Реферат: Решение задач линейной оптимизации симплекс – методом
Реферат: Решение задач линейной оптимизации симплекс – методом
Министерство образования РФ и РТ.
Казанский Государственный Университет им. А.Н. Туполева.
_______________________________________________
Курсовая работа по дисциплине
«Численные методы оптимизации»
Решение задач линейной оптимизации симплекс – методом.
Выполнил: ст.гр.4408 Калинкин А.А.
Проверил: Мурга О.К.
г. Казань 2001г.
Содержание
1. Постановка задачи 1.1. Физическая постановка задачи 1.2. Математическая постановка задачи 2. Приведение задачи к канонической форме 3. Нахождение начального опорного плана с помощью L-задачи 3.1. Постановка L-задачи 3.2. Решение L-задачи 3.3. Формирование начального опорного плана исходной задачи линейного программирования из оптимального плана L-задачи 4. Решение исходной задачи I алгоритмом симплекс-метода 5. Формирование М-задачи 6. Решение М-задачи вторым алгоритмом симплекс-метода 7. Формирование двойственной задачи 8. Формирование оптимального решения двойственной задачи на основе теоремы о двойственности 9. Анализ результатов и выводы |
1. Постановка задачи
1.1. Физическая (техническая) постановка задачи
Нефтеперерабатывающий завод получает четыре полуфабриката:
- 400 тыс. л. алкилата;
- 250 тыс. л. крекинг-бензина;
- 350 тыс. л. бензина прямой перегонки;
- 250 тыс. л. изопентона;
В результате смешивания этих четырёх компонентов в разных пропорциях образуются три сорта авиационного бензина:
- Бензин А – 2 : 3 : 5 : 2 ;
- Бензин В – 3 : 1 : 2 : 1 ;
- Бензин С – 2 : 2 : 1 : 3 ;
Стоимость 1 тыс.л. указанных сортов бензина:
- Бензин А – 120 руб.
- Бензин Б – 100 руб.
- Бензин С – 150 руб.
Необходимо определить план смешения компонентов, при котором будет достигнута максимальная стоимость все продукции. При следующих условиях:
- Бензина каждого сорта должно быть произведено не менее 300 тыс..л.
- Неиспользованного крекинг бензина должно остаться не более 50 тыс.л.
Сводная таблица условий задачи:
Компоненты, используемые для производства трёх видов бензина. | Сорта производимого бензина |
Объем ресурсов (тыс. л) |
||
А | В | С | ||
Алкилат |
400 | |||
Крекинг-бензин |
250 | |||
Бензин прямой перегонки | 300 | |||
Изопентат | 250 | |||
Цена бензина (рублей за 1 тыс.л.) | 120 | 100 | 150 |
1.2. Математическая постановка задачи
Исходя из условий задачи, необходимо максимизировать следующую целевую функцию:
(1.2.1)
при ограничениях
(1.2.2)
, где
В этих выражениях:
- объемы бензина А-го, В-го и С-го сорта соответственно.
Тогда
объёмная доля первой компоненты (алкилата) в бензине А.
объёмная доля первой компоненты (алкилата) в бензине В.
объёмная доля первой компоненты (алкилата) в бензине С.
и т.д.
Целевая функция выражает стоимость всей продукции в зависимости от объема производимого бензина каждого сорта. Таким образом, для получения максимальной стоимости продукции необходимо максимизировать целевую функцию (1.2.1) с соблюдением всех условий задачи, которые накладывают ограничения (1.2.2) на .
2. Приведение задачи к канонической форме
Задача линейного программирования записана в канонической форме, если она формулируется следующим образом.
Требуется найти вектор , доставляющий максимум линейной форме
(2.1)
при условиях
(2.2)
(2.3)
где
Перепишем исходную задачу (1.2.1) - (1.2.2):
(2.4)
при ограничениях
(2.5)
, где (2.6)
В канонической форме задачи линейного программирования необходимо, чтобы все компоненты искомого вектора Х были неотрицательными, а все остальные ограничения записывались в виде уравнений. Т.е. в задаче обязательно будут присутствовать условия вида (2.3) и 8 уравнений вида (2.2), обусловленных неравенствами (2.5), (2.6).
Число ограничений задачи, приводящих к уравнениям (2.2) можно уменьшить, если перед приведением исходной задачи (2.4) - (2.6) к канонической форме мы преобразуем неравенства (2.6) к виду (2.3). Для этого перенесем свободные члены правых частей неравенств (2.6) в левые части. Таким образом, от старых переменных перейдем к новым переменным, где :
, .
Выразим теперь старые переменные через новые
, (2.7)
и подставим их в линейную форму (2.4) и в неравенства (2.5), (2.6). Получим
, где .
Раскрывая скобки и учитывая, что
(2.8),
можем окончательно записать:
(2.9)
(2.10)
, где (2.11)
Путем несложных преобразований задачу (1.2.1), (1.2.2) свели к задаче (2.9) - (2.11) с меньшим числом ограничений.
Для записи неравенств (2.10) в виде уравнений введем неотрицательные дополнительные переменные , и задача (2.9) - (2.11) запишется в следующей эквивалентной форме:
(2.12)
(2.13)
, где
Задача (2.12), (2.13) имеет каноническую форму.
3. Нахождение начального опорного плана с помощью L-задачи
Начальный опорный план задачи (2.1) - (2.3), записанной в канонической форме, достаточно легко может быть найден с помощью вспомогательной задачи (L-задачи):
(3.1)
(3.2)
(3.3)
Начальный опорный план задачи (3.1) - (3.3) известен. Он состоит из компонент
и имеет единичный базис Б = = E.
Решая вспомогательную задачу первым алгоритмом симплекс-метода (описание алгоритма приводится в п.4), в силу ограниченности линейной формы сверху на множестве своих планов () получим, что процесс решения через конечное число шагов приведет к оптимальному опорному плану вспомогательной задачи.
Пусть - оптимальный опорный план вспомогательной задачи. Тогда является опорным планом исходной задачи. Действительно, все дополнительные переменные . Значит, удовлетворяет условиям исходной задачи, т.е. является некоторым планом задачи (2.12) - (2.13). По построению план является также опорным.
3.1. Постановка L-задачи
Вспомогательная задача для нахождения начального опорного плана задачи (2.12) - (2.13) в канонической форме состоит в следующем.
Требуется обратить в максимум
при условиях
, где .
рассматривая в качестве исходного опорного плана план
Здесь добавление только одной дополнительной переменной (вместо пяти) обусловлено тем, что исходная задача уже содержит четыре единичных вектора условий А4, А5, А6, А7.
3.2. Решение L-задачи
Решение L-задачи будем проводить в соответствии с первым алгоритмом симплекс-метода (описание алгоритма приводится в п.4). Составим таблицу, соответствующую исходному опорному плану (0-й итерации).
Т.к. Б0 = - базис, соответствующий известному опорному плану, является единичной матрицей, то коэффициенты разложения векторов Аj по базису Б0
.
Значение линейной формы и оценки для заполнения (m+1)-й строки таблицы определяются следующими соотношениями:
,
.
Отсюда получим:
;
;
;