第2章 线性规划灵敏度分析.ppt
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1、实用运筹学实用运筹学运用运用ExcelExcel建模和求解建模和求解第第2 2章章线性规划灵敏度分析线性规划灵敏度分析Sensitivity Analysis Sensitivity Analysis for Linear Programmingfor Linear Programming本章内容要点本章内容要点线性规划灵敏度分析的概念和内容线性规划灵敏度分析的概念和内容使用使用ExcelExcel进行灵敏度分析进行灵敏度分析影子价格的经济意义和应用影子价格的经济意义和应用本章节内容本章节内容2.1 2.1 线性规划灵敏度分析线性规划灵敏度分析2.2 2.2 单个目标函数系数变动单个目标函数系
2、数变动2.3 2.3 多个目标函数系数同时变动多个目标函数系数同时变动2.4 2.4 单个约束右端值变动单个约束右端值变动2.5 2.5 多个约束右端值同时变动多个约束右端值同时变动2.6 2.6 约束条件系数变化约束条件系数变化2.7 2.7 增加一个新变量增加一个新变量2.8 2.8 增加一个约束条件增加一个约束条件2.9 2.9 影子价格影子价格 (Shadow PriceShadow Price)本章主要内容框架图本章主要内容框架图2.1 2.1 线性规划灵敏度分析线性规划灵敏度分析u在在第第1 1章章的的讨讨论论中中,假假定定以以下下的的线线性性规规划划模模型型中中的的各各个个系系数
3、数cj、bi、aij是是确确定定的的常常数数,并根据这些数据,求得最优解。,并根据这些数据,求得最优解。2.1 2.1 线性规划灵敏度分析线性规划灵敏度分析u其其实实,系系数数cj、bi、aij都都有有可可能能变变化化,因因此此,需需要要进进行行进进一一步步的的分分析,以决定是否需要调整决策。析,以决定是否需要调整决策。u灵灵敏敏度度分分析析研研究究的的另另一一类类问问题题是是探探讨讨在在原原线线性性规规划划模模型型的的基基础础上上增增加加一一个个变变量量或或者者一一个个约约束束条条件件对最优解的影响。对最优解的影响。2.1 2.1 线性规划灵敏度分析线性规划灵敏度分析u对例对例1.11.1进
4、行灵敏度分析进行灵敏度分析最优解为最优解为(2 2,6 6),Max zMax z360036002.1 2.1 线性规划灵敏度分析线性规划灵敏度分析u问问题题1 1:如如果果门门的的单单位位利利润润由由原原来来的的300300元元提提升升到到500500元元,最优解最优解是否会改变?对总利润又会产生怎样的影响是否会改变?对总利润又会产生怎样的影响?u问问题题2 2:如如果果门门和和窗窗的的单单位位利利润润都都发发生生变变化化,最最优优解解会会不不会发生改变?对总利润又会产生怎样的影响会发生改变?对总利润又会产生怎样的影响?u问问题题3 3:如如果果车车间间2 2的的可可用用工工时时增增加加1
5、 1个个小小时时,总总利利润润是是否否会发生变化?如何改变会发生变化?如何改变?最优解是否会发生变化最优解是否会发生变化?u问问题题4 4:如如果果同同时时改改变变多多个个车车间间的的可可用用工工时时,总总利利润润是是否否会发生变化?如何改变会发生变化?如何改变?最优解是否会发生变化最优解是否会发生变化?u问问题题5 5:如如果果车车间间2 2更更新新生生产产工工艺艺,生生产产一一扇扇窗窗户户由由原原来来的的2 2小小时时下下降降到到1.51.5小小时时,最最优优解解是是否否会会发发生生改改变变?总总利利润润是是否会发生变化?否会发生变化?u问问题题6 6:工工厂厂考考虑虑增增加加一一种种新新
6、产产品品,总总利利润润是是否否会会发发生生变变化?化?u问问题题7 7:如如果果工工厂厂新新增增加加用用电电限限制制,是是否否会会改改变变原原来来的的最最优方案优方案?2.2 2.2 单个目标函数系数变动单个目标函数系数变动u下下面面讨讨论论在在假假定定只只有有一一个个系系数数cj改改变变,其其他他系系数数均均保保持持不不变变的的情情况况下下,目目标标函函数数系系数数变动对最优解的影响变动对最优解的影响。u如如果果当当初初对对门门的的单单位位利利润润估估计计不不准准确确,如如把把它它改改成成500500元元,是是否否会会影影响响求求得得的的最最优优解解呢?呢?u方方法法1 1:使使用用电电子子
7、表表格格进进行行分分析析(重重新新运运行行“规划求解规划求解”)u方方法法2 2:运运用用“敏敏感感性性报报告告”寻寻找找允允许许变变化化范围范围2.2 2.2 单个目标函数系数变动单个目标函数系数变动u方方法法1 1:使使用用电电子子表表格格进进行行分分析析(重重新新运运行行“规规划划求求解解”)u可可以以借借助助电电子子表表格格互互动动地地展展开开灵灵敏敏度度分分析析。当当模模型型参参数数发发生生改改变变时时,只只要要改改变变电电子子表表格格模模型型中中相相应应的的参参数数,再再通通过过重重新新运运行行ExcelExcel“规规划划求求解解”,就就可可以以看看出出改改变变参参数数对对最最优
8、解的影响。优解的影响。需要一需要一个一个个一个地进行地进行尝试,尝试,效率略效率略显低下显低下 2.2 2.2 单个目标函数系数变动单个目标函数系数变动u方法方法2 2:运用:运用“敏感性报告敏感性报告”寻找允许变化范围寻找允许变化范围生成生成“敏感性报告敏感性报告”读懂相应的信息读懂相应的信息2.2 2.2 单个目标函数系数变动单个目标函数系数变动u结果:结果:最最优优解解没没有有发发生生改改变变,仍仍然然是(是(2 2,6 6)由由于于门门的的单单位位利利润润增增加加了了200200元,因此元,因此总利润增加了总利润增加了(500500300300)2 2400400元。元。2.2 2.2
9、 单个目标函数系数变动单个目标函数系数变动u图解法(直观)图解法(直观)可以看到,可以看到,最优解(最优解(2 2,6 6)保持不变保持不变 2.3 2.3 多个目标函数系数同时变动多个目标函数系数同时变动u假假如如,以以前前把把门门的的单单位位利利润润(300300元元)估估计计低低了了,现现在在把把门门的的单单位位利利润润定定为为450450元元;同同时时,以以前前把把窗窗的的单单位位利利润润(500500元元)估估计计高高了了,现现在在定定为为400400元元。这这样样的的变变动动,是是否否会会导致导致最优解最优解发生变化呢?发生变化呢?u方方法法1 1:使使用用电电子子表表格格进进行行
10、分分析析(重重新新运运行行“规划求解规划求解”)u方方法法2 2:运运用用“敏敏感感性性报报告告”进进行行分分析析(百百分之百法则分之百法则)2.3 2.3 多个目标函数系数同时变动多个目标函数系数同时变动u方方法法1 1:使使用用电电子子表表格格进进行行分分析析(重新运行重新运行“规划求解规划求解”)可以看到,可以看到,最优最优解并没有发生变解并没有发生变化化,总利润由于,总利润由于门和窗的单位利门和窗的单位利润的改变相应地润的改变相应地改变了改变了(450300)2(400500)63002.3 2.3 多个目标函数系数同时变动多个目标函数系数同时变动u方法方法2 2:运用:运用“敏感性报
11、告敏感性报告”进行分析进行分析u百百分分之之百百法法则则:如如果果目目标标函函数数系系数数同同时时变变动动,计计算算出出每每一一系系数数变变动动量量占占该该系系数数允允许许变变动动量量(允允许许的的增增量量或或允允许许的的减减量量)的的百百分分比比,而而后后,将将各各个个系系数数的的变变动动百百分分比比相相加加,如如果果所所得得的的和和不不超超过过100%100%,则则最最优优解解不不会会改改变变;如如果果超超过过100%100%,则则不不能能确确定定最最优优解解是是否否改改变,只能通过重新规划求解来判断了变,只能通过重新规划求解来判断了2.3 2.3 多个目标函数系数同时变动多个目标函数系数
12、同时变动u但但是是变变动动百百分分比比之之和和超超过过100%100%并并不不一一定定表表示示最最优优解解会会改改变变。例例如如,门门和和窗窗的单位利润都减半的单位利润都减半变动百分比超过了变动百分比超过了100%100%,但从右图看但从右图看最优解最优解还是(还是(2 2,6 6),),没有发生改变没有发生改变。这。这是由于这两个单位利润同是由于这两个单位利润同比例变动,等利润直线的比例变动,等利润直线的斜率不变,因此最优解就斜率不变,因此最优解就不变。不变。2.4 2.4 单个约束右端值变动单个约束右端值变动u单个约束右端值变动对单个约束右端值变动对目标值的影响目标值的影响u如如果果车车间
13、间2 2的的可可用用工工时时增增加加1 1个个小小时时,总总利利润润是是否否会会发发生生变变化化?如如何何改改变变?最优解是否会发生变化最优解是否会发生变化?u方方法法1 1:使使用用电电子子表表格格进进行行分分析析(重重新运行新运行“规划求解规划求解”)u方方法法2 2:从从“敏敏感感性性报报告告”中中获获得得关关键信息(键信息(影子价格影子价格,Shadow PriceShadow Price)2.4 2.4 单个约束右端值变动单个约束右端值变动u方方法法1 1:使使用用电电子子表表格格进进行行分分析析(重新运行(重新运行“规划求解规划求解”)总利润为总利润为37503750元,元,增加了
14、:增加了:3750-3750-3600=3600=150150元。由于元。由于总利润增加了,而总利润增加了,而目标函数系数不变,目标函数系数不变,所以最优解一定会所以最优解一定会发生改变,从图中发生改变,从图中可以看出,最优解可以看出,最优解由原来的(由原来的(2 2,6 6)变为(变为(1.6671.667,6.56.5)2.4 2.4 单个约束右端值变动单个约束右端值变动u方法方法2 2:从:从“敏感性报告敏感性报告”中获得关键信息中获得关键信息u在在给给定定线线性性规规划划模模型型的的最最优优解解和和相相应应的的目目标标函函数数值值的的条条件件下下,影影子子价价格格(Shadow Sha
15、dow PricePrice)是是指指约约束束右右端端值值增增加加(或或减减少少)一一个个单单位位,目目标标值增加(或减少)的数量值增加(或减少)的数量第二个约束条件第二个约束条件(车间(车间2 2的工时约束)的工时约束)的影子价格是的影子价格是150150,说明在允许的范围说明在允许的范围66,1818(即(即12-612-6,12+612+6)内,再增)内,再增加(或减少)一个加(或减少)一个单位的可用工时,单位的可用工时,总利润将增加(或总利润将增加(或减少)减少)150150 2.4 2.4 单个约束右端值变动单个约束右端值变动u图解法(直观)图解法(直观)可以看到,可以看到,在在这这
16、个个范范围围内内,每每次次车车间间的的约约束束右右端端值值增增加加(或或减减少少)1 1,交交点点的的移移动动就就使使利利润润增增长长(或或减减少少)影影子子价价格格的的数数量(量(150150元)元)2.5 2.5 多个约束右端值同时变动多个约束右端值同时变动u多多个个约约束束右右端端值值同同时时变变动动对对目目标标值值的的影响影响u将将1 1个个小小时时的的工工时时从从车车间间3 3移移到到车车间间2 2,对总利润所产生的影响,对总利润所产生的影响u方方法法1 1:使使用用电电子子表表格格进进行行分分析析(重重新运行新运行“规划求解规划求解”)u方方法法2 2:运运用用“敏敏感感性性报报告
17、告”进进行行分分析(析(百分之百法则百分之百法则)2.5 2.5 多个约束右端值同时变动多个约束右端值同时变动u方方法法1 1:使使用用电电子子表表格格进进行行分分析析(重新运行(重新运行“规划求解规划求解”)总利润增总利润增加了加了3650-3650-3600=503600=50(元),(元),影子价格影子价格有效有效。2.5 2.5 多个约束右端值同时变动多个约束右端值同时变动u方法方法2 2:运用:运用“敏感性报告敏感性报告”进行分析进行分析u百百分分之之百百法法则则:如如果果约约束束右右端端值值同同时时变变动动,计计算算每每一一变变动动占占允允许许变变动动量量(允允许许的的增增量量或或
18、允允许许的的减减量量)的的百百分分比比,如如果果所所有有的的百百分分比比之之和和不不超超过过100%100%,那那么么,影影子子价价格格依依然然有有效效,如如果果所所有有的的百百分分比比之之和和超超过过100100,那那就就无无法法确确定定影影子子价价格格是是否否依依然然有有效效,只只能能通通过过重重新新进行规划求解来判断了进行规划求解来判断了2.5 2.5 多个约束右端值同时变动多个约束右端值同时变动u在在影影子子价价格格有有效效范范围围内内,总总利利润润的的变变化化量量可以直接通过影子价格来计算。可以直接通过影子价格来计算。u比比如如将将车车间间3 3的的3 3个个工工时时转转移移给给车车
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