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

46 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

41920. Ручне встановлення драйвері на ОС типу Windows® 2000 438.36 KB
  Місце виконання роботи ПЕК НАУ ВЦ кабінет №145 Процес установлення драйверу: Переходимо на вкладку драйвер та натискаємо на клавішу Обновити драйверрис.1 рис.1 Потім ставимо галочку Провести пошук підходящого драйверу для пристрою рис.
41921. Робота з програмою «Fdisk» 1.37 MB
  Для початку необхідно вивчити меню програми fdisk рис. Після цього необхідно назначити основний розділ активним. Після цього необхідно від форматувати створені диски та перевірити чи можливо записати на диск інформацію. (рис.5).
41922. Дослідження арифметичної та логічної обробки інформації 78.05 KB
  Співставити кількість розрядів у отриманих числах. Зіставити кількість двійкових розрядів у вихідних даних при арифметичній обробці та в отриманих числах результату. Дослідження кількості розрядів Кількість розрядів до вх. дані 4після переведення в двійкову СЧ 13 розрядів.
41923. Дослідження напівпровідникових діодів 62.81 KB
  Результати занесемо в «Результати експериментів». Вимірювання статичного опору діода Виміряємо опір діода при прямому і зворотньому підключенні. Для цього замість вольтметра схемі на рис. поставимо мультиметр і виставимо його на вимірювання опору. Результати занесемо в «Результати вимірювань».
41924. ДОСЛІДЖЕННЯ ОДНОНАПІВПЕРІОДНОГО І ДВОНАПІВПЕРІОДНОГО ВИПРЯМЛЯЧІВ ІЗ ЗАСТОСУВАННЯМ СИСТЕМИ МОДЕЛЮВАННЯ СХЕМОТЕХНІКИ «ELECTRONICS WORKBENCH» 225.54 KB
  Експеримент 1 Дослідження вхідної і вихідної напруги однонапівперіодного випрямляча.1 б Зміряйте період Т вихідної напруги по осцилограмі. г Обчислите коефіцієнт трансформації як відношення амплітуд напруги на первинній і вторинній обмотці трансформатора. Для вимірювання амплітуди напруги на первинній обмотці трансформатора підключите канал А осцилографа до вузла Pri .
41925. Дослідження діодних обмежувачів і діодних формувачів 2.32 MB
  Вимірювання рівня обмеження напруги в схемі послідовного діодного обмежувача. Складаємо схему: осцилограми вхідної і вихідної напруги максимальне значення амплітуди вхідної напруги Umx вх=99543 В; максимальне значення амплітуди вихідної напруги Umx вих=84176 В; рівень обмеження напруги ≤ 49111мкВ; Експеримент 2. Вимірювання рівня обмеження напруги в схемі послідовного діодного обмежувача із зсувом. Складаємо схему: а Вимірювання рівня напруги при позитивному зсуві.
41926. Дослідження біполярного транзистора (БТ) 714.61 KB
  Визначаємо Іб для визначених значень Uбэ Uкэ які ми виставляємо за допомогою джерел енергії. Результати заносимо до таблиці 2.3. За даними таблиці будуємо графік Іб(Uбэ). Оскільки при зміні Uкэ значення Iб не змінюється при незмінному Uбє будемо мати один графік.
41927. Дослідження схем включення біполярних транзисторів (БТ) в посилювальних каскадах 1.04 MB
  Мета роботи: Дослідження посилю вальних каскадів на БТ. Результаты экспериментов Эксперимент 1. Исследовать схему включения транзистора с ОЭ.Схема експерименту Осцилограма вхідного і вихдного сигнала зображена на рис.1