第二章 线性规划问题解的性质分析

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管理运筹学第二章 线性规划的图解法

管理运筹学第二章 线性规划的图解法

B、约束条件不是等式的问题:
若约束条件为 ai1 x1+ai2 x2+ … +ain xn ≤ bi 可以引进一个新的变量si ,使它等于约束右 边与左边之差 si=bi–(ai1 x1 + ai2 x2 + … + ain xn ) 显然,si 也具有非负约束,即si≥0, 这时新的约束条件成为 ai1 x1+ai2 x2+ … +ain xn+si = bi
第二章 线性规划 的图解法
一、线性规划的概念 二、线性规划问题的提出 三、线性规划的数学模型 四、线性规划的图解法 五、线性规划解的情况 六、LP图解法的灵敏度分析
一、线性规划的概念
线性规划Linear Programming 简称LP,是一 种解决在线性约束条件下追求最大或最小的 线性目标函数的方法。 线性规划的目标和约束条件都可以表示成线 性的式子。
max z 3 x1 2 x2
2 x1 x2 ≤ 10 设备B台时占用 s.t. x1 x2 ≤ 8 x , x ≥ 0 产量非负 1 2
决策变量 (decision variable) 目标函数 (objective function) 约束条件 (subject to)

-ai1
x1-ai2 x2- … -ain xn = -bi 。
例1.3:将以下线性规划问题转化为标准形式 Min f = 3.6 x1 - 5.2 x2 + 1.8 x3 s. t. 2.3 x1 + 5.2 x2 - 6.1 x3 ≤15.7 4.1 x1 + 3.3 x3 ≥8.9 x1 + x2 + x3 = 38 x 1 , x 2 , x3 ≥ 0

管理运筹学_第二章_线性规划的图解法

管理运筹学_第二章_线性规划的图解法

A
1×250=250千克.
原料B 0 1 250千克
约束条件中没使用的资源或能力称之为松弛量。
用Si表示松弛量,对最优解 x1=50,x2=250来说:
约束条件
松弛变量的值
设备台时数
s1=0
原料A
s2=50
原料B
s3=0
8
线性规划标准型
加了松弛变量后例1的数学模型可写成:
目标函数:max z=50x1+100x2+0s1+0s2+0s3,
约束条件: x1+x2+s1=300,
2x1+x2+s2=400,
x2+s3=250, x1,x2,s1,s2,s3≥0
如何把模型化为 标准型?
三个特征:
一、约束条件为等式;
二、约束条件右端常数项非负;
三、所有变量非负。
称为线性规划的标准形式。
9
线性规划问题解的情况:
1.若有最优解,一定能在可行域的顶点取得。
a21x1+a22x2+…+a2nxn=b2, ………………………… am1x1+am2x2+…+am nxn=bm. x1, x2,…,xn≥0.
其中ci为第i个决策变量xi在目标函数中的系数, aij为第i个约束条件中第j个决策变量xj的系数, bj(≥0)为第j个约束条件中的常数项。
16
灵敏度分析
C 100
1设备台时获利500/10=50
元。 x1
O 100 D300 X1+X2=300
X1+X2=310
你知道对偶价格吗?
21
对偶价格的概念

线性规划的解与最优解知识点总结

线性规划的解与最优解知识点总结

线性规划的解与最优解知识点总结在现实生活和工作中,我们经常会遇到需要最优化某个目标函数的问题。

线性规划作为一种常见的数学优化方法,在各个领域中得到了广泛应用。

它能够帮助我们在一定的约束条件下,找到目标函数的最佳解。

本文将对线性规划的解与最优解的相关知识点进行总结。

1. 基本概念线性规划问题由目标函数和一组线性约束条件组成。

目标函数的形式通常是最大化或最小化一些变量的线性组合,而约束条件则给出了这些变量的取值范围。

线性规划问题的一般形式如下:```max/min Z = c₁x₁ + c₂x₂ + ... + cₙxₙsubject to:a₁₁x₁ + a₁₂x₂ + ... + a₁ₙxₙ ≤ b₁...aₙ₁x₁ + aₙ₂x₂ + ... + aₙₙxₙ ≤ bₙx₁, x₂, ..., xₙ ≥ 0```其中,Z表示目标函数的值,c₁, c₂, ..., cₙ为目标函数的系数,aᵢₙ为约束条件中的系数,b₁, b₂, ..., bₙ为约束条件的右边常数,x₁,x₂, ..., xₙ为决策变量。

2. 解的存在性线性规划问题存在三种解的情况:无解、有界解和无界解。

如果约束条件与目标函数之间存在矛盾,例如出现一个约束条件为 a₁₁x₁ +a₁₂x₂ + ... + a₁ₙxₙ ≤ b₁,而目标函数的系数为 c₁ > a₁₁,那么这个线性规划问题就没有解。

有界解指的是线性规划问题在满足所有约束条件的情况下,能够找到目标函数的最大值或最小值。

无界解意味着目标函数可以无限制地增大或减小。

3. 最优解的性质线性规划问题的最优解具有以下性质:- 最优解必然出现在可行域的顶点上。

可行域是指所有满足约束条件的解的集合,而顶点则指可行域的边界上的点。

- 如果最优解存在,那么至少存在一个顶点是最优解。

- 如果可行域是有限的,则一定存在一个顶点是最优解。

- 如果最优解存在,那么一定有一条或多条约束条件在最优解上取等号。

第2章 线性规划

第2章 线性规划

目标函数下降
MAXZ=4X1-3X2 S.T. X1+2X210 X16 X24 X11 X1,X20
X2=4
B A
目标函数上升
C
X2 0
E
D
X1 X1=6
4X1-3X2=0
X1=1
对解的讨论: .唯一解 .无穷解 .无解: 可行域空集 可行域无界
X2 X1+2X2=10 X2=4
X1 0
a11 a12 a1n 约束方程组 A P1 , P2 , Pn 系数矩阵 a m1 a m 2 a mn
A为m ×n矩阵( m为约束方程个数,n为变量个数)
a11 a12 a1n A P1 , P2 , Pn a m1 a m 2 a mn
消除负的右端常数项
MAXZ=-X1-3(X3-X4) S.T. 6X1+7(X3-X4)8 X1-3(X3-X4) ≥6 X1-(X3-X4)=3 X1、X3、X4 0
约束方程还不是等式约束
人为添加变量,成为等式约束
对于“≤”约束,添加松弛变量 对于“≥”约束,添加剩余变量
6X1=5X1+3X2 S.T. 3X1+5X215
max Z 5 x1 3 x 2 3 x1 5 x 2 x 3 15 5 x1 3 x 2 x 4 10 x1 , x 2 , x 3 , x 4 0
5X1+2X210
X1,X20
2、给出基本可行解
• 6.基本可行解:满足非负条件
对于D1 ,基变量为X4、X5,X1、X2、X3为非基变量,令 X1、X2、X3=0, X4 = 8、X5 = 1 对于D2 ,基变量为X1、X2,X3、X4、X5为非基变量,令 X3、X4、X5 =0, X1 = -13/4 、X2=15/4

线性规划问题解的概念和性质

线性规划问题解的概念和性质

线性规划问题解的应用之一是生产计划问题,通过合理安排生产计划,最大化利润并满足市场需 求。
线性规划问题解的生产计划问题需要考虑多种因素,如生产成本、市场需求、产品价格等,以制 定最优的生产计划。
线性规划问题解的生产计划问题可以通过建立数学模型进行求解,利用计算机软件进行优化和模 拟。
线性规划问题解的生产计划问题在实际应用中具有广泛的应用价值,可以提高企业的生产效率和 经济效益。
线性规划问题的标准形式
初始解的求解方法
初始解的判断准则
初始解的调整策略
迭代过程:通过不断迭代更新解,逐步逼近最优解 终止条件:当迭代过程中解的变化小于预设阈值或达到最大迭代次数时,终止迭代 收敛性:算法收敛于最优解的充分必要条件是所有约束条件都是“可行”的 算法复杂度:迭代次数与问题规模呈指数关系,需要选择合适的算法和参数
方案。
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定义:在给定风险 水平下最大化收益, 或在给定收益水平
下最小化风险
应用场景:股票、 债券等金融资产的
投资组合配置
线性规划问题解的 应用:通过线性规 划方法找到最优投 资组合,实现风险
和收益的平衡
线性规划问题解的 概念和性质:在投 资组合优化问题中, 线性规划方法用于 求解最优解,其概 念和性质对于理解 和应用投资组合优
解的唯一性:线性 规划问题有唯一最 优解
解的稳定性:最优 解不会因约束条件 的微小变化而发生 大的改变
解的敏感性:当目 标函数系数或约束 条件发生变化时, 最优解可能会发生 改变
算法原理:通过 不断迭代,寻找 最优解
适用范围:线性 规划问题
求解步骤:确定 初始解,计算目 标函数值,迭代 更新解

第2章线性规划

第2章线性规划

线性规划数学模型的三个要素: 决策变量、目标函数、约束条件
线性规划数学模型(4)
线性规划数学模型的一般形式的其他表示方式:
(2) max(min)
s.t.
n
z c j x j
j 1


n
aij x j
(, )bi (i 1,, m)
j1
x j 0( j 1,n)
2 0 0


B2 1 1 0
1 0 1
对应的基解分别为 x 1 (0,0,2,2,5) 和 x 2 (1,0,0,3,6) ,其中 x1 为基本可行解, x2 不是基本可行解。
线性规划的基本概念
●线性规划的基矩阵(基)、基变量、非基变量
目标函数 约 束 条 件
d、bi≥0
“bi≤0” —— 乘“-1” , -bi≥0
线性规划数学模型(8)
练习题:将线性规划数学模型转化为标准形式
1、min z= 2x1-2x2+3x3
-x1+ x2+ x3 = 4
-2x1+ x2 - x3≤6
x1 ≤0, x2 ≥0 ,x3无约束
2、min z= x1+x2 x1- x2+2 x3 ≥2
可行解 满足线性规划所有约束条件的各变量的 一组值X=(x1,x2,…,xn)T,称为线性规划 问题的可行解。全部可行解的集合称为可行域。 最优解 使线性规划的目标函数达到以最优值 (依照具体问题,或者是极大值,或者是极小 值)的可行解称为线性规划问题的最优解。 上述两个概念,对于一般形式、标准形式都适 用,而下述概念,仅适用于标准形式。
基解 在标准形式线性规划的约束方程组中,对应 基B,令所有非基变量都等于零,求解约束方程组 AX=b,可惟一得出基变量的一组值,这些值和取 零的非基变量的值合起来,称为线性规划问题的基 解或基本解。 基的个数不超过 Cnm,一个基对应一个基解,故基解 的个数也不超过 Cnm。基解中非零分量的个数不会大 于约束方程的个数m。若一个基解的基变量中有取 零值的,则此基解称为退化的,否则称为非退化的 。

第二章线性规划

第二章线性规划
线性规划研究的问题主要有以下两类。 (1) 给出一定量的人力、物力、财力等资源,如何统筹规划这些有限资源完成最大 任务。 (2) 给定一项任务,如何运筹规划,合理安排,以最少资源来完成它。 线性规划要研究的两类问题中都有一个限制条件:第一类问题是给出一定量的人力、 物力和财力等资源;第二类问题是给定一项任务。这种限制条件可以用一组线性方程组或 线性不等式组来描述。限制条件所要达到的结果称为“目标”,第一类问题的目标是利用有 限资源完成最大任务,第二类问题的目标是以最少资源完成给定任务。可以用一个线性函 数来描述这种目标,称这个线性函数为目标函数。 由此可见,各类问题尽管限制条件与目标不相同,但规划的目的就是使这些资源发挥 最大限度的作用,从而完成最多最大的任务。换句话说,也就是资源的最优利用问题。用 数学形式表示的话,规划的目的就是在给定的限制条件(或称约束条件)下,求目标函数的极 值问题(包括极小值和极大值)。 下面用一个例题来说明线性规划问题的特点。
0.1x1 0.17x2 0.14x3 0.22x4 0.07x5 ≥140 000 平均信用度不低于 6,即
非负约束,即
(11x1 8x2 10x3 4x4 10x5 ) /(5106 ) ≥6 xi ≥ 0 , i =1, 2, 3, 4, 5
综上所述,该问题的数学模型可以表示为
16
第二章 线性规划
三、人力资源问题的数学模型
例 2-4 某商场因为每天顾客的数量不同,所以每天需要的营业员人数也不同。经过统 计分析,商场对营业员的需求量如表 2-5 所示。按照规定,营业员每周工作五天后,连续 休息两天。问:应如何安排营业员的作息,既能满足工作需要,又使得雇佣的营业员人数 最少?
表 2-3 产品规格
产品名称 X

第2章 线性规划图解法

第2章 线性规划图解法
-8
x2
6
4
可行域
6
0
x1
23
3. 画出目标函数的图形(通常可画出当目 标函数值为零时的(基准)目标函数图),确 定目标函数平行移动的方向,并沿目标函 数直线的法向用小箭头标出。
例1. max Z = x1+3x2 s.t. x1+ x2≤6 -x1+2x2≤8 x ≥0, x ≥0 1 2
大轿车座椅的限制: 非负限制:
5 x1 2.5 x2 2500 x1 400 x1 0, x2 0
分析:问题是如何安排生产使得工厂获利最大?
项目 产品 生产能力 5 (小时 ⁄ 辆) 2.5 (小时 ⁄ 辆) 2500 (小时 ⁄ 年) 钢材 (吨 ) 装配座椅 (辆 ⁄ 年 ) 利润 (千元 ⁄ 辆)
4
§2.1
线性规划问题的提出
线性规划研究的内容和问题
线性规划是研究在线性不等式或等式的限 制条件下,使得某一个线性目标函数取得最大 (或最小)的问题。常见的线性规划问题有: (一) 运输问题 (二) 生产的组织与计划问题 (三) 合理下料问题 (四) 配料问题 (五) 布局问题 (六) 分派问题
5
7
例1. 某工厂在计划期内要安排Ⅰ、Ⅱ两种产品的生产, 已知生产单位产品所需的设备台时及A、B两种原材料的 消耗、资源的限制,如下表:
设备 原料 A 原料 B 单位产品获利 Ⅰ 1 2 0 50 元 Ⅱ 1 1 1 100 元 资源限制 300 台时 400 千克 250 千克
问题:工厂应分别生产多少单位Ⅰ、Ⅱ产品才能使工厂获 利最多?
6
§2.1
线性规划问题的提出
线性规划发展前景
另一方面,以线性规划为基础而发展起 来的多部门的线性规划 , 多时期的线性规划, 模糊线性规划,随机线性规划,以及整数规 划,非线性规划,目标规划等等,为现代管 理中各类实际问题的解决提供了科学的方法。 目前线性规划的理论研究仍十分活跃,其应 用前景也越来越广阔,它已成为国家重点推 广的现代管理方法之一。
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例2.6 将下面的线性规划问题化为标准形: max s = x1+2x2-3x3
x1 2 x2 x3 5 2 x1 3 x2 x3 6 x1 x2 x3 2 3 x2 12 x1 , x2 , x3 0
解 引进非负变量x4,x5,x6,min s x 2 x 3 x 1 2 3 则原问题的标准形为: x1 2 x2 x3 x4 5 2 x1 3 x2 x3 x5 6 松弛变量 x1 x2 x3 2 3 x2 x6 12 x1 , , x6 0 剩余变量
其中
Ax b s.t . x 0 c=(c1,c2,…,cn)
a1n a2 n amn
价值向量
约束矩阵
a11 a12 a a A 21 22 a m1 am 2
资源向量 b1 x1 待定决策向量 b x 2 b x 2 b x m n
[0,1] x x(1) (1 ) x(2) 0,
Ax A[x (1) (1 ) x ( 2) ] Ax (1) (1 ) Ax ( 2) b
x x(1) (1 ) x(2) S
(二)线性规划问题解的性质
x2 A B 2x1+5x2=19 C
O
D x1 2x1+5x2=0
例2.2 若将例2.1中的目标函数改为S=x1+2x2
x1 4 x2 3 s.t . x1 2 x2 8 x1 , x2 0
x2
A B
x1+2x2=8
C
BC边上每一 点的坐标都 是最优解
O D
①画直线x-y+5=0,确定不等式x-y+5≥0表示的区域; ②画直线x+y=0,确定不等式x+y≥0表示的区域; ③画直线x=3,确定不等式x≤3表示的区域; ④取公共区域部分。
y x+y=0 A
-4 -2 4 2
x-y+5=0 C
o
2 4
B
x
x=3
基本概念: (1) z= 2x+y
x 4 y 3 (2). 3 x 5 y 25 x 1
定理2 x是基础可行解 x是可行域S中的极点. Ax b 证 设LP问题: min s = cx s.t . x0 S是其可行域, “” 即若x是可行域S中的极点,则x是基础可行解. ; (1). 当x 0时, 显然x是基础可行解
(2). 当x 0且为极点时,
设x的所有非零分量为xi1 , xi2 ,, xik (k m), 其所对应的列向量为Pi1 , Pi2 ,, Pik (k m), 问题转化为说明向量组Pi1 , Pi2 ,, Pik 线性无关.
例2.3、若目标函数为 min s = 2x1+2x2
x2
⑵作目标函数 的等值线
⑶确定最优点 因此,最优解 为 x1=1, x2=0
O C B
x1 x2 1 s.t . x1 2 x2 0 x1 0, x2 0
2x1+2x2=10
A
D x1
相应的目标函数 最小值为 s=2。
x2 B 2x1+5x2=19
A
C
O
D
2x1+5x2=0
x1
(3). 确定最优点
先确定目标函数值增大的方向,沿着这个方向平 行移动直线 s= 2x1+5x2,当移动到 B点时,s值就在可 行域上达到最大,从而确定B点就是最优点,
x2 3 x1 2 x 2 8
得最优解为x1=2,x2=3。 相应的目标函数的最大值为 S=2×2+5×3=19.
即 若对于x (1) ,x (2) ∈S,x=α x (1) +(1-α) x (2) ∈S (0≤α≤1),则称S为凸集。 例如: (2) x (2) x (2) x (1) x (1) x (2) x (2) x (1) x x
(1)
x (1)
3. 极点 (顶点)
若凸集S中的点x,不能成为S中的内点,则称x为S的 极点(顶点)。 即, 若对于x (1) x (2) ∈S, 不存在α (0<α<1), 使 x=α x (1) +(1-α) x (2) 则称x为S的极点(顶点)。
2x1+2x2=10
A B D O C x1
2x1+2x2=6
2x1+2x2=2
例2.5、min s =2x1+2x2
x1 x2 1 s.t . x1 x2 2 x1 0, x2 0
x2
如图,
没有可行解, 故没有最优解。
O x1
-x1+x2=1
x1+x2= -2
a1 j a Pj 2 j a mj
( j 1,2,, n)

非标准形问题的标准化
下面举例说明如何将非标准形线性规划问题 化为标准形。
(1)目标函数 若问题的目标函数为最大化 max s = cx, 则 可化为求 min s’ = -cx,即可。 (2)约束条件 a) 约束为≤形式的情形。如 2x1-x2+3x3≤18 则加入一个非负变量x4≥0,改为: 2x1-x2+3x3+x4=18 变量x4称为松弛变量。
(二)线性规划问题解的性质 定理1 线性规划问题的可行解集(可行域)为凸集。 Ax b 证 设LP问题: min s = cx s.t . x 0 S是其可行域, 对于x (1) x (2) ∈S, α [0,1]
考查 x=α x (1) +(1-α) x (2) ∈S
由于x (1) , x ( 2) S , x (1) 0, x ( 2) 0, Ax (1) Ax ( 2) b
LP问题
min s = cx
min s = cx
Ax b s.t . x 0
向量表示
n x j Pj b s.t . j 1 x 0
A ( P1 , P2 ,, Pn )
a1 j a Pj 2 j 是约束条件中 x j的系数, ( j 1,2,, n) a mj Pj也称为 x j 对应的向量.
解 (1). 确定可行域 先作: x1≥0 x2≥0 再作: x1 ≤4 x2 ≤3 x2 A B C
O x1 +2 x2 ≤8
D
x1
得可行域(见上图)
(2). 作目标函数的等值线 目标函数s=2x1+5x2 它代表是以 s 为参数 的一族平行线 由小到大给s 赋值,可得一 组平行线,而 位于同一直线 上的点具有相 同的目标函数 值,因而称为 等值线。
A(5,2) B(1,1) 3x+5y-25=0
1 x
2. 两个变量的线性规划问题的图解法一般过程
对于仅具有两个变量的线性规划问题,利用 作图的方法求最优解,简单、直观。 例2.1 max s = 2x1+5x2 x1 4 x 3 约束条件 2 x1 2 x2 8 x1 , x2 0
反证法 若向量组 Pi1 , Pi2 ,, Pik 线性相关 则一组不全为零的数 1 , , k , 使得 1 Pi1 2 Pi2 k Pik 0
定理2 x是基础可行解 x是可行域S中的极点.
1 o
y
x, y
问题2:
x y 1 0
1
x
l:x+y-1=0 y 1 x+y-1<0 o x+y-1>0 1 x
以二元一次不等式 x + y-1 >0的 解为坐标点的集合 表示什么图形?
l:x+y -1=0
练习
x y50 画出不等式组 x y 0 表示的平面区域。 x 3 解:
§2.3 线性规划问题解的性质
(一)几个概念
1. 可行解、基础可行解、最优解、基础最优解 我们把满足约束条件的 设线性规划问题 ( 0) x min s = cx 1 ( 0) x2 ( 0) x Ax b x ( 0) x 0 n 称为LP问题的可行解。 使目标函数取最小值的可行解,称为最优解。
若 x(0)=0,或 x (0)的非零分量所对应的系数列向 量组线性无关时,称可行解x (0)为基础可行解。使目 标函数取最小值的基础可行解,称为基础最优解。
2. 凸集 点集中任意两点的连线段整个均是该点集的点, 称该点集为凸集。
连接 n 维点集合S中任意两点 x (1) ,x (2)的线段 仍在S内,则称S为凸集 。
(2) 约束条件也有多种形式
这种多样性不仅给研究带来不便,而且使你难以寻 找一种通用解法。
人们发现:线性规划问题的各种不同形式可以相互 转化。因此,只需给出一种形式的解法。
线性规划问题的标准形式如下: min s = c1x1+c2x2+…+cnxn
a11 x1 a12 x2 a1n xn b1 一般有 m n, m, n 0 a x a x a x b 2n n 2 21 1 22 2 s.t . am1 x1 am 2 x2 amn xn bm 矩阵表示 x1 0, x2 0, , xn 0 min s = cx
x1
因此,最优解有无穷多个。
例2.3、若目标函数为 min s = 2x1+2x2
约束条件为
x1 x2 1 s.t . x1 2 x2 0 x1 0, x2 0
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