具有人工变量的单纯形法计算

如题所述

用单纯形法求解线性规划问题时,需要有一个单位矩阵作为初始基,当约束条件都是“≤”时,约束条件标准化后,其松弛变量均为正数,在约束方程组的系数矩阵中,就形成了一个初始基。但是,实际问题中常常出现“≥”或“=”的约束条件,经标准化后,约束方程组系数不存在单位矩阵,因而没有一个现成的初始基本可行解。为了解决此问题,采用人造基的办法,在约束方程中引入非负的人工变量。这种人工变量与前述松弛变量不同,它没有物理意义,仅是为了求解方程方便而引入,所以解的结果必须使这些变量为零,才能保持改变后的问题与原题等价,否则,说明原题无解。

处理人工变量的方法有-M法和两阶段法。

1.-M法

当线性规划数学模型中含有“≥”或“=”的约束方程时,需在其左端加一非负的人工变量yi,构成单位矩阵。但加入yi后的方程,就与原约束方程不等价,所以必须保证在最后的解中,yi=0才能与原约束方程等价。为此,在目标函数式中,给加入的人工变量yi一个很大的系数,对极大问题,系数用-M表示;对极小问题,系数用M表示(M本身为正值)。只有当yi=0时,才能使-Myi=0,目标函数才达到最优化。yi由于具有很大的系数而得到严格的控制,故这个-M称为“惩罚因子”。

当具有“≥”或“=”的约束方程加入人工变量yi后,即可以yi作为初始基本解,按上述单纯形法计算。

2.两阶段法

两阶段单纯形法就是将线性规划问题分两个阶段求解。

第一阶段是判断原线性规划问题是否有解,并寻求一个初始基本可行解。为此,用人工变量的和代替原来的目标函数,构造一个辅助规划,这个辅助规划具有一个单位矩阵,应用单纯形法,使辅助规划的目标函数最小化。若此辅助规划的最优解使其目标函数等于零,则说明没有一个人工变量在基本变量内取值,从而可得到原问题的一个基本可行解,转向第二阶段。否则,如果最小值为正,那么问题就以不存在可行解而结束。

第二阶段是求原问题的最优解。在第一阶段最后单纯形表的基础上,去掉人工变量,然后以第一阶段求得的最优解作为第一个基本可行解,以原问题的目标函数,继续用单纯形法进行迭代,直到求得最优解为止。

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