Bài giảng Lý thuyết cơ bản về quy hoạch tuyến tính (Phần 2)
BÀI TOÁN ĐỐI NGẪU
CHƯƠNG III
BÀI TOÁN ĐỐI NGẪU
Chương này trình bày trình bày khái niệm đối ngẫu, các quy tắc đối ngẫu và
giải thuật đối ngẫu. Đây là các kiến thức có giá trị trong ứng dụng vì nhờ đó có thể
giải một quy hoạch tuyến tính từ quy hoạch tuyến tính đối ngẫu của nó.
Nội dung chi tiết của chương này bao gồm :
I- KHÁI NIỆM VỀ ĐỐI NGẪU
1- Đối ngẫu của quy hoạch tuyến tính dạng chính tắc
2- Định nghĩa đối ngẫu trong trường hợp tổng quát
3- Các định lý về sự đối ngẫu
a- Định lý 1 ( đối ngẫu yếu )
b- Định lý 2
c- Định lý 3
d- Định lý 4 ( sự đối ngẫu)
e- Định lý 5 (tính bổ sung )
II- GIẢI THUẬT ĐỐI NGẪU
70
BÀI TOÁN ĐỐI NGẪU
CHƯƠNG III
BÀI TOÁN ĐỐI NGẪU
Chương này trình bày trình bày khái niệm đối ngẫu, các quy tắc đối ngẫu và
giải thuật đối ngẫu. Đây là các kiến thức có giá trị trong ứng dụng vì nhờ đó có thể
giải một quy hoạch tuyến tính từ quy hoạch tuyến tính đối ngẫu của nó.
Nội dung chi tiết của chương này bao gồm :
I- KHÁI NIỆM VỀ ĐỐI NGẪU
1- Đối ngẫu của quy hoạch tuyến tính dạng chính tắc
2- Định nghĩa đối ngẫu trong trường hợp tổng quát
3- Các định lý về sự đối ngẫu
a- Định lý 1 ( đối ngẫu yếu )
b- Định lý 2
c- Định lý 3
d- Định lý 4 ( sự đối ngẫu)
e- Định lý 5 (tính bổ sung )
II- GIẢI THUẬT ĐỐI NGẪU
70
BÀI TOÁN ĐỐI NGẪU
CHƯƠNG III
BÀI TOÁN ĐỐI NGẪU
I- KHÁI NIỆM VỀ ĐỐI NGẪU
Đối ngẫu là một khái niệm cơ bản của việc giải bài toán quy hoạch tuyến tính
vì lý thuyết đối ngẫu dẫn đến một kết quả có tầm quan trọng về mặt lý thuyết và cả
mặt thực hành.
1- Đối ngẫu của quy hoạch tuyến tính dạng chính tắc
Xét một bài toán quy hoạch tuyến tính dạng chính tắc
min z(x) = cTx
Ax = b
x ≥ 0
⎧
⎪
⎨
⎪
⎩
Giả sử rằng x* là phương án tối ưu cần tìm của bài toán và x0 là một phương
án của bài toán thì một cận trên của giá trị mục tiêu tối ưu được xác định vì :
cTx* ≤ cTx0
Tuy chưa tìm được phương án tối ưu x* nhưng nếu biết thêm được một cận
dưới của giá trị mục tiêu tối ưu thì ta đã giới hạn được phần nào giá trị mục tiêu tối
ưu. Người ta ước lượng cận dưới này theo cách như sau :
Với mỗi vectơ xT = [x1 x2 ... xn] ≥ 0 thuộc Rn chưa thoả ràng buộc của bài
toán, tức là
b – Ax ≠ 0
người ta nới lỏng bài toán trên thành bài toán nới lỏng :
min L(x,y) = cTx + yT(b - Ax)
x ≥ 0
yT = [ y1 y2 ... ym] tuỳ ý ∈ Rm
Gọi g(y) là giá trị mục tiêu tối ưu của bài toán nới lỏng, ta có :
g(y) = min { cTx + yT(b - Ax) }
(x ≥ 0)
71
BÀI TOÁN ĐỐI NGẪU
≤ cTx + yT(b - Ax)
Trong trường hợp x là phương án của bài toán ban đầu, tức là :
b - Ax = 0
thì
g(y) ≤ cTx
Vậy g(y) là một cận dưới của giá trị mục tiêu bất kỳ nên cũng là cận dưới của
giá trị mục tiêu tối ưu.
Một cách tự nhiên là người ta quan tâm đến bài toán tìm cận dưới lớn nhất, đó
là :
max g(y)
y tuỳ ý ∈ Rm
Bài toán này được gọi là bài toán đối ngẫu của bài toán ban đầu. Trong phần
sau người ta sẽ chứng minh giá trị mục tiêu tối ưu của bài toán đối ngẫu bằng với giá
trị mục tiêu tối ưu của bài toán gốc ban đầu.
Người ta đưa bài toán đối ngẫu về dạng dể sử dụng bằng cách tính như sau :
g(y) = min { cTx+yT(b - Ax) }
= min { cTx + yTb - yTAx }
= min { yTb + (cT - yTA)x }
= yTb + min { (cT - yTA)x }
(x ≥ 0)
(x ≥ 0)
(x ≥ 0)
(x ≥ 0)
Ta thấy :
T
T
⎡
⎢
⎣
0 khi c − y A ≥ 0
T
T
min (c − y A)x =
T
T
(x≥0)
⎢
không xác đinh khi c − y A < 0
Vậy ta nhận được :
g(y) = yTb với cT - yTA ≥ 0
Suy ra bài tóan đối ngẫu có dạng :
max g(y) = yTb
T
T
⎧
⎪
y A ≤ c
⎨
m
⎪
⎩
y ∈ R tùy ý
Hay là :
72
BÀI TOÁN ĐỐI NGẪU
max g(y) = bTy
T
⎧
⎪
A y ≤ c
⎨
m
⎪
⎩
y ∈ R tùy ý
2- Định nghĩa đối ngẫu trong trường hợp quy hoạch tổng quát
Trong trường hợp quy hoạch tuyến tính tổng quát, những quy tắc sau đây được
áp dụng để xây dựng bài toán đối ngẫu :
- Hàm mục tiêu đối ngẫu :
. max ↔ min
- Biến đối ngẫu :
. Mỗi ràng buộc ↔ một biến đối ngẫu
- Chi phí đối ngẫu và giới hạn ràng buộc :
. Chi phí đối ngẫu ↔ giới hạn ràng buộc
- Ma trận ràng buộc đối ngẫu :
. Ma trận chuyển vị
- Chiều của ràng buộc và dấu của biến :
. Ràng buộc trong bài toán max có dấu ≤ thì biến đối ngẫu
trong bài toán min có dấu ≥ 0 ( trái chiều )
. Ràng buộc trong bài toán max có dấu = thì biến đối ngẫu
trong bài toán min có dấu tùy ý.
. Ràng buộc trong bài toán max có dấu ≥ thì biến đối ngẫu
trong bài toán min có dấu ≤ 0 ( trái chiều )
. Biến của bài toán max có dấu ≥ 0 thì ràng buộc đối ngẫu
trong bài toán min có dấu ≥ ( cùng chiều )
. Biến của bài toán max có dấu tùy ý thì ràng buộc đối ngẫu
trong bài toán min có dấu = .
. Biến của bài toán max có dấu ≤ 0 thì ràng buộc trong bài toán
đối ngẫu min có dấu ≤ ( cùng chiều )
Xét các ràng buộc dạng ma trận của một bài toán quy hoạch tuyến tính tổng
quát như sau :
73
BÀI TOÁN ĐỐI NGẪU
x
⎡
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎤
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
1
a
a12 ... a1j ... a1n
⎡
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎤
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
b
⎡
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎤
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
11
1
x2
...
xj
...
...
... ... ... ... ...
=
≤
≥
...
bi
aiT →
ai1 ai2 ... aij ... ain
... ... ... ... ... ...
...
⎢
⎥
⎥
⎦
am1 am2 ... amj ... amn
bm
⎣
⎣
⎦
x
⎢
⎣
⎥
⎦
n
↑ Aj
Ký hiệu :
aiT
là dòng thứ i
Aj là cột thứ j
(i=1,2,...,m)
(j=1,2,...,n)
Khi đó, mối liên hệ giữa hai bài toán đối ngẫu có thể được trình bày như sau :
Ràng buộc / Dấu
z(x) = cTx → min
aiT x = bi
w(y) = yTb → max
yi tự do
aiT x ≤ bi
aiT x ≥ bi
xj ≥ 0
xj ≤ 0
Cùng chiều
Trái chiều
yi ≤ 0
yi ≥ 0
yTAj ≤ cj
yTAj ≥ cj
yTAj = cj
xj tự do
Ví dụ
a- Hai bài toán sau đây là đối ngẫu :
max z(x) = 30x1 + 10x2
2x + x ≤ 4
⎧
1
2
(P)
⎨
2x1 + 2x2 ≤ 6
⎩
x1 , x2 ≥ 0
min w(y) = 4y1 + 6y2
2y + 2y ≥ 30
⎧
⎨
⎩
1
2
(D)
y1 + 2y2 ≥ 10
y1 , y2 ≥ 0
b- Hai bài toán sau đây là đối ngẫu :
74
BÀI TOÁN ĐỐI NGẪU
min w(x) = x1 − x2 + x3 + 2x4
x + 2x − x + 5x ≤ 6
⎧
⎪
1
2
3
4
2x − 3x + 3x − 4x ≥ 7
⎪
1
2
3
4
(D)
⎨
3x1 − 2x2 + 5x3 = 9
⎪
⎪
7x1 + x3 − 2x4 ≥ 5
⎩
x1 , x2 ≥ 0, x3 tuy y , x4 ≤ 0
max z(y) = 6y1 + 7y2 + 9y3 + 5y4
y + 2y + 3y + 7y ≤ 1
⎧
⎪
1
2
3
4
2y − 3y − 2y ≤ −1
⎪
1
2
3
(P)
⎨
- y1 + 3y2 + 5y3 + y4 = 1
⎪
⎪
5y1 − 4y2 − 2y4 ≥ 2
⎩
y1 ≤ 0, y2 ≥ 0, y3 tuy y, y4 ≥ 0
Ðối với cặp bài toán đối ngẫu (P) và (D) chỉ xảy ra một trong ba trường hợp
sau :
- Cả hai bài toán đều không có phương án tối ưu .
- Cả hai bài toán đều có phương án, lúc đó chúng đều có phương án tối ưu và
giá trị hàm mục tiêu đối với hai phương án tối ưu là bằng nhau.
- Một trong hai bài toán không có phương án, còn bài toán kia thì có phương
án, khi đó bài toán có phương án không có phương án tối ưu.
3- Các định lý về sự đối ngẫu
a- Định lý 1 ( đối ngẫu yếu )
Xét hai bài toán đối ngẫu :
T
T
⎧
min w(y) = b y
⎧
max z(x) = c x
⎪
⎪
⎪
⎪
(D) ATy ≥ c
(P) Ax = b
⎨
⎨
⎪
⎪
x ≥ 0
y tùy ý
⎪
⎪
⎩
⎩
Nếu x là phương án của bài toán (P)
y là phương án của bài toán (D)
thì z(x) ≤ w(y)
nghĩa là giá trị hàm mục tiêu của bài toán max không vượt quá giá trị hàm mục tiêu
của bài toán đối ngẫu min trên các phương án bất kỳ của mỗi bài toán .
Chứng minh
75
BÀI TOÁN ĐỐI NGẪU
x là phương án của (P) nên : Ax = b
yT Ax = yT b = bT y = w(y)
y là phương án của (D) nên : AT y ≥ c
⇒
⇒
⇒
yT A ≥ cT
yT Ax ≥ cT x = z(x)
Vậy z(x) ≤ w(y)
Định lý này được phát biểu và chứng minh cho hai bài toán đối ngẫu trong
trường hợp tổng quát .
b- Định lý 2
Xét hai bài toán đối ngẫu :
T
T
⎧
min w(y) = b y
⎧
max z(x) = c x
⎪
⎪
⎪
⎪
(D) ATy ≥ c
(P) Ax = b
⎨
⎨
⎪
⎪
x ≥ 0
y tùy ý
⎪
⎪
⎩
⎩
x là phương án khả thi của bài toán (P)
y là phương án khả thi của bài toán (D)
Nếu z(x) = w(y) thì x, y lần lượt là phương án tối ưu tương ứng của (P và
(D).
Chúng minh
- Nếu x không là phương án tối ưu của bài toán (P) thì tồn tại một phương án
x sao cho :
z(x) < z(x)
⇒
w(y) < z(x) : điều này mâu thuẩn với định lý 1.
- Nếu không là phương án tối ưu của bài toán (D) thì tồn tại một phương án
y
y sao cho :
w(y) < w(y)
⇒
w(y) < z(x) : điều này mâu thuẩn với định lý 1.
Vậy
x
và lần lượt là phương án tối ưu của (P) và (D).
y
76
BÀI TOÁN ĐỐI NGẪU
c- Định lý 3
Xét hai bài toán đối ngẫu :
T
T
⎧
min w(y) = b y
⎧
max z(x) = c x
⎪
⎪
⎪
⎪
(D) ATy ≥ c
(P) Ax = b
⎨
⎨
⎪
⎪
x ≥ 0
y tùy ý
⎪
⎪
⎩
⎩
Nếu x* là phương án tối ưu của bài toán (P) đối với cơ sở B thì phương án tối
ưu y* của bài toán (D) được tính bởi công thức :
T
(
y *
)
= cBTB−1
Chứng minh
Do x* là phương án tối ưu của (P) với cơ sở B nên thoả dấu hiệu tối ưu
cT − cBT.B−1A ≤ 0
cBT.B−1A ≥ cT
⇒
(
y *
)
T A ≥ cT
⇒
⇒
y* là một phương án của (D)
Mặt khác x* được tính bởi công thức :
*
−1
⎡
⎢
⎤
⎥
xB = B b
*
x =
*
⎢
⎥
xN = 0
⎣
⎦
và giá trị mục tiêu tối ưu của (P) là :
cT x*
T
z(x*) = c x* =
B
B
Ta có :
w(y* ) = bT y* = bT (cBTB−1 )T = (cBTB−1 )b
= cBT (B-1b) = cBT xB* = cBT xB* = z(x* )
Theo định lý 2 thì y* là phương án tối ưu của (D).
Định lý này cho phép tìm phương án tối ưu của bài toán quy hoạch tuyến tính
đối ngẫu từ bài toán gốc. Trong đó :
cT
-
được xác định trong bảng đơn hình tối ưu của (P).
B
- B-1 gồm m cột tương ứng với m cột của ma trận cơ sở ban đầu lấy từ
bảng đơn hình tối ưu của bài toán gốc.
77
BÀI TOÁN ĐỐI NGẪU
d- Định lý 4 ( sự đối ngẫu)
Xét hai bài toán đối ngẫu
T
T
⎧
min w(y) = b y
⎧
max z(x) = c x
⎪
⎪
⎪
⎪
(D) ATy ≥ c
(P) Ax = b
⎨
⎨
⎪
⎪
x ≥ 0
y tùy ý
⎪
⎪
⎩
⎩
- Nếu (P) và (D) đều có phương án khả thi thì chúng có phương án tối ưu và
giá trị của hàm mục tiêu tương ứng là bằng nhau.
- Nếu một trong hai bài toán có phương án tối ưu không giới nội thì bài toán
còn lại không có phương án khả thi.
Chứng minh
- Đây là kết quả của định lý 3 .
- Giả sử rằng phương án tối ưu của (D) không giới nội, tức là tồn tại một
phương án khả thi y của (D) sao cho w(y)= bTy nhỏ tuỳ ý. Điều này cũng có nghĩa là :
với mọi M>0 lớn tuỳ ý luôn tìm được một phương án khả thi ycủa (D) sao cho :
bT y ≤ − M
Nếu (P) có phương án khả thi là x thì theo định lý 1 ta có :
z(x) = cT x ≤ w(y) = bT y < − M
Điều này dẫn đến mâu thuẩn
e- Định lý 5 (tính bổ sung )
Xét hai bài toán đối ngẫu
T
T
⎧
min w(y) = b y
⎧
max z(x) = c x
⎪
⎪
⎪
⎪
(D) ATy ≥ c
(P) Ax = b
⎨
⎨
⎪
⎪
x ≥ 0
y tùy ý
⎪
⎪
⎩
⎩
x , y là phương án khả thi tương ứng của (P) và (D).
Điều kiện cần và đủ để x , y cũng là phương án tối ưu là :
xT (AT y − cT ) = 0
Chứng minh
- Do x là phương án khả thi của (P) nên :
78
BÀI TOÁN ĐỐI NGẪU
Ax = b
⇒
(Ax)T = bT
xT AT = bT
⇒
⇒
xT AT y = bT y
xT AT y − xTc = bT y - cT x
xT (AT y − c) = bT y - cT x
⇒
⇒
( xTc = cT x)
(*)
- Theo kết quả (*) :
. Nếu x , y là phương án tối ưu của (P) và (D) thì theo định lý 4
cT x = bT y
⇒ cT x − bT y = 0
⇒ xT (AT y − c) = 0
. Nếu xT (AT y − c) = 0 ⇒ bT y − cT x = 0 ⇒ bT y = cT x
Theo định lý 2 thì x , y là phương án tối ưu .
II- GIẢI THUẬT ĐỐI NGẪU
Xét hai bài toán đối ngẫu :
max z(x) = cT x
min w(y) = bT y
T
(P)
và (D)
Ax = b
x ≥ 0
⎧
⎧
⎨
⎩
A y ≥ c
⎨
y tuy y
⎩
Chúng ta sẽ xét xem giải thuật đơn hình cơ bản đã biết trong chương trước
được áp dụng như thế nào đối với bài toán đối ngẫu.
Giả sử rằng B là một cơ sở của bài toán (P) thoả :
y = cBTB−1
NT y ≥ cN
và
Nếu B cũng là một cơ sở khả thi của bài toán gốc, tức là
−1
⎡
⎢
⎤
⎥
xB = B b = b ≥ 0
x =
, thì (theo định lý đối ngẫu) y, x lần lượt là phương án tối
x = 0
⎢
⎥
⎣
N
⎦
x
⎡
⎤
B
ưu của bài toán đối ngẫu và bài toán gốc. Nếu không thì x =
không là phương
⎢
⎣
⎥
⎦
xN
án của bài toán gốc vì xB = b = B−1b không thể ≥ 0.
Để tiện việc trình bày ta xét (m=3 , n=5) :
79
BÀI TOÁN ĐỐI NGẪU
max z(x) = c1x1 + c2x2 + c3x3 + c4 x4 + c5x5
a x + a x + a x + a x + a x = b
⎧
11
1
12
2
13
3
14
4
15
5
1
⎪
(P)
a x + a x + a x + a x + a x = b
⎨
21
1
22
2
23
3
24
4
25
5
2
⎪
a31x1 + a32x2 + a33x3 + a34 x4 + a35x5 = b3
⎩
x1 , x2 , x3 , x4 , x5 ≥ 0
Các dữ liệu của (P) đuợc trình bày trong bảng sau :
x1
c1
x2
c2
x3
c3
x4
c4
x5
c5
a11
a21
a31
a12
a22
a32
a13
a23
a33
a14
a24
a34
a15
a25
a35
b1
b2
b3
và bài toán đối ngẫu
min w(y) = b1y1 + b2y2 + b3y3
a y + a y + a y ≥ c
⎧
⎪
⎪
11
1
21
2
31
3
1
a12y1 + a22y2 + a32y3 ≥ c2
a y + a y + a y ≥ c
⎪
⎪
⎨
(D)
13
1
23
2
33
3
3
⎪
⎪
⎪
a y + a y + a y ≥ c
14
1
24
2
34
4
4
⎪
a15y1 + a25y2 + a35y3 ≥ c5
⎩
y1 , y2 , y3 tuy y
Người ta đưa (D) về dạng chính tắc bằng cách thêm các biến phụ y4 y5, y6, y7,
y8 ≥ 0. Chúng không ảnh hưởng đến hàm mục tiêu.
min w(y) = b1y1 + b2y2 + b3y3 + 0.y4 + 0.y5 + 0.y6 + 0.y7 + 0.y8
a y + a y + a y − y = c
⎧
⎪
⎪
11
1
21
2
31
3
4
1
a12y1 + a22y2 + a32y3 − y5 = c2
a y + a y + a y − y = c
⎪
⎪
⎨
13
1
23
2
33
3
6
3
⎪
⎪
⎪
a y + a y + a y − y = c
14
1
24
2
34
4
7
4
⎪
a15y1 + a25y2 + a35y3 − y8 = c5
⎩
y1 , y2 , y3 tuy y - y4 , y5 , y6 , y7 , y8 ≥ 0
Các dữ liệu của (D) được trình bày trong bảng sau :
80
BÀI TOÁN ĐỐI NGẪU
y1
b1
y2
b2
y3
b3
y4
0
y5
0
y6
0
y7
0
y8
0
a11
a12
a13
a14
a15
a21
a22
a23
a24
a25
a31
a32
a33
a34
a35
-1
0
0
0
0
0
-1
0
0
0
0
0
-1
0
0
0
0
-1
0
0
0
0
0
-1
c1
c2
c3
c4
c5
0
Giả sử rằng m cột đầu tiên của A là một cơ sở B của (P) thì hai bảng trên được
trình bày rút gọn như sau :
xBT xNT
cBT cNT
B
N
b
Bảng (P)
yT
bT
y4....y8
0
BT
NT
-Im
0
0
-In-m
cB
cN
Bảng (D)
Để đưa bài toán đối ngẫu về dạng chuẩn người ta nhân (bên trái) bảng (D) với
bảng sau đây :
T
B−1
)
0
B−1N T
)
-In-m
Khi đó người ta được bảng kết quả có dạng :
81
BÀI TOÁN ĐỐI NGẪU
m
yT
m
n-m
y7y8
y4y5y6
b = B−1b
0
0
T
T
m
Im
0
0
−
(
B−1
)
cBTB−1
)
T
B−1N T
cNT − cBTB−1N
n-m
In-m
− cN = −
)
−
(
N T
)
= −
)
Bảng này cho ta một quy hoạch tuyến tính dạng chuẩn với ma trận đơn vị (cơ
sở) tương ứng với các cột y1 y2 y3 y7 y8 .
Áp dụng giải thuật đơn hình cơ bản vào kết quả này cho ta quy tắc đổi cơ sở
như sau :
Tính : b = B−1b ≥ 0
a- Nếu b ≥ 0 thì giải thuật kết thúc, khi đó :
y = cBTB−1
là phương án tối ưu của bài toán đối ngẫu .
x
⎡ ⎤
⎡
⎤
b
B
x =
=
là phương án tối ưu của bài toán gốc .
⎢ ⎥
⎢
⎣
⎥
⎦
xN
0
⎣ ⎦
b- Nếu tồn tại r sao cho br ∈ b , br < 0 thì xảy ra một trong hai trường hợp
- Nếu trong dòng r của N có thành phần < 0 thì người ta tính :
sau :
⎧
⎨
⎩
⎫
⎬
⎭
cs
cj
= min
Nrs
Nrj
∀j:Nij < 0
Như vậy : đối với bài toán đối ngẫu thì biến yr đi vào cơ sở và biến ys ra khỏi
cơ sở, trong khi đó đối với bài toán gốc thì biến xs đi vào cơ sở và biến xr ra khỏi cơ
sở.
- Nếu mọi thành phần trong dòng r của
N đều > 0 thì phương án
tối ưu của bài toán đối ngẫu là không giới nội, điều này (theo định lý đối ngẫu) dẫn
đến bài toán gốc không có phương án.
Ví dụ : Xét bài toán
82
BÀI TOÁN ĐỐI NGẪU
min w(x) = x1 − x3
x − 2x + x = 1
⎧
⎨
⎩
1
2
3
(D)
x1 + 3x2 + x4 = 2
xj ≥ 0 (j = 1,2,3,4)
Bài toán đối ngẫu của (D) là :
max z(y) = y1 + 2y2
y + y ≤ 1
⎧
1
2
⎪
⎪
⎨
(P)
− 2y + 3y ≤ 0
1
2
y1 ≤ −1
⎪
⎪
⎩
y2 ≤ 0
y1, y2 là tùy ý
Ta có thể chọn bài toán (D) hoặc (P) để giải tìm phương án tối ưu bằng phương pháp
đơn hình, từ đó suy ra phương án tối ưu của bài toán còn lại theo kết quả trên. Trong
ví dụ này ta chọn bài toán (D) để giải vì có chứa sẵn ma trận đơn vị.
Giải bài toán (D) bằng phương pháp đơn hình cải tiến ta được :
cB
iB
x3
1
x1
1
x2
-2
x4
0
b0
1
0
0
-1
0
3
4
1
3
0
1
2
cT
c0T
1
2
0
-1
0
0
0
w(x0)
-2
-1
cB
iB
x3
x1
x2
x4
b1
7
3
1
1
5
3
1
3
1
8
2
3
1
3
0
2
-1
0
3
2
0
1
2
1
0
0
0
-1
0
3
w(x1)
cT
c1T
7
3
−
3
3
Giải thuật dừng vì thoả dấu hiệu tối ưu của bài toán min.
Phương án tối ưu của bài toán (D) là :
2
3
7
3
⎧
x1 = 0 x2 =
x3 =
x4 = 0
⎪
⎪
⎨
⎪
7
3
1
w(x) = w(x ) = −
⎪
⎩
83
BÀI TOÁN ĐỐI NGẪU
Suy ra phương án tối ưu của (P) là :
⎧
⎪
2
3
1
⎡
⎤
⎥
⎥
⎥
⎦
1
⎢
⎢
⎢
⎣
2
3
⎡
⎤
yT =
[
y1 y2
]
= cBTB−1
=
[
− 1 0
]
= − 1 −
⎪
⎢
⎥
⎣
⎦
⎪
⎪
0
3
⎨
⎪
⎪
⎪
− 1
⎡
⎢
⎤
7
3
z(y) = bT y =
[
1 2
]
= −
2
3
⎥
−
⎢
⎣
⎥
⎦
⎪
⎩
84
BÀI TOÁN ĐỐI NGẪU
CÂU HỎI CHƯƠNG 3
1- Bạn hiểu như thế nào về khái niệm đối ngẫu ?
2- Quy hoạch tuyến tính đối ngẫu của một quy hoach tuyến tính chính tắc có dạng như
thế nào ?
3- Bạn hãy nêu ra các quy tắc đối ngẫu. Cho ví dụ .
4- Giá trị hàm mục tiêu của hai quy hoạch tuyến tính đối ngẫu thì như thế nào ? .
Chứng minh
85
BÀI TOÁN ĐỐI NGẪU
BÀI TẬP CHƯƠNG 3
1- Xét bài toán quy hoạch tuyến tính
max z = 7x1 + 5x2
2x1 + 3x2 ≤ 19
(P)
2x1 + x2 ≤ 13
3x2 ≤ 15
3x1 ≤ 18
x1 , x2 ≥ 0
a- Tìm bài toán đối ngẫu (D) từ bài toán (P)
b- Tìm phương án tối ưu cho bài toán (P)
c- Từ bảng đơn hình tối ưu của (P). Hãy tìm phương án tối ưu cho bài toán (D)
2- Xét bài toán quy hoạch tuyến tính
min w= x1 + x2
x1 - 2x3 + x4 = 2
(D)
x2 - x3 + 2x4 = 1
x3 - x4 + x5 = 5
xi ≥ 0, ∀i = 1→5
a- Tìm bài toán đối ngẫu của bài toán (D)
b- Tìm phương án tối ưu của bài toán (D)
c- Từ bảng đơn hình tối ưu của bài toán (D). Hãy tìm phương án tối ưu cho bài
toán đối ngẫu ở câu a.
3- Xét bài toán quy hoạch tuyến tính
min w = -2x1 - x4
x1 + x2 + 5x3 = 20
(D)
x2 + 2x4 ≥ 5
x1 + x2 - x3 ≥ 8
xi tùy ý (i=1→ 4)
Tìm bài toán đối ngẫu (P) của bài toán (D). Từ bài toán (P) hãy chỉ ra rằng (P)
không tồn tại phương án tối ưu do đó (D) cũng tồn tại phương án tối ưu.
4- Cho bài toán quy hoạch tuyến tính
86
BÀI TOÁN ĐỐI NGẪU
max z = 2x1 + 4x2 + x3 + x4
x + 3x + x ≤ 1
⎧
⎪
1
2
4
⎪
− 5x2 − 2x4 ≤ 3
(D)
⎪
⎨
⎪
⎪
4x + 4x + x ≤ 3
2
3
4
⎪xj ≥ 0 (j = 1 → 4)
⎩
1- Tìm bài toán đối ngẫu của bài toán đã cho.
2- Giải bài toán đã cho rồi suy ra kết quả của bài toán đối ngẫu.
5- Cho bài toán quy hoạch tuyến tính
max z = 27x1 + 50x2 + 18x3
x + 2x + x ≤ 2
⎧
⎪
1
2
3
⎪
⎪
(D)
− 2x1 + x2 − 2x3 ≤ 4
x + 2x − 4x ≤ −2
⎨
⎪
⎪
1
2
3
⎪
⎩
x1, x2 tuú ý, x3 ≤ 0
a- Tìm bài toán đối ngẫu của bài toán đã cho.
b- Giải bài toán đối ngẫu rồi suy ra kết quả của bài toán đã cho.
87
ỨNG DỤNG QUY HOẠCH TUYẾN TÍNH
CHƯƠNG IV
ỨNG DỤNG QUY HOẠCH TUYẾN TÍNH
Chương này trình bày các bài toán để thấy khả năng ứng dụng rộng rãi của
quy hoạch tuyến tính. Bài toán trò chơi được trình bày một cách chi tiết, các bày toán
còn lại chỉ trình bày mô hình. Việc giải các bài toán này được nghiên cứu thêm trong
các môn tiếp theo.
Nội dung chi tiết của chương này bao gồm :
I- MỞ ĐẦU
II- BÀI TOÁN TRÒ CHƠI
1- Trò chơi có nghiệm ổn định
2- Trò chơi không có nghiệm ổn định
III- BÀI TOÁN VẬN TẢI
1- Mở đầu
2- Các khái niệm cơ bản
3- Bài toán vận tải cân bằng thu phát
4- Các bài toán được đưa về bài toán vận tải
IV- BÀI TOÁN DÒNG TRÊN MẠNG
1- Mở đầu
2- Phát biểu bài toán dòng trên mạng
V- QUY HOẠCH NGUYÊN
1- Mở đầu
2- Bài toán quy hoạch nguyên trong thực tế
CHƯƠNG IV
88
Tải về để xem bản đầy đủ
69 trang
28600
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Lý thuyết cơ bản về quy hoạch tuyến tính (Phần 2)", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_ly_thuyet_co_ban_ve_quy_hoach_tuyen_tinh_phan_2.pdf
