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第三章對(duì)偶原理3.1LP的對(duì)偶關(guān)系DUAL3.1.1問(wèn)題的提出例1:某工廠擁有A、B、C三個(gè)車(chē)間,生產(chǎn)甲、乙兩種產(chǎn)品。每件產(chǎn)品在生產(chǎn)中需要占用生產(chǎn)能力時(shí)數(shù),每件產(chǎn)品可以獲得的利潤(rùn)以及三個(gè)車(chē)間可利用的時(shí)數(shù)如下表所示:
產(chǎn)品甲x1產(chǎn)品乙x2
生產(chǎn)能力(工時(shí)/天)A108B0212C3436利潤(rùn)(百元/件)35
目標(biāo)函數(shù)Maxz=3x1+5x2
約束條件x1
8s.t.
2x2
123x1+2x2
36
x1,x2
0
設(shè)有,y1,y2,y3
分別為出售A,B,C工時(shí)所得利潤(rùn)(百元/工時(shí)),w為總盈利額(百元)對(duì)偶的定義線性規(guī)劃問(wèn)題在形式上,可以形成一對(duì)對(duì)稱問(wèn)題,對(duì)任何線性規(guī)劃求最大值問(wèn)題,都有一個(gè)與之對(duì)稱的求最小值問(wèn)題,這兩個(gè)有關(guān)的約束條件的系數(shù)矩陣,具有相同的數(shù)據(jù),僅形式互為轉(zhuǎn)置,并且目標(biāo)函數(shù)與約束右端項(xiàng)互換,其目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值也是彼此相等的,我們把線性規(guī)劃的這個(gè)對(duì)稱問(wèn)題稱為對(duì)偶問(wèn)題。原始問(wèn)題maxz=CTXs.t. AX≤b X≥0對(duì)偶問(wèn)題
minw=bTYs.t.ATY≥C Y≥0
≤maxbACTCATbT≥minmnmn原始問(wèn)題Primalproblem對(duì)偶問(wèn)題DualproblemP1D13.1.2
對(duì)偶關(guān)系關(guān)系1規(guī)范對(duì)偶關(guān)系對(duì)稱對(duì)偶關(guān)系2標(biāo)準(zhǔn)性LP問(wèn)題的對(duì)偶關(guān)系非對(duì)稱對(duì)偶自由Y關(guān)系3一般對(duì)偶關(guān)系原問(wèn)題(或?qū)ε紗?wèn)題)對(duì)偶問(wèn)題(或原問(wèn)題)目標(biāo)函數(shù)MaxZ目標(biāo)函數(shù)MinW約束條件數(shù):m個(gè)第i個(gè)約束條件類型為“≤”第i個(gè)約束條件類型為“≥”第i個(gè)約束條件類型為“=”對(duì)偶變量數(shù):m個(gè)第i個(gè)變量≥0第i個(gè)變量≤0第i個(gè)變量是自由變量決策變量數(shù):n個(gè)第j個(gè)變量≥0第j個(gè)變量≤0第j個(gè)變量是自由變量約束條件數(shù):n第i個(gè)約束條件類型為“≥”第i個(gè)約束條件類型為“≤”第i個(gè)約束條件類型為“=”關(guān)系3一般對(duì)偶關(guān)系minz=CTXs.t. AX≤b X≥0maxw=bTYs.t.ATY≤CY≤0幾種形式的對(duì)偶關(guān)系maxz=CTXs.t. AX≤b X≥0
minw=bTYs.t.ATY≥CY≥0
maxz=CTXs.t. AX=b X≥0
minw=bTYs.t.ATY≥CY:自由求對(duì)偶問(wèn)題例題maxω=7y1+4y2-2y3minZ=3x1+2x2-6x3+x52y1+y2-y3
≤32x1+x2-4x3+x4+3x5
≥7y1+3y3≤2x1+2x3-x4≤
4-4y1+2y2
≤-6-x1+3x2-x4+x5=-2y1-y2-y3
≥
0x1,x2,x3
≥0;3y1+y3=1x4≤
0;x5無(wú)限制y1
≥0y2≤0y3
無(wú)約束
3.2對(duì)偶問(wèn)題的基本性質(zhì)1對(duì)稱性:對(duì)偶問(wèn)題的對(duì)偶問(wèn)題是原問(wèn)題對(duì)偶的對(duì)偶就是原始問(wèn)題
minz’=-CTXs.t.-AX
≥
-b X≥0
maxw`=-bTYs.t.-ATY≤-C Y≥0
minw=bTYs.t.ATY≥C Y≥0maxz=CTXs.t.AX≤b X≥0對(duì)偶的定義對(duì)偶的定義2弱對(duì)偶性:極大化原問(wèn)題的任一可行解的目標(biāo)函數(shù)值,不大于其對(duì)偶問(wèn)題任意可行解的目標(biāo)函數(shù)值3最優(yōu)性:X°、Y°分別為原問(wèn)題與對(duì)偶問(wèn)題的可行解,且CX°=Y°b,則兩者均為最優(yōu)解。P774對(duì)偶定理:LP問(wèn)題的P和D問(wèn)題1)若一個(gè)問(wèn)題有最優(yōu)解,則另一問(wèn)題也有最優(yōu)解,且目標(biāo)函數(shù)值相等。2)原問(wèn)題無(wú)界,對(duì)偶問(wèn)題無(wú)可行解。5兼容性原始問(wèn)題的檢驗(yàn)矢給出對(duì)偶問(wèn)題的一個(gè)基本解6、原始問(wèn)題和對(duì)偶問(wèn)題最優(yōu)解之間的互補(bǔ)松弛關(guān)系minz=CTXs.t.AX≥bX≥0maxy=bTYs.t.ATY≤CY≥0minz=CTXs.t.AX-XS=bX,XS≥0maxy=bTYs.t.ATY+YS=CY,YS≥0XTYS=0YTXS=0對(duì)偶引進(jìn)松弛變量Y,YsX,Xs引進(jìn)松弛變量互補(bǔ)松弛關(guān)系y1yiymym+1ym+jyn+m
x1xjxnxn+1xn+ixn+m
對(duì)偶問(wèn)題的變量對(duì)偶問(wèn)題的松弛變量
原始問(wèn)題的變量原始問(wèn)題的松弛變量xjym+j=0 yixn+i=0 (i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)在一對(duì)變量中,其中一個(gè)大于0,另一個(gè)一定等于0[例4]求解下列LP問(wèn)題,并給出對(duì)偶問(wèn)題的最優(yōu)解MaxZ=x1+2x22x1+2x2≤80x1+2x2≤4x1,x2≥0對(duì)偶問(wèn)題為:Minw=8y1+4y22y1+0y2≥12y1+2y2≥2y1,y2≥0最優(yōu)解為:x1=2,x2=2,x3=0,x4=0
y1=1/2,y2=1/2,
y3=0,y4=0Cj 1 2 0 0 Cb xB b x1 x2 x3 x4
0 x3
0 x4
00 2 0 12 2 1 084y3y4y1y24/2=2/8/2=44/2=2Min20101/2
-100102x3x22101/2-1/220101/2
001/21/2-1-2004201-1x1x2y3y4y1y212y3y4y1y2
4
63.3對(duì)偶的經(jīng)濟(jì)解釋原始問(wèn)題是利潤(rùn)最大化的生產(chǎn)計(jì)劃問(wèn)題單位產(chǎn)品的利潤(rùn)(元/件)產(chǎn)品產(chǎn)量(件)總利潤(rùn)(元)資源限量(噸)單位產(chǎn)品消耗的資源(噸/件)剩余的資源(噸)消耗的資源(噸)W=yb=(y1…ym)b1bm…=b1y1+b2y2+…+bmymbi:
第i種資源的數(shù)量yi:對(duì)偶解bi增加bi,其它資源數(shù)量不變時(shí),目標(biāo)函數(shù)的增量Z=biyi3.3對(duì)偶的經(jīng)濟(jì)解釋
Z
bi=yi對(duì)偶解y:b的單位改變量所引起的目標(biāo)函數(shù)改變量。也為第I種資源的邊際價(jià)值(影子價(jià)格)Zz`=421/2影子價(jià)格越大,說(shuō)明這種資源越是相對(duì)緊缺影子價(jià)格越小,說(shuō)明這種資源相對(duì)不緊缺如果最優(yōu)生產(chǎn)計(jì)劃下某種資源有剩余,這種資源的影子價(jià)格一定等于0用影子價(jià)格與市場(chǎng)價(jià)格相比較,幫助決策是否買(mǎi)入該資源對(duì)偶變量的經(jīng)濟(jì)解釋(影子價(jià)格(ShadowPrice)目標(biāo)函數(shù)Maxz=3x1+5x2
約束條件
x1
+
8s.t.
2x2
123x1+2x2
36
x1,x2
0
目標(biāo)函數(shù)
Maxz=3x1+5x2
約束條件
x1
+x3=8s.t.
2x2
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