运筹学大M法和两阶段法

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《管理运筹学》02-4两阶段法和大m法

《管理运筹学》02-4两阶段法和大m法

大M法的优势与局限性
优势
大M法能够处理大规模的整数规划问题,且计算过程相对简单,容易实现。
局限性
大M法只能求得问题的近似解,而非最优解,且当M值选取不合适时,可能导致求解结果偏离最优解 较远。同时,对于一些特殊问题,如非线性、非凸等问题,大M法可能无法得到满意的结果。
04
大M法实施步骤
确定问题与目标
局限性
两阶段法需要花费更多的计算时间和资源,因为需要进行多次迭 代和优化。此外,两阶段法对于初始解的选择比较敏感,如果初 始解不好,可能会导致算法陷入局部最优解,而非全局最优解。
02
两阶段法实施步骤
阶段一:问题建模与求解
80%
确定问题目标
明确问题的目标,并将其转化为 可量化的数学模型。
100%
建立数学模型
两阶段法案例
总结词
两阶段法是一种常见的求解线性规划问题的方法,通过将问题分解为两个阶段进行求解, 可以找到最优解。
详细描述
在第一阶段,两阶段法首先确定一个初始解,然后通过迭代不断改进这个解,直到满足 一定的收敛条件。在第二阶段,两阶段法使用一种称为对偶单纯形法的方法来求解子问
题,最终得到最优解。
大M法案例
输出求解结果,包括最优解、最优值等。
分析结果与决策
结果分析
对求解结果进行分析,包括最优解的合理性、最优值的可行性等。
制定决策方案
根据分析结果,制定相应的决策方案,包括最优解的实施方案、次 优解的备选方案等。
方案评估与选择
对制定的决策方案进行评估和选择,确保方案符合实际需求和可行 性。
05
案例分析
《管理运筹学》02-4两阶段法 和大m法

CONTENCT

大M法和两阶段法

大M法和两阶段法

1
0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0
-1
3 2 5M-3 0 1 0 -2 0 1 0 -2
2
-7 -1 -8M+5 -1/3 -7/3 (11/3) 11/3M+7/3 0 0 1 0
-1
(3) 2 5M-1 0 1 0 0 0 (1) 0 0
0
1 0 0
0
0 1 0 0 0 1 0 → 2/3 5/2 →

两阶段法
第一阶段:引入辅助问题
max S x5 x6 x7 s.t. x1 x 2 2 x3 x 4 x5 2 2 x1 x 2 3 x3 x 4 x6 6 x1 x3 x3 x 4 x7 7 x j 0, j 1,2, ,7
Cj 段 ↓ -1 1
→ 基 x5
0 b 2
0 P1 (1)
0 P2 -1
0 P3 2
0 P4 -1
-1 P5 1
-1 P6 0
-1 Qi P7 0 2 → 注
-1
-1 Cj-Zj 0
x6
x7 → x1 x6 x7 → x1 x4
6
7 15 2 2 5 7 8/3 2/3
2
1 4 1 0 0 0 1 0
大M法

引入人工变量x5,x6,x7,将原问题化为
max F 2 x1 x 2 x3 x 4 M ( x5 x6 x7 ) s.t. x1 x 2 2 x3 x 4 x5 2 2 x1 x 2 3x3 x 4 x6 6 x1 x3 x3 x 4 x7 7 x j 0, j 1,2,,7
Cj-Zj 0

线性规划-大M法、两阶段法与几种特殊情况

线性规划-大M法、两阶段法与几种特殊情况

进基变量的相持
出基变量的相持
max
z=
4x1
+2x2
-3x3
+5x4
s.t.
2x1
-x2
+ x3
+2x4
≥50
(1)
3x1
-x3
+2x4
80
(2)
x1
+x2
+x4
= 60
(3)
x1,
x2,
x3,
x4
≥ 0
1-4 线性规划- 大M法、两阶段法及几种特殊情况
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School of Business ECUST
单纯形法
单纯形法的一般思路+例子
单纯形表结构+例子
单纯形法的计算步骤
单纯形法的矩阵描述
大M法
两阶段法
几种特殊情况
无可行解
无界解
多重最优解
1
X3
0
-3 0 2 0 0 -2-M -M
σj
-1 0 1 0 1 -1 0
1
X5
0
0 0 1/2 3/2 0 -1/2-M -3/2-M
2
X5
0
-1 2+2M -M -M 0 0 0
σj
3/1
0 1 0 0 1 0 0
3
X5
0
X1 x2 x3 x4 x5 x6 x7
3/2
X2
2
1/2/1/2
1 0 -1/2 1/2 0 1/2 -1/2
1/2

运筹学第1章-线性规划

运筹学第1章-线性规划
凸集的数学定义:设K为n维欧氏空间的一个点集,若K中任意两个 点X1和X2连线上的所有点都属于K,即“X =αX1+(1-α) X2 ∈ K(0≤a ≤ 1)”,则称K为凸集。设X(x1,x2,…,xn),X1(u1, u2,...,un),X2(v1,v2,…,vn),如图1一5所示,“X =αX1+(1α) X2 ∈ K(0≤a ≤ 1)”的证明思路如下:
下一页 返回
图解法步骤:
(1)建立坐标系; (2)将约束条件在图上表示; (3)确立满足约束条件的解的范围; (4)绘制出目标函数的图形 (5)确定最优解
用图解法求解下列线性规划问题
max z 2x1 3x2
4x1 0x2 16
s.t
10xx11
4x2 2x2
12 8
x1, x2 0
1. 1.1问题举例
(1)生产计划问题。 生产计划问题是典型的已知资源求利润最大化的问题,对于此类
问题通常有三个假设:①在某一计划期内对生产做出的安排;②生产 过程的损失忽略不计;③市场需求无限制,即假设生产的产品全部 卖出。
下一页 返回
1.一般线性规划问题的数学模型
例1 用一块连长为a的正方形铁皮做一个容 器,应如何裁剪,使做成的窗口的容积为最 大?
解:设 x1, x2分别表示从A,B两处采购的原油量(单
位:吨),则所有的采购方案的最优方案为:
min z 200x1 290x2
0.15x1 0.50x2 150000
s.t
0.20x1 0.50x1
0.30x2 0.15x2
120000 120000
x1 0, x2 0
1. 1线性规划问题与模型
也可以写成模型(1-6)和模型(1-7)的形式,其中模型(1-7)较为常用。

线性规划-大M法、两阶段法与几种特殊情况课件

线性规划-大M法、两阶段法与几种特殊情况课件

0 1 001 -1 2+2M -M -M 0
00 00
3 3/1
2 0 -1 1 0 1 -1
1 1/2
-1 1 0 -1 0 0 1
1
-
1 0 0 1 1 0 -1
2 2/1
1+2M 0 -M 2+M 0 0 -2-2M
1 0 -1/2 1/2 0 1/2 -1/2
1/2
0 1 -1/2 -1/2 0 1/2 1/2
-Mx7
-Mx8
s.t.
2x1
-x2
+ x3
+2x4
-x5
+x7
=50
(1)
3x1
-x3
+2x4
+x6
= 80
(2)
x1
+x2
+x4
+x8
= 60
(3)
x1,
x2,
x3,
x4,
x5,
x6,
x7,
x8 ≥ 0
添加人工变量
min z=
4x1
+2x2
-3x3
+5x4
+Mx7
+Mx8
s.t.
2x1
-x2
+ x3
max z= 4x1 +2x2 -3x3 +5x4
s.t.
2x1 -x2 + x3 +2x4 -x5
=50 (1)
3x1
-x3 +2x4
+x6 = 80 (2)
x1 +x2
+x4
x1, x2, x3, x4, x5,

线性规划-大M法、两阶段法与几种特殊情况

线性规划-大M法、两阶段法与几种特殊情况

x4,
x5,
x6,
x7,
x8 ≥ 0
School of Business ECUST
添加人工变量
min z=
4x1
+2x2
-3x3
+5x4
+Mx7
+Mx8
s.t.
2x1Hale Waihona Puke -x2+ x3
+2x4
-x5
+x7
=50 (1)
3x1
-x3
+2x4
+x6
= 80 (2)
x1
+x2
+x4
+x8
= 60 (3)
x1,
x2,
x3,
x4,
x5,
x6,
x7,
x8 ≥ 0
School of Business ECUST
4 2 -3 5
0
0 MM
CB XB
[ x1]
x2
x3
x4
x5
x6 x7 x8 b
M [ x7]
2
-1
1
2
-1 0 1 0 50
0 x6
3 0 -1 2
0
1 0 0 80
M x8
1 10
1
0
0 0 1 60
1 0 0 1 1 0 -1
1+2M 0 -M 2+M 0 0 -2-2M
1 0 -1/2 1/2 0 1/2 -1/2
0 1 -1/2 -1/2 0 1/2 1/2
0 0 1/2 1/2 1 -1/2 -1/2
0 0 1/2 3/2 0 -1/2-M -3/2-M

运筹学大M法和两阶段法

运筹学大M法和两阶段法

0
0
0
-1
0
0
1
0
-3
0
x5
12
3
0
0
-2
1
2
-5
30
x2
1
0
1
0
-1
0
1
-2
0
x3
1
-2
0
1
0
0
0
1
Cj-Zj

0
0
0
0
0
0
-1
-1
结论
▪ 此时,目标函数已得最优值,人工变量均 为0。转入第二阶段。
第二阶段
▪ 求原问题最优值。目标函数为原问题的目 标函数,单纯形表初始表为第一阶段最后 一段的元素值,但应去掉人工变量所在列。

0
1
-M
-M
Cj-Zj
0
2
-M
-1
Cj-Zj
0
3
-1
-1
Cj-Zj 3
4
-1
-1
Cj-Zj

0
3
-1
-1
0
0
-M
-M
Qi 注

b
P1
P2
P3
P4
P5
P6
P7
x4
11
1
-2
1
1
0
0
0
11
x6
3
-4
1
2
0
-1
1
0
3/2
x7
1
-2
0
(1)
0
0
0
1
1→

4M -6M+3 M-1 3M-1

运筹学论文

运筹学论文

1.线性规划1.1图解法1.1.1解题步骤1.图解法步骤2.建立坐标系3.找出可行域4.绘出目标函数图形5.求出最优解1.2单纯形法1.2.1 解题思想:保持最优性不断改善解的可行性1.2.2 解题步骤1.找到初始可行解确定基变量,没有合适的基变量时,引入人工变量。

2.列出单纯型表,通过检验系数σ=Cj-C B B-Pj 确定进基变量,通过θ=B-b-B-a 确定出基变量,不断迭代达到最优解。

3.判断标准:在Max的条件下,σ全部小于0时,停止迭代,达到最优解。

1.2.3 解的几种情况在终表上的体现1.唯一最优解:终表上所有非基检验数均小于0。

2.多重最优解(无穷):终表上存在非基检验数等于0,通过终表可以写出一个最优解X* Max Z。

3.无界解:终表上,存在正检验数相应的系数列中的所有系数均为非正(两出基θ均小于0)。

4.无解(只出现在使用人工变量的情况下)Ⅰ.大M法:最优解有X人工(X人工不等于0).Ⅱ.两阶段法:Minω不等于0,无解。

1.3对偶单纯形法1.3.1 解题思想:保证最优性,改善可行性1.3.2 解题步骤1.前提:保障最优性:σ=c j-z j=c j-C B B-1≤0。

2.检查可行性:检查B-1b(常数项),若非负,则得到最优解,若还有负数,则开始下一步。

3.判断出基变量:找出B-1b中负数最小值,min(B-1b I B-1b<0),这个数所在对应变量Xi就是出基变量。

4.判断进基变量:看出基变量Xi所在行的每一个系数aij,若aij≥0,则无可行解,若存在aij<0,则计算θ=min((σ/aij)I aij<0).5.主元迭代(初等行变换),直到B-1b≥0时结束。

2.对偶问题2.1对偶问题的一般性质1.对偶性:对偶问题的对偶问题是原问题。

2.弱对偶性:若拔X是原问题的可行解,则拔Y是对偶问题的可行解,cX≤Yb(出让价格大于盈利)。

3.无界性:若原问题(对偶)为无界解,则其对偶问题(原问题)无可行解。

管理运筹学(第四版)第二章习题答案

管理运筹学(第四版)第二章习题答案

第二章补充作业习题:用大M 法和两阶段法求解下面LP 问题:⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≥≥+-≥-+=0,3232s.t.42min 21212121x x x x x x x x z解: 标准化为⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≥=-+-=----=0,,,3232s.t.42max 432142132121x x x x x x x x x x x x z(1)大M 法引入人工变量65,x x ,得到下面的LP 问题⎪⎪⎪⎪⎨⎧=≥=+-+-=+------=6,,1,03232s.t.42max 642153216521 j x x x x x x x x x Mx Mx x x z j因为人工变量6x 为4>0,所以原问题没有可行解。

(2)两阶段法:增加人工变量65,x x ,得到辅助LP 问题⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=≥=+-+-=+----=6,,1,03232s.t.max 6421532165 j x x x x x x x x x x x g j初始表因为辅助LP 问题的最优值为4>0,所以原问题没有可行解。

习2.1 解:设1x 为每天生产甲产品的数量,2x 为每天生产乙产品的数量,则数学模型为,5183202..200300max 211212121≥≤≤+≤++=x x x x x x x t s x x z最优解为:()TX 4.8,2.3*=,最优值为:z = 2640。

(1)最优解为:()TX 5.0,5.1*=,最优值为:z = 4.5。

(2)无可行解有无穷多最优解,其中一个为:TX⎪⎭⎫⎝⎛=0,310*1,另一个为:()TX10,0*2=,最优值为:z = 20。

(4)无界解解:A B 资源限额 会议室 1 1 5 桌子 3 2 12 货架 3 6 18 工资2522设1x 为雇佣A 的天数,2x 为雇佣B 的天数,则数学模型为,186312235..2225min 2121212121≥≥+≥+≥++=x x x x x x x x t s x x z最优解为:()TX3,2*=,最优值为:z = 116。

人工变量法和两阶段法

人工变量法和两阶段法

x1 , x2 0
1 1 A 5 2
2 6
90 b 490
240
C 6 8
它的对偶问题是:
这里Y y1, y2, y3
minW Y 90 490 240T
minW 90 y1 490 y2 240 y3
在单纯形迭代过程中,要求人工变量逐步从基 变量被替换出,变为非基变量,最后,基变量中不 含有人工变量。
为使人工变量被替换出成为非基变量,有 1.大M法 2.两阶段法
1.大M法:在目标函数求最大值的线性规划问题中, 设人工变量在目标函数中的系数为-M,M为任意大 的正数。只要人工变量不为零,目标函数最大值就 是一个任意小的数。
s.t .
y1 4 y2
2
2 y1
4 y3 3
y1 , y2 , y3 0
4.2.2 一般形式的线性规划模型与对偶模型之间的关系 对于非对称形式的线性规划模型如何写出其对
偶模型? 其思路是首先将非对称形式转换为对称形式,然
后再按照对应关系写出其对偶模型。
原问题求极小------ min Z maxZ
x1 x1

a22 x2 a32 x2

a23 x3 a33 x3

b2 b3
x1 0, x2 0, x3无约束
(4 9)
原问题约束方程有“=”,如何转化?
(1)将约束条件2的等式约束转化为两个不等式约束
a21 x1

a22 x2

a23 x3

b2

a210,x3

0,x3

0
对称 形式 线性 规划 模型 的对

单纯形法、大M法、两阶段法

单纯形法、大M法、两阶段法
缺点
对于一些问题,大M法可能无法得到精确解,且需要人工选择足够大的M值,容易造成 误差。
04 两阶段法
两阶段法的原理
01
两阶段法是一种求解线性规划问题的迭代算法,它将问题分 解为两个阶段进行求解。
02
第一阶段是预处理阶段,通过引入松弛变量和剩余变量,将 原问题转化为标准形式。
03
第二阶段是求解标准形式的问题,通过迭代更新变量的值, 直到找到最优解或满足终止条件。
04
约束条件是决策变量必须满足的条件,通常表示为 $a_1x_1 + a_2x_2 + ldots + a_nx_n leq b$或 $a_1x_1 + a_2x_2 + ldots + a_nx_n = b$。
02 单纯形法
单纯形法的原理
线性规划问题是在一组线性不等式约束下,最大化或最小化一个线性目标 函数。单纯形法是一种求解线性规划问题的迭代算法。
03 大M法
大M法的原理
大M法是一种求解线性规划问题的近似算法,其基本思想是通过引入一个足够大的常数M,将原问题转化 为一个易于求解的近似问题。
在大M法中,将约束条件中的“≤”或“≥”替换为“=”,并引入一个新变量,使得近似问题在某种意义 下逼近原问题。
大M法的步骤
1. 确定原问题的约束 条件和目标函数。
线性规划的应用场景
生产计划
01
在制造业中,线性规划可以用于制定生产计划,优化资源配置,
提高生产效率。
物流优化
02
在物流领域,线性规划可以用于优化运输路线、仓储布局和配
送方案,降低成本。
金融投资
03
在金融领域,线性规划可以用于投资组合优化,帮助投资者在

9_大M与两阶段法

9_大M与两阶段法

Case 2: Functional Constraints in >= Form (P129-131)

To illustrate how the artificial-variable technique deals with functional constraints in >= form, we will use the model for designing Mary's radiation therapy, as presented in Sec. 3.4. For your convenience, this model is repeated right, where we have placed a box around the constraint of special interest here.

After a slack variable x3 is introduced into the first constraint, an artificial variable x4 is introduced into the second constraint, and the Big M method is applied, so the complete artificial problem (in augmented form) is
4.6 Big-M Method and Two-Phase Method
We have presented the details of the simplex method under the assumptions that the problem is in our standard form (maximize Z subject to functional constraints in ≤ form and nonnegativity constraints on all variables) and that bi ≥ 0 for all i = 1, 2 .... , m. In this section we point out how to make the adjustments required for other legitimate forms of the linear programming model.

运筹学及其应用3.3 大M法和两阶段法

运筹学及其应用3.3 大M法和两阶段法

6
1 1 1 1 0 0 0 4
T
=

−2 0 0
1 3 0
−1 1 0
0 0 0
−1 0 0
1 0 1
0 1 1
1 09
1 1 1 1 0 0 0 4


−2 0 2
1 3 −1
−1 1 1
0 0 0
−1 0 1
1 0 0
0 1 1
1 −91
1
v 两阶段法的第一阶段求解一个目标中只包含人工 变量的LP问题,即令目标函数中其它变量的系数 取零,人工变量的系数取某个正的常数(一般取 1),在保持原问题约束不变的情况下求这个目 标函数极小化的解。
v 显然在第一阶段中,当人工变量取值为0时,目 标函数值也为0。这时候的最优解就是原问题的 一个基可行解。如果第一阶段求解结果最优解的 目标函数值不为0,也即最优解的基变量中含有 非零的人工变量,表明原LP问题无可行解。
5
例:
min Z = 3x1 + 0x2 − x3 + 0x4 + 0x5 + Mx6 + Mx7
第1阶段:
min ω = x6 + x7

x1 −2 x1

+ x2 + x3 + x2 − x3 3 x2 + x3
+ x4
− x5 + x6
+ x7
=4 =1 =9
x1~5
≥0
对单纯形矩阵作初等行变换,有:
1 0 0
0 1 0
0 0 0
−1/ 4 3/4 3/4
5/ 2
3 3
/ /

2最优化教案(两阶段法与大M法)

2最优化教案(两阶段法与大M法)

§4.2 两阶段法与大M 法————初始可行基的求法求解线性规划的步骤是: 1) 已知一个初始基本可行解 2) 从初始基本可行解出发,写出单纯型表,求出进基离基变量,做主元消去法,求出一个新的基本可行解且使目标函数值得到改善。

3) 判断当前基本可行解是否是最优解 那末,当观察不出来初始基本可行解时,怎么办?下面介绍的方法是几种求初始基本可行解的方法4.2.1 两 阶 段 法mincxt s .b Ax =x ≥0其中A 是nm ⨯矩阵,b≥0。

若A 中有m 阶单位矩阵,则初始基本可行解立即得到。

比如,[]N I A m ,=,那么⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡=0b x x x N B就是一个基本可行解。

若A 中不包含m阶单位矩阵,就需要用某种方法求出一个基本可行解。

介绍两阶段法之前,先引入人工变量的概念。

设A 中不包含m阶单位矩阵,为使约束方程的系数矩阵中含有m阶单位矩阵,把每个方程增加一个非负变量,令b x Ax a =+ (4.2.2)x ≥0 ,a x ≥0即bx x I A a m =⎥⎦⎤⎢⎣⎡),( (4.2.3)x ≥0 ,ax≥0显然,⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡b x x a 0是4:2:3的一个基本可行解.向量x ®¸0是人为引入的,它的每个分量成为人工变量。

人变量与前面介绍过的松弛变量是两个不同的概念。

松弛变量的作用是把不等式约束改写成等式约束,改写前后的两个问题是等价的。

因此,松弛变量是“合法”的变量。

而人工变量的引入,改变了原来的约束条件从这个意义上讲,它们是“不合法”的变量。

第一阶段是用单纯形方法消去人工变量(如果可能的话):min a Tx es:t A x +x ®=b (4:2:1) x ¸0;x ®¸0其中e =(1;1;1;¢¢¢;1)T 是分量全是1的m 维列向量,x ®=(x n+1;¢¢¢;x n+m )T 是人工变量构成的m 维列向量。

EX3_解答_大M法和两阶段法

EX3_解答_大M法和两阶段法

第三次作业解答 P49 :10—(2),(3)小题10)用大M 法和两阶段法分别求解下列两个线性规划问题1+2x 2-x 1 +2x 2 ≥ 2x 1 ≤ 3x 1, x 2 ≥ 0[x 5后,线性规划模型如下:M ax Z’=-x 1-2x 2-Mx 5-x 1+2x 2 -x 3 +x 5 = 2x 1 +x 4 = 3x 1, x 2, x 3, x 4, x 5 ≥ 0C B X B θj-M 0 x 5 x 4 2/2 -Z ’ -2 0 x 2 x 4 -Z ’max 最优解X * =(0, 1, 0, 3)T ,最优值为Z min =2。

用两阶段法求解如下: 第一阶段:标准化并引入人工变量x 5,对人工变量进行优化线性规划模型如下:5-x 1+2x 2 -x 3 +x 5 = 2x 1 +x 4 = 3x 1, x 2, x 3, x 4, x 5 ≥ 0 C BX Bθj-1 0 x 5 x 4 2/2 -W 0 0 x 2 x 4 -Z ’由于人工变量x 5=0,故可以划去该列,以x 2, x 4为基变量进行第二阶段的计算。

第二阶段:M ax Z’=-x 1-2x 2-1/2x1+x 2-1/2x 3= 1x 1 +x 4 = 3x 1, x 2, x 3, x 4≥ 0由于上表中所有非基变量的检验数小于等于0,因此,原问题已经达到最优解,即X * =(0, 1, 0, 3)T ,最优值为Z min =2。

(2)Max Z=x 1+2x 2+3x 3-x 4x 1+2x 2+3x 3 = 15 2x 1+x 2+5x 3 = 20x 1 +2x 2+x 3+x 4 = 10x 1, x 2, x 3, x 4 ≥ 0[解] 首先,标准化并引入人工变量x 5, x 6后,线性规划如下: (1)Max Z=x 1+2x 2+3x 3-x 4-Mx 5-Mx 6x 1+2x 2+3x 3+x 5 = 15 2x 1+x 2+5x 3+x 6 = 20x 1 +2x 2+x 3+x 4 = 10 x 1, x 2, x 3, x 4 ≥ 0 C B X Bθj-M -M -1 x 5 x 6 x 4 15/3 20/5 10/1 -Z -M 3 -1 x 5 x 3 x 4 15/7 20/1 30/9 -Z2 3 -1 x 2 x 3 x 425/3 15/6 -Z 2 3 1 x 2 x 3 x 1 -Zmax 。

单纯形法、大M法、两阶段法

单纯形法、大M法、两阶段法


cB
x
B
+cN
x
N
cB (B-1b-B-1Nx N )+cN x N
cBB-1b-(cBB-1N-cN )x N z0 +(cN cBB-1N)x N
z0 + (cj cBB-1Pj)x j, R 非基变量下标集 jR
记 N cN cBB-1N 即 j cj cBB-1Pj,j R
➢对于约束条件是“≤”形式的不等式,引入松弛变量将其转换为标准型,再将系 数矩阵中松弛变量对应的单位矩阵取为初始可行基。
➢对于约束条件是“≥”形式的不等式及等式约束情况,若不存在单位矩阵时,可 采用人工变量,即对不等式约束就减去一个非负的剩余变量后,再加入一个 非负的人工变量;对等式约束再加入一个非负的人工变量,总可得到一个单位 矩阵作为初始可行基。
步3. 解ak=B-1Pk,若ak≤0,停止,不存在有限最优解. 否则转
步4.计算
r=min{abiik
| aik
0}

br ark
xk进基,xBr离基,用Pk替代PBr得新的可行基B
步5.以ark为主元素进行迭代.转步2
新可行解:x=(xB1,…xBr-1,0,xBr+1,…,xBm,0,…, 0,xk,0,…,0)
;若aik>0,为保证可行性,即xBi=bi-aikxk≥0,应取
令r
=
min{
bi aik
| aik
0}
br ark
注意:xBr=0
xk

bi aik
重复上述过程,直至所有的σj均≥0,得到最优解。
总结计算步骤:给定初始基
步1.令xN=0,,xB=B-1b=b,z0=cBxB ;

线性规划大M法或两阶段法

线性规划大M法或两阶段法

两阶段法
阶段Ⅰ 求解人造极大问题(先将线性规划问题化标准型,并 将其约束条件中加入人工变量,得第一阶段的数学模型)
max w = -xn+1 -xn+2 - … -xn+m 或者 min w = xn+1 +xn+2 + … +xn+m
s.t. ( 2.1 )
人工变量的系数 均为1或-1
因为人工变量

2x2

x

3
M
x
6

Mx7
4x1 3x2 x3 x4 x6 4

x
1

x2

2x3

x5

10

2
x
1

2x2

x3

x7

1
x j 0, j 1,2,,7
其中:M是一个很大的抽象的数,不需要给出具体的数值, 可以理解为它能大于给定的任何一个确定数值;再用前面介 绍的单纯形法求解该模型,计算结果见下表。
x1, x2, x3 , x4, x5 ≥ 0
一、大M法
cj 基 解
-M -M
xx45
6 4
3 -1
x1
x2
-2
x3
-M
x4
-M
x5
比值
3 2 -3 1 0 2 min
1 -2 1 0 1 4
10M 3+4M -1 -2+2M 0
0
3 x1 2 1 2/3 -1 1/3 0 -M x5 2 0 -8/3 22 -1/3 1
000Fra bibliotek-M0
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第二节 大M法和两阶段法
如果线性规划模型中约束条件系数矩阵中不存在单 位向量组,解题时应先加入人工变量,人工地构成 一个单位向量组。
人工变量只起过渡作用,不应影响决策变量的取值。
两种方法可控制人工变量取值。
大M法 两阶段法

min F 3 x1 x2 x3 s.t. x1 2 x2 x3 11 4 x1 x2 2 x3 3 2 x1 x3 1 x j 0, j 1,2,3
观察约束条件系数矩阵A
1 A 4 2 2 1 0 1 2 1 1 0 0 0 1 0
A矩阵不存在完全单位向量组。 应人工地构建一个完全单位向量组。
人为增加两列
1 2 1 1 0 0 0 A 4 1 2 0 1 1 0 2 0 1 0 0 0 1
于苛刻,该线性规划问题无可行解。

Cj ↓ 0
→ 基 x4 x6 x7
0 b 11 3 1
3 P1 1 -4 -2
-1 P2 -2 1 0
-1 P3 1 2 (1)
0 P4 1 0 0
0 P5 0 -1 0
-M P6 0 1 0
-M Qi P7 0 0 1 11 3/2 1

1
-M -M

Cj-Zj
0 0
-1
0 -M
1
0 0
-2
1 -3M+1
0
3 -1 -1 Cj-Zj
x4
x2 x3 → 1 0
0
1 0 0 0 -1 1 -2

Cj ↓ 0
→ 基 x4 x6 x7 → x4
0 b 11 3 1 4M 10
3 P1 1 -4 -2 -6M+3 3
-1 P2 -2 1 0 M-1 -2
-1 P3 1 2 (1) 3M-1 0
-1 P2 -2 1 0 M-1
-1 P3 1 2 (1) 3M-1
0 P4 1 0 0 0
0 P5 0 -1 0 -M
-M P6 0 1 0 0
-M Qi P7 0 0 1 0 11 3/2 1

1
-M -M Cj-Zj

0
2 -M -1
x4
x6 x3
10
1 1
3
0 -2
-2
(1) 0
0
0 1
1
0 0
用单纯形法求解
此时,各系数矩阵、向量为:
c 3 1 1 0 0 M
1 2 1 1 0 0 0 A 4 1 2 0 1 1 0 2 0 1 0 0 0 1
M
11 B 3 1
初始表
Cj

→ 基
x4 x6 x7

0
3 -1 -1 Cj-Zj
x4
x2 x3 →
12
1 1 2
(3)
0 -2 1
0
1 0 0
0
0 1 0
1
0 0 0
-2
-1 0 -1
2
1 0 -M+1
-5
-2 1 -M-1


Cj ↓ 0
→ 基 x4 x6 x7
0 b 11 3 1
3 P1 1 -4 -2
-1 P2 -2 1 0
-1 P3 1 2 (1)
1 0 0 0 1/3 0 2/3 -1/3
-M
-2 -1 0 -1 -2/3 -1 -4/3 -1/3
0
2 1 0 -M+1 2/3 1 4/3 -M+1/3
-3M+1
-5 -2 1 -M-1 -5/3 -2 -7/3 -M+2/3

结论
∵cj-zj均为非正数
∴得到最优解和最优值。 x1=4,x2=1,x3=9,x4=x5= x6=x7=0, minF= -maxF’=-2

4M
-6M+3
M-1
3M-1
0
-M
0
0
Cj 段 ↓

0
3
-1
-1
0
0
-M
-M Qi 注

b
P1
P2
P3
P4
P5
P6
P7
0
x4
11
1
-2
1
1
0
0
0
11
1
-M
x6
3
-4
1
2 (1)
0
-1
1
0
3/2 →
-M
x7 →
1
-2
0
0
0
0
1
1
Cj-Zj
4M
-6M+3
M-1
3M-1
0
-M
0
0
0
x4
0
2
-M
x6
0
-1
解:引入松弛变量x4、剩余变量x5, 将数学模型标准化
max F ' 3 x1 x 2 x3 s.t. x1 2 x 2 x3 x 4 11 4 x1 x 2 2 x3 x5 3 2 x1 x3 1 x j 0, j 1,2,3,4,5
x3
1
-2
0
1
0
0
0
1
Cj-Zj

Cj 段 ↓

0
3
-1
-1
0
0
-M
-M Qi 注

b
P1
P2
P3
P4
P5
P6
P7
0
x4
11
1
-2
1
1
0
0
0
11
1
-M
x6
3
-4
1
2 (1)
0
-1
1
0
3/2 →
-M
x7 →
1
-2
0
0
0
0
1
1
Cj-Zj
4M
-6M+3
M-1
3M-1
0
-M
0
0
0
x4
10
3
-2
0
1
0
0
-1
4
-1 -1 Cj-Zj

Cj
↓ 0

基 x4 x6 x7 → x4
0
b 11 3 1 4M 10
3
P1 1 -4 -2 -6M+3 3
-1
P2 -2 1 0 M-1 -2
-1
P3 1 2 (1) 3M-1 0
0
P4 1 0 0 0 1
0
P5 0 -1 0 -M 0
-M
P6 0 1 0 0 0
-M Qi
由于加入的两个变量只起辅助计算的作用,不能影 响目标函数和约束条件,因此它的取值只能是0。
两种方法可控制人工变量的取值
大M法 两阶段法
一、大M法
原理:
引入一个非常大的正数M,用来制约人工变量
的取值,并使目标函数变为:
max F c j x j M xt
( xt为人工变量)
-1 P3 1 2 1
0 P4 1 0 0
0 P5 0 -1 0
-M P6 0 1 0
-M P7 0 0 1
θi

1
-M -M
Cj-Zj

4M
-6M+3
M-1
3M-1
0
-M
0
0
检验数判断
1. 检验数Cj-Zj=aM+b:当a<0时,认为检验数为负; 当a>0时,认为检验数为正。 2. 若最终检验数Zj-Cj均为非正,而b列中对应的检 验数Cb-Zb(即最优值)中仍有M存在,说明没 有得到确定的最优值,可以解释为约束条件过
0 P4 1 0 0 0 1
0 P5 0 -1 0 -M 0
-M P6 0 1 0 0 0
-M Qi P7 0 0 1 0 -1 11 3/2 1

1
-M -M Cj-Zj 0

2
-M
-1 Cj-Zj
x6
x3 →
1
1 M+1
0
-2 1
(1)
0 M-1
0
1 0
0
0 0
-1
0 -M
1
0 0
-2
1 -3M+1
0 P4 1 0 0
0 P5 0 -1 0
-M P6 0 1 0
-M P7 0 0 1
Qi 11 3/2 1

1
-M -M

Cj-Zj
0

x4 x6 x3
4M
10 1 1
-6M+3
3 0 -2
M-1
-2 (1) 0
3M-1
0 0 1
0
1 0 0
-M
0 -1 0
0
0 1 0
0
-1 -2 1
2
-M -1
0
-2 1 1 0 0
1
0 0 0 1 0
0
1 0 0 0 1
0
0 0 1/3 0 2/3
-1
0 -1 -2/3 -1 -4/3
1
0 -M+1 2/3 1 4/3
-2
1 -M-1 -5/3 -2 -7/3
4
-1 -1 Cj-Zj
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