Симплекс-метод с искусственным базисом (М-метод)




Применяется в тех случаях, когда затруднительно найти первоначальный опорный план исходной задачи ЛП, записанной в канонической форме.

М -метод заключается в применении правил симплекс-метода к так называемой М- задаче. Она получается из исходной добавлением к левой части системы уравнений в канонической форме исходной ЗЛП таких искусственных единичных векторов с соответствующими неотрицательными искусственными переменными, чтобы вновь полученная матрица содержала систему единичных линейно-независимых векторов. В линейную форму исходной задачи добавляется в случае ее максимизации слагаемое, представляющее собой произведение числа (- М) на сумму искусственных переменных, где М - достаточно большое положительное число.

В полученной задаче первоначальный опорный план очевиден. При применении к этой задаче симплекс-метода оценки ∆ j теперь будет зависеть "от буквы М". Для сравнения оценок нужно помнить, что М - достаточно большое положительное число, поэтому из базиса будут выводиться в первую очередь искусственные переменные.

В процессе решения М-задачи следует вычеркивать в симплекс-таблице искусственные векторы по мере их выхода из базиса. Если все искусственные векторы вышли из базиса, то получаем исходную задачу. Если оптимальное решение М-задачи содержит искусственные векторы или М-задача неразрешима, то исходная задача также неразрешима.

Путем преобразований число вводимых переменных, составляющих искусственный базис, может быть уменьшено до одной.

Пример 2.8. Найти максимум целевой функции: при условиях

Решение. Матрица условий содержит только один единичный вектор, добавим еще один искусственный вектор (искусственную неотрицательную переменную ух в первое ограничение):

Получим следующую М-задачу: найти максимум целевой функции - Му1 при условиях

М -задачу решаем симплекс-методом. Начальный опорный план (0, 0, 6, 8), решение проводим в симплекс-таблицах (табл. 2.3).

В начальной таблице наименьшее j соответствует вектору А1 - он вводится в базис, а искусственный вектор P1 из базиса выводится, так как ему отвечает наименьшее Q. Столбец, соответствующий Р 1, из дальнейших симплексных таблиц вычеркивается.

Таблица 2.3

Решение М-задачи в симплекс-таблицах

Номер симплекс- таблицы Базис ci / cj План В       -M Q
A 1 A 2 A 3 P1
  P 1 -M            
A 3              
j - -8М+6 -2М-2 -М-1     -
  A 1       0,5     -
A 3       0,5   -
j -         -

Полученный новый опорный план является опорным планом исходной задачи. Для него все j > 0, поэтому он является и оптимальным. Таким образом, получен оптимальный план исходной задачи (4, 0, 2) и максимальное значение целевой функции max .

Пример 2.9. Решить ЗЛП:

Решение. Приведем ЗЛП к каноническому виду, перейдя к задаче "на максимум":

Для нахождения опорного плана переходим к М-задаче:

Дальнейшее решение проводим в симплекс-таблицах (табл. 2.4).

Таблица 2.4

Решение ЗЛП М-методом

Номер симплекс-таблицы Базис ci / cj В -10         - M - M Q
  A 1 A 2 A 3 A 4 A 5 P 1 P 2
  P 1 - M     -1 -1         3/2
P 2 - M         -1        
A 5     -1 -2           -
- j - -5 М -3 М+ + 10 -5 М М       -
I A 1 -10 3/2   -1/2 -1/2         -
P 2 - M 1/2   3/2 1/2 -1     1/3
A 5   5/2   -5/2 -1/2       -
- j - - M /2-15   -3М/2 -М/2+5 М     -
II A 1 -10 5/3     -1/3 -1/3       -
A 2   1/3     1/3 -2/3   -
A 5   10/3       -5/3   -
- j - -15           -

В симплекс-таблице II получен опорный план исходной ЗЛП; поскольку все симплекс-разности , то этот план является и оптимальным, т.е. (исходные переменные), (дополнительные переменные), при этом

При рассмотрении графического метода выделялись три особых случая решения ЗЛП. В симплекс-методе эти случаи определяются следующим образом.

1. Если найден оптимальный план и оценки всех свободных переменных строго больше нуля, то оптимальный план является единственным', если оценки некоторых свободных переменных в оптимальном плане равны нулю, то этот план будет неединственным, так как ввод этих переменных в базис не нарушает критерия оптимальности и не меняет оптимальное значение целевой функции. В соответствии с этим оптимальный план в табл. 2.2 является единственным, а в табл. 2.3 и 2.4 - несдинственным (первый особый случай).

2. Если в процессе решения ЗЛП М-методом искусственные переменные не выводятся из базиса, это является свидетельством того, что область определения исходной ЗЛП является пустым множеством: в этом случае ЗЛП не имеет решения ввиду противоречивости системы ограничений (второй особый случай).

3. Если в направляющем столбце все элементы ajk неположительны (см. 2.23), то это свидетельствует о незамкнутости области определения ЗЛП; в этом случае ЗЛП не имеет решения ввиду неограниченности целевой функции (третий особый случай).

Для автоматизации решения задач линейного программирования могут быть использованы стандартные офисные средства Microsoft Excel - надстройка Поиск решения, использующая симплексный метод (линейная оптимизация с помощью надстройки Поиск решения подробно рассмотрена, например, в литературе).

Однако для корректного и эффективного использования программных средств необходимо знать основы линейного программирования, изложенные выше в данной главе.

 

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-03-02 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: