Реферат по предмету "Математика"


Лабораторные работы по Основам теории систем

Лабораторная работа № 2
Телешовой Елизаветы, гр. 726, Цель работы: Решение задач линейного программирования симплекс-методом. Варианты разрешимости задач линейного программирования.
1 вариант. 1. Четыре студента: Иванов, Петров, Сидоров и Васильев пошли на концерт группы «Чайф», захватив пиво 2 сортов: «Русич» и «Премьер». Определить план распития напитков для получения максимального суммарного опьянения (в [pic]). Исходные данные даны в таблице:
|Студент |Норма выпитого |Запасы | | | |(в | | | |литрах) | | |«Русич» |«Премьер» | | |Иванов |2 |2 |1.5 | |Петров |3,5 |1 |1,5 | |Сидоров |10 |4 |4,5 | |Васильев|– |1 |0,7 | |Крепость|16 % |10 % | | |напитка | | | |
2. Математическая модель. 2.1 Управляемые параметры x1[л] – количество выпитого пива «Русич». x2[л] – количество выпитого пива «Премьер». [pic] – решение. 2.2 Ограничения [pic] – количество пива «Русич», выпитого Ивановым. [pic] – количество пива «Премьер», выпитого Ивановым. [pic]– общее количество пива, выпитого Ивановым. Общее количество пива, выпитого Ивановым, не превосходит имеющихся у него запасов пива, поэтому: [pic](л). Аналогично строим другие ограничения: [pic](л). [pic](л). [pic](л).
3. Постановка задачи. Найти [pic]*, где достигается максимальное значение функции цели: [pic] 4. Решение. [pic] при: [pic] [pic] Приведем задачу к каноническому виду: [pic] [pic] Определим начальный опорный план: [pic]. Это решение является опорным, т.к. вектора условий при положительных компонентах решения линейно независимы, также [pic], где [pic], но не все оценки положительны ([pic], где [pic] [pic]) Опорный план является оптимальным, если для задачи максимизации все его оценки неотрицательны. [pic] не является оптимальным, значит критерий можно улучшить, если увеличить одну их отрицательных свободных переменных. Будем увеличивать [pic], т.к. ее увеличение вызовет большее увеличение функции цели. Предположим, что [pic], тогда: [pic] Запишем новый опорный план: [pic]. Все оценки опорного плана должны быть неотрицательны, а значит должны выполняться условия: [pic]=> [pic] При увеличении [pic], первой перестает выполнять условие неотрицательности переменная [pic], т.к. она первая обращается в ноль. Значит выведем из базиса [pic]. Теперь базисными переменными являются [pic], а свободными [pic]. Для анализа этого плана выразим функцию цели через новые переменные. Из ограничения (2) имеем: [pic]. Подставляя в функцию цели: [pic] получаем: [pic] Оформим данный этап задачи в виде симплекс-таблицы: Начальная симплекс-таблица: | |16 |10 |0 |0 |0 |0 | | |Св |Б.П. |X1 |X2 |X3 |X4 |X5 |X6 |в | |0 |X3 |2 |2 |1 |0 |0 |0 |1,5 | |0 |X4 |3,5 |1 |0 |1 |0 |0 |1,5 | |0 |X5 |10 |4 |0 |0 |1 |0 |4,5 | |0 |X6 |0 |1 |0 |0 |0 |1 |0,7 | | |F |-16 |-10 |0 |0 |0 |0 |0 |
[pic]; Пересчитаем элементы исходной таблицы по правилу четырехугольника: | |16 |10 |0 |0 |0 |0 | | |Св |Б.П. |X1 |X2 |X3 |X4 |X5 |X6 |В | |0 |X3 |0 |1,428|1 |-0,57|0 |0 |0,642 | | | | | | |2 | | | | |16 |X1 |1 |0,286|0 |0,286|0 |0 |0,428 | |0 |X5 |0 |1,14 |0 |-2,86|1 |0 |0,214 | |0 |X6 |0 |1 |0 |0 |0 |1 |0,7 | | |F |0 |-5,42|0 |4,576|0 |0 |6,857 | | | | |4 | | | | | |
[pic]; Пересчитав все оценки, видим, что [pic], значит критерий можно улучшить. Будем увеличивать [pic]. Пусть [pic], тогда: [pic] откуда получаем: [pic]; Все оценки опорного плана должны быть неотрицательны, а значит должны выполняться условия: [pic] => [pic] Выведем из базиса [pic]. Теперь базисными переменными являются [pic], а свободными [pic]. Выразим функцию цели через новые переменные: [pic], а из ограничений (2) и (3): [pic]. Тогда: [pic]; | |16 |10 |0 |0 |0 |0 | | |Св |Б.П. |X1 |X2 |X3 |X4 |X5 |X6 |В | |0 |X3 |0 |0 |1 |3 |-1,25|0 |0,375 | |16 |X1 |1 |0 |0 |1 |-0,25|0 |0,375 | |10 |X2 |0 |1 |0 |-2,5 |0,875|0 |0,1875| |0 |X6 |0 |0 |0 |2,5 |-0,87|1 |0,5125| | | | | | | |5 | | | | |F |0 |0 |0 |-9 |4,75 |0 |7,875 |
[pic] Пересчитав все оценки, видим, что [pic], значит критерий можно улучшить. Будем увеличивать [pic]. Пусть [pic], тогда: [pic] откуда получаем: [pic]; Все оценки опорного плана должны быть неотрицательны, а значит должны выполняться условия: [pic] => [pic] Выведем из базиса [pic]. Теперь базисными переменными являются [pic], а свободными [pic]. Выразим функцию цели через новые переменные: [pic], а из ограничений (1) и (2): [pic]. Тогда: [pic]; | |16 |10 |0 |0 |0 |0 | | |Св |Б.П. |X1 |X2 |X3 |X4 |X5 |X6 |в | |0 |X4 |0 |0 |0,333|1 |-0,41|0 |0,125 | | | | | | | |6 | | | |16 |X1 |1 |0 |-0,33|0 |0,166|0 |0,25 | | | | | |3 | | | | | |10 |X2 |0 |1 |1,833|0 |-0,16|0 |0,5 | | | | | | | |6 | | | |0 |X6 |0 |0 |-0,83|0 |0,166|1 |0,2 | | | | | |3 | | | | | | |F |0 |0 |3 |0 |1 |0 |9 |
[pic] Видим, что все оценки положительны, значит любое увеличение какой-либо свободной переменной уменьшит критерий. Данное решение является оптимальным. Изобразим это решение на графике:
Видим, что [pic] единственное и достигается в угловой точке области допустимых решений.
2 вариант. Отмечая успешно сданную сессию, вышеупомянутые студенты взяли столько же пива и в таких же пропорциях, за исключением того, что вместо пива «Премьер» было куплено пиво «Окское», крепость которого 6,4 % (дешевое и разбавленное). Определить план распития напитков для получения максимального суммарного опьянения (в [pic]). Функция цели: [pic]. Приводим ограничения к каноническому виду: [pic] [pic] => [pic] [pic] Решаем симплекс-методом: | |16 |6,4 |0 |0 |0 |0 | | |Св |Б.П. |X1 |X2 |X3 |X4 |X5 |X6 |В | |0 |X3 |2 |2 |1 |0 |0 |0 |1,5 | |0 |X4 |3,5 |1 |0 |1 |0 |0 |1,5 | |0 |X5 |10 |4 |0 |0 |1 |0 |4,5 | |0 |X6 |0 |1 |0 |0 |0 |1 |0,7 | | |F |-16 |-10 |0 |0 |0 |0 |0 |
[pic], [pic] | |16 |6,4 |0 |0 |0 |0 | | |Св |Б.П. |X1 |X2 |X3 |X4 |X5 |X6 |В | |0 |X3 |0 |1,428|1 |-0,57|0 |0 |0,642 | | | | | | |1 | | | | |16 |X1 |1 |1,286|0 |0,286|0 |0 |0,428 | |0 |X5 |0 |1,142|0 |-2,85|1 |0 |0,214 | |0 |X6 |0 |1 |0 |0 |0 |1 |0,7 | | |F |0 |-1,82|0 |4,571|0 |0 |6,857 |
[pic]; [pic] | |16 |6,4 |0 |0 |0 |0 | | |Св |Б.П. |X1 |X2 |X3 |X4 |X5 |X6 |В | |0 |X3 |0 |0 |1 |3 |-1,25|0 |0,375 | |16 |X1 |1 |0 |0 |1 |-0,25|0 |0,375 | |6,4 |X2 |0 |1 |0 |-2,5 |0,875|0 |0,1875| |0 |X6 |0 |0 |0 |2,5 |-0,87|1 |0,5125| | | | | | | |5 | | | | |F |0 |0 |0 |0 |1,6 |0 |7,2 |
[pic]; [pic] Видим, что все оценки положительны, значит оптимальное решение достигнуто. Но одна из свободных переменных ([pic]) обратилась в ноль, и если мы ее будем увеличивать, то функция цели не изменится, а решение будет другим, т.е. получим еще одно оптимальное решение, которое будет называться альтернативным.
| |16 |10 |0 |0 |0 |0 | | |Св |Б.П. |X1 |X2 |X3 |X4 |X5 |X6 |в | |0 |X4 |0 |0 |0,333|1 |-0,41|0 |0,125 | | | | | | | |6 | | | |16 |X1 |1 |0 |-0,33|0 |0,166|0 |0,25 | | | | | |3 | | | | | |10 |X2 |0 |1 |1,833|0 |-0,16|0 |0,5 | | | | | | | |6 | | | |0 |X6 |0 |0 |-0,83|0 |0,166|1 |0,2 | | | | | |3 | | | | | | |F |0 |0 |0 |0 |1 |0 |7,2 |
[pic] Если оптимальное решение достигнуто в 2-х точках, то оно достигается и на отрезке между ними. Можно составить уравнение данного отрезка по формуле: [pic]; [pic];
На графике видно, что оптимальное решение достигается на отрезке, значит является альтернативным. Вектор градиента целевой функции (F) параллелен радиус-вектору ограничения (3). Это ограничение образует все множество оптимальных решений. Можно сделать вывод, что альтернативные решения имеются, когда все оценки свободных переменных больше 0, а среди коэффициентов целевой функции оценка одной из свободных переменных равна 0.
3 вариант. Студент Петров, решив догнать по количеству выпитого студента Сидорова, выпил 4 доли пива «Русич» вместо запланированных 3,5. Решим задачу с учетом изменившихся данных. Функция цели:[pic]. Приводим ограничения к каноническому виду: [pic] [pic] => [pic] [pic] Решим задачу симплекс-методом. | |16 |10 |0 |0 |0 |0 | | |Св |Б.П. |X1 |X2 |X3 |X4 |X5 |X6 |в | |0 |X3 |2 |2 |1 |0 |0 |0 |1,5 | |0 |X4 |4 |1 |0 |1 |0 |0 |1,5 | |0 |X5 |10 |4 |0 |0 |1 |0 |4,5 | |0 |X6 |0 |1 |0 |0 |0 |1 |0,7 | | |F |-16 |-10 |0 |0 |0 |0 |0 |
[pic], [pic]. | |16 |10 |0 |0 |0 |0 | | |Св |Б.П. |X1 |X2 |X3 |X4 |X5 |X6 |В | |0 |X3 |0 |1,5 |1 |-0,5 |0 |0 |0,75 | |16 |X1 |1 |0,25 |0 |0,25 |0 |0 |0,375 | |0 |X5 |0 |1,5 |0 |-2,5 |1 |0 |0,75 | |0 |X6 |0 |1 |0 |0 |0 |1 |0,7 | | |F |0 |-6 |0 |4 |0 |0 |6 |
[pic], [pic]. | |16 |10 |0 |0 |0 |0 | | |Св |Б.П. |X1 |X2 |X3 |X4 |X5 |X6 |в | |10 |X2 |0 |1 |1,666|-0,33|0 |0 |0,5 | | | | | | |3 | | | | |16 |X1 |1 |0 |-0,16|0,333|0 |0 |0,25 | | | | | |6 | | | | | |0 |X5 |0 |0 |-1 |-2 |1 |0 |0 | |0 |X6 |0 |0 |-0,66|0,333|0 |1 |0,2 | | | | | |6 | | | | | | |F |0 |0 |4 |2 |0 |0 |9 |
[pic], [pic] Данное оптимальное решение является вырожденным, т.к. положительных компонентов меньше числа ограничений. На существование вырожденного оптимального решения указывает наличие в симплекс-таблице нулевого свободного члена при найденном оптимальном решении. В случае вырожденного решения симплекс-таблица может зацикливаться. Существует 2 способа предупреждения зацикливания: а) [pic] – изменение хода ограничения на некоторые величины [pic]. Они должны быть малы, чтобы изменения были несущественны. б) Если минимальное отношение свободных коэффициентов к положительным членам разрешающего столбца определяется неоднозначно, то выбирается отношение любого другого столбца к положительным коэффициентам данного столбца, пока строка не определится однозначно.
4 вариант. В связи с неожиданно полученной стипендией, запасы пива резко увеличились. Функция цели: [pic]. Приводим ограничения к каноническому виду: [pic] [pic] => [pic] [pic] В матрице условий нет единичной подматрицы, поэтому используем метод искусственного базиса. Построим вспомогательную задачу. [pic] [pic], при этом [pic]. Решаем вспомогательную задачу симплекс-методом:
| |0 |0 |0 |0 |0 |0 |1 |1 |1 |1 | | |Св |Б.П.|X1 |X2 |X3 |X4 |X5 |X6 |X7 |X8 |X9 |X10 |в | |1 |X7 |2 |2 |-1 |0 |0 |0 |1 |0 |0 |0 |1,5 | |1 |X8 |3.5 |1 |0 |-1 |0 |0 |0 |1 |0 |0 |1,5 | |1 |X9 |10 |4 |0 |0 |-1 |0 |0 |0 |1 |0 |4,5 | |1 |X10 |0 |1 |0 |0 |0 |-1 |0 |0 |0 |1 |0,7 | | |F |15,5 |8 |-1 |-1 |-1 |-1 |0 |0 |0 |0 |0 |
| |0 |0 |0 |0 |0 |0 |1 |1 |1 |1 | | |Св |Б.П.|X1 |X2 |X3 |X4 |X5 |X6 |X7 |X8 |X9 |X10 |в | |1 |X7 |0 |1,428|-1 |0,571|0 |0 |1 |-0,57|0 |0 |0,642| | | | | | | | | | |1 | | | | |0 |X1 |1 |0,285|0 |-0,28|0 |0 |0 |0,285|0 |0 |0,428| | | | | | |5 | | | | | | | | |1 |X9 |0 |1,142|0 |2,857|-1 |0 |0 |-2,85|1 |0 |0,214| |1 |X10 |0 |1 |0 |0 |0 |-1 |0 |0 |0 |1 |0,7 | | |F |0 |3.571|-1 |3,428|-1 |-1 |0 |-4,42|0 |0 |1,557|
| |0 |0 |0 |0 |0 |0 |1 |1 |1 |1 | | |Св |Б.П.|X1 |X2 |X3 |X4 |X5 |X6 |X7 |X8 |X9 |X10 |в | |1 |X7 |0 |0 |-1 |-3 |1,25 |0 |1 |3 |-1,25|0 |0,375| |0 |X1 |1 |0 |0 |-1 |0,25 |0 |0 |1 |-0,25|0 |0,375| |0 |X2 |0 |1 |0 |2,5 |-0,87|0 |0 |-2,5 |0,875|0 |0,187| | | | | | | |5 | | | | | | | |1 |X10 |0 |0 |0 |-2,5 |0,875|-1 |0 |2,5 |-0,87|1 |0,512| | | | | | | | | | | |5 | | | | |F |0 |0 |-1 |-5,5 |2,125|-1 |0 |4,5 |-3,12|0 |0,887|
| |0 |0 |0 |0 |0 |0 |1 |1 |1 |1 | | |Св |Б.П.|X1 |X2 |X3 |X4 |X5 |X6 |X7 |X8 |X9 |X10 |в | |1 |X8 |0 |0 |-0,33|-1 |0,416|0 |0,333|1 |-0,41|0 |0,125| | | | | |3 | | | | | |6 | | | |0 |X1 |1 |0 |0,333|0 |-0,16|0 |-,333|0 |0,166|0 |0,25 | | | | | | | |6 | | | | | | | |0 |X2 |0 |1 |-0,83|0 |0,166|0 |0,833|0 |-0,16|0 |0,5 | | | | | |3 | | | | | |6 | | | |1 |X10 |0 |0 |0,833|0 |-0,16|-1 |-0,83|0 |0,166|1 |0,2 | | | | | | | |6 | |3 | | | | | | |F |0 |0 |0,5 |-1 |0,25 |-1 |-1,5 |0 |-1,25|0 |0,325|
| |0 |0 |0 |0 |0 |0 |1 |1 |1 |1 | | |Св |Б.П.|X1 |X2 |X3 |X4 |X5 |X6 |X7 |X8 |X9 |X10 |в | |1 |X8 |0 |0 |0 |-1 |0,35 |-0,4 |0 |1 |-0,35|0,4 |0,205| |0 |X1 |1 |0 |0 |0 |-0,1 |0,4 |0 |0 |0,1 |-0,4 |0,17 | |0 |X2 |0 |1 |0 |0 |0 |-1 |0 |0 |0 |1 |0,7 | |0 |X3 |0 |0 |1 |0 |-0,2 |-1,2 |-1 |0 |0,2 |1,2 |0,24 | | |F |0 |0 |0 |-1 |0,35 |-0,4 |-1 |0 |-1,35|-0,6 |0,205|
| |0 |0 |0 |0 |0 |0 |1 |1 |1 |1 | | |Св |Б.П.|X1 |X2 |X3 |X4 |X5 |X6 |X7 |X8 |X9 |X10 |в | |0 |X5 |0 |0 |0 |-2,85|1 |-1,14|0 |2,857|-1 |-1,14|0,585| | | | | | | | | | | | |2 | | |0 |X1 |1 |0 |0 |-0,28|0 |0,285|0 |0,285|0 |-0,28|0,228| | | | | | |5 | | | | | |5 | | |0 |X2 |0 |1 |0 |0 |0 |-1 |0 |0 |0 |1 |0,7 | |0 |X3 |0 |0 |1 |-0,57|0 |-1,42|-1 |-1,57|0 |1,428|0,357| | | | | | |1 | | | |1 | | | | | |F |0 |0 |0 |0 |0 |0 |-1 |-1 |-1 |-1 |0 |
[pic]– оптимальное решение вспомогательной задачи. Искусственные переменные являются свободными и равны нулю. Т.о. это решение является опорным планом исходной задачи. Решим исходную задачу: | |16 |10 |0 |0 |0 |0 | | |Св |Б.П.|X1 |X2 |X3 |X4 |X5 |X6 |в | |0 |X5 |0 |0 |0 |-2,85|1 |-1,14|0,585| |16 |X1 |1 |0 |0 |-0,28|0 |0,285|0,228| | | | | | |5 | | | | |10 |X2 |0 |1 |0 |0 |0 |-1 |0,7 | |0 |X3 |0 |0 |1 |-0,57|0 |-1,42|0,357| | | | | | |1 | | | | | |F |0 |0 |0 |-4,57|0 |-5,42|3,648| | | | | | |6 | |4 | |
Критерий можно улучшить, т.к. [pic], [pic], но нельзя найти такое [pic], при котором базисные переменные обращаются в 0. Значит задача неразрешима из-за неограниченности критерия.
5 вариант. После отмеченного таким образом праздника обязательно наступает похмелье. Решим задачу из предыдущего варианта, минимизируя этот неприятный фактор, т.е. функция цели: [pic]. Приводим ограничения к каноническому виду: [pic] [pic] => [pic] [pic] Эта задача решается методом искусственного базиса, т.к. в ней нет единичной подматрицы. Вспомогательная задача получается точно такой же, как и в предыдущем варианте, поэтому просто возьмем опорный план из предыдущей задачи. [pic]; | |16 |10 |0 |0 |0 |0 | | |Св |Б.П.|X1 |X2 |X3 |X4 |X5 |X6 |в | |0 |X5 |0 |0 |0 |-2,85|1 |-1,14|0,585| |16 |X1 |1 |0 |0 |-0,28|0 |0,285|0,228| | | | | | |5 | | | | |10 |X2 |0 |1 |0 |0 |0 |-1 |0,7 | |0 |X3 |0 |0 |1 |-0,57|0 |-1,42|0,357| | | | | | |1 | | | | | |F |0 |0 |0 |-4,57|0 |-5,42|3,648| | | | | | |6 | |4 | |
Видим, что оценки свободных переменных меньше нуля, значит решение оптимальное. [pic]; F = 3,648. Делаем вывод: оптимальное решение может существовать и при неограниченности области.
Область не ограничена, но существует оптимальное решение [pic], причем единственное, которое достигается в угловой точке. ----------------------- X(3)
X(2)
X(оп)
X(3)
(3)
(1)
(4)
(2)
[pic]
X(2)
X(4)
F
X(оп)
[pic]
(1)
(4)
F,(3)
[pic]
X(4)
(2)
(1)
X(1)
F
X(оп)
F
(3)
(2)
(4)
(1)
[pic]
(4)
(2)
(3)
F
X(оп)
X(1)
X(2)
(3)
(2)
(4)
(1)
[pic]


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.