单纯形法的计算步骤
单纯形法求解过程
单纯形法求解过程单纯形法是一种经典的线性规划求解方法，它是由乔治·达竞士等人在1947年提出的。
该方法的基本思想是，通过在单纯形空间内不断移动顶点的位置来寻找最优解。
单纯形法是目前广泛应用的线性规划求解方法之一，它求解线性规划问题可大大地简化计算过程。
单纯形法的求解过程包括以下几个步骤：1. 将线性规划问题转化为标准形式线性规划问题的标准形式为：$ \max_{x} \ \ c^T x $$s.t. \ Ax=b$$x\geq 0$其中，$x$是要求解的向量；$b$是一个常数向量；$A$是一个$m\times n$的矩阵；$c$是一个常数向量。
2. 初始化单纯形表因为单纯形法是通过移动顶点来寻找最优解的方法，因此需要初始化单纯形表。
单纯形表是将原始的约束条件表示为不等式形式时形成的。
例如，对于一个带有3个变量的线性规划问题，其单纯形表的形式如下：CB | X1 | X2 | X3 | X4 | RHS----|-----|-----|-----|-----|----0 | a11| a12| a13| 0 | b10 | a21| a22| a23| 0 | b20 | a31| a32| a33| 0 | b31 | z1 | z2 | z3 | 0 | 0其中，CB代表成本系数，X1、X2、X3、X4分别代表变量。
a11、a12、a13等代表矩阵A中的元素，b1、b2、b3代表矩阵b中的元素。
3. 选择进入变量和离开变量在单纯形表中，规定最后一列为等式右边的常数（RHS），即b。
在单纯形法的求解过程中，首先需要选择一个“进入变量”，即在单纯形表的第一行中，寻找一个系数为正的变量，使得将其加入目标函数后，目标函数值可以上升。
这里以X1为例，X1为进入变量。
接着，需要选择一个“离开变量”，即在单纯形表中，寻找一个使得添加X1变量后，约束条件不改变且取得约束条件中系数最小的一个变量离开。
单纯形法计算步骤
x2 n L xmLxn Z = Z0 + ∑σ j xj
A′
c − zz 求 0
有时不 写此项
检验数
令 Z0 = ∑c b ：
i=1 n 0 j
m
j =m+1 单纯形表结构 令c σ j = (cj − Z j ) ：→
j
单纯形表 Z = Z + ∑(c − Z )x
j
' i i
Z j = ∑c a
c →
j
2
1
0
0
4
0
CB
0 0 0
X b x3 15 x 24 x5 5
B
4
x x2 x3 x x5 1
0 6 1 2 5 2 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0
cj − z j
正检验数对应 的列为主列
i=1 j
m
' i ij
2
CB
c1 M cm
X
B
∑b x1
b '1 M ' bm
j
n
检 数 验 1 0 c j0 C0
x2 L xmLxn
θ
min — 24/6 5/1
x1 M xm
j
A′
′ a1 j
c − zz
M ′ a mj
0
检验数 σ j 求
' bi' bl ' θ = min ' a im+k > 0 = ' 单纯形表结构 i a im+k a lm+k cj → 2 1 0 0 C0
单纯形表
- Z x1基变量XB m xm+1.... xn x2 ...x 非基变量XN 0 1 a1m+1 ...a1n a2m+1 ...a2n 0 1E N 单位阵 非基阵 ....... ...... 0 1 amm+1...amn 1 c c 0... c cm+1 cn σ m 1 2
运筹学课件1-4单纯形法计算步骤
b 21 4
9 4
3 x1 1 -1 3 4 -1 12
9 x2 3 1 9 0 1 0
0 x3 1 0 0 1 0 0
0 x4 0 1 0 -3 1 -9
θ 7 4
9/4 -
所以把x3换出为非基变量，x1为换入变量即新的基变量。
第20页
cj
CB 0 0
0 9 3
XB x3 x4 cj-zj x3 x2 cj-zj x1
cj-zj
x3 x1 x5 cj-zj
6
0 1 0
5
5/2 1/2 1
0
1 0 0
0
-1/2 1/2 -1
0
0 0 1
75 5
0
2
0
-3
0
5
x2
5
0
1
0
-1
1
第10页
cj CB 0 0 0 0 6 0 XB x3 x4 x5 b 90 75 80 105/2 75/2 5
6 x1 1 2 2
5 x2 3 1 2
9/4
-
3 9
9/4 25/4
1 0 0
25
第24页
cj CB 0 0 XB x3 x4 cj-zj b 21 4
3 x1 1 -1 3
9 x2 3 1 9
0 x3 1 0 0
0 x4 0 1 0 θ 7 4
0
9
x3
x2 cj-zj x1 x2 cj-zj
9
4
4
-1 12
0
1 0 0 1 0
1
0 0 1/4 1/4 -3
i 1
第1页
单纯形表求解线性规划问题
第四节 单纯形法的计算步骤
上表中由于所有σ 上表中由于所有 j>0 ，表明已求得最优解 x1=4， x2=2， x3=0， x4=0， x5=0， x6=4， ， ， ， ， ， ， Z=14。 。 当确定x 为换入变量计算θ值时 值时， ◆当确定 6为换入变量计算 值时，有两个相 同的最小值： 同的最小值：2/0.5=4，8/2=4。任选其中一 ， 。 个作为换出变量时， 个作为换出变量时，则下面表中另一基变 量的值将等于0，这种现象称为退化 退化。 量的值将等于 ，这种现象称为退化。含有 一个或多个基变量为0的基可行解称为 的基可行解称为退化 一个或多个基变量为 的基可行解称为退化 的基可行解。 的基可行解。
18
迭代
xB
次数
cB
x1
x2
x3
x4
x5 bi
θi
50
x1
100
0
0
0
50 0 100
1 0 0
0
0 0 1
0
1 -2 0
- 50
0 1 0
0
-1 1 1
- 50
50 50 250 -27500
2
x4 x2
σj
2010年8月
管理工程学院
18
《运筹学》 运筹学》
19
所有的检验数 σ j ≤ 0, 此基本可行解： 此基本可行解：
2010年8月
管理工程学院
5
《运筹学》 运筹学》
6
c1 … cl b b1´
⋮
c j→ cB c1
⋮
… cm … xm …0 …⋮ 0 …1 …
⋮
…cj …xj …a1j´ …⋮ a2j´ …⋮ amj´
… ck … cn … xk …xn …0 …⋮ 1 …0
运筹学单纯形法的计算步骤
b2
0… 0
a2,m+1
…
a2n
2
…
…
…
…
cm xm
bm
0… 1
am,m+1
…
amn
m
-z -z 值 0 … 0
m+1
…
n
XB 列——基变量， CB 列——基变量的价值系数(目标函数系数) cj 行——价值系数，b 列——方程组右侧常数 列——确定换入变量时的比率计算值
下面一行——检验数， 中间主要部分——约束方程系数
(4).根据max(j > 0) =k，拟定xk为换入变量，按 规则计算 =min{bi/aik\aik>0}
可拟定第l行旳基变量为换出变量。转入下一步。
(5).以 alk 为主元素进行迭代(即用高斯消去法或称为旋转变 换)，把 xk 所对应的列向量变换为(0，0，…，1，…，0)T，将
XB 列中的第 l 个基变量换为 xk，得到新的单纯形表，返回(2)。
b
x1
x2
x3
x4
x5
2 x1 2 0 x4 8 3 x2 3
1
0
1
0 -1/2 -
0 0 -4 1 (2 ) 4
0 1 0 0 1/4 12
-z
-13
0
0 -2
0 1/4
X(2)=(2，3，0，8，0)T， z2 =13
cj
2 30 0 0
CB XB
b
x1
x2
x3
x4
x5
2 x1 4 0 x5 4 3 x2 2
量，给出第一阶段的数学模型为：
min = x6+x7
x1-2x2+x3+x4
单纯形法计算步骤
单纯形法计算步骤引言单纯形法是一种常用的数学优化方法，主要用于求解线性规划问题。
它的基本思想是通过不断地在可行解集合内移动，逐步靠近最优解，直到找到最优解。
本文将介绍单纯形法的基本步骤，以帮助读者了解如何使用该方法解决线性规划问题。
步骤一：建立线性规划模型在使用单纯形法之前，首先需要建立线性规划模型。
线性规划模型由决策变量、目标函数和约束条件组成。
决策变量是需要在问题中决策的变量，目标函数是需要最大化或最小化的目标，约束条件是限制决策变量取值范围的条件。
步骤二：将线性规划模型转化为标准形式单纯形法只适用于标准形式的线性规划模型。
标准形式要求目标函数为最大化，并且所有的约束条件都是等式形式。
如果初始线性规划模型不符合标准形式，我们可以通过适当的代数操作将其转化为标准形式。
步骤三：构造初始单纯形表初始单纯形表是单纯形法求解线性规划问题的起点。
它由决策变量、松弛变量、人工变量、目标函数系数和约束条件组成。
初始单纯形表的构造方法如下： 1. 将决策变量的系数及其对应的松弛变量、人工变量放在单纯形表的第一行。
2. 将目标函数的系数放在单纯形表的第一列。
3. 将约束条件的系数及其对应的松弛变量、人工变量放在单纯形表的其他行。
步骤四：确定基变量和非基变量基变量是单纯形表中拥有非零系数的变量，非基变量是单纯形表中拥有零系数的变量。
基变量和非基变量的确定方法如下： 1. 将目标函数的系数列中不为零的变量作为基变量。
2. 将约束条件中非零系数列中对应的变量作为基变量。
3. 剩余的变量作为非基变量。
步骤五：计算单纯形表中的系数根据基变量和非基变量的定义，我们可以计算单纯形表中的系数。
计算方法如下： 1. 将基变量的系数列除以对应的基变量系数。
2. 将非基变量的系数列减去对应的基变量系数列乘以非基变量所在行和基变量所在行之间的系数。
步骤六：检查是否达到最优解在每次迭代过程中，都需要检查是否达到最优解。
如果单纯形表中目标函数系数列的所有值都是非负的，表示已经达到最优解；否则，需要进行下一次迭代。
单纯形法的计算步骤
运筹学基础及应用
解：化标准型
max
z 2 x1 x2 0 x3 0 x4 0 x5 5 x2 x3 15 6 x 2 x x4 24 1 2 x5 5 x1 x2 x1 , , x5 0
运筹学基础及应用
表1：列初始单纯形表 （单位矩阵对应的变量为基变量）
运筹学基础及应用
单纯形表
- Z x1基变量 x 2 ... xm XB 0 1 1E 0 单位阵 ....... 0 1 1 c c 0... c 1 2 m xm xNn 非基变量 1 .... X a1m 1 ...a1n a 2 m 1N...a 2 n
非基阵 ......
在上一节单纯形法迭代原理中可 知，每一次迭代计算只要表示出当前的约 束方程组及目标函数即可。
a1m 1 xm 1 ..... a1n xn b1 x1 x a2 m 1 xm 1 ..... a2 n xn b2 2 .......... .......... .......... ..... xm amm 1 xm 1 ..... amn xn bm Z c1 x1 ... cm xm cm 1 xm 1 ... cn xn 0
3
0 1 5/4 -15/2 1*3/2 0 0 1/4 -1/2 +0*15/2 检验数<=0 1 0 -1/4 3/2
cj z j
8.5
0
0
-1/4
-1/2
最优解为X=(7/2,3/2,15/2,0,0) 目标函数值Z=8.5
cj
CB
0 0 0
2
1
0最小的值对应 0 0
单纯形法的计算步骤
确定换入基的变量。选择 ,对应的变量xj作为换入变量,当有一个以上检验数大于0时,一般选择最大的一个检验数,即： ,其对应的xk作为换入变量。 确定换出变量。根据下式计算并选择θ ,选最小的θ对应基变量作为换出变量。
商务 图标元素
商务 图标元素
商务 图标元素
商务 图标元素
商务 图标元素
商务 图标元素
商务 图标元素
商务 图标元素
商务 图标元素
单纯形法的计算步骤
用换入变量xk替换基变量中的换出变量,得到一个新的基。对应新的基可以找出一个新的基可行解,并相应地可以画出一个新的单纯形表。 5 重复3 、4 步直到计算结束为止。
单纯形法的计算步骤
换入列
bi /ai2,ai2>0
40
10
换出行
将3化为1
5/3
1
18
0
1/3
0
1/3
10
1
－1/3
其中：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。
单纯形法的进一步讨论－人工变量法
→
→
→
单纯形法的进一步讨论－人工变量法
单纯性法小结:
PPT常用编辑图使用方法
1.取消组合
2.填充颜色
3.调整大小ຫໍສະໝຸດ 商务 图标元素30
30
0
5/3
0
－4/3
乘以1/3后得到
1
0
3/5
－1/5
18
0
1
－1/5
－2/5
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Page 6
解：首先将数学模型化为标准形式
max Z 3 x 1 2 x 2 x 3 4 x1 3 x2 x3 x4 4 x 1 x 2 2 x 3 x 5 10 2 x1 2 x2 x 3 1 x j 0 , j 1, 2 , ,5
系数矩阵中不存在单位矩 阵，无法建立初始单纯形 表。
单纯形法的进一步讨论－人工变量法
max Z 3 x 1 2 x 2 x 3－ Mx Mx
Page 7
故人为添加两个单位向量，得到人工变量单纯形法数学模型：
6 7
4 x1 3 x2 x3 x4 x6 4 x 1 x 2 2 x 3 x 5 10 2 x1 2 x2 x3 x7 1 x j 0 , j 1, 2 , ,7
L
② 确定换出变量。根据下式计算并选择θ ，选最小的θ对应基
bi min a ik 0 a ik
单纯形法的计算步骤
③
Page 4
用换入变量xk替换基变量中的换出变量，得到一个新的基。 对应新的基可以找出一个新的基可行解，并相应地可以画出 一个新的单纯形表。
5）重复3）、4）步直到计算结束为止。
Page 1
单纯形法的计算步骤
Page 2
2）求出线性规划的初始基可行解，列出初始单纯形表。
cj cB 0 基 x3 b 40 3 x1 2 4 x2 1 0 x3 1 0 x4 0
θi
0
x4
30
1
3
3
4
0
0
1
0
j
检验数
1 c 1 ( c 3 a 11 c 4 a 21 ) 3 ( 0 2 0 1 ) 3
0 x5 0 1 0
-M x6 1 0 0
→ →
0 -M -1 x6 x5 x3
-6 -3 2 5-6M －6/5 3/5 －2/5 5↑
0 1 0 0 0 1 0 0 2 5/3 2/3 -25/3
1 0 0 0
3/5 8/3 —— —— 31/3 ——
2 -M -1 x2 x5 x3
3/5 31/5 11/5
单纯形法的计算步骤
换入列
将3化为1
cj cB 0 基变量 x3 b 40 3 x1 2 4 x2 1 0 x3 1
Page 5
bi /ai2，ai2>0
0 x4 0 θi
0
x4
j
30
1
3
3
4
0
0
1
40 10
换 出 行
乘 以 1/3 后 得 到Biblioteka 0 4x3x2
j
30 10
18 4
3 4
x1
x2
j
3 x1 -4 1 2 3-2M 3 8 1
j
2 x2 3 -1 -2 2+M 5 3 -2 5M↑ 1 0 0 0 1 0 0 0
-1 x3 1 2 1 -1+2M↑ 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0
0 x4 -1 0 0 -M -1 0 0 -M －1/5 3/5 －2/5 0 1 1 0 -5
j
→
2 3 -1
x2 x1 x3
13 31/3 19/3
j
0 1 0 0
单纯形法的进一步讨论－人工变量法
单纯性法小结:
建 立 模 型 两 个 求 解 图 解 法、 三个 以上 单纯 形法 不 处 理 xj′ ≥0 xj″ ≥0 xj≥0 xj无 约束 令xj = xj′ xj″ 令 xj’ = - xj 不 处 理 约束条 件两端 同乘以 -1 加 松 弛 变 量 xs 加 入 人 工 变 量 xa 减 去 xs 加 入 xa 不 处 理 xj ≤ 0 bi ≥0 bi < 0 ≤ 个 数 取 值 右 端 项 等式或 不等式 = ≥ 极大或极小 maxZ
单纯形法的计算步骤
3）进行最优性检验
如果表中所有检验数 止。否则继续下一步。
Page 3
，则表中的基可行解就是问题的最优解，计算停 0 j
4）从一个基可行解转换到另一个目标值更大的基可行解， 列出新的单纯形表
① 确定换入基的变量。选择 j 0 ，对应的变量xj作为换入
变量，当有一个以上检验数大于0时，一般选择最大的一 个检验数，即： max{ j | j 0 } ，其对应的xk作为 k 换入变量。 变量作为换出变量。
其中：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。
单纯形法的进一步讨论－人工变量法
cj CB 0 -M -M XB x6 x5 x7 b 4 10 1
j
Page 8
-M x7 0 0 1 θi 4 5 1
单纯形法的计算步骤
例1.8 用单纯形法求下列线性规划的最优解
max Z 3 x 1 4 x 2 2 x 1 x 2 40 x 1 3 x 2 30 x1 , x 2 0
解：1）将问题化为标准型，加入松驰变量x3、x4则标准型为:
max Z 3 x 1 4 x 2 2 x 1 x 2 x 3 40 x 1 3 x 2 x 4 30 x1 , x 2 , x 3 , x4 0
5/3 1/3 5/3 1 0 0
0 1 0 0 1 0
1 0 0 3/5 －1/5 －1
－1/3 1/3 －4/3 －1/5 －2/5 －1
0
18 30
单纯形法的进一步讨论－人工变量法
例1.10 用大M法解下列线性规划
max Z 3 x 1 2 x 2 x 3 4 x1 3 x2 x1 x 2 2 x3 2 x1 2 x2 x 、x 、x 2 3 1 x3 4 10 x 3 1 0
Page 9
新加变量 系数 xs xa
minZ
令 z′=- Z minZ =－ max z′
0
-M
单 纯 形 法