Симплекс-метод
Решение задачи ЛП (2.1.1), согласно теоремам 2, 3, 4, достигается в вершине многогранного множества. Теорема 2 дает простое описание вершин и способ их определения при известном базисе. Число вершин конечно. Минимум задачи может быть найден за конечное число шагов посредством перебора вершин.
В симплекс-методе осуществляется идея перебора вершин соседних текущей вершине и выбора среди них в качестве следующего приближения вершины с наименьшим значением целевой функции. Симплекс-метод применяют для задач, записанных в форме:
. (2.4.1)
Пусть на -ом шаге получена точка , являющаяся вершиной множества , и пусть .
Назовем невырожденной вершиной множества , если число положительных компонент в ней равно .
Предположим, что все вершины множества невырождены. В силу невырожденности множество содержит элементов. Разобьем вектор на две группы , где отвечает компонентам из , - компонентам, не принадлежащим . Тогда система может быть записана в виде:
, (2.4.2)
где , столбцы которой являются столбцами с индексами из , -матрица, составленная из оставшихся столбцов. Отсюда, в силу невырожденности матрицы ,
(2.4.3)
Целевая функция приобретает вид:
, (2.4.4)
где - вектор с компонентами , , -вектор с компонентами , . С учетом (2.4.3) целевая функция может быть выражена только через .
Следовательно, исходная задача эквивалентна следующей:
, (2.4.5)
При этом точке соответствует вектор , где , . Точка является допустимой для задачи (2.4.5) при ограничении , которое удовлетворяется как строгое неравенство . Поэтому оно может быть отброшено (как неактивное) при анализе точки на оптимальность.
В задаче
, (2.4.6)
минимум достигается в 0 тогда и только тогда, когда .
Итак, если
(2.4.7)
то точка является решением (2.1.1) и одновременно (2.4.5), а тем самым является решением (2.4.1). Если же среди компонент есть отрицательные (например, ), то не является решением (2.4.6), и, увеличивая , можно уменьшить значение целевой функции в (2.4.6).
Итак, сделаем шаг
- -й орт. (2.4.8)
Выбор производится из следующих соображений. С увеличением целевая функция уменьшается, однако может нарушиться ограничение , которое в точке , было неактивным. Итак, нужно выбрать из условия
. (2.4.9)
Если при этом , то задача не имеет решения в силу бесконечного убывания функции. Если же , то получаем новую точку ,
где . Эта точка вновь является вершиной (она допустима и имеет m положительных компонент, так как -я компонента стала положительной, а одна из компонент обратилась в 0).
Поэтому в ней можно повторить всю процедуру заново. При этом значение целевой функции уменьшилось. Следовательно, возврат в одну из точек невозможен. В силу конечности общего числа вершин метод конечен.
Условия (2.4.7) являются условием оптимальности в симплекс-методе.