大M法(基本原理+例题分析)

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大M法(基本原理+例题分析)

2024-07-06 03:15:17| 来源: 网络整理| 查看: 265

基本思想:构造一个辅助线性规划问题(ALP),通过求解它得到线性规则(LP)的初始可行基。

目录

基本概念:

例题分析:

基本概念:

对于标准形式的线性规则问题:

\left\{\begin{matrix} minf(x)=c^{T}x\\s.t.Ax=b \\ x\geq 0 \end{matrix}\right.

其中 b\geq 0,A 是 m\times n 矩阵,m n,但 A 不一定满秩。

首先,增加两个 m 维向量:e=(1,1,...,1)^{T},x_{M}=(x_{n+1},x_{n+2},...,x_{n+m})^{T}

其中 x_{n+1},x_{n+2},...,x_{n+m} 称为人工变量。

然后,构造辅助标准线性规划问题(ALP) :

ALP\left\{\begin{matrix} minf_{1}(x,x_{M})=c^{T}x+Me^{T}x_{M}\\s.t.Ax+x_{M}=b \\ x\geq 0,x_{M}\geq 0 \end{matrix}\right.

其中 M 是一个很大的正数,这样在极小化目标函数的过程中,由于大 M 的存在,即迫使人工变量离基。

用单纯形法求解(ALP),其结果为下列几种情形之一:

(1)求得(ALP)的最优解,并且人工变量全是零,此时得到的 x 就是(LP)的最优解;

(2)求得(ALP)的最优解,但是人工变量不全是零,则(LP)无最优解;

(3)发现(ALP)没有最优解,则(LP)没有最优解或者没有可行解。

例题分析:

例题:用大 M 法求解线性规划问题:

\left\{\begin{matrix} minf(x)=-3x_{1}+x_{2}+x_{3}\\s.t.x_{1}-2x_{2}+x_{3}\leq 11\\-4x_{1}+x_{2}+2x_{3}\geq 3\\-2x_{1}+x_{3}=1\\ x_{1},x_{2},x_{3}\geq 0 \end{matrix}\right.

解:构造辅助线性规划(ALP)

\left\{\begin{matrix} minf_{(x)}=-3x_{1}+x_{2}+x_{3}\\s.t.x_{1}-2x_{2}+x_{3}+x_{4}=11\\-4x_{1}+x_{2}+2x_{3}-x_{5}+x_{6}= 3\\-2x_{1}+x_{3}+x_{7}=1\\ x_{1},x_{2},x_{3},x_{4},x_{5},x_{6},x_{7}\geq 0 \end{matrix}\right.

可以得到下列矩阵:

A=\left [ \begin{smallmatrix} 1 &-2 &1&1 &0 &0 &0 \\-4 &1 &2 &0 &-1 &1 &0 \\-2 &0 & 1 &0 &0 &0 & 1 \end{smallmatrix} \right ]b=\bigl(\begin{smallmatrix} 11\\ 3 \\1 \end{smallmatrix}\bigr)c=(-3,1,1,0,0,M,M)^{T}

ALP 选取 x_{4},x_{6},x_{7} 作为基,B_{1}=[p_{4},p_{6},p_{7}]

c_{B_{1}}^{T}B^{-1}A-c^{T}=(0,M,M) B A-(-3,1,1,0,0,M,M)

=(-6M+3,M-1,3M-1,0,-M,0,0)

x_{1}x_{2}x_{3}x_{4}x_{5}x_{6}x_{7}f4M-6M+3M-13M-10-M00x_{4}111-211000x_{6}3-4120-110x_{7}1-2010001

Min\left \{ \frac{3}{1}\right \}=3

离基变量:x_{6},进基变量:x_{2}

x_{1}x_{2}x_{3}x_{4}x_{5}x_{6}x_{7}f3+M-2M-101+M0-11-M0x_{4}17-7051-220x_{2}3-4120-110x_{7}1-2010001

Min\left \{ \frac{17}{5},\frac{3}{2},\frac{1}{1} \right \}=1

离基变量:x_{7},进基变量:x_{3}

x_{1}x_{2}x_{3}x_{4}x_{5}x_{6}x_{7}f21000-11-M-M-1x_{4}123001-22-5x_{2}10100-11-2x_{3}1-2010001

Min\left \{ \frac{12}{3}\right \}=4

离基变量:x_{4},进基变量:x_{1}

x_{1}x_{2}x_{3}x_{4}x_{5}x_{6}x_{7}f-2000-1/3-1/31/3-M2/3-Mx_{1}41001/3-2/32/3-5/3x_{2}10100-11-2x_{3}90012/3-4/34/3-7/3

此时,检验数全负,得到 ALP 的最优解 (x,x_{M})^{T}=(4,1,9,0,0,0,0)^{T}

原问题的最优解为:x^{T}=(4,1,9) ,最优值为 f =-2。

(行文中若有纰漏,希望大家指正)



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