Практика
.pdfx1
0,
x2
0.
б) ограничение по запасам сырья вида S1:
х |
3х |
2 |
1 |
|
15
;
в) ограничение по запасам сырья вида S2:
3х |
х |
2 |
1 |
|
13
.
Математическая модель задачи: составить оптимальную производственную программу (х1, х2), обеспечивающую максимальную прибыль от реализации изделий:
F 2x 3x |
2 |
max |
|
|
|
||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
при ограничениях: |
|
|
|
|
|||
х1 3х2 |
15 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
3х1 х2 |
13 |
|
|
|
|||
х 0, х |
2 |
0 |
|
|
|
||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
Математическая |
|
|
модель |
исходной |
задачи |
линейного |
программирования составлена.
2) Решим исходную задачу симплексным методом.
Приведем задачу к канонической форме.
Чтобы перейти от общей формы записи ЗЛП к канонической, нужно ограничения-неравенства исходной ЗЛП преобразовать в ограничения-
равенства добавлением к их левой части дополнительной неотрицательной переменной со знаком «+» в случае неравенства вида « » и со знаком «-» - в
случае неравенства вида « ».
В первое ограничение системы добавим переменную
во второе ограничение системы добавим переменную |
x |
4 |
|
||
|
|
результате получаем следующую систему ограничений:
x |
3 |
со знаком «+» и |
|
||
|
|
со знаком «+». В
х |
|
3х |
2 |
х |
3 |
15 |
||
|
1 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
х |
|
х |
|
13 |
|
3х |
2 |
4 |
||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
||
|
х |
|
0, |
|
j 1,...,4 |
|||
|
j |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
Следовательно, исходная задача может быть записана в канонической форме так: найти максимум функции
F 2x |
3x |
2 |
max |
1 |
|
|
при ограничениях:
х |
|
3х |
2 |
х |
3 |
15 |
||
|
1 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
х |
|
х |
|
13 |
|
3х |
2 |
4 |
||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
||
|
х |
|
0, |
|
j 1,...,4 |
|||
|
j |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
В полученной системе уравнений системы ограничений имеются две базисные переменные. Решим систему уравнений относительно базисных переменных x3 и x4. Запишем базисное решение в стандартной форме:
|
х |
3 |
|
|
|
||
х4 |
|||
|
или
Х |
0 |
|
15 х1 3х2
13 3х1 х2
0; 0; 15; 13
.
Составим симплекс-таблицу:
Базис |
Свободный |
x1 |
x2 |
x3 |
x4 |
|
член |
||||||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
x3 |
15 |
1 |
3 |
1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
x4 |
13 |
3 |
1 |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
F(X0) |
0 |
-2 |
-3 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
Переходим к основному алгоритму симплекс-метода.
Итерация 1. Текущий опорный план не является оптимальным, так как в индексной строке находятся отрицательные коэффициенты.
В индексной строке F(х) выбираем максимальный отрицательный элемент. В качестве генерального столбца будет выступать x2. Вычислим значения Di по строкам как частное от деления: bi / ai2 и из них выберем наименьшее:
|
|
|
|
|
min |
15 |
; |
13 |
|
|
|
|
||
|
|
|
||
|
3 |
|
1 |
5
.
Таким образом, строка х3 является генеральной. Разрешающий элемент равен РЭ = 3 и находится на пересечении генерального столбца и генеральной строки.
Формируем следующую часть симплексной таблицы. Вместо переменной x3 в план 1 войдет переменная x2.
Строка, соответствующая переменной x2 в плане 1, получена в результате деления всех элементов строки x3 плана 0 на разрешающий
элемент РЭ=3. На месте разрешающего элемента получаем 1. В остальных
клетках столбца x2 записываем нули. Таким образом, в новом плане 1
заполнены строка x2 и столбец x2.
Все остальные элементы нового плана, включая элементы индексной строки, определяем по правилу прямоугольника.
Элементы разрешающей строки делим на разрешающий элемент и
записываем в соответствующей по номеру строке новой таблицы:
a |
|
arj |
|
|
, при i = r. |
||
|
|||
rj |
|
|
|
|
|
ark |
Все остальные элементы новой таблицы рассчитываем по формулам:
|
|
|
a |
/ |
a |
|
|
a |
ik |
a |
rj |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
ij |
ij |
|
a |
|
, |
при i ≠ r |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
rk |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где |
a |
/ |
- элемент новой симплекс-таблицы, aij, - элемент предыдущей |
||||||||||
ij |
|||||||||||||
|
симплекс-таблицы, ark - разрешающий элемент , aik - элемент разрешающего столбца, arj - элемент разрешающей строки.
Представим расчет каждого элемента в виде таблицы:
Свободный |
x1 |
x2 |
x3 |
x4 |
|
член |
|||||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
15 / 3 |
1 / 3 |
3 / 3 |
1 / 3 |
0 / 3 |
|
|
|
|
|
|
|
13-(15 * 1)/3 |
3-(1 * 1)/3 |
1-(3 * 1)/3 |
0-(1 * 1)/3 |
1-(0 * 1)/3 |
|
|
|
|
|
|
|
0-(15 * (-3))/3 |
-2-(1 * (-3))/3 |
-3-(3 * (-3))/3 |
0-(1 * (-3))/3 |
0-(0 * (-3))/3 |
|
|
|
|
|
|
После перерасчета получаем новую таблицу:
Базис |
Свободный член |
x1 |
x2 |
x3 |
x4 |
|
|
|
|
|
|
x2 |
5 |
0,333 |
1 |
0,333 |
0 |
|
|
|
|
|
|
x4 |
8 |
2,667 |
0 |
-0,333 |
1 |
|
|
|
|
|
|
F(X1) |
15 |
-1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
Итерация 2. Текущий опорный план не является оптимальным, так как в индексной строке находится отрицательный коэффициент.
В качестве генерального столбца будет выступать x1. Вычислим значения
Di по строкам как частное от деления: bi / ai1 и из них выберем наименьшее:
|
5 |
; |
8 |
|
min |
0,333 |
2,667 |
|
|
|
|
|
3
.
Таким образом, строка х4 является генеральной. Разрешающий элемент равен РЭ = 2,667 и находится на пересечении генерального столбца и генеральной строки.
Формируем следующую часть симплексной таблицы. Вместо переменной x4 в план 2 войдет переменная x1.
Строка, соответствующая переменной x1 в плане 2, получена в результате деления всех элементов строки x4 плана 1 на разрешающий элемент РЭ=2,667. На месте разрешающего элемента получаем 1. В остальных клетках столбца x1 записываем нули. Таким образом, в новом плане 2
заполнены строка x1 и столбец x1.
Все остальные элементы нового плана, включая элементы индексной строки, определяем по правилу прямоугольника.
После перерасчета получаем новую таблицу:
Базис |
Свободный член |
x1 |
x2 |
x3 |
x4 |
|
|
|
|
|
|
x2 |
4 |
0 |
1 |
0,375 |
-0,125 |
|
|
|
|
|
|
x1 |
3 |
1 |
0 |
-0,125 |
0,375 |
|
|
|
|
|
|
F(X2) |
18 |
0 |
0 |
0,875 |
0,375 |
|
|
|
|
|
|
Среди значений индексной строки нет отрицательных. Поэтому эта таблица определяет оптимальное решение задачи.
Таким образом, получаем:
Х опт 3; 4 ;
Fmax F 3; 4 2 3 3 4 18 .
Ответ. |
Х |
опт |
3; 4 |
; |
F |
18 |
. Для получения максимальной прибыли от |
|
|
max |
|
реализации продукции на предприятии необходимо производить 3 единицы изделий вида П1 и 4 единицы изделий вида П2. При использовании данного плана производства продукции прибыль от реализации продукции будет максимальной и составит 18 ден.ед.
Задача 16
При откорме животных каждое животное должно ежедневно получить не менее 13 ед. питательного вещества А, не менее 18 ед. вещества В и не более 68 ед. витамина С. Эти питательные вещества содержат два вида корма. Содержание единиц питательного вещества в 1 кг каждого вида корма и цена приведены в таблице 1.6.
Таблица – Исходная информация задачи
Питательное вещество |
Вид корма |
Минимальная суточная потребность в |
|||
|
|
|
|
|
питательном веществе, |
|
П |
1 |
П |
2 |
|
|
|
||||
|
|
|
усл .ед. |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
4 |
13 |
13 |
|
|
|
|
|
|
|
В |
|
3 |
2 |
18 |
|
|
|
|
|
|
|
С |
|
1 |
11 |
68 |
|
|
|
|
|
|
|
Стоимость 1 кг корма |
|
4 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Составить рацион питания животных, обеспечивающий организм минимальными суточными потребностями в питательных веществах и имеющий минимальную
стоимость.
РЕШЕНИЕ: (проверить)
Симплекс-метод.
Решим прямую задачу линейного программирования симплексным методом, с использованием симплексной таблицы.
Определим минимальное значение целевой функции F(X) = 4x1+x2 при следующих условияхограничений.
4x1+13x2≤13
3x1+2x2≤18
x1+11x2≤68
Для построения первого опорного плана систему неравенств приведем к системе уравнений путем введения дополнительных переменных (переход к канонической форме).
В1-м неравенстве смысла (≤) вводим базисную переменную x3. В 2-м неравенстве смысла
(≤)вводим базисную переменную x4. В 3-м неравенстве смысла (≤) вводим базисную переменную
x5.
4x1+13x2+x3 = 13
3x1+2x2+x4 = 18
x1+11x2+x5 = 68
Матрица коэффициентов A = a(ij) этой системы уравнений имеет вид:
4 13 1 0 0 A = 3 2 0 1 0
1 11 0 0 1
Базисные переменные это переменные, которые входят только в одно уравнение системы ограничений и притом с единичным коэффициентом.
Решим систему уравнений относительно базисных переменных: x3, x4, x5
Полагая, что свободные переменные равны 0, получим первый опорный план:
X0 = (0,0,13,18,68)
Базисное решение называется допустимым, если оно неотрицательно.
Базис |
B |
x1 |
x2 |
x3 |
x4 |
x5 |
x3 |
13 |
4 |
13 |
1 |
0 |
0 |
x4 |
18 |
3 |
2 |
0 |
1 |
0 |
x5 |
68 |
1 |
11 |
0 |
0 |
1 |
F(X0) |
0 |
-4 |
-1 |
0 |
0 |
0 |
Переходим к основному алгоритму симплекс-метода.
1. Проверка критерия оптимальности.
Среди значений индексной строки нет положительных. Поэтому эта таблица определяет оптимальный план задачи.
Окончательный вариант симплекс-таблицы:
Базис |
B |
x1 |
x2 |
x3 |
x4 |
x5 |
x3 |
13 |
4 |
13 |
1 |
0 |
0 |
x4 |
18 |
3 |
2 |
0 |
1 |
0 |
x5 |
68 |
1 |
11 |
0 |
0 |
1 |
F(X1) |
0 |
-4 |
-1 |
0 |
0 |
0 |
Оптимальный план можно записать так:
x1 = 0, x2 = 0
F(X) = 4•0 + 1•0 = 0
Задача 17
При производстве двух видов продукции П1 |
и |
П2 используются три вида сырья S1 , S2 |
, |
S |
3 |
|||
|
|
|||||||
. Известны запасы каждого вида сырья: 40, 15 и 28. Для изготовления единицы продукции вида |
|
П1 |
||||||
необходимо 3 ед. сырья S1 , 2 ед. сырья вида S2 и 4 ед. сырья вида |
S |
3 . Производство единицы |
||||||
|
||||||||
продукции вида П2 требует затрат 5 ед. сырья вида |
S1 |
, 1 ед. сырья вида |
S2 и 1 ед. сырья вида |
|
S |
3 . |
||
|
|
При реализации одной единицы продукции вида П1 |
предприятие получает прибыль в 2 ден.ед, а |
||||||
при реализации одной единицы продукции вида |
П2 прибыль составит 4 |
ден.ед. Требуется |
|||||
составить план выпуска продукции, при котором предприятие получит наибольшую прибыль. |
|||||||
РЕШЕНИЕ: |
|
|
|
|
|
|
|
|
1) Составим математическую модель исходной задачи. |
|
|
||||
|
Представим исходные данные в виде таблицы: |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нормы расхода сырья на |
|
Запасы |
|
||
|
Вид сырья |
единицу продукции |
|
|
|||
|
|
сырья |
|
||||
|
|
П1 |
|
П2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
S1 |
3 |
|
5 |
|
40 |
|
|
S2 |
2 |
|
1 |
|
15 |
|
|
S3 |
4 |
|
1 |
|
28 |
|
|
Прибыль при реализации |
|
|
|
|
|
|
|
одной единицы |
2 |
|
4 |
|
|
|
|
продукции, ден.ед. |
|
|
|
|
|
|
Объектом моделирования является процесс получения максимальной
прибыли от реализации выпускаемой продукции, а целью – оптимизация
структуры и объема производства.
Задача относится к классу оптимизационных задач. Математическая модель для задач такого класса состоит в построении целевой функции, для которой надо найти экстремум, при ограничениях.
Для решения поставленной задачи введем обозначения:
х1 – объем производства продукции вида П1;
х2 – объем производства продукции вида П2.
Общую прибыль от реализации продукции можно определить по формуле:
F ( X ) 2x |
4x |
2 |
1 |
|
(ден.ед.)
Функция F называется целевой, ее следует максимизировать. Поэтому получаем:
F 2x |
4x |
2 |
max |
1 |
|
|
На целевую функцию накладываются следующие ограничения:
а) объем производства продукции не может быть отрицательным:
x1
0,
x2
0.
б) ограничение по запасам сырья вида S1:
3х1 5х2 40 ;
в) ограничение по запасам сырья вида S2:
2х |
х |
2 |
1 |
|
15
;
г) ограничение по запасам сырья вида S3:
4х1 х2 28 .
Математическая модель задачи: составить оптимальный план