第2章 线性规划的对偶问题1

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第二章 线性规划的对偶理论

第二章 线性规划的对偶理论
max 3 2 A= 2 1 0 3 c=
对偶问题: Min f = 65 y1 + 40 y2 + 75 y3
s.t. 3y1 + 2 y2
y1, y2 , y3
min
≥1500
≥ 0
2y1 + y2 + 3y3 ≥2500
b=
65 40 75
A=
3 2
2 1
0 3
b=
1500 2500
1500 2500
例:
Min z= 5x1+ 25x2 7x1+ 75x2 ≤98 s.t. 5x1 + 6x2 = 78 24x1+ 12x2≥54 x1≥0 、x2 ≤ 0
怎么样, 没问题吧!
Max w= 98y1+ 78y2 + 54y3 7y1+ 5y2 + 24y3 ≤ 5 s.t. 75y1+ 6y2 + 12y3 ≥25 y1 ≤ 0 、y2无限制、 y3≥0
二、对偶规划问题的求解
1、利用原问题的最优单纯形表
3x1 x2 3x3 ≤100 x1, x2 , x3 ≥0 解: 对偶问题为
min w 100y1 100y2
max z 4 x1 3x2 7 x3 s.t. x1 2 x2 2 x3≤100
s.t.
2 y1 y2 ≥3 2 y1 3 y2≥7
原问题检验数与对偶问题的解的总结
•在主对偶定理的证明中我们有:对偶(min型)变量的最 优解等于原问题松弛变量的机会成本,或者说原问题松 弛变量检验数的绝对值 •容易证明,对偶问题最优解的剩余变量解值等于原问 题对应变量的检验数的绝对值 •由于原问题和对偶问题是相互对偶的,因此对偶问题 的检验数与原问题的解也有类似上述关系。 •更一般地讲,不管原问题是否标准,在最优解的单纯 型表中,都有原问题虚变量(松弛或剩余) 的检验数对应 其对偶问题实变量 (对偶变量)的最优解,原问题实变量 (决策变量) 的检验数对应其对偶问题虚变量 (松弛或剩 余变量)的最优解。因此,原问题或对偶问题只需求解 其中之一就可以了。

运筹学课件 第2章:线性规划的对偶理论

运筹学课件 第2章:线性规划的对偶理论

min w 16y1 36y2 65y3
90 y1 3 y 2 y1 2 y 2 5 y 3 70 y , y , y 0 1 2 3
原问题 A b C 约束系数矩阵
对偶问题 约束系数矩阵的转臵
约束条件的右端项向量 目标函数中的价格系数向量 目标函数中的价格系数向量 约束条件的右端项向量 Max z=CX Min w=Y’b 目标函数 AX≤b A’Y≥C’ 约束条件 X≥0 Y≥0 决策变量
若原问题为求极小形式的对称形式线性规划问题, 对偶问题应该具有什么形式?
Min w Y 'b A'Y C Y 0
max w Y 'b A'Y C Y 0
min z CX
Max z CX
AX b X 0
AX b X 0
min w 5 y1 4 y2 6 y3 4 y1 3 y2 2 y3 2 y1 2 y2 3 y3 3 3 y1 4 y3 5 2 y 7 y y 1 2 3 1 y1 0, y2 0, y3无约束
对偶问题 约束系数矩阵的转臵
目标函数中的价格系数向量
目标函数 约束条件
变量
Max z=CX m个 ≤ ≥ = n个 ≥0 ≤0 无约束
约束条件的右端项向量 目标函数 Min w=Y’b m个 ≥0 变量 ≤0 无约束 n个 ≥ 约束条件 ≤ =
【例2-3】写出下列线性规划问题的对偶问题
min 2x1 3x2 5x3 x4
1.初始表中单位阵在迭代后单纯形表中对应的位臵就是B-1 2.对于原问题的最优解,各松弛变量检验数的相反数恰好 是其对偶问题的一个可行解,且两者具有相同的目标函数 值。根据下面介绍的对偶问题的基本性质还将看到,若原 问题取得最优解,则对偶问题的解也为最优解。

线性规划的对偶问题

线性规划的对偶问题
第9页
(二)非对称型对偶问题
max z c1x1 c2x2 c3x3 c3x3 s.t. a11x1 a12 x2 a13x3 a13x3 b1
a21x1 a22 x2 a23x3 a23x3 b2 a2a1x21x1 a2a2 x222x2 a2a3x233x3 a2a3x233x3 b2b2 a31x1 a32x2 a33x3 a33x3 b3
min w b1y1 b2 y2 b3 y3 s.t. a11 y1 a21 y2 a31 y3 c1
a12 y1 a22 y2 a32 y3 c2
a13 y1 a23 y2 a33 y3 c3 y1 0,y2无约束,y3 0
第11页
(二)非对称型对偶问题
对偶问题(原问题)
目标函数 min
约束条件右端常数
目标函数的系数
3个
≥0

≤0

无符号限制
23个




条 件
=
第13页
二、原问题与对偶问题的对应关系
原问题(对偶问题)
目标函数 max
目标函数的系数
约束条件右端常数
约 m个
束≤
条 件

=
n个

≥0

≤0
无符号限制
对偶问题(原问题)
目标函数 min
约束条件右端常数
第8页
(二)非对称型对偶问题
max z = c1x1 + c2x2 + c3x3 s.t. a11x1 + a12x2 + a13x3 ≤ b1
a21x1 + a22x2 + a23x3 = b2 a31x1 + a32x2 + a33x3 ≥ b3 x1≥0, x2≤0, x3无约束 分析:化为对称形式。令 x2 x2,x3 x3 x3 (x3 0, x3 0)

运筹(第二章对偶与灵敏度分析)(1)

运筹(第二章对偶与灵敏度分析)(1)

5x2 3x3 30
x1 0, x2无约束,x3 0
2023/2/22
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解:将原问题模型变形, 令x1 x1
min z 7x1 4x2 3x3
4x1 2x2 6x3 24
3x1 6x2 4x3 15 5x2 3x3 30
y1 y2 y3
x1 0, x2无约束,x3 0
则对偶问题是
max w 24 y1 15y2 30 y3
4 y1 3y2
7
x1
2 y1 6 y2 5 y3 4
x2
6 y1 4 y2 3x3 3
x3
y1, y2 0, x3无约束
2023/2/22
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小结:对偶问题与原问题的关系:
目标函数:MAX
原 约束条件:m个约束


y1 y2
ym
2023/2/22
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类似于前面的资源定价问题,每一个约束条件对 应一个“ 对偶变量”,它就相当于给各资源的单 位定价。于是我们有如下的对偶规划:
min W b1 y1 b2 y2 bm ym
a11 y1 a21 y2 am1 ym c1 a12y1 a22y2 am2ymc2 a1n y1 a2n y2 amn ym cn y1, y2 ,, ym 0
分别是原问题和对偶问题的可行解,则恒有
n
m
c j x j bi yi
j 1
i 1
m
n
考虑利用 c j aij yi 及
aij x j bi
i 1
j 1
代入。
2、无界性 如果原问题(对偶问题)有无界解,则
其对偶问题(原问题)无可行解。
2023/2/22

运筹学习题解答(chap2)(1)(1)

运筹学习题解答(chap2)(1)(1)

第二章 对偶问题与灵敏度分析一、写出下列线性规划的对偶问题1、P89,(a)321422m in x x x Z ++=⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≥=++≤++≥++.,0,;534;332;243321321321321无约束x x x x x x x x x x x x解:原模型可化为321422m in x x x Z ++=⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≥=++≥≥++.,0,;534;3-3--2-;243321321321321321无约束x x x y y y x x x x x x x x x 于是对偶模型为321532m ax y y y W +-=⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≥≤+-≤+-≤+-.,0,;4334;243;22321321321321无约束y y y y y y y y y y y y2、P89,(b)321365m ax x x x Z ++=⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≤≥≤++≥-+-=++.0,0,;8374;35;522321321321321x x x x x x x x x x x x 无约束解:令033≥-='x x 原模型可化为321365m ax x x x Z '-+=⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≥'≥≤'+≤'='+.0,0,;83-74;3--5-;52-2321321321321321x x x y y y x x x x x x x x x 无约束于是对偶模型为321835m in y y y W +-=⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≥-≥---≥+-=++.0,,;332;6752;54321321321321y y y y y y y y y y y y 无约束 或⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≥≤++≥+-=++.0,,;332;6752;54321321321321y y y y y y y y y y y y 无约束二、灵敏度分析1、P92, 线性规划问题213m ax x x Z += ⎪⎩⎪⎨⎧≥≤+≤+0,1025;74212121x x x x x x最优单纯形表如下试用灵敏度分析的方法,分析:(1) 目标函数中的系数21,c c 分别在什么范围内变化,最优解不变(2) 约束条件右端常数项21,b b 分别在什么范围内变化,最优基保持不变解:(1) 1c 的分析:要使得最优解不变,则需⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≤⨯-⨯+=≤⨯+⨯-=034131003513201413c c σσ 即 ⎪⎩⎪⎨⎧≤≥42511c c 所以:4251≤≤c 时可保持最优解不变。

第二章 线性规划的对偶理论1-对偶问题

第二章 线性规划的对偶理论1-对偶问题

矩阵表达形式:
min w Y b AY C Y 0
对偶的经济解释
1、原问题是利润最大化的生产计划问题
总利润(元)
单位产品的利润(元/件)
产品产量(件)
max z c1 x1 c2 x2 cnx n b1 s.t. a11 x1 a12 x2 a1n xn xn 1 xn 2 b2 a21 x1 a22 x2 a2 n xn xn m bm am1 x1 am 2 x2 amn xn x1 x2 xn xn 1 xn 2 xn m ≥ 0 消耗的资源(吨)
第二章 对偶理论与灵敏度分析
第一节 线性规划的对偶问题
每一个线性规划问题都存在一个与其对偶的问题,在求出
一个问题的解的时候,同时也给出了另一问题的解。
例:某公司计划生产甲、乙两种产品,已知各生产一件时 分别占用的设备A、B的台时、调试时间和调试工序每天可用于 这两种产品的能力、各销售一件时的获利情况,如下表所示。 问该公司应生产两种产品各多少件,使获取的利润为最大。
A
b
约束系数矩阵
约束条件右端项向量
约束系数矩阵的转置
目标函数中价格系数向量
C
目标函数
目标函数中价格系数向量
max z
约束条件右端项向量
min w
c
j 1
n
j
xj
b
i 1
m
i
yi
变量 xj (j=1,·,n) · ·
约束条件有n个
xj ≥0
xj ≤0 xj 无约束 约束条件有m个 ≤bi ≥bi =bi
min z 2 x1 3x 2 5 x3 x 4

运筹学第2章-线性规划的对偶理论

运筹学第2章-线性规划的对偶理论
❖ 影子价格不是市场价格,而是在现有技术和管理条件下, 新增单位资源所能够创造的价值,是特定企业的一种边 际价格;不同企业或同一企业不同时期,同种资源的影 子价格可能不同;当市场价格高于影子价格,可以卖出; 相反,则应买进,以获取更大收益
Ma例x:Z ( 2第x一1 章3例x22)
2 x1 2 x2 12
当原问题和对偶问题都取得最优解时,这 一对线性规划对应的目标函数值是相等的:
Zmax=Wmin
二、原问题和对偶问题的关系
1、对称形式的对偶关系
(1)定义:若原问题是
MaxZ c1 x1 c2 x2 cn xn
a11x1 a12 x2 a1n xn b1
s.t.a21
x1
a22
二、 手工进行灵敏度分析的基本原则 1、在最优表格的基础上进行; 2、尽量减少附加计算工作量;
5y3 3
,y
2
3
0
(用于生产第i种产 品的资源转让收益不 小于生产该种产品时 获得的利润)
对偶变量的经济意义可以解释为对工时及原材 料的单位定价 ;
若工厂自己不生产产品A、B和C,将现 有的工时及原材料转而接受外来加工时, 那么上述的价格系统能保证不亏本又最富 有竞争力(包工及原材料的总价格最低)
内,使得产品的总利润最大 。
MaxZ 2x1 3x 2
2x1 2x2 12
s.t.54xx12
16 15
x1, x 2 0
它的对偶问题就是一个价格系统,使在平衡了 劳动力和原材料的直接成本后,所确定的价格系统 最具有竞争力:
MinW 12y1 16y2 15y3
2y1 4y2
2
s.t.2y1y,1y
y1, y2, , ym 0

第2章 线性规划(对偶问题)

第2章 线性规划(对偶问题)

对偶问题(或原问题)
目标函数为 Min W
n个
约束条件

m个
变量
0 0 无约束
约束条件右端项cj 价值系数bi 约束条件的系数矩阵AT
例:
• 写出下面线性规划问 题的对偶问题:
• 1.
max Z 2x1 x2 3x3 x4
x1 x2 x3 x4 5
s.t.
2x1 x2 3x3
原问题(对偶问题)
目标函数 限定向量 价值向量 技术系数 约束条件 变量数目 约束条件个数 变量正负
对偶问题(原问题)
目标函数 价值向量 限定向量 技术系数 对偶变量 约束条件个数 对偶变量数目 约束条件
非对称形式的对偶问题
• 在原线性规划问题为Max型,且变量非负 的前提下:
1. 原问题约束条件是“”型
x1
x3
x4
1
4
x1, x3 0, x2 , x4无约束
• 解:根据上述对偶关 系,可以写出原问题 的对偶问题:
min W 5 y1 4 y2 y3
y1 2 y2 y3 2
s.t.
y1 y1
y2 1 3y2 y3
3
y1
y3
1
y1 0, yLeabharlann 0, y2无约束例:y1
0,
y3
0,
y2无约束
对偶的基本性质
• 原问题: Max Z=CTX
• 对偶问题: Min W=bTY
s.t. AXb X0
s.t. ATY C Y0
• 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CTX bTY
• 弱对偶性的证明: AX’ b X’TAT bT X’TATY’ bTY’
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约束条件右端项 目标函数变量的系数
目标函数变量的系数 约束条件右端项
• 例2-7:写出下列线性规划的对偶问题
min z=7x1+4x2-3x3 s.t. -4x1+2x2-6x3≤24 -3x1-6x2-4x3≥15 5x2+3x3=30 x1≤0,x2取值无约束,x3≥0
Max w=24y1+15y2+30y3
例2-6:写出下列线性规划问题的 对偶问题 s.t. min S = 2x1 + 3x2 - 5x3 x 1 + x 2 - x3 5 2x1 + x3 = 4 x1 ,x2 , x3 0
解:将原问题的约束方程写成不等式 约束形式: min S = 2x1 + 3x2 - 5x3 x1 + x 2 - x3 5 y1 2x1 + x3 4 y 2’ -2x1 - x3 -4 y 2” x1 ,x2 , x3 0
(2.3)(2.4)称作互为对偶问题。其中一个 称为原问题,另一个称为它的对偶问题。
例2-3:写出下列线性规划问题的 对偶问题
min w=12x1+8x2 +16x3+12x4 s.t. 2x1+ x2 +4x3 2 2x1+2x2 + 4x4 3 x 1, x 2 , x 3 , x 4 0
假设 y1, y2 分别表示每个木工 和油漆工工时的租金,则所付租金 最小的目标函数可表示为: min s = 120 y1 + 50 y2 目标函数中的系数 120,50 分别表 示可供出租的木工和油漆工工时数。
该企业家所付的租金不能太低, 否则家具厂的管理者觉得无利可图 而不肯出租给他。因此他付的租金 应不低于家具厂利用这些资源所能 得到的利益:
解: 综合运用对偶原则得到 max g = y1-2y2 +3y3 +4y4 s.t. y1+ 2y3 + y4 3 2y1 +2y2 - 2y4 -2 -y2+ y3 +3y4 = 1 y2≤0, y3, y4 0 ,y1 无非负约束
把例2.2用矩阵表示:
对偶问题
y1 min 12 16 15 y 2 y3
原问题:
Max z=(2,3)
2 2 12 4 0 x1 16 x 2 0 5 15 x1 x 0 2
4 y1 + 2y2 50
3 y1 + y2 30
y 1, y 2 0
得到另外一个数学模型:
min s = 120 y1 + 50 y2
s.t. 4 y1 + 2y2 50 3 y1+ y2 (2.2) 既有区别又有 联系。联系在于它们都是关于家具 厂的模型并且使用相同的数据,区 别在于模型反映的实质内容是不同 的。模型(2.1)是站在家具厂经营者 立场追求销售收入最大,模型(2.2) 是则站在家具厂对手的立场追求所 付的租金最少。
引入变量 y1 , y2’,y2” 写出对偶问题
max g = 5 y1+ 4y2’- 4y2” s.t. y1 +2y2’- 2y2” 2 y1 3 -y1 + y2’- y2” -5 y 1 , y 2 ’, y 2 ” 0
令y2 = y2’- y2” 得到 max g = 5 y1 + 4y2 s.t. y1 + 2y2 2 y1 3 -y1+ y2 -5 y1 0 ,y2 无非负约束
解:用(-1)乘以第二个约束方程 两边 min S=x1+2x2 +3x3 2x1+3x2 + 5x3 2 y1 -3x1- x2 - 7x3 -3 y2 x1 ,x2 , x3 0
s.t.
该问题的对偶问题:
max z = 2 y1 - 3y2 s.t. 2y1- 3y2 1 3y1- y2 2 5y1- 7y2 3 y 1,y 2 0
y1 y2
解:该问题的对偶问题:
min g = 10 y1 + 20 y2 s.t. y1 + 4y2 10 y1 + 2y2 1 2 y1 - y2 2 y 1,y 2 0
例2-5:写出下列线性规划问题的 对偶问题
min S = x1 + 2x2 + 3x3 s.t. 2x1+3x2 + 5x3 2 3x1+ x2 + 7x3 3 x1 ,x2 , x3 0
x1 x 2
2 2
4 0
y1 0 y 2 5 y3
2 3
y1 y 0 2 y3
线性规划的对偶关系:
( I) Max z = C x s.t. Ax b x0 (II) Min w = b’ y s.t. A’y C’ y0 (2.4) (2.3)
问该企业因安排生产两种产品各多少件,使总的 利润收入为最大?
数学模型 max Z=2x1+3x2 s.t. 2x1+2x2 12 4x1 16
5x2 15 x1,x2 0
现某机械厂为扩大生产租借常山机器厂 拥有的设备资源,问常山厂分别以每小时 什么样的价格才愿意出租自己的设备?
设常山厂将设备A、B、C每h的出租 价格为y1,y2,y3; • 它的对偶问题为 min w=12y1+16y2+15y3 2y1+4y2 ≥2 2y1 +5y3≥3 y1,y2,y3≥0
2、线性规划问题的对偶问题
例2.1
2.1 对偶问题
胜利家具厂生产桌子和椅子两种家具。 桌子售价50元/个,椅子销售价格30元/ 个,生产桌子和椅子要求需要木工和油 漆工两种工种。生产一个桌子需要木工4 小时,油漆工2小时。生产一个椅子需要 木工3小时,油漆工1小时。该厂每个月 可用木工工时为120小时,油漆工工时为 50小时。问该厂如何组织生产才能使每 月的销售收入最大?
数学模型
max g= 50x1 + 30x2 s.t. 4x1 + 3x2 120 2x1 + x2 50 x1,x2 0
(2.1)
假如有一个企业家有一批等待加 工的订单,有意利用该家具厂的木工 和油漆工资源来加工他的产品。因此, 他要同家具厂谈判付给该厂每个工时 的价格。可以构造一个数学模型来研 究如何既使家具厂觉得有利可图肯把 资源出租给他,又使自己付的租金最 少?
解:该问题的对偶问题:
max z = 2y1 + 3y2 s.t. 2y1 + 2y2 12 y1 + 2y2 8 4 y1 16 4y2 12 y 1, y 2 0
例2-4:写出下列线性规划问题的 对偶问题 max S = 10x1 + x2 + 2x3 s.t. X1 + x2 + 2x3 10 4x1 +2x2 - x3 20 x1 ,x2 , x3 0
s.t. -4y1-3y2
≥7
2y1-6y2+5y3=4 -6y1-4y2+3y3≤-3
y1≤0,y2≥0,y3无约束
例2-8:写出下列线性规划问题的对 偶问题 s.t. min w = 3x1 - 2x2 + x3 x1+2x2 =1 y1 2x2 - x3 -2 y2 2x1 +x3 3 y3 x1- 2x2 + 3x3 4 y4 x1,x2 0 , x3 无非负限制
此类问题称为非对称型对偶问题。 前面的问题称为对称型对偶问题。
综上所述其变换形式如下:
原问题(或对偶问题) 目标函数 max 约 束 条 件 变 量 m个 ≤ ≥ = n个 ≥0 ≤0 无约束 对偶问题(或原问题) 目标函数 min m个 ≥0 ≤0 无约束 n个 ≥ ≤ = 变 量 约 束 条 件
如果模型(2.1)称为原问题,
则模型(2.2)称为对偶问题。
任何线性规划问题都有对偶问题,
而且都有相应的意义。
例2.2 :常山机器厂生产Ⅰ、Ⅱ两种产品,按工艺 资料获得如下资料:
Ⅰ 2h 4h 0h 2 Ⅱ 2h 0h 5h 3 设备能力 12h 16h 15h
设备A 设备B 设备C 单位利润(元)
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