整數規划基本介紹:
其實就是在普通線性規划上加了整數這一概念,要求所給的最優解為整數;
在實際生活中應用居多,對於最優解為較小的整數時的規划問題多有針對;
關於標准線性規划下的整數規划問題:
對於部分整數規划問題,是可以用求解標准線性規划的思想進行求解,比如單純形法;
但是懟整數規划的形式有所要求;
【補充】關於幺模矩陣的概念:
其中值得注意的兩點:
1.A的內部所有元素都為整數;
2.A的任何m*m方陣的行列式,值都為+1,-1,也就說明都可以當作基向量;
所以,對於這一類整數規划問題,可以得到重要的結論:
【定理】對於Ax=b,其中A為幺模矩陣,b為整數向量,則所有基本可行解都為整數解(具體證明可以通過矩陣的x=B-1b來進行相關的證明);
但是,對於給出的整數規划問題,往往不會使得A為幺模矩陣,只是一個整數矩陣,如果采用單純形法,也就是會按照之前所說的得到一個最優非整數基本解,而非整數最優基本解;
對於這類整數規划問題,可以尋找det(B)=1的基,這樣可以得到基本可行解為整數向量;
但是注意,如果找到的基不滿足det(B)=1,所得到的基本解是整數向量,但是不可行,也就是x>=0不會滿足;
因此:對於使用單純形法解這一類整數規划問題(A,b都為整數),直接每次挑選det(B)=1的基向量,直接計算,最終必定可以得到最優基本解;
關於非標准線性規划下的整數規划問題:
對於上述的幺模矩陣推論,是在標准型下,也就是Ax=b下得到的;
但是對於非標准形式下,需要完全幺模矩陣的概念;
【完全幺模矩陣】:
就是在幺模矩陣上多加了一條:對於A的任何非零子式(而非m*m),都為+1或者-1;
對於非標准形式下的整數規划問題:
值得注意的是,對於先前討論的標准形式,如果Ax=b形式,如果A不是幺模矩陣,只需要保證基向量的行列式值滿足條件,仍然可以獲得整數最優基本解;
所以對於[A I],如果不是幺模矩陣,也就是A不是完全幺模矩陣,也可以有方法得到整數規划的最優解,也就是符合預期的最優整數基本解;
混合整數規划問題:
關於整數規划,並不可能和上述所說的那樣,有C參數向量全為整數;
對於變量不全為整數的整數規划問題,稱之為混合整數規划問題;
此時,如果采用基於幺模矩陣的單純形法就不再可行;
《最優化導論》介紹了Gomory割平面法;
Gomory割平面法:
該方法旨在不斷地添加約束,來篩選整數解;
從空間上來說,增加約束方程,無非是進一步的限制了點集的范圍,使得關心的點區域逐步縮小,這種添加約束本質也就是添加了“平面”,個人覺得這也是割平面的意義;
對於基本的原理和推導如下所示
例如,對於按照該思想的其中一步,有:
從上述可以看,通過及變量增加了新的參數方程;