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文档简介
P11.3(1)将下列线性规划模型化成标准形式:
maxz=%1-3X2
一M+2X<5
s.t.<2
X)+3々=10
解:令z'=—z,2=工一%’,入2二%2-芯,代入上面的线性规划,得标准形式
minz'=-x[+x[+3x2-3x;
—Xj+Xj+2%2—2%2+七=5
s“X]-X]+3%2-3X2=10
,x2,x2,x3>0
P14:
1、用图解法求解下列线性规划问题:
minf=-3x]+2x2
2%j+4X2<22
-M+4X2<10
s.t.<2xl-x2<7
Xj-3X2<1
x1>0,x2>0
利用图解法:
OPTIMAL
SOLUIION
OBJ-10.00
X1-4.00
X2-1.00
XI
于是得最优解为(4,1),最优值为70。
P15:2
maxz=6xJ-2x2
2x]+x2>2
2x,-3X>6
s.tA9
0<Xj<6
x2>0
解:利用图解法
X2Constraint:ObiectiveFunction:FeasibleArea:
OPTIMAL
SOLUHON
08J-36.00
X1-6.00
X2-0.00
1.60-
140-
120-
1.00-
0.80
060-
040-
020-
XI
于是最优解为(6,0),最优值为36。
P15.3
minx。=_7%[-2x2
2x,+7X2<21
7X]+2X2<21
X,+x2>1
X)>0,x2>0
解:利用图解法求得
Constraint:ObiectiveFunction:FeasibleArea:
OPTIMAL
SOLUTION
OBJ-21.00
X1-3.00
X2-0.00
有无穷多最优解,都落在一个线段上,该线段的两个端点是:
X⑴=(3,0),/)=(7/3,7/3)
于是全部的最优解可以表示成x⑴与x⑵的凸组合,即
x*-axa}+(l-«)x(2),0<a<1.
最优值都是-21。
P16:
1、解:设均表示第i台机床加工第./类产品的产量,于是可得数学模型
maxf=40(%1)+x2))+28(xl2+x32)+32(^3+x43)+72(xl4+x24)+64(x”+x35)+80(x16+x46)
X1]4-x12+芭34-x144-xi5+xi6<850
x2]+x24<700
s.t.<X32+七5460°
X43+”4900
xj>0,j=1,2,3,4,5,6.
P16:
2、解:设,表示第,食品的采购量,于是可得数学模型
minf=CjXj+c2x2H----1-cnxn
E1a/j>Z>,(z=1,2,••,///)
j=\
Xj>0(7=1,2,--sn).
P18:
9(2)将下列线性规划问题变换成标准形式:
maxz=-211+x2-2x3
-Xj4-x24-x3=4
s-%1+x2-x3<6
王<0,X220,“3无符号限制
解:令M=-芭,工3=E-x;,z=-z,则得
minz=-2x}-x2+2x3-2x3
X+工2+工3一工3二4
X;+工2-%3+工3+f=6
xpx2,x3,x3,r>0
P18:
9(4)将下列线性规划问题变换成标准形式:
min{|x|+|y|+|z|)
x+y<l
2x+z=3
解:此题关键是将目标函数中的绝对值去掉。令
\x\=xr+x",x=xf-xn
\y\=y'+y",y=y-y*
|z|=z'+z”,z=z1-z"
则有
x,x>0“0,x>0
x'=,X=
[0,x<0—x,x<0
y,”o„.0,y>0
y'=<,y-
0,y<0.一y,y<Q
z9z>0I0,z>0
z1=,z”=《
0,z<0—z,z<0
因此v,x”,V,y‘,z',z”都是非负变量。于是原规划可以化成标准形式:
min{x'+x"+y'+y"+z'+z”}
元=1
sr2V——z“=3
P19Ix\,x\,八y\y/\,z\,z\,u>0
13、某养鸡场有一万只鸡,用动物饲料和谷物饲料混合喂养,每天每只鸡平均吃混合饲料
0.5公斤,其中动物饲料占的比例不得少于心。动物饲料每公斤0.2元,谷物饲料每公斤0.16
元。饲料公司每周只保证供应谷物饲料21000公斤。问饲料应怎样混合,才能使每天的总成
本最低?试建立问题的数学模型并求解(图解法)。
解:设养鸡场每天用动物饲料和谷物饲料分别为玉,X2公斤,则问题模型为
minf=0.2^+0.16x2
x}+x2-5000
%1>1000
x2<3000
$>0,x2>0.
用图解法:
Constraint:ObiectiveFunction:FeasibleArea:
5.000.00
OPTIMAL
SOLUTION
0BJ-880.00
4.500.00
X1-2.000.00
X2-X000.00
4.000.00
3.50000
3.00000
2.500.00-
2.000.00-
1.500.00-
1.00000
50000
0.00
求得其最优解为
X]=2000,x2=3000o
P19:14
解:设甲乙厂各处理七、/万立方米/天;总费用z元/天;考虑工厂1与工厂2所在的
两点:
工厂1:
2
<=当二1
5001000
工厂2:
0.8(2—X])+(1.4—%)<2
7001000
0.8X(+x2>1.6
显然:玉《
042,0<x2<1.4
于是建立数学模型为:
minz=1000X1+800x2
%1>1
目标函数
0.8x,+x2>16
0<x,<2,0<x2<1.4
利用图解法,画图
X2Constraint:ObjectiveFunction:FeasibleArea:
OPTIMAL
SOLIHION
OBJ-1,G40.00
X1-1.00
X2-0.80
Q96-
0.80-
0.64
048
求得其最优解为:
x*=(l,0.8)r
最优值为:
Z*=1640.
P37:l
解:线性规划问题
minf=4X]+2x2+x3
2玉+x2+2X3-4
s.t.<3尤1+3X2+£=3
x/0(/=1,2,3)
由第一个约束的3倍减去第二个约束的2倍,得
X
-3X2+43=6
即
33
一尸+与=5(1)
根据上式得到与,再带回第一个约束,整理得
51
』+产=5(2)
由(1)、(2)表示出项,与,带入目标函数,整理得
,713
f----------x
242'
于是整理得基用=(Pi,必)对应的典式为:
713
min/
-2-Tx2
3_3
s.t.—x2+x3=
4-2
51
王+=—
42
X1,%220
根据典式,得基坊的基可行解是
x⑴=(1/2Q3/2)7
同样根据典式,得基可行解x⑴的非基变量X2的检验数是
4=13/4.
由于;l2>。,因此X”)不是最优解。
P37:3
证明:先化成标准形式
minz'=-20X]-10x2-3x3
3xj-3X2+5尤3+x4=50
Xj4-x34-x5=10
s.t.<
X]一九2+4尤3+x6=4
尤/0()=123,4,5,6)
这个显然是可行基8=(〃4,〃5,“6)对应的典式,注意到,
r
22=10>0,p2=(-3,0-l)<0,
因此该线性规划目标值趋于负无穷,原线性规划目标函数趋于正无穷,即没有最优解。证毕。
P46:
1、用单纯形法求解下列线性规划问题:
min/=%)-x2+x3
X]+%2-2X3<2
(1)2xl+x2+x3<3
s.t.<
-Xj+x3<4
x/0(/=1,2,3)
解:先转化成标准形式
minf=$-%+匕
X]+尢2-213+工4=2
2尢]+工2++工5=3
s.t.<
-2+%+工6=4
X7>0(7=1,23,4,5,6)
选(匕,七,4)为初始的基变量组,得单纯形表
X1x2X3x4X5x6
/0-11-1000
X4211-2100
x53211010
x64-101001
/-2-201-100
X2211-2100
x51103-110
x64-101001
/-加-用00-羽如0
x2的於10羽0
X3本013卑0
-卑
x611/300V3如1
最后一个单纯形表的检验数全部mE正,得最£E解为
x*=(0,8/3,l/3)r
最优值为
=-7/3.
minf=3-3x2+x3
(2)[2^+x2-x3=1
x2+3%3+x4=7
x.>0(7=1,23,4)
解:选(F,%)为初始的基变量组,化为典式:
min/=3-3x2+x3
芭+x2/2-x3/2=1/2
s.t.<x2+3X3+X4=7
x.>00=1,2,3,4)
得单纯形表
X1x2x3X4
/303-10
X11-1/20
1
x47013
0
f0-602
20
X211-1
1
X46-204
f-3-500-1/2
x25/2皿10
1A
x33/2-V201
最后一个单纯形表的检验数全部3E正,得最优解为
x*=(0,5/2,3/2,0)7
最优值为
f,=-3.
P63:
1.用两阶段法解下列线性规划问题:
maxx0=%1+5X2+3$
2+2X2+x3=3
2x]—x2=4
Xj>0(/=1,2,3)
解:首先化成标准形式
minx0=f-5x2-3X3
+2X24-x3=3
s.t.<2X1—x2=4
Xj>0(/=1,2,3)
由于上面的规划的系数矩阵中存在一个单位向量P3,因此只需要在添加一个人工变量乙,
构造辅助问题:
minz=x4
x}+2X2+x3=3
一々+%4=4
>0(7=1,23,4)
选当,匕为初始基变量组,化成典式:
minz=4-2玉+x2
$+2尤2+刍=3
2Xj-x2+x4=4
X.>00=1,2,3,4)
于是初始单纯形表为:
X1x2x3X4
zI42-100
X331210
x44-101
Xix2x3x4
Z0000-1
x3105/21
Xi21-V20V2
得辅助问题的最优解,且此时人工变量已经出基,因此得原问题的一个初始可行基(〃3,02)
及其不完全形式的典式(去掉上表中的人工变量列乙及检验数行):
minx0=-x,-5x2-3x3
s.t.<x]~—x2=2
Xj>0(;=1,2,3)
根据约束条件得j,带入目标函数中,得典式:
X]=2+不工2
minx()=-5+2x2
5..
5元2+无3=1
1c
X]---x2-2
Xj>0(/=1,2,3)
由于检验数%=-2<0,因此应用得到原问题的一个最优解
x*=(2,0,1)。
原问题的最优值为
x;=5.
P63:
3.用两阶段法解下列线性规划问题:
minf=22+4x2
2x1-3X2>2
s.乂-Xj+x2>3
X.>0(;=l,2)
解:先转化成标准形式
min/=2x)+4x2
2x]-3X2-x3=2
-X]+x2-x4=3
xy>0(;=1,2,34)
然后加入人工变量,构造辅助问题:
minz=x5+x6
2元]一X-2
32-X3+X5
s.t/-X]+x2-x4+x6=3
x20(/=123,4,5,6)
选(匕,/)为初始的基变量组,化成典式:
minz=5-+2x2+x3+x4
-3X2—X34-X5=2
-2+X--—3
X20(/=123,4,5,6)
得单纯形表:
Xix2x3x4x5x6
z51-2-1-100
x522-3-1010
x63-110-101
z40-1-3/20
Xi11-蕤01/20
x640-V2-V2-1V21
于是得到辅助问题的最优解为:
元*=(1,0,00,0,4)r
最优值为
♦
z=4A.
由于z*>0,因此原问题无可行解。
P75:
1.对线性规划问题
maxz=3玉+5x2
X,+x3=4
2X2+z=12
s.tA
3x)+2X2+X5=18
x.>0(j=l,2,...,5)
验证3=(P],〃2,〃3)是否为可行基?如果是,求出其典式。
解:对于8=(〃],〃2,〃3)来说,工|,%2,%3为基变量,%4,%5为非基变量。令%=/=0,
代入问题的约束中,得々=6,玉=2,七=2,于是得基解
x=(2,6,2,0,0),
由于xNO,因此3是一个可行基。
下面将问题化成基6的典式。约束条件
2X2+x4=12转换成w+g%=6。
3x,+2X2+x5=18转换成3%一%+/=6,即西一g%+g/=2。
2+尤3=4转换成/十飞匕一大七=2。
22352
目标函数z'=-3工]—5%=—6—匕—七―30H—%|=-36H--xH—匕。于是,基8的
332643
典式为:
・一标5।2
minz二一36H—H—毛
63
11
S.t,X^_~X4+不入5=2
1,
W+耳光4=6
11c
+产—y=2
X.>0(7=1,2,...,5)
P76:
5(1)用单纯形法求解下列线性规划问题:
minz—4玉+3x2+8x3
x,+x3>2
s.t.<x2+2X3>5
x.>0(j=1,2,3)
解:将模型化为
minz=4xj+3x2+8x3
X]+X3-X4=2
X
s.tAx2+23-x5=5
x.>0(j=1,2,3,4,5)
选(玉,工2)为初始的基变量组,化成典式:
minz=23-2x3+4x4+3x5
X)4--x4=2
x2+2X3-x5=5
X.>00=1,2,3,4,5)
单纯形表为:
Xix2X3X4x5
z23002-4-3
Xi210[1]-10
2
X25010-1
z19-200-2-3
x32101-10
1-2102
x2-1
最后一个单纯形表的检验数全部非正,得最优解为x=(0,l,2);最优值为f=19。
P76:
5(2)用单纯形法求解下列线性规划问题:
min/=3项+4x3+50x5
s/.<—X|+5X3+X5=3
xz>0(j=l,2,3,4,5)
解:选(%,冬)作为初始的基变量组,根据第二个约束求出色,带入目标函数,整理得标准
形式:
69
minf=150--Xj-71x3
121。
X
2i-]々+/元3+尤4=2
33
S—Xj+—尢3+尢5=3
>00=1,2,3,4,5)
于是,得单纯形表:
x
X1x23X4Xs
f15069/207100
.加
x42V2V210
30筑01
x5芈
X1x2X3x4X5
f8-1000-14加
101
x4物-2/3如
x32V2010羽
最后一个单纯形未:的检验数4:部非正,得最优解为
*
X=(0,0,2,1,())7.
最优值为
厂=8.
P79
牝
ma)(z=%+2lx2+3X3+,
虹卜
:3+3X<2
+2X2+2。40
19对线性规划问是不经单纯形迭代,证明
<2x1+々+3火3+2X442D
XJ>0(7=1,2,3,4)
(23')为其最优]
3,)=匕2恚,并求出最优解。
minz--X1-2x2-3x3—4x4
%+2X+2X+3X+/=20
解:先标准化:234
<2%+x2+3X3+2JC4+4=20
x7>0(J=l,2,3,4,5,6)
令B=(P3,pJ,则
2-3
-32
于是
B-'b=(4,4尸
因此对应的基可行解为
x=(2,620,0)7
检验数为:
2-3Y122310
A=csB-'A-c=(-3,-4)——-(-1,-2-3-4,0,0)
—51—32213201
=(-3/5,-3/5,0,0,-6/5,-l/6)<0
因此(P3,外)为其最优基,%=(0,0,4,41即为最优解。
P99第4题:
判断下列关于对偶问题的说法是否正确:
(1)若原问题存在可行解,则其对偶问题必定存在可行解;(错误,因为对偶问题也可能
无可行解)
(2)若对偶问题无可行解,则原问题必定无可行解;(错误,因为对偶问题也可能无界解,
当然此时对偶问题一定无最优解)
(3)若原问题和对偶问题都有可行解,则两者必都有最优解。(正确)
P99第5题:
设LP有最优解,并设(LP)、
minf-ex
s.t.Ax=d,
x>0
有可行解。试利用对偶理论证明:(LP)‘必有最优解。
证:首先根据LP有最优解及对偶理论知:
maxg=ub
s.t.uA>c,
一定存在最优解,因此一定有可行解。又(LP),的对偶问题是
maxg=ud
s.t.uA>c,
其约束与LP对偶规划的约束一样,因此根据LP的对偶存在可行解推知,其也存在可行解。
结合对偶理论和(LP),存在可行解知,(LP),必有最优解。证毕。
P99第6题:
解:所给线性规划问题的对偶规划是:
ming-30M,+40M2
3M1+2U2>4
u.+2M,>3
s.tA
3M,+3M2>6
u,>0,M2>0
由于对偶规划只有两个决策变量,因此可以利用比单纯形法更简单的图解法来求解。利用图
解法求得:
OPTIMAL
SOUHION
OBJ-70.00
XI-1.00
X2-1.M
对偶问题的最优解为:
u—(1,1).
下面利用互补松弛性求解原问题的最优解。由于
%*=1>0,〃;=1>0
因此它们的互补约束均为紧约束,即
,3x;+x;+3石=30
2x:+2x;+3x;=40
又由于
3“:+2";=5>4
于是其对偶约束也是紧约束,即
尤:=0(2)
将(2)带入(1),得
x;+3x;=30
*
2x;+3x;=40
求解该方程得:
X;=10,X;=20/3
于是原问题的最优解为:
x*=(0,10
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