Η μέθοδος Simplex. Χρήστος Γκόγκος. Χειμερινό Εξάμηνο ΤΕΙ Ηπείρου

Transcript

1 Η μέθοδος Simplex Χρήστος Γκόγκος ΤΕΙ Ηπείρου Χειμερινό Εξάμηνο / 17

2 Η μέθοδος Simplex Simplex Είναι μια καθορισμένη σειρά επαναλαμβανόμενων υπολογισμών μέσω των οποίων ξεκινώντας από ένα αρχικό σημείο της περιοχής των εφικτών λύσεων οδηγούμαστε σε κάθε επανάληψη από ένα ακραίο σημείο της περιοχής των εφικτών λύσεων σε ένα άλλο, γειτονικό με το προηγούμενο, το οποίο αντιστοιχεί σε καλύτερη τιμή της αντικειμενικής συνάρτησης Η διαδικασία επαναλαμβάνεται μέχρι να εντοπισθεί η βέλτιστη λύση 2 / 17

3 Πλεονεκτήματα της μεθόδου Simplex Εντοπισμός βέλτιστης λύσης Γρήγορος χρόνος εκτέλεσης Παροχή πληθώρας πληροφοριών οικονομικής φύσεως σχετικά με την λύση 3 / 17

4 Μεταβλητές περιθωρίου (slack variables) Χρησιμοποιούνται προκειμένου να μετατρέψουν έναν περιορισμό του προβλήματος από ανισότητα σε ισότητα Αντιπροσωπεύουν την ποσότητα ενός πόρου που δεν χρησιμοποιείται Μπορούν να συμπεριληφθούν και στην αντικειμενική συνάρτηση με μηδενικούς συντελεστές 4 / 17

5 Βασικές και μη βασικές μεταβλητές Βασικές λέγονται οι μεταβλητές που έχουν μη μηδενικές τιμές Μη βασικές λέγονται οι μεταβλητές που έχουν μηδενικές τιμές Το σύνολο των βασικών μεταβλητών καλείται και βάση της λύσης που αντιστοιχεί σε ένα συγκεκριμένο πίνακα Κάθε βασική μεταβλητή αντιστοιχεί σε έναν περιορισμό του προβλήματος 5 / 17

6 Η επαναληπτική διαδικασία Simplex 1 Έλεγχος κριτηρίου βελτιστοποίησης 2 Επιλογή νέας βασικής μεταβλητής από τις μη βασικές μεταβλητές 3 Επιλογή βασικής μεταβλητής που αντικαθίσταται 4 Υπολογισμός νέων τιμών οδηγού σειράς 5 Υπολογισμός νέων τιμών για τις υπόλοιπες σειρές του πίνακα 6 Υπολογισμός νέων τιμών για τις σειρές Z j και C j Z j 6 / 17

7 Κατάστρωση αρχικού πίνακα Simplex LP μοντελοποίηση maximize 140x x 2 subject to 8x 1 + 8x x 1 + 2x x 1 + 3x x 1 0, x 2 0 maximize 140x x 2 + 0s 1 + 0s 2 + 0s 3 subject to 8x 1 + 8x 2 + 1s 1 + 0s 2 + 0s 3 = 960 4x 1 + 2x 2 + 0s 1 + 1s 2 + 0s 3 = 400 4x 1 + 3x 2 + 0s 1 + 0s 2 + 1s 3 = 420 x 1 0, x 2 0, s 1 0, s 2 0, s 3 0 Το σύστημα εξισώσεων έχει περισσότερους αγνώστους από εξισώσεις άρα έχει άπειρες λύσεις Θέτοντας x 1 = 0 και x 2 = 0 προκύπτουν ως λύσεις: s 1 = 960, s 2 = 400 και s 3 = 420 που θα αποτελέσουν και την αρχική λύση της Simplex 7 / 17

8 Κατάστρωση αρχικού πίνακα Simplex ΣυντΚέρδc j ΒασΜετ x 1 x 2 s 1 s 2 s 3 B i 0 s s s z j c j z j Η σειρά z j αντιπροσωπεύει πόσο θα μειωθεί το κέρδος αν η τιμή της μεταβλητής αυξηθεί κατά 1 μονάδα Η σειρά c j z j αντιπροσωπεύει την καθαρή επίπτωση στο συνολικό κέρδος αν η αντίστοιχη μεταβλητή αυξηθεί κατά 1 μονάδα 8 / 17

9 Έλεγχος κριτηρίου βελτιστοποίησης Αν όλες οι τιμές της σειράς c j z j είναι αρνητικές ή μηδέν τότε η λύση είναι βέλτιστη ΣυντΚέρδc j ΒασΜετ x 1 x 2 s 1 s 2 s 3 B i 0 s s s z j c j z j / 17

10 Επιλογή νέας μεταβλητής που θα γίνει βασική Επιλέγουμε από τις μη βασικές μεταβλητές (στήλες) εκείνη με τη μεγαλύτερη θετική τιμή στη σειρά c j z j ΣυντΚέρδc j ΒασΜετ x 1 x 2 s 1 s 2 s 3 B i 0 s s s z j c j z j / 17

11 Επιλογή βασικής μεταβλητής που αντικαθίσταται Διαιρούμε όλα τα στοιχεία της τελευταίας στήλης δηλαδή τις ποσότητες με τα αντίστοιχα θετικά στοιχεία της οδηγού στήλης Το μικρότερο θετικό κλάσμα προσδιορίζει τη μεταβλητή που θα αντικατασταθεί s 1 : 960/8 =120 s 2 : 400/4 =100 s 3 : 420/4 =105 ΣυντΚέρδc j ΒασΜετ x 1 x 2 s 1 s 2 s 3 B i 0 s s s z j c j z j / 17

12 Αντικατάσταση οδηγού σειράς οδηγός στήλη x 1 οδηγός σειρά s 2 οδηγό στοιχείο 4 Διαίρεση της οδηγού σειράς με το οδηγό στοιχείο ΣυντΚέρδc j ΒασΜετ x 1 x 2 s 1 s 2 s 3 B i 0 x x 1 1 1/2 0 1/ s z j c j z j / 17

13 Υπολογισμός νέων τιμών για τις άλλες σειρές (πλην της οδηγού σειράς) ΣυντΚέρδc j ΒασΜετ x 1 x 2 s 1 s 2 s 3 B i 0 s x 1 1 1/2 0 1/ s z j c j z j s 1 s1 8(νέα σειρά x1) s 3 s3 4(νέα σειρά x1) ΣυντΚέρδc j ΒασΜετ x 1 x 2 s 1 s 2 s 3 B i 0 s x 1 1 1/2 0 1/ s z j c j z j / 17

14 Υπολογισμός σειρών z j, c j z j Η τιμή σε κάθε στοιχείο της σειράς z j προκύπτει πολλαπλασιάζοντας το συντελεστή κέρδους (1η στήλη) με την τιμή που υπάρχει σε κάθε στήλη (πχ για την στήλη x 2 η τιμή 70 προκύπτει ως / ) ΣυντΚέρδc j ΒασΜετ x 1 x 2 s 1 s 2 s 3 B i 0 s x 1 1 1/2 0 1/ s z j c j z j / 17

15 Ο 2ος πίνακας Simplex ΣυντΚέρδc j ΒασΜετ x 1 x 2 s 1 s 2 s 3 B i 0 s x 1 1 1/2 0 1/ s z j c j z j Η λύση που περιγράφει ο 2ος πίνακας είναι η x 1 = 100, x 2 = 0, s 1 = 160, s 2 = 0, s 3 = / 17

16 Ο 3ος πίνακας Simplex όπως προκύπτει από τον 2ο πίνακα Simplex ΣυντΚέρδc j ΒασΜετ x 1 x 2 s 1 s 2 s 3 B i 0 s x 1 1 1/2 0 1/ s z j c j z j Η μη βασική μεταβλητή που εισέρχεται ως βασική είναι η x 2 ενώ εξέρχεται η s 3 ΣυντΚέρδc j ΒασΜετ x 1 x 2 s 1 s 2 s 3 B i 0 s x /4-1/ x z j c j z j / 17

17 Ο τελικός πίνακας Simplex ΣυντΚέρδc j ΒασΜετ x 1 x 2 s 1 s 2 s 3 B i 0 s x /4-1/ x z j c j z j Η λύση που περιγράφει ο τελικός πίνακας είναι η x 1 = 90, x 2 = 20, s 1 = 80, s 2 = 0, s 3 = 0 με μέγιστο κέρδος 140x x 2 = / 17