第二章--线性规划的对偶理论与灵敏度分析--运筹学
《运筹学》胡运权 第4版 第二章 线性规划的对偶理论及灵敏度分析

b2 bm
x1, x2 , , xn 0
对 称 形 式 的
的 定 义
m W ib 1 n y 1 b 2 y 2 b m y m 对
s.t.
a11 a12 a1n
a21 a22 a2n
am1 y1 c1
am2 y2 amn ym
c2 cn
偶 问 题
y1, y2 , , ym 0
a23 x3 a33 x3
b2 b3
x1 0, x2 0, x3无 约 束
(2.4a) (2.4b) (2.4c) (2.4d)
先转换成对称形式,如下:
的 的一个变量,其每个变量对应于对偶问题 的一个约束。
定
义
m Z a c 1 x 1 x c 2 x 2 c n x n 一
对 偶
a11x1 a12x2 a1n xn (,)b1
a2
1x1
a22x2
a2n xn
(, )b2
般 线 性
问 题 的 定 义
am1x1 am2 x2 amnxn (,)bm xj 0( 0,或符号不限) j 1 ~ n
问题。
对
对偶问题是对原问题从另一角度进
偶
行的描述,其最优解与原问题的最 优解有着密切的联系,在求得一个
原
线性规划最优解的同时也就得到对 偶线性规划的最优解,反之亦然。
理
对偶理论就是研究线性规划及其对 偶问题的理论,是线性规划理论的
重要内容之一。
问 题 的 导 出
例2-1
我们引用第一章中美佳公司的例子,如表1
的
x1, x2, , xn 0
对
m W ib 1 n y 1 b 2 y 2 b m y m
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。
运筹学第2章对偶理论和灵敏度分析-第4节

1 y1 2 y2 3 y3
x1 0, x2,x3 0, x4无约束
则由表2-4中原问题和对偶问题的对应关系, 可以直接写出上述问题的对偶问题,
max z ' 5 y 1 4 y 2 6 y 3
y1 2 y2
2
y1 3 y1
2 y2
综合上述,线性规划的原问题与对偶问题 的关系,
其变换形式归纳为表2-4中所示的对应关系。
原问题
目标函数 max z
n个
变 0
量
0
无约束
约 m 个
束
0
条
0
件
约束条件右端项
目标函数变量的系数
对偶问题
目标函数 min
n个 约
束
证:由性质(2)可知,
YbCX ,是不可能成立。
例:
LP:
DP:
maxzx1 x2
mi n4y1 2y2
2xx11xx22
4 2
2yy11yy22
1 1
x1,x2 0
y1,y2 0
从两图对比可明显看到原问题无界, 其对偶问题无可行解
j1
x
j
0,
j
1 ,2 ,
,n
第一步:先将等式约束条件分解 为两个不等式约束条件。
n
maxz cj xj j1
n
aijxj bi j 1,2,,m 213
j1
n
ai j x j
bi ,
i
运筹学对偶理论与灵敏度分析

(6)(互补松驰性)
若X*、Y*分别是原问题和对偶问题的可行解,则X*、Y*是最优解的充要条件是: Y*XS=0,YSX*=0 (其中XS,YS分别是原问题和对偶问题的松驰变量向量)。
证明:设原问题和对偶问题的标准型是 原问题
对偶问题
max Z CX
s.t.
AX X, Xs
Xs 0
b
CX (0) Y (0)b CX
所以 X是(0最) 优解。
15
(5)(强对偶定理) 若互为对偶问 题之一有最优解,则另一问题必有最优解,且它们的 目标函数X值* 是相原等问题。的最优解,对应基阵B必存在
C CB B1A 0
即得到 Y *A, C其中
Y * CB B 1
若 Y * 是对偶问题的可行解,它使
3x5 2 x4 2x5
3
解:对偶问题为
maxW 2 y1 3y2
x2 3x5 2
x1
x2
2x5
3
化简为
x1 1 x5
x2
2
3x5
y2 3
(1)
y1 y2 4
( 2)
5
y1 y1
y2 2 y2 5
( 3) ( 4)
3y1 2 y2 9
( 5)
y1, y2 0
n
max z c j x j j 1
s.t.
n
aij x j bi ,
j1
i 1, 2,
,m
x
j
0,
j 1, 2, , n
特点:对偶变量符号不限
对偶问题:
m
minW bi yi i 1
s.t.
m
aij yi c j ,
i1
运筹学(第二版)课后答案

405
附录四习题参考答案
CB -M 0 -M σj -M 5 -M σj 1 0 -M σj
XB X6 X5 X7 X6 X2 X7 X3 X2 X7
4 X1 3 2 1 4+4M -1 2 -1 4-2M -1 2 -2 5-2M
5 X2 2 1 1 5+3M 0 1 0 0 0 1 0 0
(1) 、 (2)答案如下表所示,其中打三角符号的是基本可行解,打星 号的为最优解:
402
附录四习题参考答案
x1 x2 x3 x4 x5 z x1 x2 x3 △ 0 0 4 12 18 0 0 0 0 △ 4 0 0 12 6 12 3 0 0 6 0 -2 12 0 18 0 0 1 △ 4 3 0 6 0 27 -9/2 0 5/2 △ 0 6 4 0 6 30 0 5/2 0 *△ 2 6 2 0 0 36 0 3/2 1 4 6 0 0 -6 42 3 5/2 0 0 9 4 -6 0 45 0 0 5/2 1.3 (1)解:单纯形法 首先,将问题化为标准型。加松弛变量 x3,x4,得
1 0 1 0 0 (P 1,P 2,P 3,P 4,P 5)即 0 2 0 1 0 3 2 0 0 1 x1 x3 4 1 0 1 0 2 0 线性独立,故有 2 x 2 12 x 4 因(P 1,P 2,P 3) 3x 2 x 18 x 2 5 3 2 0 1 x1 x3 4 令非基变量 x4 , x5 0 得 2 x 2 12 → 3x 2 x 18 2 1
12400120300175max547543216543215443217654321?jxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxstxxxxxxxzj第二章对偶理论和灵敏度分析21对偶问题为1????????????????02211042010min2121212121yyyyyyyystyys2????????????????????????无约束32131321213213210013312245minyyyyyyyyyyyyystyyys3???????????????????????????无约束32132132132131321001373323232253minyyyyyyyyyyyyyystyyys4?????????????????????????无约束3213213213213210071036655552015maxyyyyyyyyyyyystyyys附录四习题参考答案410221因为对偶变量ycbb1第k个约束条件乘上0即b1的k列将为变化前的1由此对偶问题变化后的解y1y2
运筹学线性规划对偶理论和灵敏度分析

例2.1.2写出下面非对称线性规划问题旳对偶。 max z = x1+2 x2 + x3 x1 + x2 - x3 ≤ 2
xj x1 x2 …
xn 原始约束 对偶:极小化 w
y1
a11 a12
…a22
… a2n ≤
b2
:
:
:
:
:
ym
am1 am2
…
amn ≤
bm
对偶约束 ≥ ≥ …
≥
原始极大化 z c1 c2 …
cn
阐明:表 2旳变量行与参数行相乘构成原始问题旳约 束条件和目旳函数;表2 旳变量列与参数列相乘构成 对偶问题旳约束条件和目旳函数。
max
z 33
=22002233 x1+4000 x1+ 44x2 + 2 2x3
x2 ≤
+3000 606000
x3 y1
22x1 + 1x2 + 2 2x3 ≤ 404000 y2 1 x1+ 33x2 + 33x3 ≤ 30300 y3 1x1+ 2 2x2 + 4 4x3 ≤ 20200 y4 x1 ≥0, x2 ≥ 0,x3 ≥0
max z = CX +0Xs st. AX + IXs = b
X , Xs≥0
其中,I 是相应于松弛变量旳单位方阵。
单纯形法计算时,总是选择 I 为初始可行基,松 弛变量作为初 始基变量旳。因为松弛变量作为基变
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
17
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
18
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
对
问
y1 y2
ym
2023/2/22
12
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
运筹学课件第二章对偶问题

第二章线性规划的对偶理论与灵敏度分析一、学习目的与要求 1、掌握对偶理论及其性质 2、掌握对偶单纯形法3、熟悉灵敏度分析的概念和内容4、掌握限制常数与价值系数、约束条件系数的变化对原最优解的影响5、掌握增加新变量和增加新的约束条件对原最优解的影响,并求出相应因素的灵敏度范围6、了解参数线性规划的解法 二、课时 6学时第一节 线性规划的对偶问题一、对偶问题的提出定义:一个线性规划问题常伴随着与之配对的、两者有密切联系的另一个线性规划问题,我们将其中一个称为原问题,另一个就称为对偶问题,在求出一个问题的解时,也同时给出了另一问题的解。
应用:在某些情况下,解对偶问题比解原问题更加容易;对偶变量有重要的经济解释(影子价格);作为灵敏度分析的工具;对偶单纯形法(从一个非可行基出发,得到线性规划问题的最优解);避免使用人工变量(人工变量带来很多麻烦,两阶段法则增加一倍的计算量)。
例:某家具厂木器车间生产木门与木窗;两种产品。
加工木门收入为56元/扇,加工木窗收入为30元/扇。
生产一扇木门需要木工4小时,油漆工2小时;生产一扇木窗需要木工3小时,油漆工1小时;该车间每日可用木工总共时为120小时,油漆工总工时为50小时。
问:(1)该车间应如何安排生产才能使每日收入最大?(2)假若有一个个体经营者,手中有一批木器家具生产订单。
他想利用该木器车间的木工与油漆工来加工完成他的订单。
他就要考虑付给该车间每个工时的价格。
他可以构造一个数学模型来研究如何定价才能既使木器车间觉得有利可图而愿意为他加工这批订单、又使自己所付的工时费用最少。
解(1):设该车间每日安排生产木门x1扇,木窗x2扇,则数学模型为⎪⎩⎪⎨⎧≥≤+≤++=-0502120343056max 21212121x x x x x x x zX*=(15,20)’ Z*=1440元解(2):设y 1为付给木工每个工时的价格,y 2为付给油工每个工时的价格⎪⎩⎪⎨⎧≥≥+≥++=-0303562450120min 21212121y y y y y y y wY*=(2,24)’ W*=1440元将上述问题1与问题2称为一对对偶问题,两者之间存在着紧密的联系与区别:它们都使用了木器生产车间相同的数据,只是数据在模型中所处的位置不同,反映所要表达的含义也不同。
- 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、"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、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)。
?
•两个问题的最优解的值一致 •最大值问题可行解的目标值必定不大于最
结 论
小值问题可行解的目标值 •一个问题的剩余变量(松弛变量) 不为0 (即有资源剩余),则对应问题的解为0 •一个决策变量不为0,则对应的问题的约束 条件的剩余变量(松弛变量) 为0(即资源彻 底用完)
5*3/2 = 15/2 < 15 6*7/2+2*3/2 = 24 = 24 7/2+3/2 = 5 = 5
分
总价值
6y2 + y3 ≥
析
2
st .
5y1 + 2y2 + y3 y1 , y 2 , y3
≥ 1 ≥ 0
问题求解
min z= 15 y1 + 24y2 + 5y3 6y2 + y3 ≥ 2 max z'= -15 y1 - 24y2 - 5y3 6y2 + y3 – y4 = 2
st .
5y1 + 2y2 + y3 y1 , y 2 , y3
运筹学基础
教 材
《运筹学教程》(第二版) 胡运权 主编 清华大学出版社
例一
美佳公司计划制造Ⅰ、Ⅱ两种家电产品。已知各制造一件时分别占用的设 备A、B的台时、调试时间及A、B设备和调试工序每天可用于这两种家电的能力、 各售出一件时的获利情况如下表所示。问该公司应制造Ⅰ、Ⅱ两种家电备多少 件.使获取的利润为最大。
C
CB 0 0 0 2 0 1 XB bb
2
x1 0 0 6 1 1 0 2 0
1
x2 5 0 2 0 1 1 1 0
0
x3 1 1 0 0 0 0 0 0
0
x4 0 5/4 1 1/4 0 -1/4 0 -1/4
0
x5 0 -15/2 0 -1/2 13/2 0 -1/2 θ
15 xx3 15/2 3 24 xx4 7/2 1 5 xx5 3/2 2 σ σ
0 x3 1 0 0
0 x4 5/4 1/4 -1/4
0 x5 -15/2 -1/2 3/2 θ
B=
x1 0 1 0
B =
-1
1 0 0
5/4 1/4 -1/4
-15/2 -1/2 3/2
影子价格
从上节对偶问题的基本性质可以看出 , 当线性规划原问题求得最优解 xj*(j=1,…n)时,其对偶问题也得到最优解yi*(i=1,….,m),且代入各自的目标 函数后有: n m
一、线性规划的对偶问题
非对称形式?
max z = c1x1 + c2x2 +c3x3 a11x1+a12x2+a13x3 ≤ b1 st. a21x1+a22x2+a23x3 = b2 a31x1+a32x2+a33x3 ≥ b3 st.
min w = b1y1 +
a11y1 + a12y1 + a13y1 + y1≥0,
CB XB B B
-1 -1
min w = Y b st.
T
AY ≥ C
Y≥ 0
T
T
CN XN B N
-1 -1
0 Xs B I -CBB
-1 -1
原问题为最优解σ≤0,即:
CB-CBB B CN-CBB N -CBB
T
-1 -1 -1 -1
CB-CBB B CN-CBB N
≤0 ≤0 ≤0
C - CBB A≤0 CBB
max z=CX AX (≤ = ≥) b X (≤ = ≥) 0 或无约束 有n个决策变量 xj (j=0、2……n) xj ≥ 0
对偶问题(原问题)
min w=Yb -T YA (≤ = ≥) C Y (≤ = ≥) 0 或无约束 有n个约束条件 对应的约束为 ≥
变量
xj ≤ 0 xj 无约束
约束
0 Xs B I 0-CBB I
-1 -1
CB
XB
σ
B b
B B
0
-1
B N
CN-CBB N
-1
-1
B I
-CBB
-1
XB B b σ
CB-CBB B CN-CBB N
对偶问题性质证明的几个重要内容
对 称 形 式
C CB CB XB XB σ b B b
-1
max z = CX st. AX ≤ b X≥ 0
0 x4 5/4 1/4 -1/4 -1/4 1/4
0 x5 -15/2 -1/2 3/2 -1/2 1/2
x3 15/2 0 7/2 3/2
-24 y2 1/4
-5
y3 1/2
σ -σ
X =(7/2,3/2,
15/2,0,0)
Y=(0, ¼, ½ , 0, 0 )
一、线性规划的对偶问题
1、对偶问题定义
X =(7/2,3/2,15/2,0,0) Z = 17/2
* *
6y 估价——影子价格 2 + y3 ≥ 2 (即增加单位资源所 + y st . 5y1 + 2y2 ≥ 1 3 得到的贡献) y1 , y 2 , y3 ≥ 0 问题 Y=(0, ¼, ½ , 0, 0 ) 的解
Z = 17/2
*
需要说明的是:这些性质同样适用于非对称形问题
B与B
C CB XB
-1
2 b 15 24 x1 0 6 1 x2 5 2 0 x3 1 0 0 x4 0 1 0 x5 0 0 θ
5
σ C CB XB b 15/2 7/2 3/2 σ 2
1
1
0
0
1
1 0 0 0 6 1 5 2 1
1 x2 0 0 1
C CB -M YB y6 b 2 -15 y1 0
≥ 1 ≥
-24 y2 6
st .
5y1 + 2y2 + y3
– y5 =
1
0
-5 y3 1 0 y4 -1 0 y5 0 -M y6 1
y1, y 2, y3, y 4, y5
≥ 0
-M y7 0 θ
-M
y7
σ
1
5
2
1
0
-M
-1
-M
0
0
1
0
M-15 8M-24 2M-5
三、最优解检验(唯一解、无限多解、无界解和无解)
X =(7/2,3/2,15/2,0,0)
*
Z = 17/2
*
四、分析 把解X=(7/2,3/2)代入原问题(因为x3、 x4、 x5为附加变量) 5×3÷2=15/2 5x2 6x + 24 2x
1 2
约束 条件
x1 + 5 2 x x1,x2 ≥ 0
-24 y2 1
st .
5y1 + 2y2 + y3
– y5 =
1
0
-5 y3 0 0 y4 -1/4
y1, y 2, y3, y 4, y5
≥ 0
0 y5 1/4 θ
-24 y2
-5
y3
σ
1/2
15/2
-15/2
0
0
1
0
1/2
-7/2
-3/2
-3/2
Y=(0, ¼, ½ , 0, 0)
z'=-17/2
问题求解
min z= 15 y1 + 24y2 + 5y3 6y2 + y3 ≥ 2 max z'= -15 y1 - 24y2 - 5y3 6y2 + y3 – y4 = 2
st .
5y1 + 2y2 + y3 y1 , y 2 , y3
C CB YB b 1/4 -15 y1 -5/4
≥ 1 ≥
max z = CX + 0Xs st.
AX + IXs = b
X, Xs≥ 0
C
CB 0 XB Xs σ b b
C
X I
0
Xs
CB
XB B
CN
XN N
0
Xs I
C CB XB b
-1
CB XB
CN XN
0 Xs CB CB
-1
C XB b
-1
CB XB B B
-1 -1
CN XN B N
-1 -1
对偶规则
——
变量、约束与系数
原问题有m个约束条件,对偶问题有m个变量
原问题有n个变量,对偶问题有n个约束条件 原问题的价值系数对应对偶问题的右端项 原问题的右端项对应对偶问题的价值系数 原问题的技术系数矩阵转置后为对偶问题系数矩阵
对偶规则—— 变量与约束对应关系
原问题(对偶问题)
对 称 形 式
max z = CX
st. AX ≤ b X≥ 0 其中: C=(c1,c2, b=(b1,b2, X=(x1,x2, Y=(y1,y2,
min w = YTb T AY ≥ C st. Y≥ 0
a11 a12 … … … a1n a1n
┇
… … … …
,cn) ,bm)T ,xn)T ,ym)T
min w = b1y1 +
b2y2'- b2y2" - b3y3'
a11y1 + a21y2'– a21y2" - a31y3'≥ c1 -a12y1 - a22y2'+ a22y2" - a32y3'≥-c2 st. a13y1 + a23y2'– a23y2"- a33y3'≥ c3 -a13y1 - a23y2'+ a23y2"+ a33y3'≥-c3 y1 , y2', y2" ,y3'≥0