Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Розділи 1-3.doc
Скачиваний:
1
Добавлен:
01.05.2025
Размер:
4 Мб
Скачать
☆

1.5.2. Теореми двоїстості. Економічний зміст оптимальних планів пари дз

Теореми двоїстості (подаємо без доведень) вказують на взаємозв’язок між допустимими та оптимальними планами, цільовими функціями та системами обмежень пари ДЗ (1.27)–(1.28) і (1.29)–(1.30).

Сформулюємо спочатку основну нерівність двоїстості: для будь-яких допустимих планів , прямої і двоїстої задач завжди справедлива нерівність або .

Теорема 1.7. Якщо і – допустимі плани пари ДЗ (1.27)–(1.28) і (1.29)–(1.30), для яких виконується рівність , то – оптимальний план задачі (1.27)–(1.28), а – задачі (1.29)–(1.30).

Теорема 1.8. Для того, щоб задачі двоїстої пари мали оптимальні плани, необхідно і досить, щоб кожна з цих задач мала хоча б один допустимий план.

Теорема 1.9. Якщо одна з ДЗ має оптимальний план, то і інша теж має оптимальний план, причому для будь-яких оптимальних планів і виконується рівність .

Якщо ж одна з ДЗ нерозв’язна ( або ), то друга задача не має допустимих планів. Якщо одна з пари взаємно ДЗ не має допустимого плану, то звідси не випливає, що цільова функція другої задачі необмежена.

Для задачі розподілу ресурсів (1.27) – (1.28) теорема 1.3 означає, що максимально можливий прибуток від реалізації продукції співпадає з мінімально можливою вартістю сировини .

Теорема 1.10. Для оптимальності допустимих планів і прямої і двоїстої задач (1.27)–(1.28) і (1.29)–(1.30) необхідно і достатньо, щоб виконувались співвідношення: якщо , то якщо , то де і – оптимальні плани відповідно прямої і ДЗ.

З економічної точки зору розв’язування вихідної задачі дозволяє отримати оптимальний план випуску продукції, а розв’язування двоїстої – оптимальну систему умовних оцінок використаних ресурсів.

Оптимальні плани пари взаємно ДЗ зв’язані не тільки рівністю значень цільових функцій, але й іншими співвідношеннями. Так на основі теореми 1.10 встановлюється зв’язок між обмеженнями і змінними пари взаємно ДЗ. Розглядатимемо вихідну задачу як задачу про розподіл ресурсів, а двоїсту – про визначення умовних оцінок ресурсів. Тоді змінні і обмеження будуть зв’язані наступним чином: якщо за оптимальним планом вихідної задачі деякий і-ий ресурс використовується не повністю, тобто , то його оптимальна оцінка дорівнює нулю ( ); якщо ж затрати на ресурси, які використовуються при виробництві одиниці j-го продукту, перевищують дохід від його реалізації, то він не виробляється, тобто .

Таким чином, можемо стверджувати, що позитивну двоїсту оцінку можуть мати лише ресурси, які повністю використовуються в оптимальному плані; оцінки не повністю використаних ресурсів завжди рівні нулю. Найбільшій величині оцінки відповідає найбільш дефіцитний ресурс, недефіцитному ресурсу відповідає оцінка, рівна нулю. Величина двоїстої оцінки певного ресурсу показує, на скільки зросло б максимальне значення цільової функції, якщо б об’єм даного ресурсу збільшився на одиницю.

1.5.3. Двоїстий см

Як було сказано вище, між вихідною і ДЗ існує відповідність. Виникає питання про існування зв’язку (відповідності) між їхніми розв’язками. Для цього розглянемо метод, який дозволяє отримати розв’язки вихідної і ДЗ. Його будемо називати двоїстим СМ. Розглянемо наступну ЗЛП: знайти найбільше значення функції

(1.31)

при обмеженнях

(1.32)

Тоді двоїстою до неї буде: знайти найменше значення функції

, (1.33)

при обмеженнях

(1.34)

Вихідні дані пари ДЗ можна представити в одній симплексній таблиці, перетворивши самі задачі. Введемо для вихідної задачі змінні так, щоб вона звелася до задачі в канонічній формі. Тоді (1.32) набуде вигляду:

Далі,

(1.35)

Змінні будуть базисними. Для ДЗ введемо змінні так, щоб

(1.36)

Враховуючи вищесказане, прийдемо до наступної таблиці 1.4

Таблиця 1.4

v1

v2

…

vl

0

…

0

F

–x1

–x2

…

–xl

–xl+1

…

–xn

1

u1

y1

a11

a12

…

a1l

a1,l+1

…

a1n

b1

u2

y2

a21

a22

…

a2l

a2,l+1

…

a2n

b2

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

uk

yk

ak1

ak2

…

akl

ak,l+1

…

akn

bk

uk+1

0

ak+1,1

ak+1,2

…

ak+1,l

ak+1,l+1

…

ak+!,n

bk+1

…

…

…

…

…

…

…

…

…

…

um

0

am1

am2

…

aml

am,l+1

…

amn

bm

1

f

–c1

–c2

…

–cl

–cl+1

…

–cn

0

Відомо, що якщо вихідна задача має розв’язок, то його має і двоїста, причому . Розв’язуючи вихідну задачу і маючи відповідність між змінними вихідної і ДЗ: , ми можемо записати її оптимальний розв’язок. Розглянемо конкретний приклад реалізації двоїстого СМ.

Приклад 1.7. Записати ДЗ до задачі: знайти найбільше значення функції при обмеженнях

і знайти її розв’язок двоїстим СМ.

Розв’язок. Використовуючи алгоритм запису пари ДЗ, одержимо наступну ДЗ: знайти найменше значення функції при обмеженнях:

, u3, u4 – вільні змінні.

Вихідні дані пари ДЗ помістимо в симплексну таблицю:

v1

v2

v3

v4

F

–x1

–x2

–x3

–x4

1

u1

y1

–3

1

4

1

1

u2

y2

3

–2

2

–2

–9

u3

0

–2

1

1

3

2

u4

0

–3

2

–3

0

7

1

f

–10

1

42

52

0

Розв’язуючи вихідну задачу, виключаємо 0–рядки, а заодно і вільні змінні для двоїстої. В першому 0-рядку вибираємо будь-який додатний коефіцієнт, наприклад, (1) з другого стовпчика і складаємо відношення

На перетині першого рядка і другого стовпчика лежить розв’язуючий елемент (1). Здійснивши один крок перетворень Жордана-Гаусса, прийдемо до наступної таблиці

v1

u1

v3

v4

F

–x1

–y1

–x3

–x4

1

v2

x2

–3

1

4

1

1

u2

y2

–3

2

10

0

–7

u3

0

1

–1

–3

2

1

u4

0

3

–2

–11

–2

5

1

f

–7

–1

38

51

–1

Оскільки 0-рядки не виключені, то в першому 0-рядку вибираємо додатний елемент (1) і складаємо відношення вільних членів до однойменних за знаком елементів розв’язуючого стовпчика:

Число (1), яке є розв’язуючим елементом, належить до розглядуваного 0-рядка. Після здійснення одного кроку перетворень Жордана-Гаусса , отримаємо

u3

u1

v3

v4

F

0

–y1

–x3

–x4

1

v2

x2

3

–2

–5

7

4

u2

y2

3

–1

1

6

–4

v1

x1

1

–1

–3

2

1

u4

0

–3

1

–2

–8

2

1

f

7

–8

17

65

6

Виписуємо співвідношення для визначення вільної змінної u3, а даний стовпчик виключаємо з таблиці: ,

u1

v3

v4

F

–y1

–x3

–x4

1

v2

x2

–2

–5

7

4

u2

y2

–1

1

6

–4

v1

x1

– 1

–3

2

1

u4

0

1

–2

–8

2

1

f

–8

17

65

6

Оскільки існує єдине відношення , то елемент (1) 0–рядка буде розв’язуючим. Здійснивши один крок перетворень Жордана-Гаусса, отримаємо

u4

v3

v4

F

0

–x3

–x4

1

v2

x2

2

–9

–9

8

u2

y2

1

–1

–2

–2

v1

x1

1

–5

–6

3

u1

y1

1

–2

–8

2

1

f

8

1

1

22

Звідси . Викресливши 0-стовпчик і провівши послідовно один за одним два перетворення Жордана-Гаусса, прийдемо до наступних симплексних таблиць

v3

v4

F

u2

v4

F

–x3

–x4

1

–y2

–x4

1

v2

x2

–9

–9

8

v2

x2

–9

9

26

u2

y2

–1

–2

–2

v3

x3

–1

2

2

v1

x1

–5

–6

3

v1

x1

–5

4

13

u1

y1

–2

–8

2

u1

y1

–2

–4

6

1

f

1

1

22

1

f

1

–1

20

u2

v3

F

–y2

–x3

1

v2

x2

17

v4

x4

1

v1

x1

9

u1

y1

10

1

f

21

З останньої таблиці виписуємо оптимальний розв’язок вихідної задачі: і двоїстої ; ; ; ; ; ; .

Значення вільних змінних u3, u4 ДЗ будуть: