Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Линейная форма (линия уровня) для некоторого набора фиксированных значений переменной z представляет собой семейство параллельных прямых. Одна из них, которая пройдёт через вершину многоугольника «М», ближайшую к началу координат и даст минимум z (для координат вершины).

Графический способ решения (перемещение графика целевой функции по симплексу) приемлем только для двухмерных задач (задач на плоскости). Но геометрическое толкование задачи линейного программирования справедливо и для общего случая (m ограничений и n переменных). Каждое из соответствующих неравенству уравнений системы определяет некоторую гиперплоскость в n – мерном пространстве. Множество неотрицательных решений образует выпуклый многогранник в n – мерном пространстве. Линейная форма z-гиперплоскость, перемещая которую параллельно самой себе, будем получать множество точек пересечения её с выпуклым многогранником. Максимальное или минимальное значение линейной формы z достигается в точках, являющихся вершинами выпуклого многогранника.

В силу трудности решения задачи графическим способом в случае m ограничений и n>2 переменных применяют другие методы решения задачи ЛП. Наиболее распространённым и удобным является симплекс метод решения задачи ЛП.

Для решения задачи линейного программирования симплекс-методом применяется специальный аппарат формальных преобразований математической модели. Рассмотрим некоторые его положения. Пусть задана основная задача линейного программирования (см. (4.6.1.) и (4.6.2)). Введя в левую часть каждого неравенства добавочную переменную, преобразуем его в уравнение и перейдём к другой, стандартной форме записи:

При этом значения b_i должны быть неотрицательными. В случае b_i < 0 обе части уравнения умножают на» – 1». Заметим, что при максимизации z задача сводится к стандартной путём замены: max z = – min (– z).

Систему (4.6.3) после несложных преобразований можно привести к виду:

Здесь b_i  0. Коэффициенты при переменных равны единице (+1). Данная система представлена в канонической форме записи. Если количество переменных превышает количество уравнений, то существует бесчисленное множество решений системы.

Пусть m < n. Разделим все переменные системы (4.6.4) на две части:

а) основные переменные, количество которых должно быть равно количеству линейно-независимых переменных (m);

б) неосновные переменные, количество которых будет равно n – m.

Назначим первые m переменных (x₁, x₂, …, x_m) в качестве основных. Тогда систему (4.6.4) можно решить относительно x₁, x₂, …, x_m, если определитель m-го порядка, составленный из коэффициентов при переменных x₁, x₂, …, x_m не равен нулю.

Придавая неосновным (независимым) переменным произвольные числовые значения, получим некоторое решение данной системы, причём каждому набору значений независимых переменных будет соответствовать одно определённое решение системы.

Основные (зависимые, несвободные) переменные будем называть базисными, неосновные (независимые, свободные) – небазисными переменными.

Можно составить бесчисленное множество различных наборов значений независимых переменных. Из всех этих решений в линейном программировании нас будет интересовать так называемые допустимые базисные решения.

Допустимое базисное решение системы линейных уравнений при m < n – это такое решение, в котором неосновным (независимым, небазисным) переменным даны нулевые значения, а значения базисных переменных являются неотрицательными (решение на грани или вершине симплекса).

В теории линейного программирования доказывается, что если оптимальное решение задачи существует, то оно совпадает по крайней мере с одним из допустимых базисных решений.

Поиск и направленные переходы от одних допустимых базисных решений к другим с целью определения оптимального решения может быть выполнен численным методом. Один из них рассмотрим ниже.

Рассмотрим вычислительные и логические процедуры, обеспечивающие поиск решения задачи линейного программирования симплекс-методом. Процедуры поясняются в процессе решения конкретной задачи: найти совокупность значений, удовлетворяющих системе неравенств:

Таким образом, идея симплекс-метода преобразования модели заключается в таком интерактивном направленном переходе от одного допустимого базисного решения к другому, при котором последовательно улучшается значение линейной формы.

Симплекс-метод является наиболее распространенным универсальным методом. Существует несколько вариантов этого метода, рассмотрим один из них.

Необходимо предварительно выполнить следующие этапы:

– привести математическую модель к каноническому виду;

– определить начальное допустимое базисное решение задачи;

Пример:

L=3x₁+2x₂max

x₁-x₂2,

2x₁+x₂6,

x₁, x₂0

Приведем заданную модель к каноническому виду, введя свободные переменные x₃ и x₄, превращающие неравенства в равенства. Переменные x₃ и x₄ входят в уравнение с коэффициентом единица и только один раз:

L=3x₁+2x₂max

x₁-x₂+x₃=2,

2x₁+x₂+x₄=6,

x_j0

где x₃, x₄ - дополнительные переменные, x₁, x₂ - свободные переменные, A_3, A₄ - начальный базис, A₀ -вектор ограничений.

Составим симплекс – таблицу, соответствующую каноническому виду:

Табл. 0			0	3	2	0	0
i	Csi	базис	A0	A1	A2	A3	A4
1	0	A3	2	1	-1	1	0	2min
2	0	A4	6	2	1	0	1	3
			0	-3	-2	0	0
	Z		0	0	0	0	0
				min

Элементы строки рассчитываем по формулам:

Для базисных переменных оценки всегда равны нулю.

Значение критерия для данного начального базиса будет равно нулю:

L=c_ia_i0=0*2+0*6=0;

Так как имеются _j0 приступаем к улучшению плана.

Первая итерация

В базис вводим вектор A₁, которому соответствует минимальное значение _j. Из базиса выводим вектор A₃, так как минимальное достигается при i=3.

Таким образом, элемент a₃₁ будет направляющим (в таблице выделен зеленым цветом).

Заполняем таблицу, соответствующую новому базисному решению.

Все элементы a_ij таблицы определяются по следущему рекуррентному соотношению:

где a_kr - направляющий элемент, l – номер итерации

Табл. 1				0		3		2		0		0
i	Csi	базис	A0		A1		A2		A3		A4
1	3	A1	2		1		-1		1		0		–
2	0	A4	2		0		3		-2		1		2/3min
				6		0		-5		3		0
	Z			6		3		-3		3		0
								min

Приведем расчет нескольких элементов таблицы:

Элемент a₄₂=3 является направляющим (в таблице выделен зеленым цветом).

Так как в строке оценок полученного нового плана имеется отрицательное значение _j, приступаем ко второй итерации, продолжая улучшать план.

Вторая итерация

Табл. 2					0			3		2	0			0
i	Csi		базис		A0			A1		A2	A3			A4
1	3		A1		8/3			1		0	1/3			1/3	8
2	2		A2		2/3			0		1	-2/3			1/3	–
					28/3			0		0	-1/3			5/3
	Z				28/3			3		2	-1/3			5/3
									min

Элемент a₁₃ =1/3 является направляющим (в таблице выделен зеленым цветом).

Третья итерация

Табл. 3				0		3		2		0		0
i	Csi	базис	A0		A1		A2		A3		A4
1	0	A3	8		3		0		1		1
2	2	A4	6		2		1		0		1
			12		1		0		0		2
	Z		12		4		2		0		2

Поскольку все _j0, то план представленный в данной таблице будет оптимальным.

Ответ: x₁ =0; x₂=6; x₃=8; x₄=0; L=12;

Характеристики

Список файлов курсовой работы