LP. Leksjon 2. Kapittel 2: simpleksmetoden, forts. initialisering to faser ubegrenset løsning geometri

Like dokumenter
Kapittel 2: simpleksmetoden, forts.

Kapittel 1 og 2: eksempel og simpleksmetoden

Kapittel 5: dualitetsteori

LP. Leksjon 3. Kapittel 3: degenerasjon.

LP. Leksjon 1. Kapittel 1 og 2: eksempel og simpleksmetoden

LP. Leksjon 5. Kapittel 5: dualitetsteori. motivasjon det duale problemet svak og sterk dualitet det duale til LP problemer på andre former

Kapittel 3: degenerasjon.

LP. Leksjon 6: Kap. 6: simpleksmetoden i matriseform, og Seksjon 7.1: følsomhetsanalyse

LP. Leksjon 4. Kapittel 4: effektivitet av simpleksmetoden

Kapittel 4: effektivitet av simpleksmetoden

η = 2x 1 + x 2 + x 3 x 1 + x 2 + x 3 + 2x 4 3 x x 3 4 2x 1 + x 3 + 5x 4 1 w 1 =3 x 1 x 2 x 3 2x 4 w 2 =4 x 1 x 3 w 3 =1 2x 1 x 3 5x 4

LP. Leksjon 9: Kapittel 13: Nettverk strøm problemer, forts.2

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

LP. Leksjon 8: Kapittel 13: Nettverk strøm problemer, forts.1

LP. Leksjon 7. Kapittel 13: Nettverk strøm problemer

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN HØST 2012 I TIØ4120 OPERASJONSANALYSE, GRUNNKURS

Innhold og forelesningsplan Eksempler på LP Begreper Løsning av enkelt eksempel Praktisk relevans Leksjon 2: Simpleksmetoden for løsning av LP

Moderne optimering mer enn å derivere!!

Spesialisering i økonomistyring og investeringsanalyse DST 9530

ingen Fase I nødvendig konvergerer dersom LP er begrenset og konsistent skifter mellom primal og dual pivotering MoD233 - Geir Hasle - Leksjon 8 2

LP. Kap. 17: indrepunktsmetoder

Side 1 av 13. Svar til. EKSAMEN I EMNE TIØ4120 OPERASJONSANALYSE, GK Torsdag 2. desember 2010 Tid: kl Bokmål

LØSNINGSFORSLAG KONTINUASJONSEKSAMEN VÅR 2013 I TIØ4120 OPERASJONSANALYSE, GK

TMA4122/TMA4130 Matematikk 4M/4N Høsten 2010

Lineære ligningssystemer. Forelesning, TMA4110 Torsdag 17/9. Lineære ligningssystemer (forts.) Eksempler

Obligatorisk oppgave 1 i MAT1140, Høst Løsninger med kommentarer

Avanserte flytalgoritmer

LP. Leksjon Spillteori

Egenverdier for 2 2 matriser

Gauss-Jordan eliminasjon; redusert echelonform. Forelesning, TMA4110 Fredag 18/9. Reduserte echelonmatriser. Reduserte echelonmatriser (forts.

Svar til. EKSAMEN I EMNE TIØ4120 OPERASJONSANALYSE, GK Onsdag 10. august 2011 Tid: kl Bokmål

Lineære ligningssystemer og gausseliminasjon

LØSNING FOR EKSAMEN I FAG 75316, NUMERISK LØSNING AV DIFFERENSIALLIGNINGER, VÅR u t = u xx, < x <, t > 0 < x <

4.4 Koordinatsystemer

Lineære likningssett.

Husk at minustegn foran et tall eller en variabel er å tenke på som tallet multiplisert med det som kommer etter:

3.9 Teori og praksis for Minste kvadraters metode.

Kontinuasjonseksamen i tdt4125 Algoritmekonstruksjon, videregående kurs

Kontinuasjonseksamen i tdt4125 Algoritmekonstruksjon, videregående kurs

RF5100 Lineær algebra Leksjon 2

b) Forventet verdi er: Stor: = 26 Middels: = 17 Liten: = 12 Man velger alternativet stor.

6 Determinanter TMA4110 høsten 2018

Opp til nå har problemstilling vart: Gitt en funksjon f, finn for hvilket verdier av de variabler f tar en bestemt verdi. Ax = b, f(x) = 0.

Forelesning i konsumentteori

MAT1120 Repetisjon Kap. 1

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Obligatorisk oppgave 2 i MAT1140, Høst Løsninger og kommentarer

Finne løsninger på ligninger numerisk: Newton-Raphson metoden og Fikspunktiterasjon MAT111, høsten 2017

!"!#$ INF-MAT Geir Hasle - Leksjon 2 2

ECON3610 Samfunnsøkonomisk lønnsomhet og økonomisk politikk Forelesning 5

INEC1800 ØKONOMI, FINANS OG REGNSKAP EINAR BELSOM

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2017

Lineære ligningssystemer og gausseliminasjon

Hvor effektive er de ulike undervisnings- og arbeidsformene?

EKSAMEN I EMNE TIØ4120 OPERASJONSANALYSE, GK. Torsdag 2. desember 2010 Tid: kl

Lineær optimering. Plan for kurset

Eksamensoppgave MAT juni 2010 (med løsningsforslag)

UNIVERSITET I BERGEN

Forelesningsnotater ECON 2910 VEKST OG UTVIKLING, HØST Litt om endogen vekstteori

UNIVERSITETET I OSLO

Lineære likningssystemer og matriser

Eksamen i emnet Stat111 - Statistiske metoder 28. mai 2014, kl

13 Oppsummering til Ch. 5.1, 5.2 og 8.5

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 5 Litt oppsummering undervegs Løsningsforslag

UNIVERSITETET I OSLO

Obligatorisk oppgave 1 MAT1120 HØSTEN 2014

Obligatorisk oppgave 2 - inf

UNIVERSITETET I OSLO

12 Diagonalisering av matriser og operatorer (Ch. 5.1, 5.2 og 8.5)

UNIVERSITETET I OSLO

Egenverdier og egenvektorer

Et kvadrats symmetrier en motivasjon

x 1 x 2 x = x n b 1 b 2 b = b m Det kan være vanskelig (beregningsmessig) og bearbeide utrykk som inneholder

INF-MAT-5380

Indifferenskurver, nyttefunksjon og nyttemaksimering

Lineær algebra-oppsummering

Eksamensoppgave i MA1201 Lineær algebra og geometri

MAT1140: Kort sammendrag av grafteorien

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2014

Oppgave 1. X 1 B(n 1, p 1 ) X 2. Vi er interessert i forskjellen i andeler p 1 p 2, som vi estimerer med. p 1 p 2 = X 1. n 1 n 2.

EKSAMEN I NUMERISK LINEÆR ALGEBRA (TMA4205)

TEMA: Damp/Væske-likevekter og Flash-Separasjon. Løsningsforslag:

Inverse matriser. E.Malinnikova, NTNU, Institutt for matematiske fag. September, 2009

Konsumentteori. Kjell Arne Brekke. Mars 2017

Lineær algebra. H. Fausk i=1 a ix i. Her har vi oppgitt hva ledd nummer i skal være og hvilke indekser i vi summerer over.

PXT: Det regner mat! Introduksjon. Steg 1: Grunnlag. Sjekkliste. Skrevet av: Helene Isnes

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2016

MAT1120. Obligatorisk oppgave 1 av 2. Torsdag 20. september 2018, klokken 14:30 i Devilry (devilry.ifi.uio.no).

Vektorrom. Kapittel 7. Hva kan vi gjøre med vektorer?

Obligatorisk oppgave 1 MAT1120 H15

INEC1800 ØKONOMI, FINANS OG REGNSKAP EINAR BELSOM

1 Mandag 1. februar 2010

Lineære ligningssystem og matriser

LØSNINGSFORSLAG. EKSAMEN I SIO 4060 PROSESSINTEGRASJON Lørdag 10. mai 2003 Q H 190 C 180 C R C 170 C 900 kw R C 140 C 100 C 90 C

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 7 Løsningsforslag

Forelesning 29: Kompleksitetsteori

Anbefalte oppgaver - Løsningsforslag

Transkript:

LP. Leksjon 2. Kapittel 2: simpleksmetoden, forts. initialisering to faser ubegrenset løsning geometri 1 / 16

Repetisjon LP problem tillatt løsning, optimal løsning basisliste basis, basisvariable og ikkebasisvariable pivotering se eksempel fra Leksjon 1 2 / 16

Initialisering LP problem: maksimer forutsatt at n j=1 c jx j n j=1 a ijx j b i for i = 1,..., m x j 0 for j = 1,..., n. Innfører slakkvariable og får problemet på basislisteform: η = n j=1 c jx j w i = b i n j=1 a ijx j for i = 1,..., m Så hvis b i 0 for alle i m finner vi en initiell tillatt løsning ved å la w i = b i for alle i m og x j = 0 for alle j n. 3 / 16

Problem: hva hvis noen b i er er negative? Løsning: oppfatter det å finne en første tillatt løsning som et nytt problem dette problemet kan skrives som et LP problem! det nye LP problemet kalles Fase I problemet heldigvis: det er lett å finne en startløsning i Fase I problemet! Fase I problemet: maksimer x 0 forutsatt at n j=1 a ijx j x 0 b i for i = 1,..., m x j 0 for j = 0, 1,..., n. Merk: dette er også et LP problem. Kaller det LP-I. 4 / 16

Om Fase I problemet: samme variable som før, men med en ekstra variabel x 0 den gamle objektivfunksjonen er fjernet og erstattet av x 0. Vi skal maksimere x 0. Dette er ekvivalent med å minimere x 0. Hvorfor? begrensningene er nesten som før og er nå n a ij x j b i + x 0 j=1 Tolkning av Fase I problemet: Fase I problemet avklarer om det opprinnelige problemet har noen tillatt løsning (som ikke uten videre er opplagt). Og hvis svaret er ja finner vi også en tillatt løsning. Mer om dette: tenk på x 0 som et tillegg til alle høyresidene b i. Hvis vi klarer å finne en tillatt løsning av LP-I der dette tillegget er 0 (x 0 = 0), så har vi også at n a ij x j b i + x 0 = b i j=1 5 / 16

Initialisering, eksempel LP problem (med minst en negative b i ): maksimer 2x 1 x 2 forutsatt at Dette gir Fase I problemet: x 1 + x 2 1 x 1 2x 2 2 x 2 1 x 1, x 2 0. maksimer x 0 forutsatt at x 1 + x 2 x 0 1 x 1 2x 2 x 0 2 x 2 x 0 1 x 0, x 1, x 2 0. 6 / 16

Dette gir første basisliste. Som er ikke-tillatt!!? (Hvorfor?) ξ = x 0 w 1 = 1 + x 1 x 2 + x 0 w 2 = 2 + x 1 + 2x 2 + x 0 w 3 = 1 x 2 + x 0 Kan konverteres til tillatt basisliste ved en pivotering! Vi lar x 0 gå inn i basis (tolkning: trenger et tillegg til høyresiden) og lar den variabelen som er mest negativ forlate basis, altså w 2 her. Resultat: ξ = 2 + x 1 + 2x 2 w 2 w 1 = 1 3x 2 + w 2 x 0 = 2 x 1 2x 2 + w 2 w 3 = 3 x 1 3x 2 + w 2 7 / 16

Dette er en tillatt basisliste, og tilhørende basisløsningen er w 1 = 1, x 0 = 2, w 3 = 3 og de øvrige variable er null. Hva nå? Siden vi har en tillatt basisliste (dvs. basisliste med tillatt basisløsning) går vi videre med simpleksalgoritmen. Altså: pivoterer inntil vi har funnet optimal løsning. (Foretar avrunding for bedre lesbarhet). 1. iterasjon: x 2 inn i basis og w 1 ut, som gir: ξ = 1.33 + x 1 0.67w 1 0.33w 2 x 2 = 0.33 0.33w 1 + 0.33w 2 x 0 = 1.33 x 1 + 0.67w 1 + 0.33w 2 w 3 = 2 x 1 + w 1 8 / 16

2. iterasjon: x 1 inn i basis og x 0 ut, som gir: ξ = 0 x 0 x 2 = 0.33 0.33w 1 + 0.33w 2 x 1 = 1.33 x 0 + 0.67w 1 + 0.33w 2 w 3 = 0.67 + x 0 + 0.33w 1 0.33w 2 Ser at denne basislisten er optimal! Har dermed løst Fase I problemet. Siden optimal verdi er 0, finnes en tillatt løsning i opprinnelig LP problem. Nemlig: x 1 = 4/3, x 2 = 1/3. Sjekk dette! 9 / 16

Videre kan vi skrive opp en tillatt basisliste for det opprinnelige LP problemet ved å fjerne x 0 fra optimal basisliste i Fase I, og gjeninnføre den opprinnelige objektivfunksjon: η = 3 w 1 w 2 x 2 = 0.33 0.33w 1 + 0.33w 2 x 1 = 1.33 + 0.67w 1 + 0.33w 2 w 3 = 0.67 + 0.33w 1 0.33w 2 Nå har vi en tillatt basisliste (og tillatt basisløsning) og løser dette LP problemet ved simpleksalgoritmen. Kaller dette Fase II problemet. Tilfeldigvis er denne basislisten optimal, så ingen pivotering var nødvendig. Normalt kreves flere pivoteringer i Fase II problemet. 10 / 16

Initialisering Oppsummering: metoden i eksempelet kan brukes generelt Fase I: løser Fase I problemet for å finne, om mulig, en initiell tillatt løsning. I så fall får vi også en tillatt startbasisliste for neste oppgave. Fase II: løser Fase II problemet med løsningen fra Fase I som startløsning. Finner ved simpleksalgoritmen en optimal løsning av det opprinnelige LP problemet, evt. ubegrenset løsning. 11 / 16

Ubegrenset løsning Neste tema: noen problemer har ubegrenset verdi! Ser nærmere på pivotering. Minner om: en indeks k flyttes fra N til B (x k er inngående variabel; ny basisvariabel fordi den øker η), en annen indeks l flyttes fra B til N (x l er utgående variabel; variabel går ut av basis fordi den blir 0) og vi finner en ny tillatt basisliste fra den gamle vha. radoperasjoner 12 / 16

Mulig problem: det kan tenkes at når inngående variabel x k økes, så vil ingen av basisvariablene bli null! Eksempel: η = 2 + 3x 4 x 5 x 1 = 1 + x 4 + x 5 x 2 = 2 + 5x 4 + x 5 x 3 = 0 x 5 Vi ønsker å ta x 4 inn i basis, og ser at ingen basisvariabel da blir null. 13 / 16

Konklusjon: kan øke x 4 vilkårlig mye og får vilkårlig stor verdi på objektivfunksjonen η. Sier at problemet er ubegrenset (og optimal verdi er ). Videre ser vi at hvis vi går langs strålen (x 1, x 2, x 3, x 4, x 5 ) = (1, 2, 0, 0, 0) + (1, 5, 0, 1, 0) x 4 der x 4 0, vil η. Hva kan vi si generelt? La x k være variabelen vi ønsker å ta inn i basis. Hvis vi har en basisliste der alle koeffisientene foran x k er ikkenegative, så skjer det samme som over. Altså: ubegrenset verdi, og finner en stråle der η går mot uendelig. 14 / 16

Geometri Geometri for LP i to variable: tillatt mengde: polyeder P tillatt basisløsning: hjørne pivotering: gå langs kant mellom to nabohjørner nivåmengden {x : c T x = α}: linje normal på c, forskyves inntil den tangerer P tilsvarende for flere variable: se konveksitet senere 15 / 16

Avsluttende kommentarer Når vi løser et LP problem har vi følgende muligheter: 1. problemet har ingen tillatt løsning. Dette avklares i så fall i Fase I. 2. problemet har tillatt løsning, men ingen optimal løsning fordi problemet er ubegrenset. 3. problemet har tillatt og løsning, og vi ender opp med en optimal løsning Og dette er faktiske alle muligheter Men begrunnelsen er ikke triviell. Vi må vise at simpleksalgoritmen terminerer. Har nemlig hittil antatt at alle basisvariable er positive, men ikke diskutert hva som skjer hvis noen av dem blir null! Skal se på disse spørsmålene i Leksjon 3! 16 / 16