2.3. Выбор оптимального варианта выпуска изделий

Фирма выпускает сливочное и шоколадное мороженое. Для изготовления мороженого используются два исходных продукта: молоко и наполнители, расходы которых на 1 кг мороженого и суточные запасы даны в табл.

Исходный продукт	Расход исходных продуктов на 1 кг мороженого		Запас, кг
	Сливочное	Шоколадное
Молоко	0,8	0,5	400
Наполнители	0,4	0,8	365

Суточный спрос на сливочное мороженое превышает спрос на шоколадное мороженое не более чем на 100 кг. Спрос на шоколадное мороженое не превышает 350 кг в сутки. Розничная цена 1 кг сливочного мороженого 16 р., шоколадного – 14 р.

Какое количество мороженого каждого вида должна производить фирма, чтобы доход от реализации продукции был максимальным?

РЕШЕНИЕ. Обозначим: х₁ – суточный объём выпуска сливочного мороженого, кг; х₂ – суточный объём выпуска шоколадного мороженого, кг.

Составим математическую модель задачи.

Целевая функция будет иметь вид

при ограничениях:

О бластью допустимых решений является OABDEF (рис. 2.1). Строим вектор . Линия уровня L₀ задаётся уравнением

Перемещаем линию по направлению вектора . Точкой выхода L₀ из области допустимых решений является точка D, её координаты определяются как пересечение прямых, заданных уравнениями:

Решая систему, получим координаты точки D(312,5; 300), в которой и будет оптимальное решение, т. е.

,

при этом

Таким образом, фирма должна выпускать в сутки 312,5 кг сливочного мороженого и 300 кг шоколадного мороженого, при этом доход от реализации составит 9200 р.

Лекция 3

3. Симплексный метод

3.1. Общая постановка задачи

Опорным решением задачи называется допустимое неотрицательное решение. Идея симплексного метода заключается в том, что, начиная с некоторого исходного опорного решения, осуществляется последовательно направленное перемещение по опорным решениям задачи к оптимальному решению.

3.2. Алгоритм симплексного метода

1. Математическая модель должна быть канонической. Если она неканоническая, то её надо привести к каноническому виду.

2. Находим исходное опорное решение и проверяем его на оптимальность. Для этого заполняем симплексную таблицу. Все строки таблицы 1-го шага, за исключением строки ∆_j заполняем по данным системы ограничений и целевой функции:

Таблица 3.1

сi	БП	с1	с2	…	cm	cm+1	…	cn
		x1	x2	…	xm	xm+1	…	xn	bi
c1	x1	1	0	…	0	h1,m+1	…	h1n	f1
c2	x2	0	1	…	0	h2.m+1	…	h2n	f2
…	…	…	…	…	…	…	…	…	…
cm	xm	0	0	…	1	hm,m+1	…	hmn	fm
	∆j	0	0	…	0	∆m+1	…	∆n

Индексная строка для переменных находится по формуле

и по формуле для свободного члена.

Возможны следующие случаи при решении задачи на максимум:

- если все оценки , то найденное решение оптимальное;

- если хотя бы одна оценка , но при соответствующей переменной нет ни одного положительного коэффициента, решение задачи прекращаем, так как , т. е. целевая функция неограниченна в области допустимых решений;

- если хотя бы одна оценка отрицательна, а при соответствующей переменной есть хотя бы один положительный коэффициент, то нужно перейти к другому опорному решению;

- если отрицательных оценок в индексной строке несколько, то в столбец базисной переменной (БП) вводят ту переменную, которой соответствует наибольшая по абсолютной величине отрицательная оценка.

Если хотя бы одна оценка , то к-й столбец принимаем за ключевой. За ключевую строку принимаем ту, которой соответствует минимальное отношение свободных членов (f0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000_i) к положительным коэффициентам к-го столбца. Элемент, находящийся на пересечении ключевой строки и ключевого столбца, называется ключевым элементом.

3. Заполняем симплексную таблицу 2-го шага:

- переписываем ключевую строку, разделив её на ключевой элемент;

- заполняем базисные столбцы;

- остальные коэффициенты таблицы находим по правилу «прямоугольника». Оценки можно считать по приведённым выше формулам или по правилу «прямоугольника». Получаем новое опорное решение, которое проверяем на оптимальность, и т. д.

Правило «прямоугольника» заключается в следующем. Пусть ключевым элементом 1-го шага является элемент 1-й строки (m+1)-го столбца h_1,m+1. Тогда элемент i-й строки (m+2)-го столбца 2-го шага – обозначим его согласно правилу «прямоугольника» выражается формулой

,

где h_i,m+2, h_i,m+1, h_1,m+1 – элементы 1-го шага.

Примечание 1. Если целевая функция требует нахождения минимального значения, то критерием оптимальности задачи является следующее условие:

Примечание 2. Если в правой части какого-нибудь неравенства из системы ограничений стоит отрицательное число, то обе части этого неравенства нужно разделить на (-1), а потом приводить это неравенство к каноническому виду.

Примечание 3. Пусть модель каноническая, но нет переменных, которые можно использовать в качестве базисных (т. е. таких, которые в одном уравнении стоят с коэффициентом 1, а в других вообще отсутствуют). Тогда нужно по своему усмотрению выбирать базисные переменные, определять ключевой столбец и строку, пересчитывать элементы таблицы по правилу «прямоугольника», не заполняя оценочной строки. Это нужно проделывать до тех пор, пока не будут найдены все базисные переменные. Затем заполнить оценочную строку и определить, является ли найденное решение оптимальным. Если нет, то пересчитать таблицу.