单纯形法和对偶问题PPT讲稿.ppt
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1、单纯形法和对偶问题第1页,共59页,编辑于2022年,星期五单纯形表单纯形表2 2第2页,共59页,编辑于2022年,星期五11单纯形表的灵敏度分析单纯形表的灵敏度分析一、目标函数中变量系数Ck灵敏度分析(在什么范围内变化,最优解不变,与第二章,第三章联系起来)在线性规划的求解过程中,目标函数系数的变动将会影响检验数的取值,但是,当目标函数的系数的变动不破坏最优判别准则时,原最优解不变,否则,原最优解将发生变化,要设法求出新的最优解。下面我们具体的分析1.在最终的单纯形表里,Xk是非基变量由于约束方程系数增广矩阵在迭代中只是其本身的行的初等变换与Ck没有任何关系,所以当Ck变成Ck+Ck时,在
2、最终单纯形表中其系数的增广矩阵不变,又因为Xk是非基变量,所以基变量的目标函数的系数不变,即CB不变,可知Zk也不变,只是Ck变成了Ck+Ck。这时K=Ck-Zk就变成了Ck+Ck-Zk=K+Ck。要使原来的最优解仍为最优解,只要K+Ck0即可,也就是Ck的增量Ck-K。3 3第3页,共59页,编辑于2022年,星期五2.在最终的单纯形表中,Xk是基变量当Ck变成Ck+Ck时,最终单纯形表中约束方程的增广矩阵不变,但是基变量的目标函数的系数CB变了,则ZJ(J=1,2,.,N)一般也变了,不妨设CB=(CB1,CB2。,Ck,,CBm),当CB变成=(CB1,CB2。,Ck+Ck,CBm),则
3、:ZJ=(CB1,CB2。,Ck,,CBm)(a1j,a2j,aKj,amj)ZJ=(CB1,CB2。,Ck+Ck,,CBm)(a1j,a2j,aKj,amj)=ZJ+CkaKj 4 4第4页,共59页,编辑于2022年,星期五11单纯形表的灵敏度分析单纯形表的灵敏度分析根据上式可知检验数J(J=1,2,.,M)变成了J,只要当JK时,有J=CJ-ZJ=J-CKaKj。要使最优解不变,J0,就可求出的取值范围,也就是使得第K个约束条件的对偶价格不变的bk的变化范围。,1919第19页,共59页,编辑于2022年,星期五11单纯形表的灵敏度分析单纯形表的灵敏度分析(k的取值固定的值,i的取值是1
4、到m)下面我们仍以第二章例1在最终单纯形表上对b1进行灵敏度分析。最终单纯形表如下所示:迭代次数基变量CBX1 X2 S1 S2 S3b50 100 0 0 02X1501 0 1 0 -150 S200 0 -2 1 150 X21000 1 0 0 1250 ZJ50 100 50 0 5027500CJ-ZJ0 0 -50 0 -502020第20页,共59页,编辑于2022年,星期五11单纯形表的灵敏度分析单纯形表的灵敏度分析我们对b1进行灵敏度分析,因为在第一个约束方程中含有松弛变量S1,实际意义可以描述为:设备台时数在250与325之间变化,则设备台时数的对偶价格不变,都为每台设备
5、台时50元。2121第21页,共59页,编辑于2022年,星期五11单纯形表的灵敏度分析单纯形表的灵敏度分析三、约束方程系数矩阵三、约束方程系数矩阵A A灵敏度分析(约束条件改变,对最优解的影响,比如有新产品灵敏度分析(约束条件改变,对最优解的影响,比如有新产品要生产、生产工艺改进等)要生产、生产工艺改进等)下面分两种情况讨论 1.在最终单纯形表上在最终单纯形表上Xk是非基变量:在初始单纯形表上的变量是非基变量:在初始单纯形表上的变量Xk的系数列的系数列Pk改变为改变为Pk经过经过迭代后,在最终单纯形表上迭代后,在最终单纯形表上Xk是非基变量。是非基变量。由于单纯形表的迭代是约束方程的增广矩阵
6、的行变换,Pk变成Pk仅仅影响最终单纯形表上第k列数据,包括Xk的系数列、Zk以及k,这时最终单纯形表上的Xk的系数列就变成了B-1Pj,而Zk就变成CBB-1Pk,新的检验数k=Ck-CBB-1Pk。若k0,则原最优解仍然为最优解。若k0,则继续进行迭代以求出最优。例例 以第二章例1为基础,设该厂除了生产,种产品外,现在试制成一个新产品,已知生产产品,每件需要设备2台时,并消耗A原料0.5公斤。B原料1.5公斤,获利150元,问该厂应该生产该产品多少?解:这是一个增加新变量的问题。我们可以把它认为是一个改变变量X3在初始表上的系数列的问题,2222第22页,共59页,编辑于2022年,星期五
7、11单纯形表的灵敏度分析单纯形表的灵敏度分析迭代次数基变量CBX1 X2 S1 S2 S3 X3 b50 100 0 0 0 150X1501 0 1 0 -1 0.550 S200 0 -2 1 1 -250 X21000 1 0 0 1 1.5250 ZJ50 100 50 0 50 17527500CJ-ZJ0 0 -50 0 -50 -252323第23页,共59页,编辑于2022年,星期五11单纯形表的灵敏度分析单纯形表的灵敏度分析例假设上例题中产品的工艺结构有了改进,这时生产1件产品需要使用1.5台设备,消耗原料A为2千克,原料B为1千克,每件产品的利润为160元,问该厂的生产计划
8、是否要修改。解:首先求出X3在最终表上的系数列2424迭代次数基变量CBX1 X2 S1 S2 S3 X3 b50 100 0 0 0 1602X1501 0 1 0 -1 0.55050/0.5 S200 0 -2 1 1 050 X21000 1 0 0 1 1250250/1 ZJ50 100 50 0 50 12527500CJ-ZJ0 0 -50 0 -50 35第24页,共59页,编辑于2022年,星期五11单纯形表的灵敏度分析单纯形表的灵敏度分析接下来又可以有新的迭代S3进基,迭代次数基变量CBX1 X2 S1 S2 S3 X3 b50 100 0 0 0 1503X31602
9、0 2 0 -2 1100-S200 0 -2 1 1 05050/1 X2100-20 1 -2 0 3 0150250/3 ZJ120 100 120 0 -20 16031000CJ-ZJ-70 0 -120 0 20 02525第25页,共59页,编辑于2022年,星期五11单纯形表的灵敏度分析单纯形表的灵敏度分析接上页可知此规划的最优解X1=0,X2=0,S1=0,S2=0,S3=50,X3=200,此时,最大目标函数为32000元。也就是说,该厂的新的生产计划为不生产、产品,生产产品200件,可获得最大利润32000元。迭代次数基变量CBX1 X2 S1 S2 S3 X3 b50
10、100 0 0 0 1504X31602 0 2 0 -2 1200-S300 0 -2 1 1 05050/1 X2100-2 1 4 -3 0 00250/3 ZJ120 100 80 20 0 16032000CJ-ZJ-70 0 -80 -20 0 02626第26页,共59页,编辑于2022年,星期五11单纯形表的灵敏度分析单纯形表的灵敏度分析2.最终表上最终表上XK是基变量:在初始表上的变量是基变量:在初始表上的变量XK的系数的系数PK改变为改变为PK,经过迭代后,在最终表上,经过迭代后,在最终表上XK是基变量,(比如是基变量,(比如X1,X2,制,制作产品作产品1,产品,产品2的
11、工艺有改善,在这种情况下原最优解的可行性的工艺有改善,在这种情况下原最优解的可行性和最优解都可能被破坏,问题十分复杂)一般不去修改最终单纯和最优解都可能被破坏,问题十分复杂)一般不去修改最终单纯形表,而是重新用单纯形法计算。形表,而是重新用单纯形法计算。2727第27页,共59页,编辑于2022年,星期五11单纯形表的灵敏度分析单纯形表的灵敏度分析四、增加一个约束条件的灵敏度分析(增加一个约束条件对最优解的影响)在原线性规划中增加一个约束条件时,(1)先将原问题的最优解的变量值代入新增的约束条件,如满足则说明新增的条件没有起到限制作用,故原最优解不变,停止计算。(2)否则将新增的约束添入原最终
12、单纯形表上,进一步求解。下面仍以第三章例1为例来加以说明。例:假如该工厂除了在设备台时,原材料A、B上对该厂的生产有限制外,还有电力供应上的限制。最高供应电量为5000度,而生产一个产品需要用电10度,而生产一个产品需要用电30度。试分析此时该厂获得最大利润的生产计划?2828 第28页,共59页,编辑于2022年,星期五11单纯形表的灵敏度分析单纯形表的灵敏度分析2929解:先将原问题的最优解=50=50,=250代入用电量的约束条件得:1050+30250=500+75005000,所以原题的最优解不是本题的最优解。在用电量的约束条件中加入松驰变量S4后得:把这个约束条件加入到原最终单纯形
13、表上,其中S4为基变量,得表如下:迭代次数基变量b比值501000000501010-1050000-2110501000100102500103000015000501005005002750000-500-500第29页,共59页,编辑于2022年,星期五11单纯形表的灵敏度分析单纯形表的灵敏度分析3030在上表中的X1,X2不是单位向量,故进行行的线性变换,得迭代次数基变量CBx1x2s1s2s3s4b比值501000000 x1501010-1050s2000-211050 x2100010010250s4000-100-201-3000zj501005005002750000-500
14、-500把上表中的S4行的约束可以写为:上式两边乘以(-1),再加上人工变量a1得:用上式替换上表中的S4行,得下表:第30页,共59页,编辑于2022年,星期五11单纯形表的灵敏度分析单纯形表的灵敏度分析3131迭代次数基变量x1x2s1s2s3s4a1b比值501000000-Mx1501010-10050s2000-21(1)0050 x21000100100250s4-M00-100-20113000zj5010050-10M050-20M0-M0010M-50020M-5000 x15010-11000100s3000-2110050 x2100012-1000200s4-M0050
15、-200-112000zj50100150-50M20M-500M-M050M-15050-20M0-M0 x1501003/50-1/501/50140s300001/51-2/502/50130 x2100010-1/502/50-2/50120s40001-2/50-1/501/5040zj5010001003-300-100-3-M+3第31页,共59页,编辑于2022年,星期五11单纯形表的灵敏度分析单纯形表的灵敏度分析3232由上表可知,最优解为:即该工厂在添加了用电限量以后的最优生产计划为产品生产140件,产品生产120件。第32页,共59页,编辑于2022年,星期五上节回顾上节
16、回顾单纯形法的灵敏度分析1.目标函数系数Cj的灵敏度2.常数项bj的灵敏度分析3.系数矩阵A的灵敏度分析 在初始表上的变量XK的系数PK改变为PK,经过迭代后,在最终表上XK是基变量,(比如X1,X2,制作产品1,产品2的工艺有改善,在这种情况下原最优解的可行性和最优解都可能被破坏,问题十分复杂)一般不去修改最终单纯形表,而是重新用单纯形法计算。4.增加一个约束条件的灵敏度分析(1)先将原问题的最优解的变量值代入新增的约束条件,如满足则说明新增的条件没有起到限制作用,故原最优解不变,停止计算。(2)否则将新增的约束添入原最终单纯形表上,进一步求解。3333第33页,共59页,编辑于2022年,
17、星期五对偶单纯形法:对偶单纯形法也是解决线性规划问题的一种方法。对偶单纯形法是在保持原有问题的所有检验数都小于0的情况下,通过迭代使得所有的约束都大于等于0,最后求得最优解。优点:简化计算是对偶单纯形法的优点例子:缺点:但是它在使用上有很大的局限,这主要是大多数线性规划问题很难找到初始解使得其所有检验数都小于0。适用目标函数的特点:A.maxf=-M1*X1-M2*X2.的形式B.用在灵敏度分析中(增加约束条件的)。3434上节回顾上节回顾第34页,共59页,编辑于2022年,星期五2 2 线性规划的对偶问题线性规划的对偶问题1.对偶问题的定义2.原问题与对偶问题的关系3.如何根据原问题的结果
18、去找对偶问题的答案4.如何将原问题转化成对偶问题5.对偶规划的基本性质3535第35页,共59页,编辑于2022年,星期五3636任何一个求极大化的线性规划问题都有一个求极小化的线性规划问题与之对应,反之亦然,如果我任何一个求极大化的线性规划问题都有一个求极小化的线性规划问题与之对应,反之亦然,如果我们把其中一个叫原问题,则另一个就叫做它的对偶问题,并称这一对互相联系的两个问题为一对对们把其中一个叫原问题,则另一个就叫做它的对偶问题,并称这一对互相联系的两个问题为一对对偶问题。偶问题。例题例题1 1 某工厂在计划期内安排、两种产品,生产单位产品所需设备A、B、C台时如表所示 该工厂每生产一单位
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