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.