9904

Двойственность в линейном программировании

Реферат

Информатика, кибернетика и программирование

Двойственность в линейном программировании Для любой задачи ЛП можно сформулировать двойственную задачу, являющуюся зеркальным отражением исходной задачи, т.к. она использует те же параметры, а ее решение может быть получено одновременно с решение...

Русский

2013-03-18

47 KB

45 чел.

Двойственность в линейном программировании

Для любой задачи ЛП можно сформулировать двойственную задачу, являющуюся "зеркальным отражением" исходной задачи, т.к. она использует те же параметры, а ее решение может быть получено одновременно с решением исходной задачи.

Прямая задача:

Сколько изделий и какой конструкции xj (j = 1, …, n) необходимо произвести, чтобы при заданных стоимостях                    cj (j = 1, …, n) единицы продукции и размерах имеющихся ресурсов bi (i = 1, …, m) максимизировать выпуск продукции в стоимостном выражении?

z = c1x1 + c2x2 + … + cnxn  max

xj  0, j = 1, …, n

Двойственная задача:

Какие цены yi на единицу каждого из ресурсов нужно назначить при заданных количествах ресурсов bi и величинах стоимости продукции cj, чтобы продать ресурсы было бы не менее выгодно, чем производить продукцию?

f = b1y1 + b2y2  + … + bmym  min

yi  0, i = 1, …, m,


  

Пары двойственных задач

А. Несимметричные

Прямая задача:                    Двойственная задача:

                 

              

Б. Симметричные

Прямая задача:                    Двойственная задача:

                 

               


Основные теоремы двойственности

Теорема 1 (основное неравенство двойственности).

Для любых допустимых планов X прямой и Y двойственной задач их целевые функции z(X) и f(Y) связаны между собой неравенствами:

при минимизации   z(X) z(X)  f(Y),

при максимизации  z(X) z(X)  f(Y),

и не существенно, какая задача прямая, а какая - двойственная.

Доказательство.

При максимизации z(X):

При минимизации z(X) необходимо записать задачи в соответствующем виде и доказать по аналогии с приведенным доказательством (самостоятельно!).


Теорема 2 (
критерий оптимальности Канторовича).

Если на допустимых планах прямой и двойственной задач ЛП значения целевых функций совпадают, то эти планы являются оптимальными и наоборот, если планы прямой и двойственной задач оптимальны, то значения целевых функций на них совпадают.

Доказательство. (Докажем прямое утверждение)

Пусть X – допустимый план прямой задачи, а Y – допустимый план двойственной задачи и z(X) = f(Y).

Пусть X' – произвольный допустимый план прямой задачи. Тогда по основному неравенству двойственности

z(X')  f(Y), т.е. z(X')  f(Y) = z(X),

т.е. значение целевой функции прямой задачи в точке X является максимальным (т.к. это неравенство выполняется для любого допустимого плана).

Пусть Y' – произвольный допустимый план двойственной задачи. Тогда по основному неравенству двойственности

f(Y')  z(X) = f(Y),

т.е. значение целевой функции двойственной задачи в точке Y является минимальным.

Теорема 3. Для существования оптимального решения как прямой, так и двойственной задачи ЛП необходимо и достаточно существования какого-либо допустимого плана для каждой из них.

Доказательство.

Необходимость. Оптимальные решения являются допустимыми по определению. Если существуют оптимальные планы, то с очевидностью существуют и допустимые.

Достаточность. Если Y – допустимый план двойственной задачи, то по основному неравенству двойственности для любого допустимого плана X' прямой задачи выполняется z(X')  f(Y).

Т.о., последовательность значений целевой функции прямой задачи z(X1), z(X2), … на различных ее допустимых планах X1, X2, …, полученных симплекс-методом, является неубывающей и ограниченной сверху. Поэтому на допустимых планах X1, X2, … можно выбрать такой план X, для которого z(X')  z(X) при любом X', что доказывает условие достаточности для максимума.

Теорема 4. Если прямая (двойственная) задача имеет оптимальное решение, то и двойственная (прямая) задача имеет оптимальное решение.

Теорема 5. Если прямая (двойственная) задача не имеет решения из-за неограниченности целевой функции на множестве допустимых решений, то система ограничений двойственной (прямой) задачи противоречива.

Теорема 6 (о дополняющей нежесткости)

Необходимым и достаточным условиями оптимальности допустимых планов прямой X и двойственной Y задач является выполнение условий дополняющей нежесткости


Использование двойственности при решении задач ЛП

Теория двойственности позволила усовершенствовать симплекс-метод и создать улучшенный (или исправленный) симплекс-метод, который позволяет получать сразу решение и исходной и двойственной задач. Поэтому можно выбирать, решать ли задачу в том виде, в котором она поставлена, или решать двойственную задачу. Так как объем вычислений в задаче ЛП связан скорее с количеством ограничений, чем с количеством переменных, то можно порекомендовать переходить к двойственной задаче в случае, когда ограничений больше, чем переменных.

Теория двойственности позволяет также проводить анализ устойчивости решения при изменении коэффициентов cj и bj, то есть определять границы изменения этих коэффициентов при изменении условий (например, стоимости, запасов ресурсов и т.п.), то есть заранее знать, изменится или нет оптимальное решение, нужен ли дополнительный анализ, понадобится ли еще раз принимать решение.

Теория двойственности создана Дж. Фон Нейманом и Л.В. Канторовичем.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

67838. Сутність та завдання кримінального процесу 133.5 KB
  В реальному житті практично кожному випускнику юридичного закладу освіти так чи інакше доведеться зіткнутися з фактами розслідування злочинів. Тому глибоке вивчення кримінально-процесуального права та теорії кримінального процесу - одна з умов успішної роботи на посадах слідчих, прокурорів...
67839. Принципи кримінального процесу 133.5 KB
  Отже, принципи (засади) кримінального процесу — це закріплені в законі панівні в державі політичні і правові ідеї щодо завдань і способу здійснення судочинства в кримінальних справах, які визначають спрямованість і побудову кримінального процесу в цілому, форму і зміст його стадій та інститутів...
67840. Суб’єкти кримінального процесу 175.5 KB
  Розглянувши та уяснив основні положення перших двох тем з яких Ви взнали поняття кримінального процесу та його принципи ми переходимо до вивчання більш важкої теми конкретизуючої більш посередньо учасників кримінального процесу.
67841. Доказательства в уголовном процессе 134.5 KB
  При расследовании любого уголовного дела и рассмотрение его в суде необходимо установить в точном соответствии с действительностью все фактические обстоятельства совершенного преступления. Вся сложность этой работы заключается в том, что следователь, прокурор и суд...
67842. Види джерел доказів 125 KB
  Показання осіб які приймають участь у процесі як джерело доказів показання свідків потерпілого підозрюваного і обвинуваченого Речові докази як джерело доказів. Протоколи слідчих і судових дій інші документи як джерела доказів у кримінальному процесі.
67843. Порушення кримінальної справи 196.5 KB
  У період переходу до ринкової економіки, побудови правової держави одним із завдань є забезпечення судового додержання законності у всіх сферах діяльності суспільства. Це, зокрема, стосується правоохоронної діяльності, розширення і поглиблення досліджень проблем кримінально-процесуального права...
67844. Дізнання та досудове слідство 135 KB
  Всебічність повнота і об’єктивність розгляду кримінальної справи в суді та її вирішення потребують великої і кваліфікованої підготовчої роботи. Тому за законом переважна більшість кримінальних справ повинна проходити стадію досудового розслідування.
67845. Дізнання та попереднє слідство 148.5 KB
  Органи попереднього розслідування виконують свою діяльність на основі законності. Вони повинні дотримуватися Конституції України ті інших законів. Конституцією гарантуються такі права та свободи громадян, як недоторканість особи, житла, які можуть бути затронуті в ході попереднього слідства.
67846. Слідчі дії 160 KB
  Досудове слідство являє собою сукупність різноманітних процесуальних дій, тобто цілого комплексу дій органів слідства, дізнання, прокурора, пов’язаних з розслідуванням злочинів при провадженні в кримінальних справах, дій - регламентованих кримінально-процесуальним законом.