Математическое программирование

Методическое пособие - Компьютеры, программирование

Другие методички по предмету Компьютеры, программирование

?аков коэффициентов на противоположные;

)если переменное xj не ограничено знаком, его можно представить в виде разности двух неотрицательных переменных.

Пример. Составить двойственную задачу к исходной.

 

.

 

Решение. 1) Стандартный вид прямой задачи.

 

 

) Двойственная задача:

 

Задачу можно записать в виде, соответствующем исходной прямой задаче, если заменить: а) - не ограничена знаком,

б) два последних ограничения соответствуют равенству.

 

.

 

3. Основные теоремы двойственности и их экономическое содержание

 

Теорема 1. Двойственная задача к двойственной есть прямая задача.

Доказательство: Пусть имеем пару двойственных задач в матричном виде.

 

Ах АТy C

F = CTx Z =

x 0 y 0

 

Построим к двойственной задаче двойственную:

) запишем в стандартном виде -АТy -C

 

Z = -

2) -Ах Ах

F = - CTx F = CTx

Что и требовалось доказать.

Теорема 2. Значение функции F, соответствующее любому допустимому решению прямой задачи, не больше значения функции Z, соответствующего любому допустимому решению двойственной задачи.

Доказательство: Пусть X и Y соответственно произвольные допустимые решения прямой и двойственной задач. Следовательно,

 

1) Ах и Y YТ , YTAX YTb = bTY = Z.

) ATY C и X 0 XТ , XTATY XTC = CTX = F.

 

) выражение XTATY - скалярная величина (число) она равна своей

транспозиции, т.е. XTATY = YTAX. Итак, имеем,

F XTATY = YTAX Z F Z. Что и требовалось доказать.

Следствия: 1) если в прямой задаче допустимая область не пуста, а целевая функция не ограничена сверху, то у двойственной задачи допустимая область пуста;

) если в двойственной задаче допустимая область не пуста, а целевая функция не ограничена снизу, то у прямой задачи допустимая область пуста.

Теорема 3. Если прямая задача имеет конечное оптимальное решение F = Fmax, то двойственная задача имеет конечное оптимальное решение Z = Zmin. При этом Fmax = Zmin, а симплекс-множители оптимального решения прямой задачи являются значениями переменных в оптимальном решении двойственной задачи.

Доказательство: Запишем прямую задачу

 

Ах , x 0 , b , F = CTx .

 

Запишем задачу в стандартном виде Ах + хР = b, где хР = (х1,…,хn+m)- дополнительные, уравновешивающие переменные, Т- симплекс-множители оптимального решения. Известно, что прямая задача разрешима, следовательно, можно определить значения симплекс-множителей оптимального решения. Получим оптимальное выражение целевой функции, то есть

 

+

(-СT+)x+= F + bT. (*)

 

Так как это оптимальный вид целевой функции, то все коэффициенты

неотрицательны.

 

или .

 

Т.о., если y = , то ограничения двойственной задачи выполняются.

Так как (*) - оптимальный вид целевой функции, то коэффициенты перед базисными переменными равны нулю, а свободные переменные сами равны нулю Fmin = -bT или Fmax = bT. Если y = , то это и есть целевая функция двойственной задачи, то есть Z = Fmax = Zmin. Что и требовалось доказать.

Теорема 4. Если двойственная задача имеет конечное оптимальное решение Z = Zmin, то прямая задача имеет конечное оптимальное решение F = Fmax. При этом Zmin = Fmax , а значения симплекс-множителей оптимального решения двойственной задачи являются значениями переменных в оптимальном решении прямой задачи с противоположными знаками (если обе задачи решаются прямым симплекс-методом).

Доказательство: В матричной форме двойственная задача имеет вид.

 

АТy C , y 0, С 0, Z =

1) Запишем в стандартном виде ATy - yS = C, где yS= (ym+1,…,ym+n)T 0 - дополнительные, уравновешивающие переменные, - симплекс-множители оптимального решения двойственной задачи. Для двойственной задачи имеют то же значение, то есть

 

+

(bT + = Z + . (**)

 

Так как это оптимальный вид целевой функции Z, то все коэффициенты неотрицательны.

 

или .

 

Таким образом, если , то ограничения прямой задачи удовлетворяются, значит это решение.

) Так как (**) - оптимальное решение для целевой функции, то коэффициенты перед базисными переменными равны нулю, а свободные переменные сами равны нулю. Следовательно, min = -, а это есть целевая функция прямой задачи, если . Что и требовалось доказать.

Экономическое содержание теорем состоит в следующем: если задача оптимизации плана, максимизирующего выпуск продукции, разрешима, то разрешима и задача определения оценок ресурсов. План производства и оценки ресурсов являются оптимальными тогда и только тогда, когда цена произведенной продукции и суммарная оценка ресурсов совпадают. Оценки выступают как инструмент балансирования затрат и результатов. Так как F Z, Z - F = - издержки производства, которые равны нулю когда F* = Z*.

Двойственные оценки обладают тем свойством, что они гарантируют рентабельность оптимального плана, то есть равенство общей оценки продукции и ресурсов, и обуславливают убыточность всякого другого плана, отличного от оптимального.

Кроме того, если yi > 0, то при оптимальной производственной программе этот ресурс используется полностью; если yi = 0, то ресурс используется не полностью.

 

Лекция 7, 8

Элементы теории игр и принятия решений

 

Вопросы:

1. Основные понятия.

. Теоремы теории игр.

. Способы решения задач теории игр.

. Методы принятия решений: в условиях