对偶单纯形法

对偶单纯形法对偶单纯形法是利用对偶原理求解原线性规划问题的一种方法 而不是直接求对偶问题的方法

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对偶单纯形法是利用对偶原理求解原线性规划问题的一种方法,而不是直接求对偶问题的方法。前面介绍的单纯形法相对而言称为原始单纯形法。


目录

算法原理:

算法步骤:

例题解析:


算法原理:

用单纯形法求解线性规则问题(LP),是由一个基本可行解迭代到下一个基本可行解,在迭代过程中始终保持解的可行性不变,检验数逐步变为全部为非正的过程,一旦所有检验数非正,则对应的基本可行解就是最优解。当所有检验数为非正时,由对偶理论可知 y^{0}=(c_{B}^{T}B^{-1})^{T} 正是对偶问题(DP)的可行解,因此将原问题(LP)对应于检验数全部非正的基本解称为对偶可行解。


算法步骤:

步骤1:确定初始单纯形表,给出一个初始对偶可行解 x_{0} ;

步骤2:如果 b_{i0}\geq 0,(i=1,...,m) 则 x_{0} 是最优解,停止;否则下一步;

步骤3:若 b_{r0}=min\left \{b_{i0}|b_{i0}< 0 ,i=1,...,m \right \} ,选取 x_{jr} 为离基变量;

步骤4:若 b_{rj}\geq 0 ,则无可行解,停止;否则,按 \frac{b_{0j}}{b_{rs}}=min\left \{ \frac{b_{0j}}{b_{rj}}|b_{rj}< 0 \right \}确定进基变量x_{s}

步骤5:以 b_{rs} 为旋转主元做旋转变换,迭代到新的对偶可行解,转步骤2。


例题解析:

例题:利用对偶单纯形法求解线性规则问题:

\left\{\begin{matrix} min f(x)=4x_{1}+12x_{2}+18x_{3}\\ s.t. x_{1}+3x_{3}\geq 3 \\ 2x_{2}+2x_{3}\geq 5\\x_{1},x_{2},x_{3}\geq 0 \end{matrix}\right.

解:先标准化:

\left\{\begin{matrix} min f(x)=4x_{1}+12x_{2}+18x_{3}\\ s.t. x_{1}+3x_{3}-x_{4}= 3 \\ 2x_{2}+2x_{3}-x_{5}= 5\\x_{1},x_{2},x_{3},x_{4},x_{5}\geq 0 \end{matrix}\right.

这里为了将 B=(p_{4},p_{5}) 作为初始基,对约束条件两边同乘 -1 :

\left\{\begin{matrix} -x_{1}-3x_{3}+x_{4}=-3\\-2x_{2}-2x_{3}+x_{5}=-5 \end{matrix}\right.

c_{B}^{T}BA-C^{T}=(-4,-12,-18,0,0)^{T}

对应的初始单纯形表如下:

x_{1} x_{2} x_{3} x_{4} x_{5}
f 0 -4 -12 -18 0 0
x_{4} -3 -1 0 -3 1 0
x_{5} -5 0 -2 -2 0 1

当前解 x=(0,0,0,-3,-5)^{T} 为非可行解,但是它是对偶可行解

\because min\left \{ -3,-5 \right \}=-5r=2x_{j2}=x_{5} 为离基变量

\frac{b_{0s}}{b_{rs}}=min\left \{ \frac{b_{0j}}{b_{rj}}|b_{rj}< 0 \right \}=min\left \{ \frac{-12}{-2},\frac{-18}{-2} \right \}=6=\frac{b_{02}}{b_{22}}s=2

\therefore 进基变量 x_{s}=x_{2}b_{22}=-2 为主元

经旋转变换后,有:

x_{1} x_{2} x_{3} x_{4} x_{5}
f 30 -4 0 -6 0 -6
x_{4} -3 -1 0 -3 1 0
x_{2} 5/2 0 1 1 0 -1/2

此时 b_{i0}\geq 0,(i=1,...,m) 不成立,仍为不可行解。

\because b_{r0}=min\left \{b_{i0}|b_{i0}< 0 ,i=1,...,m \right \}= min\left \{ -3\right \}=-3x_{4} 为离基变量,r=1

\frac{b_{0s}}{b_{rs}}=min\left \{ \frac{b_{0j}}{b_{rj}}|b_{rj}< 0 \right \}=min\left \{ \frac{-4}{-1},\frac{-6}{-3} \right \}=2=\frac{b_{03}}{b_{r3}}s=3

\therefore 进基变量 x_{s}=x_{3}b_{13}=-3 为主元

经旋转变换后,有:

x_{1} x_{2} x_{3} x_{4} x_{5}
f 36 -2 0 0 -2 -6
x_{3} 1 1/3 0 1 -1/3 0
x_{2} 3/2 -1/3 1 0 1/3 -1/2

此时 b_{i0}\geq 0,(i=1,...,m) 成立,是可行解,算法终止。

最优解:\bar{x}=(0,\frac{3}{2},1)^{T},最优值 f(\bar{x})=36

(行文中若有纰漏,希望大家指正)

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