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  • 运筹学笔记3线性规划问题的“解”

     

    当基选定之后,当前问题中所有变量的角色也就确定下来了。

    上述B2是上述问题的一个基,并选用了x3,x4两个变量的约束系数。此时,我们就称x3,x4是当前基下的两个基变量。同时另外两个变量x1,x2就成为非基变量。

     将线性方程组Ax=B尽心了改写,具体做法是,把矩阵A分成了两组,一组是基变量的系数构成的矩阵B,另一部分是非基变量的约束系数构成的矩阵N,

    同时,把所有的向量分成两组,一组是基变量组成的向量xB,另一组是飞机变量组成的xN,这样Ax=b就能重新改写成如下形式了。形式变了,但是方程组

    的解是不变的。进一步得到了非基变量表示的基变量xB,接下来令所有非基变量的取值为零,也即令xN为零。立刻就可观察到xB的取值如下图最后一行。

     得到的向量拼在一起,就成为标准型关于基B的基本解/基解(basic solution);由代数知识可知,给定一个基B,就有一个唯一的基解和其是对应的。

     另外:1. 在基解中,非基变量的取值全都是0;

    2. 对于一个标准形式的规划问题,给定之后,基解的个数是多少呢?一个基对应一个唯一的基解,也即基解和基是一一对应的。基解的个数就是基的个数,

    这样解释:如果约束系数矩阵是A(m*n)的矩阵,要想得到基,首先得到一个m阶的矩阵,不管它是否可逆,这样的话,我们只需要从A的n列当中,选取m列即可。

    所以,从矩阵A当中,找到的所有的m阶矩阵,一共是Cn m个(组合数,n在C的右下角,m在右上角)。在这些中有一些可能是不可逆的,所有基和基解至多是这么多。

    3. 对于一个给定的线性规划问题,基解和可行解有什么关系吗? 答:基解不一定是可行解。因为基解是解Ax=b这个线性方程组得到的,基解满足所有的等式约束条件,

    但它不一定满足非负这一个要求。当然基解也可能是可行解。反之,可行解有可能是基解,又有可能不是。所以,这么看了,基解和可行解没有必然的联系,但是,后续

    我们希望它们能够碰出火花。

    4. 给定一个标准形式的线性规划问题,选定一个基B之后,基解如何得到呢?看如下例子。

     结合下面例子,给出两种解法:

    下面例子很明显是一个标准形,要求找一个基,并求相应解。注意下,标准形的基并不唯一。我们随便拿出一个来,不妨找B=(P1,P3)来构成一个矩阵,很容易验证这是一个基。

    当然,此时对应的x1,x3就是基变量,非基变量就是x2,x4。下面介绍第一种方法,公式法:

    基解当中非基变量取值肯定是0,我们只需要知道基解的取值就可以了。

    按照前面基解的定义,我们只需要按照下图中的公式来进行计算基变量的取值。 给定基B之后,我们可以球的B的逆矩阵,可用伴随矩阵法或初等行变换法来求,只要计算正确即可。

    然后再用一下矩阵的乘法,由此就可得到两个基变量的取值。由于基B的构成,第一列是P1,第二列是P3,所以我们先得到的向量中的第一个分量9/4,就是变量x1的取值,19/4就是变量x3的取值。然后把两个基变量和非基变量的取值按照顺序拼在一起,得到的向量就是当前基B=(P1,P3)所对应的基解。此方法成为公式法。

    不喜欢求逆矩阵的同学,可以用第二种方法,初等方法:

    也就是在线性方程组的基础上再让x2,x4,同时取值为零,然后来解这个线性方程组。所得到的解和用公式法得到的解应该是一样的,由此,就得到了基B的基解。

     关于该问题的其他基对应的基解,可以作为练习,大家再学习下。

     下面来看基本可行解。

    如果一个向量既是基本解又是可行解,那么它就是基本可行解。此时对应的基就是可行基,可行基是此后学习中非常重要的概念。

    如果基可行解又是该问题的最优解,我们就称此向量为基最优解,对应的基就称为最优基。

    上述的文氏图,假设我们把所有的这个向量结合在一起,那么上图中白色的区域是可行解,画了斜线的区域表示该问题的基解,当然这两个集合可能没有交集。

    但是一旦有交集了,那么交集部分就是基(本)可行解;可行解中的紫红色的椭圆,表示此问题的最优解,紫色椭圆中画了斜线的部分,称为基最优解。

    把这些概念当中任何两个拿出来,都可以讨论下他们之间的关系。

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/Li-JT/p/15159331.html
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