運籌學筆記12 大M法


 

 

 

 

引入M,其中M是一個充分大的正數。由此,目標函數也改變為zM.

如此構造的線性規划問題我們記作LPM,稱之為輔助線性規划問題,也即在原來的線性規划問題的基礎上,改造了其等式約束條件,然后有對目標函數施加了懲罰項,Mx4,Mx5。

因為M是充分大的正數,所以即便x4,x5很小,只要x4,x5不等於0,這個懲罰項也也會很大的;一旦大M趨於正無窮,那么Mx4,Mx5一塊就是正無窮了;而前面的各變量及其系數

的組合也是有限的量;根據一個有限的量加上一個無窮大量結果是無窮大量定理;那么目標函數就是趨於無窮大量,怎么還會取得最小值呢?∴大M叫做懲罰項是有道理的,而且

在理想的狀態下,一旦x4,x5取值為零,那么目標函數中就再也沒有懲罰項了,目標函數也就有zM還原為z了,同時約束條件x4,x5也就消失了,因為二者此時為零;

這樣也就實現了有LPM向原線性規划問題的還原。所以大M法,首先引入大M懲罰項,對人為引入的人工變量施加懲罰,最佳的狀態就是把引入的人工變量都懲罰為0,這樣不僅等式約束條件沒被破壞,目標函數也還原為原來的目標函數了。如果做不到這一步,就說明有些約束條件原來就不可能相等。

我們構造輔助線性規划問題后可看到已經有x4,x5系數組成的單位矩陣了,我們把它取作初始可行基。

進而可以寫出典式的等價形式(把基變量和目標函數都用非基變量表示)如下:

進而做出單純形表:

 

有了單純形表,進一步討論三種情形。 

情形1:是否全部的檢驗數都<=0;很顯然此題不是;1肯定是>0的,另外M是充分大的正數所以3M+3,3M+5也都是>=0的。

情形2:正的檢驗數上面沒有正的,才是第二種情況;此題不符合;

顯然是第三種情況了,選定樞軸列->元,然后轉軸。

 

 

上圖得到了輔助線性規划問題的最優解和最優值,但須注意,在輔助線性規划問題中,我們引入了兩個人工變量的值,x4,x5,

也可發現在LPM的最優解中兩個變量都已經為0了。也即是說,輔助線性規划的人工變量都已經被充分大的大M構造的懲罰項懲罰為0了,也就是說又還原為原來初始的線性規划問題了,所以據此我們就可以得到LP,即原來線性規划問題的最優解和最優值。。。

 

 

 

 

可看到上圖中有一個檢驗數是正的,其所在列上面的值都是<=0,所以是第二種情形,所以LPM無下屆。

而之前引入的人工變量x5對應的取值為1,並沒有被懲罰為0;另一個非基變量x6作為非基變量已經被懲罰為0了;

也即,因x5=1,x6=0,故原線性規划問題不可行。

 

 練習:

 


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