我的运筹学wang线性规划与单纯形法学习教案.pptx

会计学1我的运筹学我的运筹学wang线性规划线性规划(xin xn u hu)与单纯形法与单纯形法第一页，共122页。Chapter1 线性规划线性规划(xin xn u hu)(Linear Programming)LP的数学模型(mxng)图解法单纯形法单纯形法的进一步讨论人工变量法LP模型(mxng)的应用本章主要内容：本章主要内容：第1页/共122页第二页，共122页。线性规划线性规划(xin xn u hu)问问题的数学模型题的数学模型n n1.规划(guhu)问题生产和经营管理中经常提出如何合理安排，使人力、物力(wl)等各种资源得到充分利用，获得最大的效益，这就是规划问题。线性规划通常解决下列两类问题：线性规划通常解决下列两类问题：（1）当任务或目标确定后，如何统筹兼顾，合理安排，用最少的资源（如资金、设备、原标材料、人工、时间等）去完成确定的任务或目标（2）在一定的资源条件限制下，如何组织安排生产获得最好的经济效益（如产品量最多、利润最大.）第2页/共122页第三页，共122页。线性规划线性规划(xin xn u hu)问问题的数学模型题的数学模型n n例1.1 如图所示，如何截取x使铁皮(tip)所围成的容积最大？xa第3页/共122页第四页，共122页。线性规划线性规划(xin xn u hu)问问题的数学模型题的数学模型例1.2某厂生产(shngchn)两种产品，下表给出了单位产品所需资源及单位产品利润问：应如何安排生产计划(jhu)，才能使总利润最大？解：1.决策变量：设产品I、II的产量 分别为 x1、x22.目标函数：设总利润为z，则有：maxz=2x1+x23.约束条件：5x2156x1+2x224 x1+x25 x1，x20第4页/共122页第五页，共122页。线性规划线性规划(xin xn u hu)问问题的数学模型题的数学模型例1.3已知资料如下表所示，问如何安排生产才能使利润最大？或如何考虑(kol)利润大，产品好销。设 备产 品 A B C D利润（元）2 1 4 0 2 2 2 0 4 3 有 效 台 时12 8 16 12解：1.决策变量(binling)：设产品I、II的产量分别为 x1、x22.目标函数：设总利润为z，则有：maxz=2x1+3x23.约束条件：x10,x202x1+2x212x1+2x284x1164x212第5页/共122页第六页，共122页。线性规划线性规划(xin xn u hu)问问题的数学模型题的数学模型例某厂生产三种(snzhn)药物，这些药物可以从四种不同的原料中提取。下表给出了单位原料可提取的药物量解：要求：生产(shngchn)A种药物至少160单位；B种药物恰好200单位，C种药物不超过180单位，且使原料总成本最小。1.决策变量：设四种原料的使用 量分别为：x1、x2、x3、x42.目标函数：设总成本为z min z=5 x1+6 x2+7 x3+8 x43.约束条件：x1+2x2+x3+x41602x1+4x3+2x42003x1x2+x3+2x4 180 x1、x2、x3、x40第6页/共122页第七页，共122页。例某航运局现有船只种类、数量以及计划期内各条航线的货运(huyn)量、货运(huyn)成本如下表所示：航线号航线号船队船队类型类型编队形式编队形式货运成本货运成本（千元队）（千元队）货运量货运量（千吨）（千吨）拖轮拖轮A型型驳船驳船B型型驳船驳船1112362521436202322472404142720船只种类船只种类船只数船只数拖拖 轮轮30A型驳船型驳船34B型驳船型驳船52航线号航线号合同货运量合同货运量12002400问：应如何编队，才能(cinng)既完成合同任务，又使总货运成本为最小？线性规划线性规划线性规划线性规划(xin xn u hu)(xin xn u hu)问题的数问题的数问题的数问题的数学模型学模型学模型学模型第7页/共122页第八页，共122页。解：设：xj为第j号类型船队(chun du)的队数（j=1，2，3，4），z 为总货运成本则：minz=36x1+36x2+72x3+27x4x1+x2+2x3+x4302x1+2x3344x2+4x3+4x45225x1+20 x220040 x3+20 x4400 xj0（j=1,2,3,4）线性规划线性规划线性规划线性规划(xin xn u hu)(xin xn u hu)问题的数学问题的数学问题的数学问题的数学模型模型模型模型第8页/共122页第九页，共122页。线性规划线性规划(xin xn u hu)问问题的数学模型题的数学模型2.2.线性规划的数学模型由三个要素线性规划的数学模型由三个要素(yo s)(yo s)构成构成决策变量决策变量DecisionvariablesDecisionvariables目标目标(mbio)(mbio)函数函数ObjectivefunctionObjectivefunction约束条件约束条件ConstraintsConstraints其特征是：其特征是：（1 1）问题的目标函数是多个决策变量的）问题的目标函数是多个决策变量的线性线性函数，通常函数，通常是求最大值或最小值；是求最大值或最小值；（2 2）问题的约束条件是一组多个决策变量的）问题的约束条件是一组多个决策变量的线性线性不等式或不等式或等式。等式。怎样辨别一个模型是线性规划模型？怎样辨别一个模型是线性规划模型？第9页/共122页第十页，共122页。线性规划线性规划(xin xn u hu)问问题的数学模型题的数学模型3.3.建模条件建模条件(tiojin)(tiojin)(1)(1)优化条件：问题所要达到的目标能用线型函数优化条件：问题所要达到的目标能用线型函数优化条件：问题所要达到的目标能用线型函数优化条件：问题所要达到的目标能用线型函数(hnsh)(hnsh)描述，且描述，且描述，且描述，且能够用极值能够用极值能够用极值能够用极值 （max max 或或或或 min min）来表示；）来表示；）来表示；）来表示；(2)(2)限定条件限定条件限定条件限定条件：达到目标受到一定的限制，且这些限制能够用决：达到目标受到一定的限制，且这些限制能够用决：达到目标受到一定的限制，且这些限制能够用决：达到目标受到一定的限制，且这些限制能够用决策变量的策变量的策变量的策变量的 线性等式或线性不等式表示；线性等式或线性不等式表示；线性等式或线性不等式表示；线性等式或线性不等式表示；(3)(3)选择条件选择条件选择条件选择条件：有多种可选择的方案供决策者选择，以便找：有多种可选择的方案供决策者选择，以便找：有多种可选择的方案供决策者选择，以便找：有多种可选择的方案供决策者选择，以便找出最优方案。出最优方案。出最优方案。出最优方案。第10页/共122页第十一页，共122页。线性规划线性规划(xin xn u hu)问问题的数学模型题的数学模型4.4.建模步骤建模步骤(bzhu)(bzhu)(1)(1)确定决策变量：即需要我们作出决策或选择确定决策变量：即需要我们作出决策或选择确定决策变量：即需要我们作出决策或选择确定决策变量：即需要我们作出决策或选择(xunz)(xunz)的量。一般情的量。一般情的量。一般情的量。一般情况下，题目问什么就设什么为决策变量；况下，题目问什么就设什么为决策变量；况下，题目问什么就设什么为决策变量；况下，题目问什么就设什么为决策变量；(2)(2)找出所有限定条件找出所有限定条件找出所有限定条件找出所有限定条件：即决策变量受到的所有的约束；：即决策变量受到的所有的约束；：即决策变量受到的所有的约束；：即决策变量受到的所有的约束；(3)(3)写出目标函数写出目标函数写出目标函数写出目标函数：即问题所要达到的目标，并明确是：即问题所要达到的目标，并明确是：即问题所要达到的目标，并明确是：即问题所要达到的目标，并明确是max max 还是还是还是还是 minmin。第11页/共122页第十二页，共122页。线性规划线性规划(xin xn u hu)问问题的数学模型题的数学模型目标目标(mbio)(mbio)函函数：数：约束条件：约束条件：5.5.线性规划线性规划(xin xn u hu)(xin xn u hu)数学模型的一数学模型的一般形式般形式简写为：第12页/共122页第十三页，共122页。线性规划线性规划(xin xn u hu)问问题的数学模型题的数学模型向量向量(xingling)(xingling)形式：形式：其中(qzhng)：第13页/共122页第十四页，共122页。线性规划线性规划(xin xn u hu)问问题的数学模型题的数学模型矩阵矩阵(jzhn)(jzhn)形式：形式：其中(qzhng)：第14页/共122页第十五页，共122页。线性规划线性规划(xin xn u hu)问问题的数学模型题的数学模型n n6.线性规划问题的标准(biozhn)形式特点：(1)目标函数求最大值（有时求最小值）(2)约束条件都为等式方程，且右端常数(chngsh)项bi都大于或等于零(3)决策变量xj为非负。第15页/共122页第十六页，共122页。线性规划线性规划(xin xn u hu)问问题的数学模型题的数学模型（2 2）如何）如何(rh)(rh)化标准化标准形式形式 目标(mbio)函数的转换 如果是求极小值即 ，则可将目标函数乘以(-1)，可化为求极大值问题。也就是：令 ，可得到上式。即 若存在取值无约束的变量 ，可令 其中：变量的变换第16页/共122页第十七页，共122页。线性规划线性规划(xin xn u hu)问问题的数学模型题的数学模型 约束方程的转换(zhunhun)：由不等式转换(zhunhun)为等式。称为松弛(snch)变量称为剩余变量 常量 bi0 的变换:约束方程两边乘以（1）第17页/共122页第十八页，共122页。线性规划线性规划(xin xn u hu)问问题的数学模型题的数学模型例将下列线性规划问题化为标准(biozhn)形式用 替换(t hun)，且 解:（）因为x3无符号要求，即x3取正值也可取负值，标准型中要求变量非负，所以第18页/共122页第十九页，共122页。线性规划线性规划(xin xn u hu)问问题的数学模型题的数学模型(2)第一个约束条件是“”号，在“”左端加入(jir)松驰变量x4，x40,化为等式；(3)第二个约束条件是“”号，在“”左端减去剩余变量x5，x50；(4)第3个约束方程右端常数项为-5，方程两边同乘以(-1),将右端常数项化为正数；(5)目标函数是最小值，为了化为求最大值，令z=-z,得到maxz=-z，即当z达到最小值时z达到最大值，反之亦然;第19页/共122页第二十页，共122页。线性规划线性规划(xin xn u hu)问问题的数学模型题的数学模型标准(biozhn)形式如下：第20页/共122页第二十一页，共122页。例1.7将下列(xili)线性规划问题化为标准形式为无约束（无非(wfi)负限制）线性规划线性规划线性规划线性规划(xin xn u hu)(xin xn u hu)问题的数问题的数问题的数问题的数学模型学模型学模型学模型第21页/共122页第二十二页，共122页。解:用 替换(t hun)，且 ，将第3个约束方程两边(lingbin)乘以（1）将极小值问题(wnt)反号，变为求极大值标准形式如下：引入变量线性规划问题的数学模型线性规划问题的数学模型线性规划问题的数学模型线性规划问题的数学模型第22页/共122页第二十三页，共122页。例1.8将线性规划(xinxnuhu)问题化为标准型解：线性规划线性规划线性规划线性规划(xin xn u hu)(xin xn u hu)问题的数学问题的数学问题的数学问题的数学模型模型模型模型第23页/共122页第二十四页，共122页。例1.9将线性规划(xinxnuhu)问题化为标准型解：Minf=-3x1+5x2+8x3-7x4s.t.2x1-3x2+5x3+6x4284x1+2x2+3x3-9x4396x2+2x3+3x4-58x1,x3 ,x40；x2无约束 Maxz=3x15x2+5x2”8x3+7x4s.t.2x13x2+3x2”+5x3+6x4+x5=284x1+2x2-2x2”+3x3-9x4-x6=39-6x2+6x2”-2x3-3x4-x7=58x1,x2,x2”,x3,x4,x5,x6,x70线性规划线性规划线性规划线性规划(xin xn u hu)(xin xn u hu)问题的数学模问题的数学模问题的数学模问题的数学模型型型型第24页/共122页第二十五页，共122页。线性规划线性规划(xin xn u hu)问问题的数学模型题的数学模型7.7.7.7.线性规划线性规划线性规划线性规划(xin xn(xin xn(xin xn(xin xn u hu)u hu)u hu)u hu)问题的解问题的解问题的解问题的解线性规划(xinxnuhu)问题求解线性规划问题，就是从满足约束条件(2)、(3)的方程组中找出一个解，使目标函数(1)达到最大值。为价值系数，为技术系数第25页/共122页第二十六页，共122页。线性规划线性规划(xin xn u hu)问问题的数学模型题的数学模型 可行解：满足(mnz)约束条件、的解为可行解。所有可行解的集合为可行域。最优解：使目标函数达到最大值的可行解。基：设A为约束条件的mn阶系数矩阵(m04010换出行(chxng)将3化为15/311801/301/31011/3303005/304/3乘以1/3后得到103/51/518011/52/540011第57页/共122页第五十八页，共122页。单纯形法的计算单纯形法的计算(j sun)步骤步骤n n例 用单纯形法求解(qi ji)解：将数学模型化为标准(biozhn)形式：不难看出x4、x5可作为初始基变量，列单纯形表计算。第58页/共122页第五十九页，共122页。单纯形法的计算单纯形法的计算(j sun)步骤步骤cj12100icB基变量bx1x2x3x4x50 x4152-32100 x5201/31501121000 x42x220 x x2 221/3150120753017131/309022560 x x1 111017/31/31250128/9-1/92/335/300-98/9-1/9-7/3第59页/共122页第六十页，共122页。变成标准型单纯形法的计算单纯形法的计算(j sun)步骤步骤n n例 用单纯形法求解(qi ji)第60页/共122页第六十一页，共122页。约束方程的系数(xsh)矩阵 为基变量(binling)为非基变量(binling)I 为单位矩阵且线性独立单纯形法的计算步骤单纯形法的计算步骤单纯形法的计算步骤单纯形法的计算步骤第61页/共122页第六十二页，共122页。第62页/共122页第六十三页，共122页。第63页/共122页第六十四页，共122页。第64页/共122页第六十五页，共122页。n判断现行的基本(jbn)可行解是否最优 假如已求得一个(y)基本可行解将这一基本可行解代入目标(mbio)函数，可求得相应的目标(mbio)函数值其中分别表示基变量和非基变量所对应的价值系数子向量。单纯形法的矩阵初等行变换实质单纯形法的矩阵初等行变换实质第65页/共122页第六十六页，共122页。要判定是否已经达到最大值，只需将代入目标函数(hnsh)，使目标函数(hnsh)用非基变量表示，即：其中(qzhng)称为非基变量N的检验向量，它的各个分量称为检验数。若N的每一个检验数均小于等于0，即N0，那么现在的基本可行解就是最优解。第66页/共122页第六十七页，共122页。定理1 最优解判别定理 对于线性规划问题若某个基本可行(kxng)解所对应的检验向量，则这个基本可行(kxng)解就是最优解。定理2 无穷多最优解判别定理 若是一个基本可行解，所对应的检验向量，其中存在(cnzi)一个检验数m+k=0，则线性规划问题有无穷多最优解。第67页/共122页第六十八页，共122页。例用单纯形方法求解线性规划问题解：本题的目标函数是求极小化的线性函数，可以令则这两个线性规划问题具有相同的可行域和最优解，只是目标函数相差一个符号(fho)而已。第68页/共122页第六十九页，共122页。010103x220012-12x30-010103x224/1101004x303/1010103x40_101004x300000-18Z100-212x11100-206Z2/1100-212x50120000Z8/2120018x50 x1x2x3x4x5bXBCB12000C最优解最优值2/23/1-第69页/共122页第七十页，共122页。因为非基变量(binling)x4的检验数4=0，由无穷多最优解判别定理，本例的线性规划问题存在无穷多最优解。事实上若以x4为换入变量(binling)，以x3为换出变量(binling)，再进行一次迭代，可得以下单纯形表：最优解 最优值最优解的一般(ybn)表示式C 1 2 0 0 0CBXBb x1 x2 x3 x4 x5021x4x2x1124 0 0 1/2 1 -1/2 0 1 -1/2 0 1/2 1 0 1 0 0Z8 0 0 0 0 -1第70页/共122页第七十一页，共122页。对于极小化的线性规划问题的处理：先化为标准型，即将极小化问题变换为极大化问题，然后利用单纯形方法求解直接利用单纯形方法求解，但是检验是否最优的准则有所不同，即：若某个基本可行解的所有(suyu)非基变量对应的检验数 （而不是），则基本可行解为最优解否则采用最大减少原则（而非最大增加原则）来确定换入变量，即：若则选取对应的非基变量xm+k为换入变量确定了换入变量以后，换出变量仍采用最小比值原则来确定。第71页/共122页第七十二页，共122页。单纯形法的计算单纯形法的计算(j sun)步骤步骤学习要点：1.线性规划(xinxnuhu)解的概念以及3个基本定理2.熟练掌握线性规划(xinxnuhu)问题的标准化3.熟练掌握单纯形法的解题思路及求解步骤第72页/共122页第七十三页，共122页。单纯形法的进一步讨论人工单纯形法的进一步讨论人工(rngng)变量法变量法n n人工(rngng)变量法：n n前面讨论了在标准型中系数矩阵有单位矩阵，很容易确定一组基可行解。在实际问题中有些模型并不含有单位矩阵，为了得到一组基向量和初基可行解，在约束条件的等式左端加一组虚拟变量，得到一组基变量。这种人为加的变量称为人工(rngng)变量，构成的可行基称为人工(rngng)基，用大M法或两阶段法求解，这种用人工(rngng)变量作桥梁的求解方法称为人工(rngng)变量法。第73页/共122页第七十四页，共122页。单纯形法的进一步讨论单纯形法的进一步讨论(toln)人工变量法人工变量法n n例 用大M法解下列(xili)线性规划解：首先将数学模型化为标准(biozhn)形式系数矩阵中不存在单位矩阵，无法建立初始单纯形表。第74页/共122页第七十五页，共122页。单纯形法的进一步讨论单纯形法的进一步讨论(toln)人工变量法人工变量法n n故人为添加两个单位向量，得到人工(rngng)变量单纯形法数学模型：其中：M是一个很大的抽象的数，不需要(xyo)给出具体的数值，可以理解为它能大于给定的任何一个确定数值；再用前面介绍的单纯形法求解该模型，计算结果见下表。第75页/共122页第七十六页，共122页。单纯形法的进一步讨论人工单纯形法的进一步讨论人工(rngng)变量法变量法cj32-100-M-MCBXBbx1x2x3x4x5x6x7i-Mx64-431-101040 x5101-1201005-Mx712-21000113-2M2+M-1+2M-M-Mx63-650-1013/50 x58-3300108/3-1x312-210005-6M5M0-M002x23/56/5101/500 x531/53/5003/5131/3-1x311/52/5012/505 00002x213010123x131/310015/3-1x319/300102/3000-5-25/3第76页/共122页第七十七页，共122页。单纯形法的进一步讨论人工单纯形法的进一步讨论人工(rngng)变量法变量法n n例 用大M法解下列(xili)线性规划解：首先将数学模型化为标准(biozhn)形式系数矩阵中不存在单位矩阵，无法建立初始单纯形表。第77页/共122页第七十八页，共122页。单纯形法的进一步讨论人工单纯形法的进一步讨论人工(rngng)变量法变量法n n故人为添加(tin ji)两个单位向量，得到人工变量单纯形法数学模型：其中(qzhng)：M是一个很大的抽象的数，不需要给出具体的数值，可以理解为它能大于给定的任何一个确定数值；再用前面介绍的单纯形法求解该模型，计算结果见下表。第78页/共122页第七十九页，共122页。单纯形法的进一步讨论人工单纯形法的进一步讨论人工(rngng)变量法变量法Cj3-1-100-M-MCBXBbx1x2x3x4x5x6x70 x4111-21100011-Mx63-4120-1103/2-Mx71-20100011Z-4M3-6M-1+M-1+3M0-M000 x4103-20100-1-Mx610100-11-21-1x31-2010001Z-M-11-1+M00-M0-3M+1第79页/共122页第八十页，共122页。单纯形法的进一步讨论单纯形法的进一步讨论(toln)人工变量法人工变量法Cj3-1-100-M-MCBXBbx1x2x3x4x5x6x70 x4123001-22-54-1x210100-11-2-1x31-2010001Z-21000-1-M+1-M-13x141001/3-2/32/3-5/3-1x210100-11-2-1x390012/3-4/34/3-7/3Z2000-1/3-1/3-M+1/3-M+2/3第80页/共122页第八十一页，共122页。单纯形法的进一步讨论单纯形法的进一步讨论(toln)两阶段法两阶段法 用计算机处理数据时，只能用很大的数代替M,可能造成计算机上的错误(cuw)，故多采用两阶段法。第一阶段：在原线性规划问题(wnt)中加入人工变量，构造如下模型：对上述模型求解（单纯形法），若=0,说明问题存在基可行解，可以进行第二个阶段；否则，原问题无可行解，停止运算。第81页/共122页第八十二页，共122页。单纯形法的进一步讨论单纯形法的进一步讨论(toln)两阶段法两阶段法第一阶段的线性规划(xinxnuhu)问题可写为：第一阶段单纯形法迭代的过程见下表（注意：没有(miyu)化为极大化问题）第82页/共122页第八十三页，共122页。单纯形法的进一步讨论单纯形法的进一步讨论(toln)两阶段法两阶段法Cj0000011CBXBbx1x2x3x4x5x6x70 x4111-211000111x63-4120-1103/21x71-2010001146-1-301000 x4103-20100-11x610100-11-210 x31-201000110-1001030 x4123001-22-50 x210100-11-20 x31-201000000000011第83页/共122页第八十四页，共122页。单纯形法的进一步讨论单纯形法的进一步讨论(toln)两阶段法两阶段法第二阶段：在第一阶段的最终表中，去掉人工变量(binling)，将目标函数的系数换成原问题的目标函数系数，作为第二阶段计算的初始表（用单纯形法计算）。例：第84页/共122页第八十五页，共122页。单纯形法的进一步讨论单纯形法的进一步讨论(toln)两阶段法两阶段法cj3-1-100cBxBbx1x2x3x4x50 x4123001-24-1x210100-1-1x31-20100Z-21000-13x141001/3-2/3-1x210100-1-1x390012/3-4/3Z2000-1/3-1/3第二阶段：最优解为（41900），目标(mbio)函数Z=2第85页/共122页第八十六页，共122页。单纯形法的进一步讨论单纯形法的进一步讨论(toln)通过大法或两阶段法求初始的基本可行解。但是如果在大法的最优单纯形表的基变量中仍含有人工变量，或者两阶段法的辅助线性规划的目标函数的极小值大于零，那么(nme)该线性规划就不存在可行解。无可行(kxng)解第86页/共122页第八十七页，共122页。C-3-2-1000-M-MCBXBbx1x2x3x4x5x6x7x80-M-Mx4x7x86431111000010-10-101001-100-1016/1-3/1Z-7M-6-4M-15-M-3+M-2+M-1-2M0-M-M000-M-2x4x7x23431021010-110-10-101001-100-1013/14/1-ZZ-3+M0-3-M0-M-202-M-3-M-2x1x7x23131021010-100-3-1-1-11101-100-101003-3M3-M-M1-M0-1例单纯形法的进一步讨论单纯形法的进一步讨论单纯形法的进一步讨论单纯形法的进一步讨论(toln)(toln)运算到检验(jinyn)数全负为止，仍含有人工变量，无可行解。第87页/共122页第八十八页，共122页。单纯形法的进一步讨论单纯形法的进一步讨论(toln)无最优解与无可行解时两个不同的概念。无可行解是指原规划不存在可行解，从几何的角度解释是指线性规划问题的可行域为空集；无最优解则是指线性规划问题存在可行解，但是可行解的目标函数达不到最优值，即目标函数在可行域内可以趋于无穷大（或者无穷小）。无最优解也称为有限(yuxin)最优解，或无界解。判别方法：无最优解判别定理在求解极大化的线性规划问题过程中，若某单纯形表的检验行存在某个大于零的检验数，但是该检验数所对应的非基变量的系数列向量的全部系数都为负数或零，则该线性规划问题无最优解无最优解第88页/共122页第八十九页，共122页。例 试用单纯形法求解下列线性规划问题(wnt)：解：引入松弛变量x3,x4化为标准型C 2 2 0 0 CXB B X1 X2 X3 X4 0X3 1-11100X4 2-1/2101Z02200因但所以(suy)原问题无最优解第89页/共122页第九十页，共122页。退化(tuhu)即计算出的（用于确定换出变量）存在有两个以上相同(xintn)的最小比值，会造成下一次迭代中由一个或几个基变量等于零，这就是退化（会产生退化解）。为避免出现计算的循环，勃兰特(Bland)提出一个简便有效的规则（摄动法原理）：当存在多个时，选下标最小的非基变量为换入变量；(2)当值出现两个以上相同(xintn)的最小值时，选下标最大的基变量为换出变量。单纯形法的进一步讨论单纯形法的进一步讨论单纯形法的进一步讨论单纯形法的进一步讨论(toln)(toln)第90页/共122页第九十一页，共122页。例 求解下述线性规划(xin xn u hu)问题：解：引入松弛变量化标准型第91页/共122页第九十二页，共122页。000-242-8030Z-5-30-420-805Z10001001x3 211060-2411x1 3321300-803x5 00-30-425-800Z1000 1001x7 00106-1-2410 x1 30-1130-3-800 x5 0-10001001x7 000106-1-2410 x6 0000136-4-3210 x5 0 x7 x6 x5 x4 x3 x2 x1 b XB CB 000-242-803C 第一次迭代中使用了摄动法原理，选择下标(xibio)为6的基变量x6离基。可得最优解maxZ=，单纯形法的进一步讨论单纯形法的进一步讨论单纯形法的进一步讨论单纯形法的进一步讨论(toln)(toln)第92页/共122页第九十三页，共122页。无穷(wqing)多最优解若线性规划问题某个基本可行(kxng)解所有的非基变量检验数都小于等于零，但其中存在一个检验数等于零，那么该线性规划问题有无穷多最优解。例：最优表：非基变量检验数，所以有无穷多最优解。C 1 2 0 0 0CBXBb x1 x2 x3 x4 x5021x3x2x12320 0 1 2 -10 1 0 1 01 0 0 -2 12/23/1-Z8 0 0 0 0 -1单纯形法的进一步讨论单纯形法的进一步讨论单纯形法的进一步讨论单纯形法的进一步讨论(toln)(toln)第93页/共122页第九十四页，共122页。单纯形法的进一步讨论单纯形法的进一步讨论(toln)解的判别：1）唯一最优解判别：最优表中所有非基变量的检验数非零,则线性规划(xinxnuhu)具有唯一最优解。2）多重最优解判别：最优表中存在非基变量的检验数为零,则线性规划(xinxnuhu)具有多重最优解（或无穷多最优解）。3）无界解判别：某个k0且aik（i=1，2,m）则线性规划(xinxnuhu)具有无界解。4）无可行解的判断：当用大M单纯形法计算得到最优解并且存在Ri0时，则表明原线性规划(xinxnuhu)无可行解。5）退化解的判别：存在某个基变量为零的基本可行解。第94页/共122页第九十五页，共122页。单纯形法的进一步讨论单纯形法的进一步讨论(toln)n n单纯性法小结(xioji):建建立立模模型型个个 数数取取 值值右右 端端 项项等式或等式或不等式不等式极大或极小极大或极小新加变新加变量系数量系数两两个个三个三个以上以上xj0 xj无无约束约束xj 0 bi 0bi 0=max Zmin Zxs xa求求解解图图解解 法法、单单纯纯形形法法单单纯纯形形法法不不处处理理令令xj=xj-xj xj 0 xj 0令令 xj=-xj不不处处理理约束约束条件条件两端两端同乘同乘以以-1-1加加松松弛弛变变量量xs加加入入人人工工变变量量xa减减去去xs加加入入xa不不处处理理令令z=-ZminZ=max z0-M第95页/共122页第九十六页，共122页。A第96页/共122页第九十七页，共122页。线性规划模型线性规划模型(mxng)的应用的应用n n一般而言，一个经济、管理问题凡是满足以下条件(tiojin)时，才能建立线性规划模型。要求解问题的目标函数能用数值指标来反映，且为线性函数存在着多种方案要求达到的目标是在一定条件下实现(shxin)的，这些约束可用线性等式或不等式描述第97页/共122页第九十八页，共122页。线性规划线性规划(xin xn u hu)模模型的应用型的应用n n常见问题合理利用线材问题：如何下料使用材最少。配料问题：在原料供应量的限制下如何获取最大利润。投资问题：从投资项目中选取方案，使投资回报最大。产品生产计划：合理利用人力(rnl)、物力、财力等，使获利最大。劳动力安排：用最少的劳动力来满足工作的需要。运输问题：如何制定调运方案，使总运费最小。第98页/共122页第九十九页，共122页。线性规划线性规划(xin xn u hu)模模型的应用型的应用(1)设立决策变量；(2)明确(mngqu)约束条件并用决策变量的线性等式或不等式表示；(3)用决策变量的线性函数表示目标，并确定是求极大（Max）还是极小（Min）；(4)根据决策变量的物理性质研究变量是否有非负性。建立线性规划模型的过程可以(ky)分为四个步骤：第99页/共122页第一百页，共122页。线性规划在经济管理线性规划在经济管理(gunl)中中的应用的应用n n1.资源的合理(hl)利用某厂计划在下一生产周期内生产B1,B2,Bn种产品，要消耗A1,A2,Am种资源，已知每件产品所消耗的资源数、每种资源的数量限制以及每件产品可获得的利润如表所示，问如何安排生产计划，才能(cinng)充分利用现有的资源，使获得的总利润最大？单件单件 产产 消耗消耗 品品资源资源资源资源限制限制单件利润单件利润第100页/共122页第一百零一页，共122页。线性规划线性规划(xin xn u hu)在在经济管理中的应用经济管理中的应用2.2.生产生产生产生产(shngchn)(shngchn)组织与计组织与计组织与计组织与计划问题划问题划问题划问题某工厂用机床A1,A2,Am加工B1,B2,Bn种零件。在一个周期内，各机床可能工作的机时（台时），工厂必须完成各种零件的数量、各机床加工每个零件的时间（机时/个）和加工每个零件的成本（元/个）如表所示，问如何安排(npi)各机床的生产任务，才能完成加工任务，又使总成本最低？加工加工 零零 时间时间 件件机床机床机时机时限制限制必须零件数必须零件数加工加工 零零 成本成本 件件机床机床第101页/共122页第一百零二页，共122页。第102页/共122页第一百零三页，共122页。例1：某厂生产、三种产品，都分别经A、B两道工序加工。设A工序可分别在设备A1和A2上完成，有B1、B2、B3三种设备可用于完成B工序。已知产品可在A、B任何一种设备上加工；产品可在任何规格的A设备上加工，但完成B工序时，只能在B1设备上加工；产品只能在A2与B2设备上加工。加工单位产品所需工序时间及其他各项数据如下表，试安排最优生产计划(jhu)，使该厂获利最大。第103页/共122页第一百零四页，共122页。设备设备产品产品设备有效设备有效台时台时设备加工费设备加工费（单位小时）（单位小时）A15106000300A2791210 000321B1684000250B24117000783B374000200原料费（每件）原料费（每件）0.250.350.5售价（每件）售价（每件）1.252.002.8第104页/共122页第一百零五页，共122页。n n解：设xijk表示(biosh)产品i在工序j的设备k上加工的数量。约束条件有：第105页/共122页第一百零六页，共122页。n n目标是利润(lrn)最大化，即利润(lrn)的计算公式如下：n n这样得到目标函数n nMax(1.25-0.25)(x111+x112)+(2-0.35)x221+(2.80-0.5)x312-300/6000(5x111+10 x211)-321/10000(7x112+9x212+12x312 )-250/4000(6x121+8x221)-783/7000(4x122+11x322)-200/4000(7x123)n n经整理可得：n n x111x112x211x212x312x121x221x122x322x123 第106页/共122页第一百零七页，共122页。n n因此该规划(guhu)问题的模型为：第107页/共122页第一百零八页，共122页。例例2 2：明兴公司生产甲、乙、丙三种产品，都需要经过铸造、机加工和装配三个车间。甲、乙两种产：明兴公司生产甲、乙、丙三种产品，都需要经过铸造、机加工和装配三个车间。甲、乙两种产品的铸件可以外包协作，亦可以自行生产，但产品丙必须本厂铸造才能品的铸件可以外包协作，亦可以自行生产，但产品丙必须本厂铸造才能(cinng)(cinng)保证质量。数据如下表。保证质量。数据如下表。问：公司为了获得最大利润，甲、乙、丙三种产品各生产多少件？甲、乙两种产品的铸造中，由本公司问：公司为了获得最大利润，甲、乙、丙三种产品各生产多少件？甲、乙两种产品的铸造中，由本公司铸造和由外包协作各应多少件？铸造和由外包协作各应多少件？线性规划线性规划线性规划线性规划(xin xn(xin xn u hu)u hu)在管理中的应用在管理中的应用在管理中的应用在管理中的应用第108页/共122页第一百零九页，共122页。n n解：设 x1,x2,x3 分别为三道工序都由本公司加工的甲、