9主元首先确定入基变量再确定出基变量检验数?j81010060101/2012300-21x3x2x5050-30300-5/20Cj比值CBXBb检验数?jx1x2x3x4x53500081010012020103634001x3x4x5000035000-12/2=636/4=9令x1=0,x4=0,得x2=6,x3=8,x5=12,即得基可行解X1=(0,6,8,0,12)T此时Z=30σ1=3>0,此解不是最优迭代4、寻找下一基可行解Cj比值CBXBb检验数?jx1x2x3x4x53500081010060101/2012300-21x3x2x5050-30300-5/208-4检验数?j40012/3-1/360101/204100-2/31/3x3x2x1053-42000-1/2-1令x4=0,x5=0,得x1=4,x2=6,x3=4,即X0=(4,6,4,0,0)T?j<0最优解:X=(4,6,4,0,0)T最优值:Z=42小结:单纯形表格法的计算步骤①将线性规划问题化成标准型。
②找出或构造一个m阶单位矩阵作为初始可行基,建立初始单纯形表。
第一章线性规划与单纯形法1.线性规划问题的数学模型(1)一般形式(2)标准型式]2.数学模型化为标准型(1)若目标函数实现最小化,则min z=-max z'(令z'=-z)(2)若约束方程为不等式,则若约束方程为“≤”不等式左端+松驰变量(≥0)=右端若约束方程为“≥”不等式左端-剩余变量(≥0)=右端(3)若存在取值无约束的变量x k(1≤k≤咒),则在标准型中x k=x'k-x"k(其中x k=x',x"k≥0)3.线性规划的解线性规划问题:(1)可行解:满足约束条件②和③的解X=(x1,x2,…,x n)T。
(2)最优解:使目标函数①达到最大值的可行解。
(3)基:设A为约束方程组②的m×n阶系数矩阵,设n>m,其秩为m,B 为矩阵A中的一个m×m阶的满秩子矩阵,则称B为线性规划问题的一个基。
不失一般性,设B中每一个列向量P j(j=1,2,…,m)称为基向量,与基向量PJ对应的变量x j称为基变量。
除基变量以外的变量为非基变量。
(4)基本解:在约束方程组②中,令所有非基变量x m+1=x m+2=…=x n=0,此时方程组②有唯一解X B=(x1,x2,…,x m)T,将此解加上非基变量取0的值有X=(x1,x2,…,x m,0,0…,0)T,称X为线性规划问题的基本解。
(5)基本可行解:满足非负条件③的基本解。
(6)可行基:对应于基本可行解的基。
4.初始基可行解的确定(1)直接从A中观察到存在一个初始可行基。
(2)对所有约束条件是“≤”形式的不等式,可利用化为标准型的方法,在每个约束条件左端加上一个松弛变量,这m个松弛变量就构成一个基变量,则对应的m个向量组成的单位矩阵B就是线性规划问题的一个可行基。
(3)对所有约束条件是“≥”形式的不等式以及等式约束情况,采用人造基的方法。
即对不等式约束的左端减去一个非负的剩余变量后,再加上一个非负的人工变量;对于等式约束的左端再加上一个非负的人工变量。
第一章、 线性规划和单纯形法1.1 线性规划的概念一、线性规划问题的导出1.(引例) 配比问题——用浓度为45%和92%的硫酸配置100t 浓度为80%的硫酸。
取45%和92%的硫酸分别为x1和x2t,则有: 求解二元一次方程组得解。
目的相同,但有5种不同浓度的硫酸可选(30%,45%,73%,85%,92%)会出现什么情况?设取这5种硫酸分别为 x1、x2、x3、x4、x5 t, 则有: ⎩⎨⎧⨯=++++=++++1008.092.085.073.045.03.01005432154321x x x x x x x x x x 请问有多少种配比方案?为什么?哪一种方案最好?假设5种硫酸价格分别为:400,700,1400,1900,2500元/t ,则有:2.生产计划问题如何制定生产计划,使三种产品总利润最大?考虑问题:⎩⎨⎧⨯=+=+1008.092.045.01002121x x x x ⎪⎩⎪⎨⎧=≥⨯=++++=++++++++=5,,2,1,01008.092.085.073.045.03.0100..250019001400700400543215432154321 j x x x x x x x x x x x t s x x x x x MinZ j(1)何为生产计划?(2)总利润如何描述?(3)还要考虑什么因素?(4)有什么需要注意的地方(技巧)?(5)最终得到的数学模型是什么?二、线性规划的定义和数学描述(模型)1.定义:对于求取一组变量xj (j =1,2,......,n),使之既满足线性约束条件,又使具有线性表达式的目标函数取得极大值或极小值的一类最优化问题称为线性规划问题,简称线性规划。
2.配比问题和生产计划问题的线性规划模型的特点:用一组未知变量表示要求的方案,这组未知变量称为决策变量;存在一定的限制条件,且为线性表达式;有一个目标要求(最大化,当然也可以是最小化),目标表示为未知变量的线性表达式,称之为目标函数; 对决策变量有非负要求。