第三讲线性规划灵敏度分析与最优解解释

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第4章线性规划灵敏度分析

第4章线性规划灵敏度分析

-2 x1 1
0
σj
0
0
-4 0 0 B-1b
x3 x4 x5 -1/5 -2/5 1/5 2/5 7/5 -1/5 -2/5 11/5 -9/5 -8/5 -1/5 -28/5
从表中看到 c3= -4, σ3= -9/5 可得到Δc3 ≤-σ3 = 9/5 时,即 c’3≤-4 + 9/5 = -11/5 时原最优解不变。
(1)参数在什么范围内变化时,原最优解或最优基不变—— 数据的稳定区间;
(2)当参数超出(1)的变化范围时,最优解或最优基有何变 化——如何求出新的最优解和最优基。
当模型的参数发生变化后,可以不必对线性规划问题重新 求解,而用灵敏度分析方法直接在原线性规划取得的最优结果 的基础上进行分析或求解,既可减少计算量,又可事先知道参 数的变化范围,及时对原决策作出调整和修正。
xk为换入变量
对 所 有 aik>0 计 算 θi=bi/aik 令θl=min{θi} 第l个基变量为换出变
量,alk为主元素
令 bl/alk→bl; alj/alk→ajl 对主元素列(第k列)令1→alk; 0→其它 元素表中其它行列元素 令 aij-ali/alk·aik→aij
bi-bl/alk·aik→bi бj- alj/alk· бk → бj
4
3+Δc2 x2 0 1
1/2
-1/8
0
2
σj
0 0 -3/2-Δc2 /2 -1/8+ Δc2 /8 0 14+2Δc2
17
Ci
2 3+Δc2
0
0
0
B-1b
CB XB x1 x2
x3
x4

线性规划问题的灵敏度分析

线性规划问题的灵敏度分析

a' 1, n 1
a' 1, n i
a' 1,n m

B 1
a' k ,n1
a' k ,ni
a' k ,n m
a
'
m
,n
1
a' m,ni
a
' m,nm
b b1, b2 , , (bk bk ), bm T
为保证最优解的基变量 不发生变化 , 必须满足
XB
B b b 0 1
注意:若碰到原问题和对偶问题均为非可行解时, 就需要引进人工变量后重新求解。
线性规划问题的灵敏度分析
最优解/最优值的变化情况; (2)分析线性规划相关参数和条件在什么范围内变化,其最优
基/最优解/最优值不变。
灵敏度分析内容:
(1)参数 Cj,bi,aij的影响分析;
(2) 增加约束或变量的影响分析;
线性规划问题的灵敏度分析
2
5.2 灵敏度分析工具与原理
(1)灵敏度分析工具
Pj’ =B-1Pj
b’=B-1b
– 已知 c6=4, p6=(2,4,5)
– 计算 x6 的检验数可知生产是否
有利
线性规划问题的灵敏度分析
18
5.7 技术系数aij的变化
约束矩阵A随之变化
若xj在最终表中为非基变量,其约束条件中系数 aij的变化分析步骤参考增加一个变量时的情形
若xj在最终表中为基变量,则aij的变化将使相应 的基矩阵B和B-1发生变化,可能出现原问题和对 偶问题均为非可行解的情况,需引进人工变量将 原问题化为可行解,再用单纯形法
σj =Cj-CBB-1Pj=Cj-CBPj’

线性规划的灵敏度分析与最优解的解释

线性规划的灵敏度分析与最优解的解释
对偶价格可能只适用于 在右端值仅发生了很小的变动时的情况。随着所获得的资 源越来越多,从而右端值越来越大,其他的约束条件也可 能会约束和限制目标函数值的变化。
3.3 灵敏度分析:计算机求解
为了使用管理科学家软件,我们使用小数代替分数。Par 公司的问题用小数形式的系数表示如下:
现在,模型的最优解540个标准袋和252个高级袋。每个目 标函数系数都有一个最优范围,即目标函数系数在什么范围 内变化,模型的最优解保持不变。
3.2 图解法灵敏度分析
3.2.1 目标函数系数 认真观察图发现,只要
目标函数直线的斜率处于 直线A(和切割与印染约 束线重合)的斜率与直线 B(与成型约束线重合) 的斜率之间,极点3 (S=540,D=252)就是最 优解的点。
则直线A和直线B的斜率都已经计算出来了,我们来看 保持极点3仍然为最优解点,应满足条件:
-3/2≤目标函数的斜率≤-7/10
3.2 图解法灵敏度分析
现在让我们考虑目标直线斜率的一般形式。用CS表示标
准袋的利润,CD表示高级袋的利润,P表示目标函数值。 使用这些标识,目标函数直线可以写成:
P=CSS+CDD 把上面方程写成斜截式,得到
第三章 线性规划的灵敏度分析与最优解 的解释
引言
灵敏度分析是研究当一个线性规划问题中的系 数发生变化时,其对函数最优解的影响程度。运 用灵敏度分析,我们可以回答以下问题: 1.如果目标函数的系数发生了变化,对最优解会产 生什么影响? 2.如果改变约束条件的右端值,对最优解会产生什 么影响?
首先我们将介绍如何使用图解法进行双变量 线性规划问题的灵敏度分析,然后介绍如何使用 管理科学家软件得到灵敏度分析报告。
顺时针转动目标函数直线,使其斜率变成一个绝对值更 大的负数,从而斜率变小了。直到与B重合,我们又获得了 多重最优解——极点3和极点2之间都是最优点。因此B的斜 率是目标函数直线斜率的下限。

第3章 线性规划灵敏度分析与最优解的解释

第3章  线性规划灵敏度分析与最优解的解释

使用Excel Excel进行灵敏度分析 3.4 使用Excel进行灵敏度分析 LINGO的灵敏度分析报告 3.5 LINGO的灵敏度分析报告

x2
5 4 Q4 3 2 5x1+2x2=20 (1.5, 3.25) 4x2=13 Q3 (2,3) Q2(3,2.5) x1+2x2=8 Q1 1 2 3 4 5
1.5 X = 3.25
*
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱz = 19.25
*
1 0
x1
对偶价格: 对偶价格:约束条件右端项每增加一个单位引起的最优 值的改进量称为对偶价格. 值的改进量称为对偶价格.
max
z = 2 x1 + 5 x2 x1 + 2 x2 ≤ 8 5 x + 2 x ≤ 20 1 2 4 x2 ≤ 12 x1 , x2 ≥ 0
x2
5 4 3 2 1 0 Q1 1 2 3 4 5 Q4 5x1+2x2=20 Q3 (2,3) 4x2=12 Q2 (3,2.5) x1+2x2=8
线性规划的灵敏度分析与最优解的解释31灵敏度分析简介32图解法与灵敏度分析321目标函数系数322约束条件右端值204x32523直线q204x3252315325对偶价格
第3章 线性规划的灵敏度分析 与最优解的解释 3.1 灵敏度分析简介 3.2 图解法与灵敏度分析 3.2.1 目标函数系数 3.2.2 约束条件右端值
灵敏度分析: 3.3 灵敏度分析:计算机求解 Scientist) (Management Scientist)
目标函数系数的100%法则: 法则: 目标函数系数的 法则 对所有变化的目标函数系数, 对所有变化的目标函数系数,计算其占允许增加量和 允许减少量的百分比之和.如果和没有达到100%,最优 允许减少量的百分比之和.如果和没有达到 , 解就不会改变. 解就不会改变. 约束条件右端值的100%法则: 法则: 约束条件右端值的 法则 对所有变化的右端值, 对所有变化的右端值,计算其占允许增加量和允许减 少量的百分比之和.如果和没有达到100%,对偶价格就 少量的百分比之和.如果和没有达到 , 不会改变. 不会改变.

线性规划模型-灵敏度分析

线性规划模型-灵敏度分析

0.8千克B1
获利44元/千克
至多100公斤A1
制订生产计划,使每天净利润最大
• 30元可增加1桶牛奶,3元可增加1小时时间,应否投 资?现投资150元,可赚回多少? • B1,B2的获利经常有10%的波动,对计划有无影响?
钢管下料
原料下料问题 生产中通过切割、剪裁、冲压等 手段,将原材料加工成所需大小 按照工艺要求,确定下料方案, 使所用材料最省,或利润最大
整数非线性规划模型
钢管下料问题2
增加约束,缩小可行域,便于求解
每根原料钢管长19米
需求:4米50根,5米10 根,6米20根,8米15根
4 50 5 10 6 20 8 15 26 原料钢管总根数下界: 19
引 言
由于战争的需要, 美国的经济学家T. C. Koopmans (库普曼斯) 重新独立的研究运输问 题, 并很快看到了线性规划在经济学中应用的 意义. 在这之后, 线性规划也被人们广泛地用 于军事、经济等各方面。 由于Kantorovich 和 Koopmans在这方面 的突出贡献,他们一起得到1975年诺贝尔经济 学奖。 为更好地理解线性规划所描述的问题, 我们先看一个例子。
原料最多增加10 时间最多增加53
• 35元可买到1桶牛奶,每天最多买多少? 最多买10桶!
例2 奶制品的生产销售计划 在例1基础上深加工
1桶 牛奶 或 3千克A1 12小时 1千克 获利24元/千克
2小时,3元 获利16元/千克 8小时 4千克A2 1千克 获利32元/千克 0.75千克B2 50桶牛奶, 480小时 2小时,3元
35 <48, 应该买!
• 聘用临时工人付出的工资最多每小时几元? 2元!

线性规划的灵敏度分析

线性规划的灵敏度分析

资源有剩余,在 最优解中就有对 应松弛变量存在, 且其影子价为 0
影子价为 0, 资源并不一定有 剩余
4
5.2 价值系数 cj 的灵敏度分析
• cj 变动可能由于市场价格的波动,或生产成本的变动 • cj 的灵敏度分析是在保证最优解的基变量不变的情况下,分
析cj 允许的变动范围cj • cj 的变化会引起检验数的变化,有两种情况:
1300 4.25 5 5.75 4 0 0.25 1
zj-cj 3.25 0 2.75 0 0 0.25 1
c c j k

由于基变m量对应的价值系数 cj 在CB中出现,
2 基变量 zj zj (cjk c因jki )此ai它j 会影c响jk a所ij 有非cj基k a变kj (量z的j 检验zj数) 。
5.4 (技术系 数 aij 的灵敏 度分析)暂不 讲授(转5.5)
技术系数aij变化的影响比较复杂
对应基变量的 aij ,且资源bi已全部用完 对应基变量的 aij ,但资源bi未用完 对应非基变量的 aij ,且资源bi全用完或未用完
1、对应基变量的 aij ,且资源bi已全部用完 aij=0 2、对应基变量的 aij ,但资源bi未用完 aijxn+i /xj
3
z8c8 qiai8c8(5040.2 531)9 i1
50
结论:生产x8有利。 将B–1P8加入最优单纯型表中,以x8为入基变量进行迭代。 (过程学生完成)
17
5.6 新增约束 条件的分析
1、将最优解代入新的约束条件,若满足,则最优解不变 2、若不满足,则当前最优解要发生变化;将新增约束条件
(x)
b
i
i1
(C
B

运筹学:第1章 线性规划 第3节 对偶问题与灵敏度分析

运筹学:第1章 线性规划 第3节 对偶问题与灵敏度分析

s.t.
4x1 3x1
5x2 200 10x2 300
x1, x2 0
9x1 4x2 360
s.t.
34xx11
5x2 10 x
200 2 300
3x1 10x2 300
x1, x2 0
则D为
min z 360y1 200y2 300y3 300y4
9 y1 4 y2 3y3 3y4 7 s.t.4 y1 5y2 10 y3 10 y4 12
amn xn bm ym xn 0
机会成本 a1 j y1 a2 j y2 aij yi amj ym
表示减少一件产品所节省的可以增加的利润
(3)对偶松弛变量的经济解释——产品的差额成本
机会成本
利润
min w b1 y1 b2 y2 bm ym
a11 y1
st
a12
y1
a1n y1
max z CX
(P)
AX b
s
.t
.
X
0
(D)
min w Yb
s.t.
YA C Y 0
• (2)然后按照(D)、(P)式写出其对偶
例:写出下面线性规划的对偶规划模型:
max z 2x1 3x2
min w 3 y1 5y2 1y3
x1 2x2 3 y1 0
s.t.
2xx11
例如,在前面的练习中已知
max z 2.5x1 x2 的终表为
3x1 5x2 15 s.t.5x1 2x2 10
x1, x2 0
0 x3 9 2.5 x1 2
0 19 1 - 3
5
5
1
2
0
1
5

线性规划(5)

线性规划(5)

若要保证最优解不变,必须有:-5+0.5a≤0,a≤10 -15-1.5a≤0,a≥-10 即-10≤a≤10,c1在[40,60]之间变化,最优解不变。 仍为:x1=15,x2=20;但最优值将随着c1的增大而增大;缩小而 缩小。那么c2=30在多大范围内发生变化,最优解不变?
2、b1=120,问b1在多大范围内发生变化最优基不变,最优 解和最优值是否发生变化? 设b1变化为b1+a, 由最终单纯形表和初始单纯形表可以看出,基矩阵B和B-1分别为:
0 x4 2 1 -1 -1
0 x5 -5 -1 2 -3
xB
0 5 4
X3 25 X1 35 X2 10 cj
松弛变量的检验数对应着对偶问题的最优解。
而且是这三种资源的影子价格。
即∶资源一的影子价格为=y1=-c3=0
资源二的影子价格为=y2=-c4=1 资源三的影子价格为=y3=-c5=3
分析∶资源一的影子价格为0,说明增加这种资源
引例:生产计划问题
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/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?
2 1 5 5 1 B 1 1 * 3 3 2 3 2 2
C3 X3 -1 2 0 X4 1 -1/2 -5 0 X5 -2 3/2 -15 20 15 1350 b
C3-70
若希望生产书柜,那么就需要把X3变为基变量,则要求 C3-70 ≥0, 即C3 ≥70元生产书柜有利。
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物流管理系
Par问题的数学描述
max 10S+9D
S.t.
7 S1D630 切割与印染 10
1S5D600 缝合 26
1S 2D708 成型 3
1 S1D135 检查与包装 10 4
S,D≥0
灵敏度分析
研究当一个线性规划问题中的系数发生变化时, 其对目标函数最优解的影响程度。
1.如果目标函数的系数发生变化,对最优解会 产生什么影响?
灵敏度分析:计算机求解
使用管理科学家软件求解Par公司的线性规划问 题。
最优解 松弛/剩余变量
目标函数最优解
对偶价格
减少的成本—目 标函数的每个系数 应提高多少,目标 函数的变量值才能
是正数
目标系数范围
右端值范围——对偶价格适用范围的限制条件
多系数同时变化——100%法则
假设,Par公司的会计部门发现原来高档袋和标准袋的利 润计算——分别为10美元和9美元有误,正确的利润分 别应该是11.50美元和8.25美元。
max S.t.
10S+9D
8.5 7 S1D630
10
切割与印染
1S5D600
2
6
缝合
1S 2 D708 3
成型
1 S1D135 10 4
检查与包装
S,D≥0
灵敏度分析简介(2)
问题——模型中的系数哪个更能左右最优解?
max 10S+9D
(6.67-14.29) (8.9-9.25)
S.t.
2.如果改变约束条件右边的值,对最优解会产 生什么影响?
主要内容
灵敏度分析简介 图解法灵敏度分析 灵敏度分析:计算机求解 多于两个决策变量的情况
灵敏度分析简介(1)
问题——如果我们要用LP模型去解决实际问题,模型中 的系数就不可能是一成不变的。这些系数的变化会对模 型的最优解产生什么样的影响呢?
新的目标函数值 10×527.5+9×270.7 5=7711.75美元,
利润增量7711.757668.00=43.75美元。
利润增加率 43.75/10=4.375美 元。
对偶价格
约束条件右端值每增加一个单位引起的最优解的增加量。 对偶价格可以用来求出当某个约束条件右端值变化一个单位
时目标函数值将会有什么变化。 对偶价格只适用于约束条件的右侧值变化比较小的情况。 任何非束缚性约束条件的对偶价格都是0。 负的对偶价格告诉我们,如果使右端值增加,目标函数值不
会增加,反而会减少。在最小化问题中,目标函数结果变得 更坏意味着总成本的增加。 影子价格——每增加一个单位的约束条件右端值最优解的变 化量。一般来说,对于最大化问题,影子价格和对偶价格相 同;对于最小化问题,影子价格是对偶价格的相反数。
主要内容
灵敏度分析简介 图解法灵敏度分析 灵敏度分析:计算机求解 多于两个决策变量的情况
假设标准袋的利润增加到13美元,高档袋的利润减少到8美元。
6.3CS1.35
新的目标函Байду номын сангаас的斜率:
6.6 7CD1.2 49
CS 131.625 CD 8
右端项
假设Par公司的切割印染部门又多出了10个小时的可 工作时间。
新的约束条件: 7 S1D640 10
运用图解法
新的最优解
S=527.5, D=270.75。
第一步:目标函数直线斜率的范围 直线B斜率≤目标函数的斜率≤直线A的斜率
3目标函数的斜 7率
2
10
第二步:目标函数系数的范围
P=CSS+CDD
3CS 7
2
CD
10
6.3CS1.35
6.6 7CD1.2 49
另一例——目标函数继续旋转
CS 3
CD
2
多系数同时改变
3CS 7 2 CD 10
总产量约束 时间约束
关于对偶价格的解释
小于等于型约束条件的对偶价格总是大于或等于0的,因为 增加其右端值不会使目标函数变得更坏。
大于等于型约束条件的对偶价格总是小于或等于0的,因为 增加其右端值不会对最优解有所改进。
当约束条件的右端值表示某种资源的可利用量时(沉没成 本),对偶价格通常可以解释为公司对额外支付一单位这种 资源所愿意提供的金额。
7 S1D630 10
切割与印染
1S5D600
2
6
缝合
1S 2 D708 3
成型
1 S1D135 10 4
检查与包装
S,D≥0
灵敏度分析简介(3)
问题——右端值变化对最优解有什么影响?
max S.t.
10S+9D
利润
7 S1D630 10
切割与印染
1S5D600
2
6
缝合
1S 2 D708 3
例:假设切割与印染部门能够获得额外的20小时时间, 同时成型部门能够获得额外的100小时时间。对偶价格 是否适用?
计算机输出的解释——
M&D公司的最小化问题
min 2A+3B s.t.
1A ≥125 产品A的需求量 1A + 1B ≥350 总产量 2A + 1B ≤600 生产时间 A,B ≥0
1.50美元。占总允许增加量的 (0.75/2.333 30)
(1.50/3.499 93)
×100%=32.14%。
×100%=42.86%。
可行增加(42.86%)和可行减少(32.14%)百分率变化的 和是75.00%。
约束条件右端值的100%法则
对所有变化的右端值,计算其占允许增加量和允许减少 量的百分比之和。如果没有达到100%,对偶价格就不会 改变。
目标函数系数S的上限是13.499 D的下限是6.6667,允许减少量:
93,允许增加量:上限-目前值 目前值-下限=9-6.6667
=13.49993-10=3.49993。标 =2.33330。高档袋的利润减少
准袋的利润增加到11.50美元, 了0.75(从9美元到8.25美元)
增加了(从10美元到11.50美元) 美元,占允许减少量的
允许增加量——对于目标函数的系数,在不超过最优范 围的情况下,系数可能增加的最大量;
允许减少量——在不低于最优范围下限的情况下,系数 可能减少的最大量。
目标函数系数的100%法则
对所有变化的目标函数系数,计算其占允许增加量和允许减少量 的百分比之和。如果和没有达到100%,最优解就不会改变。
成型
1 S1D135 10 4
检查与包装
S,D≥0
图解法灵敏度分析
目标函数系数变化——多系数同时改变 右端项改变
目标函数系数
问题——目标函数系数变化会对Par公司的最优 产量产生什么样的影响。
目标函数的最优范围——目标函数系数在什么范 围内变化时,模型的最优解保持不变。
目标函数系数
目标函数系数
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