數(shù)據(jù)模型與決策單純形法(學(xué)術(shù)性研究生)

1、1單 純 形 法 1 單純形法的基本思路和原理 2 單純形法的表格形式 3 求目標(biāo)函數(shù)值最小的線(xiàn)性規(guī)劃的問(wèn)題的 單純形表解法 4 幾種特殊情況21 單純形法的基本思路和原理 單純形法的基本思路：從可行域中某一個(gè)頂點(diǎn)開(kāi)始，判斷此頂點(diǎn)是否是最優(yōu)解，如不是,則再找另一個(gè)使得其目標(biāo)函數(shù)值更優(yōu)的頂點(diǎn)，稱(chēng)之為迭代，再判斷此點(diǎn)是否是最優(yōu)解。直到找到一個(gè)頂點(diǎn)為其最優(yōu)解，就是使得其目標(biāo)函數(shù)值最優(yōu)的解，或者能判斷出線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題無(wú)最優(yōu)解為止。 通過(guò)第二章例1的求解來(lái)介紹單純形法: 在加上松弛變量之后我們可得到標(biāo)準(zhǔn)型如下： 目標(biāo)函數(shù)： max 50 x1+100 x2 約束條件：x1+x2+s1=300， 2x1+x

2、2+s2=400， x2+s3=250. xj0,（j=1，2）,sj0 （j=1，2,3）3它的系數(shù)矩陣 , 其中pj為系數(shù)矩陣A第j列的向量。A的秩為3,A的秩m小于此方程組的變量的個(gè)數(shù)n，為了找到一個(gè)初始基本可行解，先介紹以下幾個(gè)線(xiàn)性規(guī)劃的基本概念。 基基： 已知A是約束條件的mn系數(shù)矩陣，其秩為m。若B是A中mm階非奇異子矩陣（即可逆矩陣），則稱(chēng)B是線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題中的一個(gè)基?；蛄炕蛄浚夯鵅中的一列即稱(chēng)為一個(gè)基向量?；鵅中共有m個(gè)基向量。 非基向量非基向量：在A中除了基B之外的一列則稱(chēng)之為基B的非基向量。基變量：基變量：與基向量pi相應(yīng)的變量xi叫基變量，基變量有m個(gè)。1 單純形法的基

3、本思路和原理100100101200111),(54321pppppA4非基變量：非基變量：與非基向量pj相應(yīng)的變量xj叫非基變量，非基變量有nm個(gè)。 由線(xiàn)性代數(shù)的知識(shí)知道，如果我們?cè)诩s束方程組系數(shù)矩陣中找到一個(gè)基，令這個(gè)基的非基變量為零，再求解這個(gè)m元線(xiàn)性方程組就可得到唯一的解了，這個(gè)解我們稱(chēng)之為線(xiàn)性規(guī)劃的基本解。 在此例中我們不妨找到了 為A的一個(gè)基，令這個(gè)基的 非基變量x，s2為零。這時(shí)約束方程就變?yōu)榛兞康募s束方程： 1010010113B1 單純形法的基本思路和原理5 x2+s1=300， x2=400， x2+s3=250. 求解得到此線(xiàn)性規(guī)劃的一個(gè)基本解：x1=0，x2=400，

4、s1=100，s2=0，s3=150 由于在這個(gè)基本解中s1=100，s3=150，不滿(mǎn)足該線(xiàn)性規(guī)劃s10，s30的約束條件，顯然不是此線(xiàn)性規(guī)劃的可行解，一個(gè)基本解可以是可行解，也可以是非可行解，它們之間的主要區(qū)別在于其所有變量的解是否滿(mǎn)足非負(fù)的條件。我們把滿(mǎn)足非負(fù)條件的一個(gè)基本解叫做基本可行解，并把這樣的基叫做可行基。1 單純形法的基本思路和原理6 一般來(lái)說(shuō)判斷一個(gè)基是否是可行基，只有在求出其基本解以后，當(dāng)其基本解所有變量的解都是大于等于零，才能斷定這個(gè)解是基本可行解，這個(gè)基是可行基。那么我們能否在求解之前，就找到一個(gè)可行基呢？也就是說(shuō)我們找到的一個(gè)基能保證在求解之后得到的解一定是基本可行解

5、呢？由于在線(xiàn)性規(guī)劃的標(biāo)準(zhǔn)型中要求bj都大于等于零，如果我們能找到一個(gè)基是單位矩陣，或者說(shuō)一個(gè)基是由單位矩陣的各列向量所組成（至于各列向量的前后順序是無(wú)關(guān)緊要的事）例如，那么顯然所求得的基本解一定是基本可行解，這個(gè)單位矩陣或由單位矩陣各列向量組成的基一定是可行基。實(shí)際上這個(gè)基本可行解中的各個(gè)變量或等于某個(gè)bj或等于零。 0100011001 單純形法的基本思路和原理7可行解、基本解、基本可行解的關(guān)系可行解、基本解、基本可行解的關(guān)系可行解可行解基本解基本解基本可行解基本可行解8 在本例題中我們就找到了一個(gè)基是單位矩陣。 在第一次找可行基時(shí)，所找到的基或?yàn)閱挝痪仃嚮驗(yàn)橛蓡挝痪仃嚨母髁邢蛄克M成，稱(chēng)之

6、為初始可行基，其相應(yīng)的基本可行解叫初始基本可行解。如果找不到單位矩陣或由單位矩陣的各列向量組成的基作為初始可行基，我們將構(gòu)造初始可行基，具體做法在以后詳細(xì)講述。1000100012B1 單純形法的基本思路和原理9二、二、 最優(yōu)性檢驗(yàn)最優(yōu)性檢驗(yàn) 所謂最優(yōu)性檢驗(yàn)就是判斷已求得的基本可行解是否是最優(yōu)解。1. 最優(yōu)性檢驗(yàn)的依據(jù)檢驗(yàn)數(shù)j 一般來(lái)說(shuō)目標(biāo)函數(shù)中既包括基變量，又包括非基變量?，F(xiàn)在我們要求只用非基變量來(lái)表示目標(biāo)函數(shù)，這只要在約束等式中通過(guò)移項(xiàng)等處理就可以用非基變量來(lái)表示基變量，然后用非基變量的表示式代替目標(biāo)函數(shù)中基變量，這樣目標(biāo)函數(shù)中只含有非基變量了，或者說(shuō)目標(biāo)函數(shù)中基變量的系數(shù)都為零了。此時(shí)目

7、標(biāo)函數(shù)中所有變量的系數(shù)即為各變量的檢驗(yàn)數(shù)，把變量xi的檢驗(yàn)數(shù)記為i。顯然所有基變量的檢驗(yàn)數(shù)必為零。在本例題中目標(biāo)函數(shù)為50 x1+100 x2。由于初始可行解中x1，x2為非基變量，所以此目標(biāo)函數(shù)已經(jīng)用非基變量表示了，不需要再代換出基變量了。這樣我們可知1=50，2=100，3=0，4=0，5=0。1 單純形法的基本思路和原理101 單純形法的基本思路和原理 2.最優(yōu)解判別定理 對(duì)于求最大目標(biāo)函數(shù)的問(wèn)題中，對(duì)于某個(gè)基本可行解，如果所有檢驗(yàn)數(shù) 0，則這個(gè)基本可行解是最優(yōu)解。下面我們用通俗的說(shuō)法來(lái)解釋最優(yōu)解判別定理。設(shè)用非基變量表示的目標(biāo)函數(shù)為如下形式 由于所有的xj的取值范圍為大于等于零，當(dāng)所有

8、的 都小 于等于零時(shí)，可知 是一個(gè)小于等于零的數(shù)，要使z 的值最大，顯然 只有為零。我們把這些xj取為非基 變量(即令這些xj的值為零)，所求得的基本可行解就使目標(biāo)函數(shù)值最大為z0。*對(duì)于求目標(biāo)函數(shù)最小值的情況，只需把 0改為 0j0jjj Jzzxjjjj Jxjjj Jxjj111 單純形法的基本思路和原理三、三、 基變換基變換 通過(guò)檢驗(yàn)，我們知道這個(gè)初始基本可行解不是最優(yōu)解。下面介紹如何進(jìn)行基變換找到一個(gè)新的可行基，具體的做法是從可行基中換一個(gè)列向量，得到一個(gè)新的可行基，使得求解得到的新的基本可行解，其目標(biāo)函數(shù)值更優(yōu)。為了換基就要確定換入變量與換出變量。1. 入基變量的確定 從最優(yōu)解判別

9、定理知道，當(dāng)某個(gè)j0時(shí)，非基變量xj變?yōu)榛兞坎蝗×阒悼梢允鼓繕?biāo)函數(shù)值增大，故我們要選基檢驗(yàn)數(shù)大于0的非基變量換到基變量中去（稱(chēng)之為入基變量）。若有兩個(gè)以上的j0，則為了使目標(biāo)函數(shù)增加得更大些，一般選其中的j最大者的非基變量為入基變量，在本例題中2=100是檢驗(yàn)數(shù)中最大的正數(shù)，故選x2為入基變量。121 單純形法的基本思路和原理2. 出基變量的確定 在確定了x2為入基變量之后，我們要在原來(lái)的3個(gè)基變量s1，s2，s3中確定一個(gè)出基變量，也就是確定哪一個(gè)基變量變成非基變量呢？ 如果把s3作為出基變量，則新的基變量為x2，s1，s2，因?yàn)榉腔兞縳1=s3=0， 我們也可以從下式： x2 +s1=

10、300， x2+s2=400， x2=250， 求出基本解：x1=0，x2=250，s1=50，s2=150，s3=0。因?yàn)榇私鉂M(mǎn)足非負(fù)條件，是基本可行解，故s3可以確定為出基變量。 能否在求出基本解以前來(lái)確定出基變量呢？ 以下就來(lái)看在找出了初始基本可行解和確定了入基變量之后，怎么樣的基變量可以確定為出基變量呢？或者說(shuō)出基變量要具有什么條件呢？ 131 單純形法的基本思路和原理 我們把確定出基變量的方法概括如下：把已確定的入基變量在各約束方程中的正的系數(shù)除以其所在約束方程中的常數(shù)項(xiàng)的值，把其中最小比值所在的約束方程中的原基變量確定為出基變量。這樣在下一步迭代的矩陣變換中可以確保新得到的bj值都

11、大于等于零。 在本例題中約束方程為 在第二步中已經(jīng)知道x2為入基變量，我們把各約束方程中x2的為正的系數(shù)除對(duì)應(yīng)的常量，得12112223300,2400,250.xxsxxsxs312122232300400250300,400,250.111bbbaaa141 單純形法的基本思路和原理 其中 的值最小，所以可以知道在原基變量中系數(shù)向量為 的基變量s3為出基變量，這樣可知x2，s1，s2為基變量，x1，s3為非基變量。 令非基變量為零，得 x2+s1=300, x2+s2=400, x2=250. 求解得到新的基本可行解x1=0,x2=250,s1=50,s2=150. 這時(shí)目標(biāo)函數(shù)值為 50

12、 x1+100 x2=500+100250=25000。 顯然比初始基本可行解x1=0,x2=0,s1=300,s3=250時(shí)的目標(biāo)函數(shù)值為0要好得多。 下面我們?cè)龠M(jìn)行檢驗(yàn)其最優(yōu)性，如果不是最優(yōu)解還要繼續(xù)進(jìn)行基變換，直至找到最優(yōu)解，或者能夠判斷出線(xiàn)性規(guī)劃無(wú)最優(yōu)解為止。332ba30,0,1Te 152 單純形法的表格形式 在講解單純形法的表格形式之前，先從一般數(shù)學(xué)模型里推導(dǎo)出檢驗(yàn)數(shù) 的表達(dá)式。 可行基為m階單位矩陣的線(xiàn)性規(guī)劃模型如下（假設(shè)其系數(shù)矩陣的前m列是單位矩陣）： 以下用 表示基變量，用 表示非基變量。j112211,111,122,112,2,11,max.,0.1,2,nnmmnnm

13、mnnmm mmm nnmjzc xc xc xxaxaxbxaxaxbxaxaxbxjn1,2,ix im1,2,jxjmmn162 單純形法的表格形式 把第i個(gè)約束方程移項(xiàng)，就可以用非基變量來(lái)表示基變量xi， 把以上的表達(dá)式帶入目標(biāo)函數(shù)，就有 其中：,11,22,1.1,2,iii mmi mmi nnniijjj mxbaxaxa xba xim1 122110011mnnniijjij mnnjjjjjj mj mzc xc xc xc xc xzcz xzx01,;miijjjizcbcz121 12212112,jmjjiijjjmmjmimjmjaazc ac ac ac ac

14、ccac ccp172 單純形法的表格形式 上面假設(shè)x1,x2,xm是基變量，即第i行約束方程的基變量正好是xi，而經(jīng)過(guò)迭代后，基將發(fā)生變化，計(jì)算zj的式子也會(huì)發(fā)生變化。如果迭代后的第i行約束方程中的基變量為xBi，與xBi相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)系數(shù)為cBi，系數(shù)列向量為 則 其中，(cB)是由第1列第m行各約束方程中的基變量相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)依次組成的有序行向量。 單純形法的表格形式是把用單純形法求出基本可行解、檢驗(yàn)其最優(yōu)性、迭代某步驟都用表格的方式來(lái)計(jì)算求出，其表格的形式有些像增廣矩陣，而其計(jì)算的方法也大體上使用矩陣的行的初等變換。以下用單純形表格來(lái)求解第二章的例1。 max 50 x1+100 x2

15、+0s1+0s2+0s3. x1+x2+s1=300， 2x1+x2+s2=400， x2+s3=250， x1, x2, s1, s2, s30. 把上面的數(shù)據(jù)填入如下的單純形表格1,2,jpjn1,jBBmjBjzccpcp182 單純形法的表格形式按照線(xiàn)性規(guī)劃模型在表中填入相對(duì)應(yīng)的值，如上表所示；在上表中有一個(gè)m*m的單位矩陣，對(duì)應(yīng)的基變量為s1,s2,s3；在zj行中填入第j列與cB列中對(duì)應(yīng)的元素相乘相加所得的值，如z2=0*1+0*1+0*1=0，所在zi行中的第2位數(shù)填入0；在 行中填入cj-zj所得的值，如 ；z表示把初始基本可行解代入目標(biāo)函數(shù)求得的目標(biāo)函數(shù)值，即b列*cB列；初

16、始基本可行解為s1=300,s2=400,s3=250,x1=0,x2=0;由于250/1最小，因此確定s3為出基變量；由于 ，因此確定x2為入基變量。出基變量所在行，入基變量所在列的交匯處為主元，這里是a32=1，在表中畫(huà)圈以示區(qū)別。jjjcz迭代次數(shù)基變量 cB x1 x2 s3 s4 s5 b比值Bi/ai2 50 100 0 0 00 s1 s2 s3 0 0 0 1 1 1 0 0 2 1 0 1 0 0 1 0 0 1300400250300/1400/1250/1 zj 0 0 0 0 0 50 100 0 0 0z=0jjjcz150050210192 單純形法的表格形式以下進(jìn)

17、行第一次迭代，其變量為x2,s1,s2,通過(guò)矩陣行的初等變換，求出一個(gè)新的基本可行解，具體的做法用行的初等變換使得x2的系數(shù)向量p2變換成單位向量，由于主元在p2的第3 分量上，所以這個(gè)單位向量是 也就是主元素變成1。這樣我們又得到的第1次迭代的單純表如下所示。在上表中第3個(gè)基變量s1已被x2代替，故基變量列中的第3個(gè)基變量應(yīng)變?yōu)閤2。由于第0次迭代表中的主元a32已經(jīng)為1，因此第3行不變。為了使第1行的a12為0，只需把第3行*(-1)加到第1行即可。同樣可以求得第2行。求得第1次迭代的基本可行解為s1=50,s2=150,x2=250,x1=0,s3=0,z=25000.30,0,1Te

18、jjjcz迭代次數(shù)基變量 cB x1 x2 s3 s4 s5 b 比值 bi/aij 50 100 0 0 01 s1 s2 x2 0 0 100 1 0 1 0 -1 2 0 0 1 -1 0 1 0 0 1 50 150 250 50/1 150/2 zj 0 100 0 0 100 50 0 0 0 -10025000202 單純形法的表格形式從上表可以看出，第一次迭代的 ，因此不是最優(yōu)解。設(shè)x1為入基變量，從此值可知b1/a11=50為最小正數(shù)，因此，s1為出基變量，a11為主元，繼續(xù)迭代如下表所示。從上表中可知第二次迭代得到的基本可行解為x1=50,x2=250,s1=0,s2=50

19、, s3=0,這時(shí)z=27500。由于檢驗(yàn)數(shù)都0，因此所求得的基本可行解為最優(yōu)解， z=27500為最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值。實(shí)際上，我們可以連續(xù)地使用一個(gè)單純形表，不必一次迭代重畫(huà)一個(gè)表頭。1500jjjcz迭代次數(shù)基變量 cB x1 x2 s3 s4 s5 b 比值 bi/aij 50 100 0 0 02 x1 s2 x2 50 0 100 1 0 1 0 -1 0 0 -2 1 1 0 1 0 0 1 50 50 250 zj 50 100 50 0 50 0 0 -50 0 -5027500213 求目標(biāo)函數(shù)值最小的線(xiàn)性規(guī)劃的問(wèn)題的單純形表解法一、大M法如何用單純形表的方法求解目標(biāo)函數(shù)值最小的

20、線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題。目標(biāo)函數(shù)：約束條件：加入松弛變量和剩余變量變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)型，得到新的約束條件如下：12min23.fxx1211212350,125,2600,0.xxxxxx x1211212312123350,125,2600,0.xxsxsxxsx x s s s223 求目標(biāo)函數(shù)值最小的線(xiàn)性規(guī)劃的問(wèn)題的單純形表解法 至于目標(biāo)函數(shù)，在標(biāo)準(zhǔn)型中并不一定要求求最大值或最小值，但是為了使單純形表解法有一個(gè)統(tǒng)一的解法，我們把所有求目標(biāo)函數(shù)最小值的問(wèn)題化成求目標(biāo)函數(shù)最大值的問(wèn)題。具體做法只要把目標(biāo)函數(shù)乘以（1）。 要注意到人工變量是與松弛、剩余變量不同的。松弛變量、剩余變量它們可以取零值，也可以取正值，而

21、人工變量只能取零值。一旦人工變量取正值，那么有人工變量的約束方程和原始的約束方程就不等價(jià)了，這樣所求得的解就不是原線(xiàn)性規(guī)劃的解了。為了竭盡全力地要求人工變量為零，我們規(guī)定人工變量在目標(biāo)函數(shù)中的系數(shù)為M，這里M為任意大的數(shù)。這樣只要人工變量M0，所求的目標(biāo)函數(shù)最大值就是一個(gè)任意小的數(shù)。這樣為了使目標(biāo)函數(shù)實(shí)現(xiàn)最大就必須把人工變量從基變量中換出。如果一直到最后，人工變量仍不能從基變量中換出，也就是說(shuō)人工變量仍不為零，則該問(wèn)題無(wú)可行解。233 求目標(biāo)函數(shù)值最小的線(xiàn)性規(guī)劃的問(wèn)題的單純形表解法 此例的數(shù)學(xué)模型如下所示： 目標(biāo)函數(shù)： max z=2x13x2Ma1Ma2. 約束條件：x1+x2s1+a1=3

22、50， x1s2+a2=125， 2x1+x2+s3=600， x1，x2，s1，s2，s3，a1，a20. 像這樣，為了構(gòu)造初始可行基得到初始可行解，把人工變量“強(qiáng)行”地 加到原來(lái)的約束方程中去，又為了盡力地把人工變量從基變量中替換出來(lái)就令人工變量在求最大值的目標(biāo)函數(shù)里的系數(shù)為M，這個(gè)方法叫做大M法，M叫做罰因子。243 求目標(biāo)函數(shù)值最小的線(xiàn)性規(guī)劃的問(wèn)題的單純形表解法下面我們就用大M法來(lái)求解此題:迭代迭代次數(shù)次數(shù)基變基變量量cB x1 x2 s1 s2 s3 a1 a2b比值比值 -2 -3 0 0 0 -M -M0a1a2a3-M-M0 1 1 -1 0 0 1 0 1 0 0 -1 0

23、0 1 2 1 0 0 1 0 0350125600350/1125/1600/2 zj-2M -M M M 0 -M -M-2+2M -3+M -M -M 0 0 0-475M1a1x2s3-M-20 0 1 -1 0 0 1 -1 1 0 0 -1 0 0 1 0 1 0 2 1 0 -2225125350225-350/2 zj -2 -M M -M+2 0 -M -M-2 0 -3+M -M M-2 0 0 2-2M-225M-2502a1x1s2-M-20 0 1/2 -1 0 -1/2 1 0 1 1/2 0 0 1/2 0 0 0 1/2 0 1 1/2 0 -150300175

24、50/1/2300/1/2175/1/2 zj -2 -1/2M-1 M 0 1/2M-1 -M 0 0 1/2M-2 -M 0 - 1/2M+1 0 -M-50M-600jjjczjjjczjjjcz253 求目標(biāo)函數(shù)值最小的線(xiàn)性規(guī)劃的問(wèn)題的單純形表解法 從上表中可知檢驗(yàn)數(shù)都小于零。已求得最優(yōu)解為： x1=250,x2=100,s1=0, s2=125,s3=0,a1=0,a2=0，其最優(yōu)值為 f=-z=-(-800)=800。jjjcz迭代迭代次數(shù)次數(shù)基變基變量量 cB x1 x2 s1 s2 s3 a1 a2 b 比值比值 -2 -3 0 0 0 -M -M3 x2 x1 s2 -3 -

25、2 0 0 1 -2 0 -1 2 0 1 0 1 0 1 -1 0 0 0 1 1 1 -1 -1 100 250 125 zj -2 -3 4 0 1 -4 0 0 0 -4 0 -1 -M+4 -M -800263 求目標(biāo)函數(shù)值最小的線(xiàn)性規(guī)劃的問(wèn)題的單純形表解法二、兩階段法 兩階段法是處理人工變量的另一種方法，這種方法是將加入人工變量后的線(xiàn)性規(guī)劃劃分兩階段求解，仍以上面的例題為例，闡述兩階段法的求解過(guò)程。 第一階段：要判斷原線(xiàn)性規(guī)劃是否有基可行解，方法是先求解下列線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題： 目標(biāo)函數(shù)： 約束條件：12max;zaa 12111221231212312350,125,2600,0.xx

26、saxsaxxsx x s s s a a273 求目標(biāo)函數(shù)值最小的線(xiàn)性規(guī)劃的問(wèn)題的單純形表解法 注意：此線(xiàn)性規(guī)劃的約束條件與原線(xiàn)性規(guī)劃一樣，而目標(biāo)函數(shù)是求人工變量的相反數(shù)之和的最大值。如果此值大于零，則不存在使所有人工變量都為零的可行解，停止計(jì)算。如果此值為零，即說(shuō)明存在一個(gè)可行解，使得所有的人工變量都為零。 第二階段：將第一階段的最終單純形表中的人工變量取消，將目標(biāo)函數(shù)換成原問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)，把此可行解作為初始可行解進(jìn)行計(jì)算。283 求目標(biāo)函數(shù)值最小的線(xiàn)性規(guī)劃的問(wèn)題的單純形表解法迭代迭代次數(shù)次數(shù)基變基變量量cB x1 x2 s1 s2 s3 a1 a2b比值比值 -2 -3 0 0 0 -1

27、 -10a1a2s3-1-10 1 1 -1 0 0 1 0 1 0 0 -1 0 0 1 2 1 0 0 1 0 0350125600350/1125/1600/2 zj-2 -1 1 1 0 -1 -1-2 1 -1 -1 0 0 0-4701a1x1s3-100 0 1 -1 1 0 1 -1 1 0 0 -1 0 0 1 0 1 0 2 1 0 -2225125350 zj 0 -1 1 -1 0 -1 1 0 1 -1 1 0 0 22252x2x1s3000 0 1 -1 1 0 1 0 1 0 0 -1 0 0 1 0 0 1 1 1 -1 -1225125125 zj 0 0

28、0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 -10293 求目標(biāo)函數(shù)值最小的線(xiàn)性規(guī)劃的問(wèn)題的單純形表解法迭代迭代次數(shù)次數(shù)基變基變量量cB x1 x2 s1 s2 s3b比值比值 -2 -3 0 0 0 0 x2x1s3-3-20 0 1 -1 1 0 1 0 0 -1 0 0 1 0 2 1225125125225/1125/2 zj-2 -3 3 -1 0 0 0 -3 1 0-9251x2x1s2-3-20 0 1 -2 0 -1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1100250125 zj -2 -3 4 0 1 0 0 -4 0 -1-800 從表中可知其基本可行解x1=250,x

29、2=100,s1=0,s2=125,s3=0是本例的最優(yōu)解，其最優(yōu)值為z=-(-800)=800。304 幾種特殊情況 . 0,40,30,1501033020max212112121xxxxxxxxxz約束條件目標(biāo)函數(shù)一、無(wú)可行解一、無(wú)可行解 例例1、用單純形表求解下列線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題、用單純形表求解下列線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題解：在上述問(wèn)題的約束條件中加入松馳變量、剩余變量、人工變量得到：解：在上述問(wèn)題的約束條件中加入松馳變量、剩余變量、人工變量得到： 121121121231121231max2030310150,30,40,0.zxxMaxxsxsxxsax x s s s a目標(biāo)函數(shù)約束條件 填入單

30、純形表計(jì)算得：填入單純形表計(jì)算得：314 幾種特殊情況迭迭代代次次數(shù)數(shù)基變基變量量CBx1 x2 s1 s2 s3 a1b比值比值20 30 0 0 0 -M0s1s2a100-M3 10 1 0 0 01 0 0 1 0 01 1 0 0 -1 11503040150/1040/1zjcj-zj-M -M 0 0 M -M20+M 30+M 0 0 -M 0-40M1x2s2a1300-M3/10 1 1/10 0 0 0 1 0 0 1 0 07/10 0 -1/10 0 -1 115302515/(3/10)30/125/(7/10)zjcj-zj9-7/10M 30 3+M/10 0

31、M -M11+7/10M 0 -3-M/10 0 -M 0 450-25M2x2x1a13020-M0 1 1/10 -3/10 0 01 0 0 1 0 00 0 -1/10 -7/10 -1 1 6304zjcj-zj20 30 3+M/10 11+7M/10 M -M0 0 -3-M/10 -11-7M/10 -M 0780-4M324 幾種特殊情況 從第二次迭代的檢驗(yàn)數(shù)都小于零來(lái)看，可知第從第二次迭代的檢驗(yàn)數(shù)都小于零來(lái)看，可知第2次迭代所得的基本可次迭代所得的基本可行解已經(jīng)是最優(yōu)解了，其最大的目標(biāo)函數(shù)值為行解已經(jīng)是最優(yōu)解了，其最大的目標(biāo)函數(shù)值為780-4M。我們把最優(yōu)解。我們把最優(yōu)解x

32、1=30,x2=6,s1=0,s2=0,s3=0,a1=4,代入第三個(gè)約束方程得代入第三個(gè)約束方程得x1+x2-0+4=40,即有：即有：x1+x2=3640. 并不滿(mǎn)足原來(lái)的約束條件并不滿(mǎn)足原來(lái)的約束條件3，可知原線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題無(wú)可行解，或者說(shuō)，可知原線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題無(wú)可行解，或者說(shuō)其可行解域?yàn)榭占?，?dāng)然更不可能有最優(yōu)解了。其可行解域?yàn)榭占?，?dāng)然更不可能有最優(yōu)解了。 像這樣只要求線(xiàn)性規(guī)劃的最優(yōu)解里有人工變量大于零，則此線(xiàn)性規(guī)劃像這樣只要求線(xiàn)性規(guī)劃的最優(yōu)解里有人工變量大于零，則此線(xiàn)性規(guī)劃無(wú)可行解。無(wú)可行解。二、無(wú)界解二、無(wú)界解 在求目標(biāo)函數(shù)最大值的問(wèn)題中，所謂無(wú)在求目標(biāo)函數(shù)最大值的問(wèn)題中，所謂無(wú)界解

33、是指在約束條件下目標(biāo)函數(shù)值可以取界解是指在約束條件下目標(biāo)函數(shù)值可以取任意的大。下面我們用單純形表來(lái)求第二任意的大。下面我們用單純形表來(lái)求第二章中的例子。章中的例子。例例2 2、用單純形表求解下面線(xiàn)性、用單純形表求解下面線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題。規(guī)劃問(wèn)題。 12121212max1,326,0.zxxxxxxx x目標(biāo)函數(shù)約束條件334 幾種特殊情況 迭迭代代次次數(shù)數(shù)基基變變量量CBx1 x2 s1 s2b比比值值1 1 0 00s1s2001 -1 1 0-3 2 0 1161zjcj-zj0 0 0 0 1 1 0 001x1s2101 -1 1 0 0 -1 3 119zjcj-zj1 -1 1 00

34、 2 -1 01填入單純形表計(jì)算得：填入單純形表計(jì)算得：解：在上述問(wèn)題的約束條件中加入松馳變量，得標(biāo)準(zhǔn)型如下：解：在上述問(wèn)題的約束條件中加入松馳變量，得標(biāo)準(zhǔn)型如下：121211221212max1,326,0.zxxxxsxxsx x s s目標(biāo)函數(shù)約束條件344 幾種特殊情況 12a 從單純形表中，從第一次迭代的檢驗(yàn)數(shù)等于從單純形表中，從第一次迭代的檢驗(yàn)數(shù)等于2，可知所得的基本可行解，可知所得的基本可行解x1=1,x2=0,s1=0,s2=9不是最優(yōu)解。同時(shí)我們也知道如果進(jìn)行第不是最優(yōu)解。同時(shí)我們也知道如果進(jìn)行第2次迭代，那么次迭代，那么就選就選x2為入基變量，但是在選擇出基變量時(shí)遇到了問(wèn)題

35、：為入基變量，但是在選擇出基變量時(shí)遇到了問(wèn)題： =-1, =-1,找不找不到大于零的到大于零的 來(lái)確定出基變量。事實(shí)上如果我們碰到這種情況就可以斷定來(lái)確定出基變量。事實(shí)上如果我們碰到這種情況就可以斷定這個(gè)線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題是無(wú)界的，也就是說(shuō)在此線(xiàn)性規(guī)劃的約束條件下，此目這個(gè)線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題是無(wú)界的，也就是說(shuō)在此線(xiàn)性規(guī)劃的約束條件下，此目標(biāo)函數(shù)值可以取得無(wú)限大。從標(biāo)函數(shù)值可以取得無(wú)限大。從1次迭代的單純形表中，得到約束方程：次迭代的單純形表中，得到約束方程：22a22a 移項(xiàng)可得：移項(xiàng)可得：1212121,39.xxsxss121221211212121,39.,0,1,0,9.121.xxssxsxM

36、sxMxMssMzxxMMM 不妨設(shè)可得一組解：顯然這是線(xiàn)性規(guī)劃的可行解，此時(shí)目標(biāo)函數(shù)354 幾種特殊情況 ij 由于由于M可以是任意大的正數(shù)，可知此目標(biāo)函數(shù)值無(wú)界?？梢允侨我獯蟮恼龜?shù)，可知此目標(biāo)函數(shù)值無(wú)界。 上述的例子告訴了我們?cè)趩渭冃伪碇凶R(shí)別線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題是無(wú)界的方法：上述的例子告訴了我們?cè)趩渭冃伪碇凶R(shí)別線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題是無(wú)界的方法：在某次迭代的單純形表中，如果存在著一個(gè)大于零的檢驗(yàn)數(shù)在某次迭代的單純形表中，如果存在著一個(gè)大于零的檢驗(yàn)數(shù) ，并且該列，并且該列的系數(shù)向量的每個(gè)元素的系數(shù)向量的每個(gè)元素aij(i=1,2,m)都小于或等于零，則此線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題都小于或等于零，則此線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題是無(wú)界的，一

37、般地說(shuō)此類(lèi)問(wèn)題的出現(xiàn)是由于建模的錯(cuò)誤所引起的。是無(wú)界的，一般地說(shuō)此類(lèi)問(wèn)題的出現(xiàn)是由于建模的錯(cuò)誤所引起的。三、無(wú)窮多最優(yōu)解三、無(wú)窮多最優(yōu)解例例3、用單純形法表求解下面的線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題。、用單純形法表求解下面的線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題。121212212max5050300,2400,250,0.zxxxxxxxx x目標(biāo)函數(shù)約束條件364 幾種特殊情況 解：此題我們用圖解法已求了解，現(xiàn)在用單純形表來(lái)求解。解：此題我們用圖解法已求了解，現(xiàn)在用單純形表來(lái)求解。123121211222312123,max5050300,2400,250,0.s sszxxxxsxxsxsx xs ss加入松弛變量，我們得到標(biāo)準(zhǔn)形：

38、目標(biāo)函數(shù)約束條件填入單純形表計(jì)算得：填入單純形表計(jì)算得：374 幾種特殊情況迭迭代代次次數(shù)數(shù)基變基變量量CBx1 x2 s1 s2 s3b比值比值50 50 0 0 00s1s2s30001 1 1 0 02 1 0 1 00 1 0 0 1300400250300/1400/1250/1zjcj-zj0 0 0 0 050 50 0 0 001s1s2x200501 0 1 0 -12 0 0 1 -10 1 0 01150/2zjcj-zj0 50 0 0 5050 0 0 0 0125002x1s2x2500501 0 1 0 -10 0 -2 1 10 1 0

39、 0 1505025050/1250/1zjcj-zj50 50 50 0 00 0 -50 0 015000384 幾種特殊情況 124, 這樣我們求得了最優(yōu)解為這樣我們求得了最優(yōu)解為x1=50,x2=250,s1=0,s2=50,s3=0,此線(xiàn)性規(guī)劃的此線(xiàn)性規(guī)劃的最優(yōu)值為最優(yōu)值為15000。這個(gè)最優(yōu)解是否是惟一的呢？由于在第。這個(gè)最優(yōu)解是否是惟一的呢？由于在第2次迭代的檢驗(yàn)數(shù)次迭代的檢驗(yàn)數(shù)中除了基變量的檢驗(yàn)數(shù)中除了基變量的檢驗(yàn)數(shù) 等于零外，非基變量等于零外，非基變量s3的檢驗(yàn)數(shù)也等的檢驗(yàn)數(shù)也等于零，這樣我們可以斷定此線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題有無(wú)窮多最優(yōu)解。不妨我們把檢于零，這樣我們可以斷定此線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)

40、題有無(wú)窮多最優(yōu)解。不妨我們把檢驗(yàn)數(shù)也為零的非基變量選為入基變量進(jìn)行第驗(yàn)數(shù)也為零的非基變量選為入基變量進(jìn)行第3次迭代?？汕蟮昧硪粋€(gè)基本次迭代?？汕蟮昧硪粋€(gè)基本可行解，如下表所示：可行解，如下表所示：迭代迭代次數(shù)次數(shù)基基變變量量CBx1 x2 s1 s2 s3b50 50 0 0 03x1s3x2500501 0 -1 1 00 0 -2 1 10 1 2 -1 010050200zjcj-zj50 50 50 0 00 0 -50 0 015000394 幾種特殊情況 從檢驗(yàn)數(shù)可知此基本可行解從檢驗(yàn)數(shù)可知此基本可行解x1=100,x2=200,s1=0,s2=0,s3=50,也是最優(yōu)解，也是最優(yōu)

41、解，從圖解法可知連接這兩點(diǎn)的線(xiàn)段上的任一點(diǎn)都是此線(xiàn)性規(guī)劃的最優(yōu)解，不從圖解法可知連接這兩點(diǎn)的線(xiàn)段上的任一點(diǎn)都是此線(xiàn)性規(guī)劃的最優(yōu)解，不妨用向量妨用向量Z1，Z2表示上述兩個(gè)最優(yōu)解即表示上述兩個(gè)最優(yōu)解即Z1 =（50，250，0，50，0），）， Z2 =（100，200，0，0，50），則此線(xiàn)段上的任一點(diǎn)，即可表示為），則此線(xiàn)段上的任一點(diǎn)，即可表示為Z1+（1- ）Z2，其中，其中01。如圖。如圖5-1所示：所示：100100200200300300100100200200300300250250Z Z1Z Z2圖圖5-1404 幾種特殊情況 s 在一個(gè)已得到最優(yōu)解的單純形表中，如果存在一個(gè)非基

42、變量的檢驗(yàn)數(shù)在一個(gè)已得到最優(yōu)解的單純形表中，如果存在一個(gè)非基變量的檢驗(yàn)數(shù) 為零，為什么我們把這個(gè)非基變量為零，為什么我們把這個(gè)非基變量xs作為入基變量進(jìn)行迭代時(shí)，得到的最作為入基變量進(jìn)行迭代時(shí)，得到的最優(yōu)解仍為最優(yōu)解呢？?jī)?yōu)解仍為最優(yōu)解呢？ 不妨設(shè)出基變量為不妨設(shè)出基變量為xk，則原最優(yōu)單純形表可表示如下：，則原最優(yōu)單純形表可表示如下：111111,111,1122100100000,0ksksskkkskkk skkksmmm sjjjmsssmmsssiisixxccxcaxcaxcaxcaxcaczc ac ac accc a從此表可知即有，也就是。414 幾種特殊情況 通過(guò)迭代，我們得到

43、了新的單純形表，其中通過(guò)迭代，我們得到了新的單純形表，其中xs為基變量了，而為基變量了，而xk為非為非基變量了。我們可得到下表?；兞苛?。我們可得到下表。111111111111101101111000ksksskskmkiisiissiikksksksmkkksiiskkssikskssskskskkksmsmmksjksjjjkxxccaxcazc ac acaaaxcac ac acaaxcacaxcaaxcazzcczcz 在此表中把111.0.msiisikskksskksksjkjkc azcc accaaczcz，代入上式得：即又可得到：424 幾種特殊情況 又顯然在新的單純形表

44、中，基變量的檢驗(yàn)數(shù)為零，用同樣的方法可證又顯然在新的單純形表中，基變量的檢驗(yàn)數(shù)為零，用同樣的方法可證明其他的非基變量的檢驗(yàn)數(shù)不變，仍然小于零，這樣就證明了新得到的基明其他的非基變量的檢驗(yàn)數(shù)不變，仍然小于零，這樣就證明了新得到的基本可行解仍然是最優(yōu)解。本可行解仍然是最優(yōu)解。 這樣我們得到了判斷線(xiàn)性規(guī)劃有無(wú)窮多最優(yōu)解的方法：對(duì)于某個(gè)最優(yōu)這樣我們得到了判斷線(xiàn)性規(guī)劃有無(wú)窮多最優(yōu)解的方法：對(duì)于某個(gè)最優(yōu)的基本可行解，如果存在某個(gè)非基變量的檢驗(yàn)數(shù)為零，則此線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題的基本可行解，如果存在某個(gè)非基變量的檢驗(yàn)數(shù)為零，則此線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題有無(wú)窮多最優(yōu)解。有無(wú)窮多最優(yōu)解。四、退化問(wèn)題四、退化問(wèn)題 在單純形法計(jì)算過(guò)程中

45、，確定出基變量時(shí)有時(shí)存在兩個(gè)以上的相同的在單純形法計(jì)算過(guò)程中，確定出基變量時(shí)有時(shí)存在兩個(gè)以上的相同的最小比值，這樣在下一次迭代中就有了一個(gè)或幾個(gè)基變量等于零，這稱(chēng)之最小比值，這樣在下一次迭代中就有了一個(gè)或幾個(gè)基變量等于零，這稱(chēng)之為退化。為退化。例例4.用單純形表，求解下列線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題。用單純形表，求解下列線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題。解：加上松馳變量解：加上松馳變量s1,s2,s3化為標(biāo)準(zhǔn)形式后，化為標(biāo)準(zhǔn)形式后，填入單純形表計(jì)算得：填入單純形表計(jì)算得：1312131231233max222,24,3,0.zxxxxxxxxxx x x目標(biāo)函數(shù)約束條件434 幾種特殊情況迭迭代代次次數(shù)數(shù)基基變變量量CBx1 x

46、2 x3 s1 s2 s3b比值比值2 0 3/2 0 0 00s1s2s30001 -1 0 1 0 02 0 1 0 1 01 1 1 0 0 12432/14/23/1zjcj-zj0 0 0 0 0 02 0 3/2 0 0 001x1s2s32001 -1 0 1 0 0 0 2 1 -2 1 00 2 1 -1 0 12010/21/2zjcj-zj2 -2 0 0 0 00 2 3/2 -2 0 042x1x2s32001 0 1/2 0 1/2 00 1 1/2 - 1 1/2 00 0 0 1 -1 1 2012/(1/2)0/(1/2)zjcj-zj2 0 1 0 1 00 0 1/2 0 -1 04444 幾種特殊情況 在以上的計(jì)算中可以看出在在以上的計(jì)算中可以看出在0次迭代中，由于比次迭代中，由于比值值b1/a11=b2/a21=2為最小比值，導(dǎo)致在第為最小比值，導(dǎo)致在第1次迭代中出次迭代中出現(xiàn)了退化，基變量現(xiàn)了退化，基變量s2=0。又由于在第。又由于在第1次迭代出現(xiàn)了次迭代出現(xiàn)了退化，基變量退化，基變量s2=0，又導(dǎo)致第，又導(dǎo)致第2