Достаточное условие существования оптимального базисного решения (с обоснованием).
Определение 1. Задача математического программирования:
Пусть
Полагаем, что . Пусть
. Если
--решение, то
, но решение не всегда существует.
Определение 2. называется вектором Куна--Таккера, если верно
(регулярная функция Лагранжа)
Теорема 1. Пусть -- выпуклое
-- выпуклые на
,
-- линейные. Пусть хоть одно из следующих двух условий выполнено:
1. .
2. -- полиэдр,
-- линейны,
.
Тогда существует вектор Куна--Таккера.
Определение 3. Двойственной называется задача следующего вида:
Теорема 2. Пусть существует вектор Куна--Таккера и . Если
, то
и множество решений
и совпадает с множеством векторов Куна--Таккера.
Определение 4. Общая задача линейного программирования:
Пусть ,
,
Получили двойственную задачу:
Теорема 3. Двойственная к двойственной совпадает с исходной.
Теорема 4. (критерий разрешимости задачи ЛП) Пусть и целевая функция ограничена снизу на допустимом множестве (
). Тогда задача ЛП имеет решение.
Доказательство. По теореме 2. существует решение двойственной задачи. А по теореме 3. существует решение прямой задачи.
Определение 5. -- выпуклое множество,
называется угловой точкой этого множества, если представление этой точки в следующем виде
возможно только в одном случае:
.
Поставим задачу ЛП в канонической форме:
Очевидно, что допустимое множество выпуклое. Будем считать, что
. Мы можем выбрать
ЛНЗ, а все остальные столбцы будем обозначать
. Обозначим
Определение 6. Переменные в называются базисными, а в
-- не базисными.
Определение 7. Решение системы называется базисным, если
, т.е.
.
Определение 8. Базисом базисного решения называется совокупность столбцов , входящих в
.
Определение 9. Базисное решение называется допустимым, если .
Определение 10. Допустимое базисное решение называется невырожденным, если значения базисных переменных , иначе оно вырождено.
Определение 11. называют допустимым базисным решением, если столбцы матрицы
, соответствующие ненулевым координатам вектора
, линейно независимы.
Базис однозначно определяет допустимое базисное решение, обратное неверно.
Теорема 5. Если , то существует допустимое базисное решение.
Теорема 6. Любое допустимое базисное решение является угловой точкой множества и наоборот.
Симплекс метод представляет собой вычислительную процедуру, осуществляющую перебор допустимых базисных решений задачи до нахождения оптимального допустимого решения. При этом на каждой итерации симплекс метода в зависимости от значений некоторых параметров делается один из трех следующих выводов:
1. рассматриваемое ДБР является решением задачи;
2. целевая функция неограниченно возрастает;
3. осуществляется переход к новому допустимому базисному решению с нехудшим значением целевой функции.
Описание одной итерации симплекс метода. Пусть известно некоторое ДБР. .
образуют базис точки
. Будем рассматривать матрицу
базисных столбцов и соответствующие
, введенные по аналогии.
т.к.
Для имеем
.
Задача переписывается в следующем виде:
Пусть .
Всю информацию о коэффициентах принято записывать в виде симплекс таблицы.
Как меняются переменные? Рассмотрим .
. Мы хотим выбрать номер небазисной переменной
и ее значение
так, чтобы точки, получающиеся по этим формулам, удовлетворяли всем ограничениям задачи и при этом
. Возможны три случая:
1) . Покажем, что в этом случае точка
-- решение. Рассмотрим
.
Это неравенство следует из неотрицательности .
т.е. -- решение.
2) . Тогда задача не имеет решения.
Рассмотрим .
(т.к. мы пользовались формулами перехода), т.е.
.
.
3) . Можем перейти к новому ДБР с нехудшим значением целевой функции.
Пусть достигается на
. Построим новую точку
по формулам пересчета.
.
.
.
Теорема 7. Точка является допустимым базисным решением, базисом будут столбцы
и
.
18. Неоднозначность терминологии ЛП: понятия матрица и вектор условий задачи ЛП, опорный план и оптимальный план задачи ЛП.
Основные понятия и обозначения. Пусть m и n два произвольных натуральных числа.Матрицей размера m на n (записывается так )называется совокупность mn вещественных (комплексных) чисел или элементов другой структуры (многочлены, функции и т.д.), записанных в виде прямоугольной таблицы, которая состоит из m строк и n столбцов и взятая в круглые или прямоугольные или в двойные прямые скобки. При этом сами числа называются элементами матрицы и каждому элементу ставится в соответствие два числа -номер строки и номер столбца.
Для обозначения матрицы используются прописные латинские буквы, при этом саму матрицу заключают в круглые или прямоугольные или в двойные прямые скобки. Элементы матрицы обозначают строчными латинскими буквами, снабженными двумя индексами: - элемент матрицы, расположенный в i-й строке и j-м столбце или коротко элемент в позиции (i,j). В общем виде матрица размера m на n может быть записана следующим образом
Приведём некоторые обозначения, которыми будем пользоваться в дальнейшем:
- множество всех матриц размера m на n;
- матрица A с элементами
в позиции (i,j);
- матрица размера m на n.
Элементы , где i=j, называются диагональными, а элементы
, где
- внедиагональными. Совокупность диагональных элементов
, где k = min (m,n), называется главной диагональю матрицы.
Матрица, все элементы которой равны нулю, называется нулевой матрицей и обозначается символом O.
Заметим, что для каждого размера существует своя нулевая матрица.
Матрица размера n на n называется квадратной матрицей n-го порядка, т.е. число строк равно числу столбцов.
Квадратная матрица называется диагональной, если все ее внедиагональные элементы равны нулю.
Диагональная матрица, у которой все диагональные элементы равны 1, называется единичной матрицей и обозначается символом I или E.
Матрица размера называется матрицей-строкой или вектор-строкой. Матрица размера
называется матрицей столбцом или вектор-столбцом.