线性规划问题(LinearProgrammingProblem,LPP)是指由一系列约束条件和优化目标函数组成的数学最优化模型,它可以用于解决各种单位时间内最高效率的分配问题。在求解LPP的过程中,单纯形法(Simplex Method)是最主要的优化算法之一。
单纯形法的原理是采用一组基本变量的拿破仑表示法,一步步构造出线性规划问题的最优解。下面我们来看一个例子:
有公司向农户出售两种农药,甲和乙,每瓶甲农药售价3元,每瓶乙农药售价2元,公司每天有200瓶甲农药和150瓶乙农药,问该公司售出多少瓶甲农药和乙农药,能每天获得最大收益?中红外光谱
该问题可表示为下述线性规划模型:
最大化 $3x_1+2x_2$
约束条件:
$x_1+x_2le 200$
$2x_1+x_2le 150$
$x_1,x_2ge 0$
由上述模型可知,有两个未知量$x_1$和$x_2$,它们分别代表出售的甲农药和乙农药的瓶数。单纯形法的基本思想是采用一组基本变量表示未知量,将未知量$x_1$和$x_2$表示为由两个基本变量$y_1$和$y_2$组成的拉格朗日变换系数矩阵形式,即:
$x_1+x_2=y_1+y_2$
$2x_1+x_2=m(y_1+y_2)$
其中,m是一个系数,根据上面的约束条件,m取200/150=4/3,则:
$x_1=y_1+frac{1}{3}y_2$
$x_2=y_2-frac{1}{3}y_2$
由此可以得到该问题的新的线性规划模型:
最大化 $3y_1+2(frac{4}{3})y_2$
约束条件:
$y_1+y_2le 200$
$y_2le 150$
电磁波屏蔽 $y_1,y_2ge 0$
比高犬>刷式密封
可以看出,该问题所构建出来的新的线性规划模型比原来的模型更加容易求解。我们将建立单纯形表,以便求出最优解。
首先列出单纯形表:
$begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|}
hline
吸波 & y_1 & y_2 & S_1 & S_2 & f & b hline
1 & 1 & 1 & 1 & 0 & 3 & 200 hline
2 & 0 & 1 & 0 & 1 & 4/3 & 150 hline
end{array}$
其中,$y_1$和$y_2$是基本变量,$S_1$和$S_2$是可行解系数,$f$是目标函数系数,$b$是右端项。
从表中可以发现,$y_1$和$y_2$的可行解条件的系数都为:$S_1=1,S_2=0$,即$y_1+y_2=200$,从而可以推出本题的最优解为$y_1=200,y_2=0$,对应的$x_1=frac{200}{3},x_2=200$,即售出$frac{200}{3}$瓶甲农药和200瓶乙农药,公司每天可获得最大收益$3timesfrac{200}{3}+2times200=800$。
以上即为通过单纯形法求解线性规划问题的一个小例子,通过该例子的分析可以看出,单纯形法是一种非常有效的解决线性规划问题的方法,它通过将未知量用基本变量的形式表示,可以极大减少求解时间,十分适用于计算机求解线性规划问题。
因此,可见单纯形法在求解线性规划问题时非常有效,它不但可以加快求解速度,而且还可以避免求解过程中出现的不符合实际情况的解。通过线性规划,也可以求解复杂的优化问题,因此扩展应用单纯形法的范围也很广泛,有利于更好地运用当今的计算机技术解决实际问题。
总之,单纯形法用于求解线性规划问题十分有效,它在求解速度、实用性以及扩展性上都得到了非常大的改进,可谓是一项十分重要的数学优化算法。