Аналитический метод решения задач линейного программирования

АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ЛИНЕЙНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Основным аналитическим методом решения задач линейного про­граммирования является симплексныйметод. Так называется метод последовательного решения задачи или улучшения плана.

Симплексный метод заключается в определении опорного решения(плана) среди решений системы линейных ограничений-неравенств, за­тем поэтапным переходом к оптимальному решению.

Вычислительным процессом симплексного метода являются моди­фицированные жордановы исключения, позволяющие решать задачу линейного программирования в табличной форме.

Пусть основная задача линейного программирования записана в виде:

Z = c1x1 + c2x2 + …+ cnxn → max (4.1)

ai1x1 + ai2x2 + … + ainxn ≤ bi, i = (1,m) (4.2)

где m > n и xk ≥ 0, k = (1,n) (4.3)

Введем зависимые переменные согласно условиям yi ≥ 0 и ограниче­ния (4.2) перепишем в виде:

yi = - ai1x1 – ai2x2 - … - ainxn + bi ≥ 0, i = (1,m) (4.4)

Исходную задачу (4.1) и (4.4) представим в табличной форме (4.5):

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru (4.5)

Один шаг модифицированного исключения с разрешающим элемен­том ars означает переход к новой таблице (4.6), которая получается из табл. (4.5) по правилам:

1. зависимая переменная уrи независимая xsменяются местами, т.е. превращаются зависимые переменные в независимые;

2. разрешающий элемент arsзаменяем на обратную величину (1/ ars);

3. остальные (кроме разрешающего) элементы разрешающей строки де­лятся на разрешающий элемент ars;

4. остальные элементы разрешающего столбца делятся на отрицатель­ное значение разрешающего элемента, т.е. (-ars);

5. элементы bjk (i ≠r,s≠ к), т.е. элементы матрицы (4.6), не принадлежа­щие разрешающим столбцу и строке, вычисляются по формуле:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

или по правилу так называемого «прямоугольника»

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

(4.6)

Решение задачи линейного программирования состоит из двух этапов:

1. нахождение опорного решения, условием которого является отсут­ствие отрицательных свободных членов, т.е. чтобы все элементы табл. (4.6), расположенные в столбце под 1 были неотрицательными.

2. Определение оптимального решения (плана), задачи, т.е. отыскание экстремальных значений целевой функции (max или min).

Условием оптимальности при определении максимального значения целевой функции является отсутствие отрицательных коэффициентов в Z — строке, табл. (4.6), кроме свободного члена Q.

Пример 4.1

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru (4.7)

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru (4.8)

Найти опорное решение задачи линейного программирования:

Решение

1. Вводим зависимые переменные аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru и перепишем ограничения (4.8) в виде:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru (4.9)

Целевую функцию (4.7) запишем в виде: Z = - (-4х1 + 2х2 - 3х3) + 5.

2. Составляем симплексную табл. (4.10):

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru (4.10)

Исходное решение не является опорным, так как в столбце свободных членов имеется два отрицательных элемента (-2 во второй строке и -3 в четвертой строке) в табл. 4.10.

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

3. Так как по условию задачи на переменную х3ограничений на знак нет, то ее можно исключить из таблицы. Исключаем свободную перемен­ную лг3, выполняя шаг модифицированного жорданова исключения с разрешающим элементом а43 = 1 для табл. (4.10), причем ограничений на выбор разрешающего элемента нет. Этот элемент выбираем в столбце под свободной переменной и отмечаем его квадратиком.

Из табл. (4.11) выписываем выражение для х3

(4.11)

x3 = 2x1 + x2 – y4 – 3 (4.12)

и вычеркиваем четвертую строку в этой таблице, записывая таблицу в виде:

(4.13)

4. Отыскиваем опорное решение, исключая отрицательный свободный член в табл. (4.13). Выполняем шаг модифицированного жорданова исключения с разрешающим элементом ars. Для выбора разрешающе­го элемента поступаем следующим образом: во второй строке отри­цательный свободный член равен -8, а коэффициент в первом столб­це равен -5 и принимаем его за разрешающий столбец. В качестве

 
  аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

разрешающей строки выбирали минимальное отношение из неотри­цательных отношений свободных членов с соответствующим коэф­фициентом первого столбца, т.е.

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Меньшее из них аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru , но в случае вырождения следует разрешающим элементом принимать число в знаменателе, если оно положительное. Следовательно, выбираем аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru и проведем шаг модифицированного жорданова исключения, который приводит к решению задачи в виде табл. (4.14).

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru (4.14)

Выписываем решения задачи из табл. (4.14). Переменные, расположен­ные на верху таблицы, равны нулю, т.е. у2 = х2 = у4 = 0, а значения переменных; расположенных в левом столбце таблицы, равны аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru , аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru , аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru , Z =12.

. Значение свободной х3определяем из соотношения (4.12):

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Итак, план (решение) задачи является опорным, так как все свобод­ные члены табл. (4.12) положительны (элементы столбца, расположенные под 1).

Проверка значения целевой функции:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Ответ: аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Пример 4.2

Для заданной целевой функции

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

(4.15)

при линейных ограничениях:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

(4.16)

и условиях:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

(4.17)

определить опорное решение.

Решение

1. Вводим зависимые переменные аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru и запишем условие задачи (4.15)-(4.17) в виде

4.18)

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru (4.19)

2. Составляем симплексную таблицу, размещая на верху таблицы неза­висимые переменные «-хк», а в левом столбце — зависимые переменные yiи целевую функцию Z. Коэффициенты при переменных находятся в соответствующих строках и столбцах таблицы. Свободные члены урав­нений записываем в последнем столбце под «1». Табл. № 1 имеет вид:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Номера таблицы будем указывать в левом верхнем углу симплексной таблицы. Исходное решение задачи (первоначальный план) не является опорным, так как при аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru (все переменные, расположенные на верху таблицы, равны нулю) аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru Значение аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru не удовлетворяет условию задачи.

Исключаем свободную переменную х2, выполняя шаг модифициро­ванного жорданова исключения с разрешающим элементом а32 = -2, (при этом ограничений на его выбор нет).

Получим табл. № 2:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Выписываем выражение для х2

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

и вычеркиваем третью строку в табл. № 2.

Решение задачи остается неопорным, так как в первой строке свобод­ный член равен -1, а коэффициенты этой строки являются положитель­ными. Следовательно, система ограничений несовместна.

Пример 4.3

Для реализации трех видов товаров предприятие располагает тремя видами ресурсов b1 = 180, b2 = 50 и b3 = 40. Для продажи первой группы товаров на одну тысячу рублей товарооборота расходуется ресурсов пер­вого вида в количестве а11 = 3 единицы, ресурсов второго вида а21 = 2 еди­ницы и третьего а31 = 2 единицы. Для продажи второй и третьей групп товаров на 1 тысячу рублей товарооборота расходуется соответственно:

a2l = 6 единиц, al3 = 4 единицы, а22 = 1 единицу, a23 = 2 единицы, а32 =3 еди­ницы, а33 = 1 единицу.

Прибыль, полученная от продажи трех групп товаров на единицу то­варооборота, составляет: с1 = 6, с2 = 5 и с3 = 5.

Определить максимальную прибыль предприятия.

Математическая модель задачи имеет вид:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru (4.20)

при ограничениях-неравенствах:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru (4.21)

и условиях:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru (4.22)

Решение

1. Вводим зависимые переменные yi ≥ 0 удовлетворяющие условиям: аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

и перепишем ограничения (4.16) и целевую функцию Z (4.20) в виде:

(4.23)

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

(4.24)

2. Составляем симплексную табл. №1, включая в нее независимые пере­менные -x1 -x2,,-х3, на верху таблицы, зависимые переменные y1 ,y2 ,у3и целевую функцию Z, записывая в левом столбце таблицы с соот­ветствующими знаками у коэффициентов - aik. Ограничения на знак в таблицу не включаем.

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Первоначальный план (исходное решение) является опорным, так как при х1 = х2 = х3 = 0 (все переменные, расположенные на верху таблицы, равны нулю) и зависимые переменные у1 = 180, у2 = 50, уъ = 40 удов­летворяют условиям уi ≥ 0.

3. Определяем оптимальное (максимальное) решение задачи линейного программирования. Находим разрешающий элемент ars.В качестве разрешающего выбираем столбец, содержащий наиболь­ший отрицательный по абсолютной величине коэффициент Z-строки, равный «-6». В табл. № 1 указано вертикальной стрелкой. Разрешающую строку определяем из условия min

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Такой строкой будет третья (указана горизонтальной стрелкой). Сле­довательно ars = а31 = 2.

Выполним шаг модифицированного жорданова исключения с раз­решающим элементом а31 = 2, отмечено квадратиком. Получим табл. №2 в виде:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Разрешающий элемент а31 = 2, заменяем обратной величиной, рав­ной 1/2. Все остальные элементы разрешающего столбца делим на «-2», получаем

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Остальные элементы разрешающей строки делим на 2 и получаем:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Все элементы табл. №2 получаем, вычисляя по правилу «прямо­угольника».

Вычисления элементов таблицы запишем по строкам:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Решение, представленное табл. № 2, не является оптимальным, так как в Z-строке имеется отрицательный коэффициент, равный -2. Выпол­ним шаг модифицированного жорданова исключения с разрешающим элементом а23 = 1 (третий столбец — разрешающий, а строка определена из условия min

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

и получим табл. № 3 в виде:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Вычисления для заполнения табл. № 3 выполняем, начиная с разре­шающих строки и столбца, а затем определяем элементы столбца сво­бодных членов и Z-строки. Так как свободные члены и коэффициенты Z-строки неотрицательны, то решение является оптимальным. Осталь­ные элементы симплекс-таблицы можно не вычислять.

Решение задачи выписываем из табл. № 3:

у3 = х2 = у2 = 0, так как все переменные, расположенные на верху табли­цы равны нулю. Тогда переменные, находящиеся в левом столбце таблицы равны соответствующим значениям свободных членов (элементы в столбце под «1»), то есть

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Проверка.

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Ответ:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Пример 4.4

Для заданной целевой линейной функции

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

(4.25)

Найти максимальное значение при линейных ограничениях-неравен­ствах:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

(4.26)

и условиях:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

(4.27)

Решение

1. Введем зависимые переменные, удовлетворяющие условиям уi > 0, и перепишем систему ограничений (4.26) и целевую функцию (4.25) в виде:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

(4.28)

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

(4.29)

2. Составляем симплексную табл. № 1, включая в нее зависимые yjне­зависимые переменные -хк (4.28) и целевую функцию Z (4.29). Огра­ничения на знак переменных хк в таблицу не включаем. Номера таб­лиц будем указывать в левом верхнем углу:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Исходный (первоначальный) план является неопорным, так как в третьей строке уз = -5 (свободный член, т.е. элемент табл. № 1 в столб­це под 1 величина отрицательная).

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Полученное решение представлено табл. № 2:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

3. Определяем опорное решение, выполняя шаг модифицированного жорданова исключения с разрешающим элементом а33 = -1 выбран­ным в соответствии с правилами, изложенными выше, т.е. в качест­ве разрешающего столбца берем коэффициент в третьей строке (свободный член равен -5) под переменной х3, а разрешающей будет строка с наименьшим положительным отношением свободных чле­нов к соответствующим коэффициентам разрешающего столбца, т.е.

Решение задачи, представленное табл. № 2, показывает, что план яв­ляется опорным, но неоптимальным, так как в Z-строке все коэффи­циенты отрицательные.

4. Определяем оптимальное решение, выполняя шаг модифицирован­ного жорданова исключения с разрешающим элементом а21 = 1. В ка­честве разрешающего столбца берем наибольший по модулю отрица­тельный коэффициент — 16, т.е. столбец под переменной х1 (отмечен­ный вертикальной стрелкой), а разрешающей будет строка с единст­венным положительным коэффициентом равным 1. Следовательно, a21 = 1, а решение будет представлено табл. № 3:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Решение задачи, представленное табл. № 3, является оптимальным, так как все коэффициенты Z-строки — положительные величины. Выписываем решения задачи из табл. № 3:

 
  аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Проверка зависимых переменных и целевой функции:

Пример 4.5

Определить значения независимых переменных хк, доставляющие целевой функции максимальное значение

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

(4.30)

удовлетворяющие линейным ограничениям-неравенствам:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

(4.31)

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru и условиям:

(4.32)

Решение

1. Введем зависимые переменные yt > 0 и ограничения (4.31) перепишем в виде:

 
  аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

2. Составляем симплексную табл. № 1, включая в нее зависимые, неза­висимые переменные и целевую функцию (4.30):

 
  аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Исключаем из табл. № 1 свободную независимую переменную xvвы­бирая в качестве разрешающего элемента любой коэффициент в этом столбце (под переменной хх), так как согласно правилу выбора разрешаю­щего элемента при исключении свободной переменной ограничений на выбор его нет.

Разрешающий элемент отмечен квадратиком, а соответствующие раз­решающие строка и столбец указаны стрелками. Выполним шаг модифи­цированного жорданова исключения с разрешающим элементом а31 = 1 и получаем табл. № 2:

 
  аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

В табл. № 2 вписываем значение для х1 и вычеркиваем третью строку

 
  аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

(4.33)

 
  аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Перепишем табл. № 3 в виде:

Решение задачи, представленное табл. № 3, указывает, что получен­ный план является опорным, так как все элементы столбца, расположен­ные под 1, — неотрицательны, но неоптимальны.

Определяем оптимальное решение задачи, выполняя шаг модифици­рованного жорданова исключения с разрешающим элементом а22 = 2. Разрешающим является столбец с коэффициентом -5 в Z-строке, а раз­решающую строку определяем из условия

 
  аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Так как в случае равенства нулю отношений свободных членов к ко­эффициентам разрешающего столбца в качестве разрешающего элемента берем коэффициент с положительным знаком, получаем табл. № 4:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Полученное решение не является оптимальным, так как в Z-строке имеется отрицательный коэффициент, равный -8. Принимаем столбец с этим коэффициентом в качестве разрешающего, а строку определяем из условия:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Так как в отношении коэффициент, стоящий в знаменателе, отри­цательный, то в качестве разрешающей строки принимаем третью строку с коэффициента равным 7. Выполним шаг модифицированного жордано­ва исключения с а31 = 7 и табл. № 5 будет иметь вид (вычисляем элементы разрешающего столбца, разрешающей строки, столбца свободных членов и Z-строки. Остальные элементы табл. № 5 можно не вычислять).

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

План, представленный табл. № 5, является оптимальным. Выписыва­ем решения задачи:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Вычисляем значение свободной переменной х1 на основании (4.33):

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Вычисляем значения зависимых переменных у{ и целевой функции, подставляя найденные значения в (4.30) и (4.31).

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Пример 4.6

Для заданной целевой функции найти максимальное значение:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

при линейных ограничениях-неравенствах

(4.34)

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

и условиях:

(4.35)

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

(4.36)

Решение

1. Вводим зависимые переменные аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru и перепишем условие задачи (4.34)-(4.36) в виде:

(4.37)

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru (4.38)

2. Составляем симплексную табл. № 1:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

3. Исключаем свободную независимую переменную х3, выполняя шаг модифицированного жорданова исключения с разрешающим элемен­том а43 = 1. Получаем табл. № 2:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Выписываем значение переменной х3:

(4.39)

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

и вычеркиваем четвертую строку в табл. № 2.

Получаем табл. № 3 в виде:

 
  аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Так как в табл. № 3 в столбце свободных членов два отрицательных элемента -5 и -10, то план неопорный. В качестве разрешающего прини­маем 1 столбец, так как в третьей строке находится элемент с наиболь­шим отрицательным по модулю значением -10 и коэффициент -8 распо­ложен в этом столбце, а разрешающую строку определяем из условия:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Следовательно, выполним шаг модифицированного жорданова ис­ключения с разрешающим элементом а11 = -8, получим табл. № 4:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Решение, представленное табл. № 4, не является опорным, так как в столбце свободных членов имеется отрицательный элемент, равный -5. Выполнив шаг модифицированного жорданова исключения с разрешаю­щим элементом а31 = -1, получим табл. № 5:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Решение, полученное в виде табл. № 5, является опорным, но не оп­тимальным, поскольку в Z-строке коэффициент равный – 15/8 в первом столбце отрицательный, но в этом столбце нет положительных коэффи­циентов. Следовательно, целевая функция ограничений на максимум не имеет.

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Пример 4.7

Определить максимальное значение линейной целевой функции

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

(4.43)

при смешанных линейных ограничениях:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

(4.44)

и условиях:

(4.45)

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Решение

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

1. Вводим зависимые переменные аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru и перепишем условие задачи (4.43) и (4.44) в виде:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

(4.47)

2. Запишем условие задачи (4.46) и (4.47) в табл. № 1, включая в нее за­висимые, независимые переменные и целевую функцию:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

3. Так как независимые переменные хк являются несвободными, то ис­ключаем 0-строку.

В качестве разрешающего столбца принимаем любой положительный коэффициент 0-строки, например, a41 = 2. Разрешающую строку опре­делим из условия:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Следовательно, разрешающим элементом будет а21 = -2. Выполняя шаг модифицированного жорданова исключения с разрешающим элементом а21 = -2, отмеченный в табл. № 1 квадратиком. Получаем решение задачи в виде табл. № 2:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

(4.49)

4. В табл. № 20 строка осталась. Исключаем ее, выполняя шаг модифици­рованного жорданова исключения с разрешающим элементом а43 = 1. Получаем табл. № 3 в виде:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Вычеркивая в табл. № 3 0-столбец, получаем решение опорное и опти­мальное.

Выпишем решение задачи из табл. № 3 и проверим условия (4.46) и зна­чение целевой функции (4.47):

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Пример 4.8

Найти неотрицательные значения переменных x1 ,x2и х3доставляю­щие целевой функции

(4.48)

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

максимальное значение и удовлетворяющие смешанным ограничениям:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

(4.50)

и условиям:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Решение

1. Перепишем ограничения (4.49) с учетом введенных переменных

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

2. Составляем симплексную табл. № 1

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

3. Исключаем свободную переменную х3 в табл. № 1, выполняя шаг мо­дифицированного жорданова исключения с разрешающим элемен­том а43 = 1. Получим табл. № 2:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

В табл. № 2 вычеркиваем 0-столбец, выписываем выражение для не­зависимой переменной хъ

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

и вычеркиваем четвертую строку.

Получаем табл. № 3, уменьшенную на одну строку и один столбец:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

4. Полученное решение не является опорным, так как в столбце свобод­ных членов имеется два отрицательных числа -13 и -7. Выполним шаг модифицированного жорданова исключения с разрешающим элемен­том а12 = -5, получим табл. № 4:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

5. Решение остается неопорным, поэтому выполним шаг модифи­цированного жорданова исключения с разрешающим элементом а22 = -1 в табл. № 5:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

6. Полученное решение является опорным, но неоптимальным, посколь­ку в Z-строке первый коэффициент — отрицательный, равный - 6/5.Выполним шаг модифицированного жорданова исключения с разрешающим элементом аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru . Получим табл. № 6 в виде:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

 
  аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

7. Из табл. № 6 выписываем решение задачи:

 
  аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Проверка.

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Пример 4.9

Найти максимальное значение линейной целевой функции

(4.51)

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

переменные которой удовлетворяют смешанным линейным ограничени­ям-неравенствам:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru (4.52)

и условиям:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru (4.53)

Решение

1. Вводим зависимые переменные аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru записав условие задачи (4.51)-(4.53) в виде:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

(4.54)

2. Составляем симплексную табл. № 1, представляя условие задачи (4.54) в табличной форме, включая в нее все переменные, 0-строку и целе­вую функцию Z:

 
  аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

3. Исключаем свободную независимую переменную х2, выполняя шагмодифицированного жорданова исключения с разрешающим элемен­том а22 = -1.

Полученная табл. № 2 имеет вид:

 
  аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Запишем значение переменной х2из табл. № 2

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

и вычеркнем вторую строку этой таблицы. Получаем табл. № 3 в виде:

 
  аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

4. Исключаем 0-строку в табл. № 3, выполняя шаг модифицированного жорданова исключения с разрешающим первым столбцом (в 0-строке этот коэффициент равен 2), а строку определяем из условия:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Следовательно, а31 = 2. Тогда табл. № 4 имеет вид:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

В табл. № 4 вычеркнем 0-столбец и получим решение в виде табл. № 5:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Решение задачи, записанное в табл. № 5, не является опорным, так как у3 = -6. В качестве разрешающего берем столбец, содержащий отрица­тельный элемент, равный -2.

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru Разрешающую строку определяем из условия

Выполнив шаг модифицированного жорданова исключения с разре­шающим элементом а11 = 3, получим табл. № 6:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Решение является неопорным, так как у3 = -6, т.е. свободный член ра­вен отрицательному числу, а в этой строке все коэффициенты положи­тельны. Следовательно, система несовместна и задача решений не имеет.

Пример 4.10

Найти максимальное значение линейной целевой функции

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

при смешанных линейных ограничениях:

(4.55)

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

и условиях:

(4.56)

(4.57)

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Решение

1. Введем зависимые переменные аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru и ограничения запишем в виде:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Выписываем выражение для переменной х2:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru (4.58)

Целевую функцию представим в виде:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

(4.59)

2. Составляем симплексную табл. № 1, включая в нее зависимые yi, не­зависимые переменные хk ,0-строку (4.58) и Z-строку (4.59):

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

3. Исключаем свободную переменную х2, так как в условиях (4.55) огра­ничений на знак этой переменной нет. В качестве разрешающего вы­бираем любой элемент, стоящий в столбце под этой переменной табл. № 1. Пусть таким элементом будет а22 = -1, выделим его квадратиком. Выполним шаг модифицированного жорданова исключения с разре­шающим элементом а22 = -1, получим табл. № 2:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

и вычеркиваем вторую строку табл. № 2. Получаем табл. № 3 в виде:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

4. Исключаем 0-строку в табл. № 3, выбирая разрешающий столбец с коэффициентом, равным 2, в качестве разрешающей принимаем строку из условия:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Выполним шаг модифицированного жорданова исключения с разре­шающим элементом а31 = 2 и получим табл. № 4:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

В табл. № 4 вычеркнем 0-столбец и запишем полученную таблицу в виде:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Решение, представленное табл. № 5, не является опорным, так как у3 = -9, что не удовлетворяет условию аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru 5. Определяем опорное решение задачи, выполняя шаг модифициро­ванного жорданова исключения с разрешающим элементом а11 = 3. Получаем табл. № 6:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru Решение получили неопорное, поэтому выполним шаг модифициро­ванного жорданова исключения с разрешающим элементом и получим табл. № 7:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru Полученное решение задачи в табл. № 7 указывает, что функция Z ог­раничений на максимум не имеет, так как в Z-строке имеется два отри­цательных коэффициента и -5, а в соответствующих столбцах нет положительных элементов.

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Пример 4.11

Определить минимальное значение целевой функции

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru (4.60)

при линейных ограничениях-неравенствах

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru (4.61)

и условиях

 
  аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

(4.62)

Решение

1. Целевую функцию (4.60) заменой Z1 = -Z сведем к определению мак­симального значения, т.е.

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

(4.63)

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru 2. Введем зависимые переменные согласно условиям и запишем ограничения (4.61) в виде:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru (4.64)

3. Составим симплексную табл. № 1, включая в нее независимые хк,за­висимые переменные уi (4.64) и целевую функцию Z1(4.64), т.е. условие исходной задачи запишем в табл. № 1:

 
  аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Первоначальный план (решение) при х1=, х2 = х3 = 0 имеет значение y1 = 8, y2 = 3, у3 = 5, y4 = 4 и Z1 = -1 не является опорным, так как y2= -3<0.

4. Определяем опорное решение задачи, выполняя шаг модифициро­ванного жорданова исключения с разрешающим элементом а22 = -3. В качестве разрешающего столбца выбираем столбец с переменной х2 (во второй строке с отрицательным свободным членом равным -3 отыскиваем отрицательный наибольший по модулю коэффициент, равный -3). Разрешающую строку определяем из условия:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

 
  аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

В табл. № 2 все свободные члены положительны, кроме свободного члена Z1-строки. Следовательно, решение задачи является опорным.

5. Определяем оптимальное решение задачи, т.е. находим максимальное значение функции Z1 Так как в Z1-строке имеется два отрицательных коэффициента -17/3 и -5/3, то в качестве разрешающего принимаем первый столбец с коэффициентом равным -17/3 (больший отрица­тельный по абсолютной величине). Разрешающую строку определяем из условия:

аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

После шага модифицированного жорданова исключения с разрешаю­щим элементом получаем табл. № 3:

 
  аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Решение задачи, представленное табл. № 3, не является оптимальным. Выполняя шаг модифицированного жорданова исключения с разрешаю­щим элементом а43 = 1, получаем табл. № 4:

 
  аналитический метод решения задач линейного программирования - student2.ru

Табл. № 4 заполняем в такой последовательности: выписываем разре­шающие строку и столбец, а затем вычисляем значения свободных членов (столбец под 1) и коэффициентов Z1-строки. Так как условия опорности и оптимальности выполняются для рассматриваемой задачи, то нет не­обходимости в определении остальных элементов табл. № 4.

Выписываем решени

Наши рекомендации