第一章线性规划与单纯形法 本章内容简要回顾 在这一章里，我们首先由两个实际问题引出了线性规划的数学模型。 线性规划问题实际就是在一组线性不等式或等式约束条件下，求某一线 性目标函数的最大或最小值的优化问题。我们通过具有两个决策变量的 线性规划问题的图解法，对线性规划问题的解、可行解、可行域及最优 解有了一个初步直观的认识，那就是：具有两个决策变量的线性规划问 题的可行域是凸多边形：若线性规划问题存在最优解，则一定能在可行 域的某个顶点得到。 接着，我们规定了线性规划的标准型，给出了线性规划的基、基解 以及基可行解的概念；还给出了凸集及其顶点的定义。在此基础上，通 过三个定理的论证，对图解法的结论加以拓展，得出了如下结论： 1、线性规划问题的可行域是凸集： 2、该凸集的每个顶点都对应一个基可行解，因基可行解个数是有限 的，从而凸集的顶点也是有限的： 3、若线性规划问题存在最优解，则一定能在可行域的某个顶点达到， 亦即在有限个基可行解中找到。上述结论就是求解线性规划的通用方 单纯形法的理论基础
第一章 线性规划与单纯形法 一、本章内容简要回顾 在这一章里，我们首先由两个实际问题引出了线性规划的数学模型。 线性规划问题实际就是在一组线性不等式或等式约束条件下，求某一线 性目标函数的最大或最小值的优化问题。我们通过具有两个决策变量的 线性规划问题的图解法，对线性规划问题的解、可行解、可行域及最优 解有了一个初步直观的认识，那就是：具有两个决策变量的线性规划问 题的可行域是凸多边形；若线性规划问题存在最优解，则一定能在可行 域的某个顶点得到。 接着，我们规定了线性规划的标准型，给出了线性规划的基、基解 以及基可行解的概念；还给出了凸集及其顶点的定义。在此基础上，通 过三个定理的论证，对图解法的结论加以拓展，得出了如下结论： 1、线性规划问题的可行域是凸集； 2、该凸集的每个顶点都对应一个基可行解，因基可行解个数是有限 的，从而凸集的顶点也是有限的； 3、若线性规划问题存在最优解，则一定能在可行域的某个顶点达到， 亦即在有限个基可行解中找到。上述结论就是求解线性规划的通用方 法——单纯形法的理论基础
随后，我们详细讲述了单纯形表的结构、最优解判定定 理、无界解判定定理和单纯形法的解题步骤。 步骤1化为标准形（要求b≥0），确定初始基B(=E) 建立初始单纯形表。 步骤2检查非基变量的检验数，若所有o;=C-CBP≤0， 则已得最优解，计算停；否则按max{o:>0}=ok,确定X为 旋入变量。 步骤3若对于σ>0，有B1P0(即单纯形表中X对应的 系数列向量非正)，则该问题无有限最优解，计算停；否则 转步骤4。 步骤4计算0=mm((B-b),/ak|ak>0}=(B-b)/a,k确 定单纯形表中第L行对应的基变量为旋出变量 步骤5以ak为主元作(L,K)旋转变换，得新的单纯形 表，转步骤2 本章最后，我们还介绍了求解线性规划的两阶段法以及 根据实际问题建立线性规划数学模型的几个例题
随后，我们详细讲述了单纯形表的结构、最优解判定定 理、无界解判定定理和单纯形法的解题步骤。 步骤1 化为标准形（要求b≥0），确定初始基B（=E）， 建立初始单纯形表。 步骤2 检查非基变量的检验数，若所有 ≤0， 则已得最优解，计算停；否则按 ｛σj ＞0｝=σk，确定Xk为 旋入变量。 步骤3 若对于σk＞0，有B-1Pk≤0（即单纯形表中Xk对应的 系数列向量非正），则该问题无有限最优解，计算停；否则 转步骤4。 步骤4 计算 θ= ｛(B -1b)i/aik│aik＞0｝=(B -1b)ι/aιk,确 定单纯形表中第L行对应的基变量为旋出变量。 步骤5 以aιk为主元作（L，K）旋转变换，得新的单纯形 表，转步骤2。 本章最后，我们还介绍了求解线性规划的两阶段法以及 根据实际问题建立线性规划数学模型的几个例题。 j 1 σj Cj - CBB P − = max j i mim
应重点掌握的问题 1、根据实际问题建立线性规划数学模型： 2、用单纯形法求解线性规划。 三、 典型例题分析 1、建模 某厂生产A、B、C三种产品，消耗三种资源，已知单位产品消耗资 源数量及单位产品销售利润如下表所列： 资源 煤 工时 电 利润 产品 (吨) (小时) (度) (元) A 8 20 5 85 B 6 18 96 C 10 1 6 100 个月 内生产上可利用的煤为P吨，可利用的工时为Q小时，工厂在 个月内完成的利润不少于R元，在恰好用完工时的条件下，如何安排生 立， 可使耗电量最省？ 解：设产品A、B、C各生产x1,x2,x个单位，则线性规划数学模型为 minZ=5x +8x2+6x
二、应重点掌握的问题 1、根据实际问题建立线性规划数学模型； 2、用单纯形法求解线性规划。 三、典型例题分析 1、建模 某厂生产A、B、C三种产品，消耗三种资源，已知单位产品消耗资 源数量及单位产品销售利润如下表所列： 一个月内生产上可利用的煤为P吨，可利用的工时为Q小时，工厂在 一个月内完成的利润不少于R元，在恰好用完工时的条件下，如何安排生 产，可使耗电量最省？ 解：设产品A、B、C各生产x1 ,x2 ,x3个单位，则线性规划数学模型为 minZ=5x1+8x2+6x3 资源 产品 煤 （吨） 工时 （小时） 电 （度） 利润 （元） A B C 8 6 10 20 18 15 5 8 6 85 96 100
8x1+6x2+10x≤P 20x+18x+15x4=Q 85x+96x+100x4≥R X1,X2,X320 2、求解下列线性规划 maxZ=3x-X2-X3 X1-2x2+X3≤11 -4x1+ X2+2X3≥3 -2x1 1,X2,X3≥0 解 方法 大M法，详见教材P16~P17。 方法二： 两阶段法，详见教材P18P19
8x1+6x2+10x3 ≤P 20x1+18x3+15x4=Q 85x1+96x3+100x4 ≥R x1 ,x2 ,x3 ≥0 2、求解下列线性规划 maxZ=3x1 -x2 -x3 x1 -2x2 + x3≤11 -4x1 + x2 +2X3≥3 -2x1 + x3 =1 x1 ,x2 ,x3 ≥0 解 方法一：大M法，详见教材P16～P17。 方法二：两阶段法，详见教材P18～P19
第二章线性规划的对偶理论与灵敏度分析 一、本章内容简要回顾 在这一章里，我们首先由第一章的实际问题引出了线性规划的对偶 问题，阐明了线性规划原问题与其对偶问题的关系；。 接着，论证了对偶问题的五个重要性质：在此基础上， 讲述了求解线 性规划的对偶单纯形法，其计算步骤如下： 步骤1确定原问题的初始基B,使所有检验数O;=C;-CBP;≤0 即Y=CB'是对偶可行解，建立初始单纯形表 步骤2检查基变量的取值，若XBb≥0，则已得最优解，计算停： 否则求 min{(Bb),|(Bb),<0}=(Bb) 确定单纯形表第L行对应的基变量为旋出变量。 步骤3若所有a,≥0，则原问题无可行解，计算停； 否则，计算 0=min (oilaul a<0)=ok/ak 确定对应的x为旋入变量。 步骤4以k为主元作(L,K)旋转变换，得新的单纯形表，转步骤2。 本章还介绍了对偶问题的经济意义一影子价格。 对偶最优解Y=CB=(y1,y2,,y),y表示在原问题已取得最优解的情 况下，第种资源增加一个单位时总收益的增加值，也可以说y是对第 种资源的一种价格估计。这种价格估计并不是第种资源的实际价值或 成本，而是由该企业在制产品的收益来估计所用资源的单位价值，它 是一种潜在的价格称为影子价格。 nULU
第二章 线性规划的对偶理论与灵敏度分析 一、本章内容简要回顾 在这一章里，我们首先由第一章的实际问题引出了线性规划的对偶 问题,阐明了线性规划原问题与其对偶问题的关系;。 接着，论证了对偶问题的五个重要性质;在此基础上，讲述了求解线 性规划的对偶单纯形法,其计算步骤如下： 步骤1 确定原问题的初始基B，使所有检验数 ， 即Y=CBB-1是对偶可行解，建立初始单纯形表。 步骤2 检查基变量的取值，若XB=B-1b≥0，则已得最优解，计算停； 否则求 min{(B-1b)i│(B-1b)i＜0｝=(B-1b)ι 确定单纯形表第L行对应的基变量为旋出变量。 步骤3 若所有aιj≥0,则原问题无可行解，计算停；否则，计算 θ=min｛σj / aιj│ aιj ＜0 ｝=σk /aιk 确定对应的xk为旋入变量。 步骤4 以aιk为主元作（L，K）旋转变换，得新的单纯形表，转步骤2。 本章还介绍了对偶问题的经济意义——影子价格。 对偶最优解Y= CBB -1=(y1,y2,…,ym ), yi表示在原问题已取得最优解的情 况下，第i种资源增加一个单位时总收益的增加值，也可以说yi是对第i 种资源的一种价格估计。这种价格估计并不是第i种资源的实际价值或 成本，而是由该企业在制产品的收益来估计所用资源的单位价值，它 是一种潜在的价格,称为影子价格。 C - C B Pj 0 1 σj j B − =
企业可以将资源的影子价格与市场价格比较，来决定是购 入还是出让该种资源。当某资源的市场价格低于影子价格时， 企业应该买进该资源用于扩大生产；而当市场价格高于影子 价格时，则企业的决策者应该将已有资源买掉。这样获利会 更多。 利用单纯形表求解线性规划，在求得最优解的同时，很 容易得到问题的各种资源的影子价格。某资源的影子价格， 就是该资源对应的约束条件所加松弛变量在最优表中的检验 数的相反数。 本章最后详细讲述了线性规划某些系数或限制述变动的 灵敏度分析，以及参数线性规划问题。 二、应重点掌握的问题 1、用对偶单纯形法求解线性规划问题； 2、对偶问题的经济意义 影子价格； 3、灵敏度分析
企业可以将资源的影子价格与市场价格比较，来决定是购 入还是出让该种资源。当某资源的市场价格低于影子价格时， 企业应该买进该资源用于扩大生产；而当市场价格高于影子 价格时，则企业的决策者应该将已有资源买掉。这样获利会 更多。 利用单纯形表求解线性规划，在求得最优解的同时，很 容易得到问题的各种资源的影子价格。某资源的影子价格， 就是该资源对应的约束条件所加松弛变量在最优表中的检验 数的相反数。 本章最后详细讲述了线性规划某些系数或限制述变动的 灵敏度分析，以及参数线性规划问题。 二、应重点掌握的问题 1、用对偶单纯形法求解线性规划问题； 2、对偶问题的经济意义——影子价格； 3、灵敏度分析
、 典型例题分析 1、用对偶单纯形法求解下述问题 minZ=12x1+8x2+16x3+12x4 2x1+2+4X3≥2 2x1+2x2+4x1≥3 X1,X2,X3,X4≥0 求解过程详见教材P36~37 2、灵敏度分析 某工厂生产A、B两种产品，每生产一吨产品所需的原 料 工时和提供的利润以及资源的限制量如下表： 资源 产品 A B 总 量 原 料（吨） 2 3 100 工 时（小时） 4 2 120 利润（百元/吨） 6 4 (1)试确定获利最大的生产方案； 当原料的市场价格为 0.2百元/吨时，企业是否应该多购进原料以扩大生产规模？
三、典型例题分析 1、用对偶单纯形法求解下述问题 minZ=12x1+8x2+16x3 +12x4 2x1+ x2 +4x3 ≥2 2x1+2x2+4x4 ≥3 x1 ,x2 ,x3 ,x4≥0 求解过程详见教材P36～37。 2、灵敏度分析 某工厂生产A、B两种产品，每生产一吨产品所需的原 料、工时和提供的利润以及资源的限制量如下表： 资源 产品 A B 总 量 原 料 （吨） 工 时（小时） 2 3 4 2 100 120 利 润（ 百元/吨） 6 4 （1）试确定获利最大的生产方案；当原料的市场价格为 0.2百元/吨时,企业是否应该多购进原料以扩大生产规模?
2)当产品A的利润由6百元/吨增至12百元/吨时，是否需要 修改原计划？若需要修改，求新的最优生产方案， (3)若工时总量增至240小时，求最优方案， (4)若新研制出一种产品C,每生产一吨该产品需原料4吨！ 工时3小时，可获利8百元，试问该厂是否应该生产新产品C?如果 生产，应该生产多少？ (5)若生产中，又增加了用电量的限制，已知每生产1吨产品 A、B用电量分别为2,3个单位，计划期内电量限制在90个单 位之内，试分析原最优解有无变化？如果有变化，求出新的 最优解。 解： (1)设生产A、B两种产品的产量分别为x,X,则该 问题的线性规划数学模型为： maxZ=6x +4x 2x1+3x≤100 4x1+2x≤120 X1,X2≥0
（2）当产品A的利润由6百元/吨增至12百元/吨时,是否需要 修改原计划?若需要修改,求新的最优生产方案; （3）若工时总量增至240小时,求最优方案; （4）若新研制出一种产品C,每生产一吨该产品需原料4吨, 工时3小时,可获利8百元,试问该厂是否应该生产新产品C?如果 生产,应该生产多少? （5）若生产中,又增加了用电量的限制,已知每生产1吨产品 A、B用电量分别为2，3个单位，计划期内电量限制在90个单 位之内，试分析原最优解有无变化？如果有变化，求出新的 最优解。 解：（1）设生产A、B两种产品的产量分别为x1 ,x2，则该 问题的线性规划数学模型为： maxZ=6x1+4x2 2x1+3x2 ≤100 4x1+2x2 ≤120 x1 ,x2 ≥0
用单纯形法易于求得初始解及最优解如下： 6 B XB B-1b X 100 2 120 [4] 2 0 0 20 1/2 -1/4 X 20 -1/4 3/8 0 -1/2 -5/4 由此可知，最优生产方案为：产品A、B各生产20吨，可 获最大利润200百元。 由最优表可知，原料的影子价格是0.5百元/吨，所以当原 料的市场价格为02百元/吨时，应多购进原料以扩大生产规模 从而可获得更多的利润
C 6 4 0 0 CB XB B -1b X1 X2 X3 X4 0 0 X3 X4 100 120 2 3 1 0 ［4］ 2 0 1 σ 6 4 0 0 ……………………………………… 4 6 X2 X1 20 20 0 1 1/2 -1/4 1 0 -1/4 3/8 σ 0 0 -1/2 -5/4 用单纯形法易于求得初始解及最优解如下： 由此可知，最优生产方案为：产品A、B各生产20吨，可 获最大利润200百元。 由最优表可知，原料的影子价格是0.5百元/吨，所以当原 料的市场价格为0.2百元/吨时,应多购进原料以扩大生产规模, 从而可获得更多的利润
(2)将C,=12代入原最优表，重新计算检验数，原最优解不 再是最优解，所以需要修改原计划。以原最优解为初始解， 用单纯形法继续运算，结果如下： C 12 4 0 0 CB X B-ib X1 X2 X3 X4 4 X2 20 0 1 1/2 -114 12 20 1 0 -1/4 3/8 O 0 0 -7/2 0 X3 40 0 2 1-1/2 12 30 1/2 0 1/4 -2 0 -3 新的最优方案是：X=30,X=40,X2=X40 最优值：Z=360
（2）将C1=12代入原最优表，重新计算检验数，原最优解不 再是最优解，所以需要修改原计划。以原最优解为初始解， 用单纯形法继续运算，结果如下： C 6 4 0 0 CB XB B -1b X1 X2 X3 X4 4 6 X2 X1 20 20 0 1 1/2 -1/4 1 0 -1/4 3/8 σ 0 0 -1/2 -5/4 12 12 1 -7/2 0 12 X3 X1 40 30 0 2 1 -1/2 1 1/2 0 1/4 σ 0 -2 0 -3 新的最优方案是：X1=30，X3=40，X2 =X4=0 最优值：Z=360