对偶理论

合集下载

02对偶理论

02对偶理论
结论:最大值问题变量与最小值 问题约束方程不等式符号一致; 若变量无约束,则方程为等式
6
对偶关系对应表
第2章 对偶理论
原问题 (对偶问题)
对偶问题(原问题)
目标函数
Max
Min
目标函数系数
约束方程右端常数
n个

≥0

≤0
无约束
m个
约束

条件

=
约束方程右端常数
目标函数系数
n个

≤ = m个
≥0 ≤0 无约束
-Y1 +2Y2 +Y3 ′- Y3〞 ≥0
Y2 -Y3 ′+Y3〞 ≥2 -Y1 +6Y2 +3Y3 - 3Y3〞≥-5 Y1 ,Y2 ,Y3 ′,Y3〞 ≥0 令Y1 ′ = -Y1 , Y3 = Y3 ′- Y3〞 , 则模型可表示为
Min =2Y1 ′ +6Y2 Y1 ′ +2Y2 +Y3 ≥0
或出售,如何给资源定价才合算?
产Ⅰ产品的单位获利
定价应考虑的问题 1.出卖资源获利应不少于生产获利 2.价格尽可能低,才能有竞争力 设Y1 Y2 Y3分别为3种资源的出卖价格
1Y1+4Y2≥2 同理 2Y1+4Y3≥3 最低价格应使总收入最小
Min z= 8Y1+16Y2+12Y3
1
对偶问题的提出
y1符号不限, y2 0, y3 0 y1符号不限, y2 0, y3 0

×
Min Z 4x1 2x2 3x3
4x1 5x2 6x3 7 s.t.182x1x191x32 x2101x43 11
x1 0, x2符 号 不 限, x3 0 9

规划数学对偶理论

规划数学对偶理论

理论框架的局限性
当前对偶理论主要基于某些特定的数学框架,对于一些复杂问题 可能无法提供有效的解决方案。
计算复杂度问题
对偶理论中的一些算法具有较高的计算复杂度,对于大规模问题可 能难以在可接受的时间内得出结果。
缺乏实际应用场景
目前对偶理论的应用主要集中在理论研究层面,缺乏在现实世界复 杂问题中的应用实例。
02
线性规划的对偶理论
线性规划问题
定义
线性规划问题是在一组线性不等式约束下,寻找一组 线性变量的最优解的问题。
目标函数
线性规划的目标函数是线性的,我们需要找到一组变 量使得目标函数取得最小值或最大值。
约束条件
线性规划的约束条件也是线性的,通常表示为不等式 或等式。
线性规划的对偶问题
定义
01
线性规划的对偶问题是通过将原问题的约束条件和目标函数进
求解方法
通过递归求解子问题,并记录子问题的最优解,避免重复计算。
动态规的基础上,对某些约
束或目标函数进行变换,从而得到的新问题。
特点
02 对偶问题与原问题具有相同的最优解,但求解难度可
能降低。
应用
03
通过对偶问题可以更有效地求解原问题,特别是在处
理约束优化问题时。
投资组合优化
对偶理论也可以应用于投资组合优化问题,通过 对偶问题的求解,可以找到最优的投资组合方案。
03
非线性规划的对偶理论
非线性规划问题
定义
非线性规划问题是在满足一系列约束条件下,最 小化或最大化一个非线性函数。
类型
包括无约束、有约束、凸优化、非凸优化等。
求解方法
常用的求解方法包括梯度法、牛顿法、拟牛顿法 等。
对偶理论的重要性

线性规划的对偶理论(第一部分

线性规划的对偶理论(第一部分

对偶问题的约束条件 对应于原问题的目标 函数和约束条件的系 数。
对偶问题的可行解集 是原问题可行解集的 凸包。
原问题与对偶问题关系
弱对偶性
对于任意一对原问题和对偶问题 的可行解,原问题的目标函数值 总是大于或等于对偶问题的目标
函数值。
强对偶性
当原问题和对偶问题都存在可行 解时,它们的最优解对应的目标
强对偶性定理
若原问题和对偶问题都有可行解,则 它们分别存在最优解,且这两个最优 解的目标函数值相等。
在满足某些约束规格(如Slater条件) 的情况下,强对偶性成立。
互补松弛条件
在原问题和对偶问题的最优解中,如果某个约束条件的对偶变量值为正,则该约束 条件必须是紧的(即取等号)。
如果原问题(对偶问题)的某个变量在最优解中取正值,则其对应的对偶问题(原 问题)的约束条件必须是紧的。
标准形式
通常将线性规划问题转化为标准 形式,即求解目标函数的最小值 ,约束条件为一系列线性不等式 。
对偶问题定义与性质
对偶问题定义:对于 给定的线性规划问题, 可以构造一个与之对 应的对偶问题,该问 题的目标函数和约束 条件与原问题密切相 关。
对偶问题性质
对偶问题的目标函数 是原问题约束条件的 线性组合。
解决对偶间隙等关键问题
在实际应用中,由于原问题和对偶问题之间可能存在对偶间隙,导致对偶理论的实用性受到一定的限制。 未来可以研究如何缩小或消除对偶间隙,提高对偶理论的实用性和应用范围。
THANKS
感谢您的观看
简化了复杂问题的求解过程
对偶理论能够将一些复杂的线性规划问题转化为相对简单的对偶问题进行求解,从而降低了问题 的求解难度和计算量。
揭示了原问题和对偶问题之间的内在联系

对偶理论

对偶理论

第四节
灵敏度分析
灵敏度分析也称为优化后分析,是研究线性规划模型某些系 数或限制量的变化对最优解的影响及其影响程度的分析过程。
一、影子价格及其应用
例7 某企业生产A、B、C三种产品,每吨的利润分别为2000元、3000元和 1000元,生产单位产品所需的工时及原材料如表3-8所示。若供应的原材料每天不 超过3吨,所能利用的劳动力总工时是固定的,应如何制定日生产计划,使三种产 品的总利润最大? 表3-8 生产每吨产品所需资源 所需工时占总工时比例 所需原材料(吨) 产 品 A 1/3 1/3 B 1/3 4/3 C 1/3 7/3
二、对偶问题的基本性质 1.对称性。 对偶问题的对偶是原问题。 2.弱对偶性。 若 X 是原问题的可行解, Y 是对偶问题的可行 解。则存在 C X Yb 3.无界性。 若原问题(对偶问题)为无界解,则其对偶问 题(原问题)无可行解。 ˆ ˆ 4.可行解是最优解时的性质。 设 X 是原问题的可行解, Y ˆ ˆ ˆ Y 是对偶问题的可行解,当 CX Yb 时,X , ˆ 是最优解。 5.对偶定理。 若原问题有最优解,那么对偶问题也有最优 解;且目标函数值相等。 Y 6.互补松弛性。 若 Xˆ ,ˆ 分别是原问题和对偶问题的可行 ˆ ˆ Y 解。那么 YˆX 0 和 Y X 0,当且仅当 X ,ˆ 为最优解。 7.对应基解。 设原问题是
y1 4 y 2 2
同理将生产每件产品Ⅱ的设备台时和原材料出租和 出让的所有收入应不低于生产一件产品Ⅱ的利润, 这就有
2 y1 4 y 3 3
把企业所有设备台时和资源都出租和出让,其收入为 8 y1 16y 2 12y 3
从企业的决策者来看当然ω愈大愈好,但从接受者来看他的支付愈少愈好,所以企 业的决策者只能在满足 所有产品的利润条件下,使其总收入尽可能地小,他才能 实现其意愿,为此需解如下的线性规划问题:

对偶理论知识点总结

对偶理论知识点总结

对偶理论知识点总结一、一般理解对偶理论是运筹学和数学中的一个重要理论,主要研究优化问题的对偶性质和利用对偶问题来解决原始问题的方法。

优化问题是现实世界中的一种普遍问题,它的目标是在一定的约束条件下找到最优解。

而对偶理论则是研究优化问题的一个重要角度,它告诉我们,对于每一个原始问题都存在一个对偶问题,通过对偶问题我们可以获得原始问题的一些重要信息,比如最优解的下界。

二、对偶问题的定义在深入了解对偶理论之前,我们首先需要了解什么是对偶问题。

对于一个原始优化问题:\[ \begin{cases} inf \ c^T x \\ Ax=b \\ x\geq0 \end{cases}\]它的对偶问题可以定义为:\[ \begin{cases} sup \ b^T y \\ A^Ty+c=y \\ y\geq0 \end{cases}\]其中,\(c,x\)是原始问题的目标函数和解向量,\(A,b\)是原始问题的约束条件,对偶问题的目标函数和解向量分别为\(b,y\)。

原始问题和对偶问题之间存在着一种对偶关系,通过对偶问题我们可以获得原始问题的一些重要信息。

三、对偶性质对偶理论的一个重要性质就是对偶性质,它告诉我们原始问题和对偶问题之间存在着一种非常紧密的联系。

具体来讲,对偶性质包括弱对偶性和强对偶性两个方面。

1. 弱对偶性:对于任意一个优化问题,其对偶问题的目标函数值不会超过原始问题的目标函数值,即对于原始问题的任意可行解x和对偶问题的任意可行解y,有\[c^Tx\geqb^Ty\]2. 强对偶性:若原始问题和对偶问题均存在最优解,则它们的目标函数值相等,即\[inf \c^Tx=sup \ b^Ty\]这两个对偶性质告诉我们,对偶问题的解可以为原始问题的最优解提供一个下界,并且在某些情况下,对偶问题的解可以等于原始问题的最优解。

四、对偶问题的应用对偶理论不仅仅是一种理论概念,更是一种实际问题求解的工具。

在实际问题中,我们经常可以通过对偶问题来求解原始问题,或者通过对偶问题的解来获得原始问题的解。

第二章对偶理论

第二章对偶理论

3 5
x1 , x2 , x3 0
解:首先将原式变形
max Z 2 x1 3 x2 4 x3
2 x 3 x2 5 x3 2
3 x1 x2 7 x3 3
x1 4 x2 6 x3
5
x1 , x2 , x3 0
注意:以后不强调等式右段项 b≥0,原因在对偶单
纯型表中只保证 而j 不0 保证
=(1.1),分别是
(P_)_ 和__(D)的可行解。Z=10 ,W=40,故有
C X < Y b ,弱对偶定理成立。由推论⑴可知,W 的最
小值不能小于10,Z 的最大值不能超过40。
例二、已知
p : max Z x1 2x2
D : minW 2 y1 y2
x1 x2 x3 2
2x1 x2 x3 1
n
j 1
aij
yi
cj
(对偶问题)
yi 0
目标函数 约束条件
原问题
对偶问题
max
min


变量数量 约束条件个数
约束条件个数 变量数量
例三、
23
x1
x2
原问题
12 y1 2
2
≤ 12
8
y2
1
2

8
16 y3 4 0 ≤ 16 12 y4 0 4 ≤ 12
对偶问题 2 3
二、线性规划的对偶理论
原问题 问题无界
无可 行解
对偶问题 无可 行解
问题无界
(对)
y1 y1
y1
y2 y2 0, y2
2 1 0
无可 行解
推论⑶.在一对对偶问题(P)和(D)中,若一个可 行(如P),而另一个不可行,(如D),则该可行的 问题无界。

线性规划的对偶理论2-对偶问题的性质

线性规划的对偶理论2-对偶问题的性质
算例三
含多个决策变量的线性规 划问题及其对偶问题的求 解
含不等式约束的线性规划 问题及其对偶问题的求解
经典案例分析:运输问题、生产计划等
通过对偶理论实现资源的最优分 配
对偶理论在生产计划优化中的应 用
如何通过对偶理论求解最小成本 运输问题
运输问题
资源分配问题 生产计划问题
实际应用案例分享
供应链管理
椭球法
通过构造一个包含原问题可行域的椭球,将原问题转化为 一个椭球约束的优化问题,然后利用椭球算法进行求解。
割平面法
通过在原问题的约束条件中不断添加割平面,将原问题转 化为一个更容易求解的问题,然后利用相关算法进行求解。
Part
04
对偶理论在经济学中应用
影子价格概念及计算
影子价格定义
影子价格反映资源在最优配置下 的边际价值,即资源每增加一单
选择一个满足所有约束条 件的初始内点。
迭代过程
通过不断迭代,沿着目标函数 的负梯度方向进行搜索,直到 达到最优解或满足停止准则。
求解最优解
当迭代过程结束时,从最 终迭代点中读取最优解。
其他方法简介
外点法
通过构造一个包含原问题可行域的外点,将原问题转化为 一个无约束优化问题,然后利用无约束优化方法进行求解。
简化问题求解从而降低了 计算复杂度和难度。
揭示问题内在联系
对偶理论揭示了原问题与其对偶问题之间的内在联系,有助于发现 问题的隐藏性质和潜在优化方向。
未来发展趋势预测及挑战分析
拓展应用领域
随着对偶理论的不断完善和发展, 其应用领域将进一步拓展,包括机 器学习、大数据分析等前沿领域。
强对偶性
强对偶性定义
01
存在一组可行解,使得原问题的目标函数值等于其对偶问题的

对偶理论几个性质的证明

对偶理论几个性质的证明

对偶理论几个性质的证明
图论的对偶理论指在图论的内容中针对一个特殊的图G建立的另一个
图G*,它们之间的关系满足交换律,即G与G*互为对偶,可以发现的特
性包括:
一、Konig定理:
它是有关其中一种有向图的带宽是否可容的定理,即一个可容的有向
图其最大匹配数等于最大独立集的最小覆盖数。

它的对偶理论表明,一个
图G的最大匹配是邻接矩阵A的最小非零向量的数量加上图G的最小独立
集的数量。

其中,A是G的一个邻接矩阵,反映了图G的一种表示。

证明:
假设G是可容的有向图,则G具有非负的顶点覆盖数V和边覆盖数E,满足V≤E。

而G*是G的对偶图,具有最大匹配数m和最小独立集数f。

我们假设,图G的边覆盖数E等于G*的最小独立集数f,可以说明图
G的顶点覆盖数V等于G*的最大匹配数m。

因此,可以将等式node(V) = edge(E)和node(V) = match(m)结合起
来得到:
edge(E) = match(m)
与Konig定理的含义相同,即:G的最大匹配数等于G*的最小独立集数。

另外,根据等式,我们可以得出:
G具有V顶点和E边的最大匹配数=G*具有f点和m边的最小独立集

结论:一个可容的有向图其最大匹配数等于最小独立集的最小覆盖数。

二、Hall定理:
Hall定理指出:若图G有顶点集V和边集E,则G具有最大匹配 M 且,V,<=,M,时,必有一个完全匹配。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

1.1
Complementary Slackness
The Strong Duality Theorem tells us that optimality is equivalent to equality in the Weak Duality Theorem. That is, x solves P and y solves D if and only if (x, y ) is a P − D feasible pair and cT x = y T Ax = bT y. We now carefully examine the consequences of this equivalence. Note that the equation cT x = y T Ax implies that
m
(i) either 0 = xj or
i=1 n
aij yi = cj or both for j = 1, . . . , n, and aij xj = bi or both for i = 1, . . . , m.
j =1
(ii) either 0 = yi or
3
Proof: If x solves P and y solves D, then by the Strong Duality Theorem we have equality in the Weak Duality Theorem. But we have just observed that this implies (1.2) and (1.3) which are equivalent to (i) and (ii) above. Conversely, if (i) and (ii) are satisfied, then we get equality in the Weak Duality Theorem. Therefore, by Theorem 1.2, x solves P and y solves D. The Complementary Slackness Theorem can be used to develop a test of optimality for a putative solution to P (or D). We state this test as a corollary. Corollary 1.1 The vector x ∈ Rn solves P if and only if x is feasible for P and there exists a vector y ∈ Rm feasible for D and such that
or both for i = 1, . . . , m.
The two observations (1.2) and (1.3) combine to yield the following theorem. Theorem 1.8 (The Complementary Slackness Theorem) The vector x ∈ Rn solves P and the vector y ∈ Rm solves D if and only if x is feasible for P and y is feasible for D and
The problem on the right is in standard form so we can take its dual to get the LP minimize subject to (−c)T x (−AT )T x ≥ (−b), 0 ≤ x = maximize subject to cT x Ax ≤ b, 0 ≤ x .
1
Duality Theory
maximize subject to cT x Ax ≤ b, 0 ≤ x
Recall from Section 1 that the dual to an LP in standard form (P ) is the LP (D ) minimize subject to bT y AT y ≥ c, 0 ≤ y.
m
aij yi − cj ) ≥ 0
i=1
for
j = 1, . . . , n.
Hence, the only way (1.1) can hold is if
m
xj (
i=1
aij yi − cj ) = 0
for
j = 1, . . . , n.
or equivalently,
m
(1.2)
xj = 0
or
i=1
aij yi = cj
or both for j = 1, . . . , n.
Similarly, (??) implies that
m n
0 = y T (b − Ax) =
i=1
yi (bi −
j =1
aij xj ).
Again, feasibility implies that
n
The primal-dual pair of LPs P − D are related via the Weak Duality Theorem. Theorem 1.1 (Weak Duality Theorem) If x ∈ Rn is feasible for P and y ∈ Rm is feasible for D, then cT x ≤ y T Ax ≤ bT y. Thus, if P is unbounded, then D is necessarily infeasible, and if D is unbounded, then P is necessarily infeasible. Moreover, if cT x ¯ = bT y ¯ with x ¯ feasible for P and y ¯ feasible for D, then x ¯ must solve P and y ¯ must solve D. We now use The Weak Duality Theorem in conjunction with The Fundamental Theorem of Linear Programming to prove the Strong Duality Theorem. The key ingredient in this proof is the general form for simplex tableaus derived at the end of Section 2 in (??). Theorem 1.2 (The Strong Duality Theorem) If either P or D has a finite optimal value, then so does the other, the optimal values coincide, and optimal solutions to both P and D exist. Remark: This result states that the finiteness of the optimal value implies the existence of a solution. This is not always the case for nonlinear optimization problems. Indeed, consider the problem min lem has a finite optimal value, namely zero; however, this value is not attained by any point x ∈ I R. That is, it has a finite optimal value, but a solution does not exist. The existence of solutions when the optimal value is finite is one of the many special properties of linear programs. Proof: Since the dual of the dual is the primal, we may as well assume that the primal has a finite optimal value. In this case, the Fundamental Theorem of Linear Programming says that an optimal basic feasible solution exists. By our formula for the general form of simplex tableaus (??), we know that there exists a nonsingular record matrix R ∈ I Rn×n and m a vector y ∈ I R such that the optimal tableau has the form R 0 −y T 1 A I b cT 0 0 = RA R Rb T T c − y A −y −y T b
n m
(1.1)
0 = x (A y − c) =
j =1
T
T
xj (
i=1
aij yi − cj ).
In addition, feasibility implies that
m
0 ≤ xj
and
0≤
i=1
aij yi − cj 2
for j = 1, . . . , n,
and so xj (
Since the problem D is a linear program, it too has a dual. The duality terminology suggests that the problems P and D come as a pair implying that the dual to D should be P . This is indeed the case as we now show: minimize subject to bT y AT y ≥ c, 0≤y = −maximize subject to (−b)T y (−AT )y ≤ (−c), 0 ≤ y.
相关文档
最新文档