模式分類筆記 線性規劃(1)

2021-08-29 17:29:56 字數 2326 閱讀 9905

線性規劃的定義和應用場景不用描述了,主要記一下跟單純形方法相關的東西,記下來,免得又要從大量資訊中篩取。一門學科,東西太多,先列點最本質的東西,有需要的話以後再深入點,加個標號(1),

極點這個概念在單純形方法裡是很重要的,那就多花點筆墨在上面,做點引申。

如果有最優解,關心的是凸集。 我們來看一下凸集的廣義的定義:

設集合s<=r(n維),若存在x1,x2<=s, 0我們再提及乙個概念,凸包:集合t(t?)

非空凸集裡不在兩點連線線段中間的點稱為極值點,簡稱極點,當然這是不嚴謹的說法。

多邊形的定點,多面體的頂點,閉圓盤的邊界點都是極點。

多面體s=非空,則s必有極點。證明起來比較繁瑣,我也沒耐心消化下去了。

單純形方法的流程:

用單純形法求解線性規劃的前提是先將模型化為標準型。

max z =  cx

[ax=b, x>=0]; 其中a(m*n)的秩為m,b>=0;

標準型 的特徵:線性規劃問題裡的max型,等式約束,非負約束 。

非標準型如何轉化為標準:

(1)min 型化為max 型:

min z = cx --->(加負號) max z『 = -cx(min 型化為max 型求解後,最優解不變,但最優值差負號。)

(2)不等式約束化為等式約束:加鬆弛變數

( 3 ) 當模型中有某變數 xk 沒有非負要求, 稱為自由變數 , 則可令

xk = xk′ − xk′′, xk′ , xk′′ ≥ 0 ,化為標準型。

(4)右端項< 0 i b 時,只需將等式或不等式兩端同乘(-1) ,則等式或不等式右端項比

必大於零。

(5)對x ≤ 0 的情況,令x'= −x ,顯然, x'≥ 0

基矩陣與基變數

基矩陣(簡稱基) :係數陣a 中的m 階可逆子陣,記為b;其餘部分稱為非基矩陣,記為n。

基向量:基b 中的列;其餘稱非基向量。

基變數:與基向量pj 對應的決策變數xj,記其組成的向量為xb;與非基向量對應的變數稱非基變數,記其組成的向量為xn。

當a中的基取定後,不妨設b表示a中的前n列,則可記a = (b , n ),相應的x=(xb, xn)',約束中的ax= b可表示為(b , n )(xb, xn)' = (b), 即xb = b "b  - b "n xn,這裡用"表示求逆

當取xn=0時,有xb= b"b, x=', x只是基本解,xb>=0,則x成為基本可行解。

極點的代數特徵:

給定非空集合s=, a<=r(m*n), rank(a)=m,則下面三個集合相等:

(1) s的基本可行解集

(2). 那麼點x1 = x0 + d/2 * c/|c|

c'x1 = c'x0 + d/2 * |c|

> c'x0 ,矛盾。

其實是先有極點是最優值,再發現極點的代數形式,然後才有基本解的定義 ,雖然書本上是本末倒置的順序,

我們最終的問題是使目標方程值最大化或最小化。 怎麼判定什麼時候是極值?極點-基本可行解的形式是b"(逆矩陣)b, 如何在乙個基本可行解的基礎上改進至另乙個基本可行解,我們想到了如果從乙個b輕鬆轉換到另乙個b1。b畢竟是a的子矩陣而已,那麼問題就轉換成如果a(m*n)的列向量如果能用b來表示就方便了,那麼就可以輕易的替換。

這裡我們定義與aj(j=1,2...n)相關的列向量yj,當然yj是個m維的向量。 aj = byj, 那麼就可以把b看成是係數矩陣,做線性變換,把yj轉換成aj.

為了不讓複雜性掩蓋真實的動機與道理,我們每次替換b中的乙個列向量,並且認為當yr中有分量yrj != 0的時候,那麼br就可以被aj所替代,不為零的時候表明aj與b線性相關,其實b中任一列都可以被替換(這裡的假設條件是a的秩是m,即沒有多餘的條件,其實也就意味著線性變換是非退化(可逆)的),此時br可以替換成b中其餘列與aj的線性表示,如br = (aj-k1b1-k2b2..)/br, 線性無關的就變成(b1, b2.., aj-k1b1-k2b2.., bm),線性變換又不改變向量間的線性關係,所以aj替換br後組成的新向量組同樣也是乙個基。要保證新基生成的基本解仍然是可行解,我們選擇的時候要保證yrj>0,且xr/yrj = min i=1..m, 求最小值的集合中yij>0,當然yij可以小於0. 具體的推導就不列了。大家有興趣可以去這個** 去看看,裡面的pdf比較起來講的比較詳細。

回到判斷極值的問題,新可行解xb1與上乙個可行解xb2的目標方程差為

xr*(cj-zj) / yrj, 這裡zj = cb' * b'' * aj

如果cj - zj >0,就表明新解更優,非退化解,xr在基b時對應的肯定是非零的。

如果對所有的cj - zj>=0,那麼一定就達到最優解了,

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