线性规划 (二) 单纯形法

问题描述

  标准线性规划的容许集是凸多面体,有有限个极点,若有容许解,则必有基本容许解若有最优解,则必有最优基本解。由此看来,为求最优解,只须关心基本容许解。又因为基本容许解与极点是一一对应的,所以从几何上,容易想出:先求出一个极点,再沿凸多面体的棱求出另一个使目标函数值所有下降的极点。因为极点的总数是有限的,所以在一定条件下,总可以迭代到最优的极点,因为极点的总数是有限的,所以在一定条件下,总可以迭代到最优的极点。

  那么你想依次循环迭代每个极点的话,你需要知道已下三点:1. 怎样求第一个基本容许解? 2. 求出来了这个解怎么判断是不是最优解? 3. 怎么从一个基本容许解迭代到下一个?用官方术语来表示就是:

  1. 怎样求得标准线性规划的一个初始基本容许解?
  2. 怎样判别一个基本容许解是否为最优解?
  3. 怎样从一个基本容许解迭代出使目标函数值下降的另一个基本容许解?

求解思路

  我们先看后面两个,也就是怎么判别一个基本容许解是否为最优解:
  考虑下面的线性规划问题:
\left.\begin{array}{c}{\min c^{T} x} \\ {\text {s.t. } A x=b} \\ {x \geq 0}\end{array}\right\}

  其中A是秩为mm \times n矩阵。设B是已知的容许基,不妨设A = [B, N]相应地,把xc分解为:
x =\begin{bmatrix}x_{B}\\ x_{N}\end{bmatrix} ,c=\begin{bmatrix}c_{B}\\ c_{N}\end{bmatrix}
  于是可以写成下式:

\left.\begin{array}{c}{\min c^{T}_{B} x_{B}+c_{N}^{T}x_{N}^{T}} \\ {\text {s.t. } Bx_{B} + Nx_{N}=b} \\ {x_{B} \geq 0,x_{N} \geq 0}\end{array}\right\}

  令所有非基变量的取值为零,即x_{N}=0,那么由上面的这个等式约束立刻得到基变量向量的取值为x_{B}=B^{-1}b。因此关于B的基本容许解是:

  其目标函数值是:

\overline{z}=c_{B}^{T}B^{-1}b

  现在考虑对于上述的线性规划的任意一个解呢?其容许解可表示为x=[x_{B}^{T},x_{N}^{T}]^{T},其目标函数值是:
z=c_{B}^{T}x_{B}+c_{N}^{T}x_{N}

  由此可以求解出x_{B}=B^{-1}b-B^{-1}Nx_{N}并代入上式,再利用\overline{z}=c_{B}^{T}B^{-1}b可得:

z = c_{B}^{T}(B^{-1}b-B^{-1}Nx_{N})+c_{N}^{T}x_{N} \\ =\overline{z}-(c_{B}^{T}B^{-1}N-c_{N}^{T})x_{N}

  如令\sigma_{N}^{T}=c_{B}^{T}B^{-1}N-c_{N}^{T}

z=\overline{z}-\sigma_{N}^{T}x_{N}

  由于x是容许解,故必有x_{N} \geq 0,因此,只要\sigma_{N} \leq 0,由z=\overline{z}-\sigma_{N}^{T}x_{N}立刻得知z \geq \overline{z},即关于B的基本容许解是最优解。由此得到关于基B的基本容许解是最优解的一个充分条件为

\sigma_{N}^{T}=c_{B}^{T}B^{-1}N-c_{N}^{T} \leq 0^{T}

N=[a_{m+1},···,a_{n}]代入\sigma_{N}中,得:

\sigma_{j}=c_{B}^{T}B^{-1}a_{j}-c_{j},j=m+1,···,n

一些定义

  因为上面这个公式比较重要,所以我们有必要给其下一个定义:

定义:在标准线性规划中,设B是一个基,则:

\sigma_{j}=c_{B}^{T}B^{-1}a_{j}-c_{j},j=1,2,···,n

  称为变量x_{j}关于基B判别数

  按此定义,\sigma^{T}=c_{B}^{T}B^{-1}A-c^{T}所有变量x的判别数向量\sigma_{N}^{T}=c_{B}^{T}B^{-1}N-c_{N}^{T}是所有非基变量x_{N}的判别数向量。而所有基本变量x_{B}的判别数向量是:
\sigma_{B}^{T}=[\sigma_{1},\sigma_{2},\cdots , \sigma_{m}] \\ = c_{B}^{T}B^{-1}B-c_{B}^{T} = 0^{T}

  由此可以看到,所有非基变量的判别数都等于零

定理:在标准线性规划中,设B是容许基,若所有变量关于B的判别数都非正,则关于B的基本容许解是最优解。

  之后你就可以刷题了。emmm。

我的微信公众号名称:深度学习与先进智能决策
微信公众号ID:MultiAgent1024
公众号介绍:主要研究分享深度学习、机器博弈、强化学习等相关内容!期待您的关注,欢迎一起学习交流进步!

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 226,333评论 6 524
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 97,345评论 3 411
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 173,869评论 0 370
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 61,897评论 1 305
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 70,790评论 6 404
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 54,288评论 1 318
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 42,449评论 3 433
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 41,579评论 0 282
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 48,092评论 1 329
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 40,080评论 3 352
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 42,192评论 1 362
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 37,767评论 5 354
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 43,491评论 3 342
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 33,860评论 0 25
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 35,070评论 1 278
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 50,793评论 3 385
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 47,218评论 2 369

推荐阅读更多精彩内容