Обзор численных методов решения задач лп

Рассмотрим задачу ЛП в канонической форме:

(1)

(2)

(3)

Будем предполагать, что , уравнения системы (2) линейно независимы и система (2) -(3) совместна.

При сделанных предположениях можно выбрать m неизвестных, таких, чтобы определитель, составленный из коэффициентов при неизвестных, не обращался в ноль. Тогда задача (1)-(3) может быть приведена к виду, который называется специальной формой задачи ЛП:

(4)

Одно из допустимых решений этой задачи можно найти, если переменные положить равными нулю. Такое решение называется допустимым базисным решением. Оно имеет вид:

Этому решению соответствует значение целевой функции . Переменные называют базисными, а переменные называют небазисными или свободными. Число возможных базисов в задаче размерности n с m ограничениями не превосходит величину .

Известно, что каждому допустимому базисному решению соответствует вершина многоугольника допустимых решений, и оптимальное решение задачи достигается в одной из вершин многоугольника. Поэтому оптимальное решение задачи ЛП находится среди допустимых базисных решений. Существуют рациональные способы последовательного перебора допустимых базисных решений, которые позволяют рассматривать не все допустимые базисные решения, а их минимальное число. К таким методам относится симплекс-метод.

Алгоритм симплекс-метода для задачи на минимум

Шаг 0 Подготовительный этап. Приводим задачу ЛП к специальной форме (15).

Шаг 1 Составляем симплекс-таблицу, соответствующую специальной форме:

	B		…		…
L			…		…
			…		…
..	..	…………
			…		…
..	..	…………
			…		…

Заметим, что этой таблице соответствует допустимое базисное решение задачи (15). Значение целевой функции на этом решении

Шаг 2 Проверка на оптимальность.

Если среди элементов индексной строки симплекс – таблицы нет ни одного положительного элемента то , оптимальное решение задачи ЛП найдено: .Алгоритм завершает работу.

Шаг 3 Проверка на неразрешимость.

Если среди есть положительный элемент , а в соответствующем столбце нет ни одного положительного элемента , то целевая функция L является неограниченной снизу на допустимом множестве. В этом случае оптимального решения не существует. Алгоритм завершает работу.

Шаг 4 Выбор ведущего столбца q.

Среди элементов выбираем максимальный положительный элемент .Этот столбец объявляем ведущим (разрешающим).

Шаг 5 Выбор ведущей строки p.

Среди положительных элементов столбца находим элемент , для которого выполняется равенство:

Строку p объявляем ведущей (разрешающей). Элемент объявляем ведущим (разрешающим).

Шаг 6 Преобразование симплексной таблицы.

Составляем новую симплекс-таблицу, в которой:

а) вместо базисной переменной записываем , вместо небазисной переменной записываем ;

б) ведущий элемент заменяем на обратную величину ;

в) все элементы ведущего столбца (кроме ) умножаем на ;

г) все элементы ведущей строки (кроме ) умножаем на ;

д) оставшиеся элементы симплексной таблицы преобразуются по следующей схеме «прямоугольника».

Из элемента вычитается произведение трех сомножителей:

первый - соответствующий элемент ведущего столбца;

второй - соответствующий элемент ведущей строки;

третий - обратная величина ведущего элемента .

Преобразуемый элемент и соответствующие ему три сомножителя как раз и являются вершинами «прямоугольника».

Шаг 7 Переход к следующей итерации осуществляется возвратом к шагу 2.