Uploaded by pirozhuly

Prednaska 1

advertisement
Osnova predmetu
Optimalizačné metódy/Operačná analýza/Operačné a
dispečerské riadenie
1. Definícia optimalizácie (vo všeobecnosti, lineárnej). Formulácia úloh lineárneho
programovania (LP), typy riešenia lineárnych optimalizačných modelov (LOM), grafické
riešenie úlohy LP.
2. Formulácia maximalizačného LOM a jeho riešenie pomocou Simplexovho algoritmu.
3. Formulácia minimalizačného LOM a jeho riešenie pomocou Simplexovho algoritmu
(dvojetapový postup riešenia, zavedenie pomocných premenných a pomocnej účelovej
funkcie).
4. Dualita, vysvetliť princíp duality, silná a slabá veta o dualite, vzťah primárneho
a duálneho modelu.
5. Formulácia zmiešaného LOM a jeho riešenie pomocou duálneho Simplexovho
algoritmu.
Osnova predmetu
Optimalizačné metódy/Operačná analýza/Operačné a
dispečerské riadenie
6. Analýza citlivosti riešenia LOM – diskrétna a spojitá analýza, riešenie diskrétnej zmeny
vo vektore b, c, x.
7. Formulácia dopravných modelov.
8. Dopravné modely – metóda SZ rohu, indexova metóda, Vogelova aproximačná metóda.
9. Dopravné modely ‐ metóda potenciálov, Dantzigova metóda.
10. Sieťová analýza – sieťový diagram, incidenčná matica, Ganntov úsečkový diagram.
11. Sieťová analýza – histogram požiadaviek na zdroje, vyrovnanie zdrojov v čase.
12. Sieťová analýza – rozvrh obmedzených zdrojov.
Formulácia úloh lineárneho programovania (LOM)
Ciele prednášky:
•
•
•
•
Definovať pojem optimalizácia.
Formulovať úlohu lineárneho programovania.
Klasifikovať typy riešenia LOM.
Grafické riešenie úlohy lineárneho programovania (LP).
1. Optimalizácia
Optimalizácia je stanovovanie extrému danej funkcie f(x) na danej množine M.
Funkcia, pre ktorú sa má stanoviť extrém, sa nazýva účelová funkcia a množina,
na ktorej sa extrém hľadá, sa nazýva množina prípustných riešení a býva opísaná
nejakými obmedzeniami v tvare rovníc a nerovníc.
/
Lineárna optimalizácia predpokladá, že všetky podmienky resp.
obmedzenia, ale aj všetky získané riešenia sú vyjadrené v lineárnom tvare.
1. Optimalizácia
Úlohou metód lineárnej optimalizácie je potrebné nájsť extrém
(MIN/MAX) lineárnej formy viacerých premenných pri existencii
podmienok, vyjadrenými lineárnymi rovnicami resp. nerovnicami.
Úlohou je teda nájsť vektor optimálneho riešenia x, ktorý extremalizuje
lineárnu účelovú funkciu f(x) a vyhovuje obmedzeniam v lineárnom
tvare.
2. Formulácia lineárneho optimalizačného modelu
Lineárny optimalizačný model (LOM) pozostáva z troch častí:
•
Podmienka nezápornosti – vyjadruje požiadavku, aby premenné
zastupujúce reálne procesy boli nezáporné.
0
•
Vlastné obmedzenia – tvoria jadro LOM a charakterizujú štruktúru
činností, ktoré sú v úlohe modelované.
•
Účelová funkcia – lineárna funkcia vektora x vyjadrená pomocou
vektora cien c.
2. Formulácia lineárneho optimalizačného modelu
Príklad:
Je potrebné navrhnúť taký výrobný program, ktorý zabezpečí maximálny zisk z výroby a predaja výrobkov
V1 a V2 pri obmedzenom disponibilnom množstve suroviny S (24 000 kg), pri obmedzenom využiteľnom
časovom fonde výrobného zariadenia K (32 000 hodín) a pri obmedzenom počte pracovníkov P (disponibilný
časový fond je 12 000 hodín).
Norma spotreby suroviny S činí 6 kg na 1 výrobok V1, 4 kg na 1 výrobok V2. Na zariadení K je jeden výrobok
V1 spracovávaný 4 hodiny a jeden výrobok V2 8 hodín. Súhrnná norma času pracovníkov P na zhotovení
jedného výrobku V1 aj V2 je 2 hod. Zisk z jedného výrobku V1 je 8 finančných jednotiek a z jedného výrobku
V2 je to 10 finančných jednotiek.
Podmienka nezápornosti
0
x1  0
x2  0
Účelová funkcia
Vlastné obmedzenia
A
6 x1 
4 x1 
2 x1 
f max  8 x1  10 x2
b
4x2 
8x2 
2x2 
24000
32000
12000
3. Typy riešenia LOM
• Optimálne
riešenie
LOMjeje
jevektor
také bázické
riešenie,
vx,ktorom
hodnota
Bázické riešenie
LOM
riešenia
x, ktorého
prvky
tvoria
Prípustné
riešenie
LOM
každý
vektor
riešenia
ktorý
vyhovuje
účelovej
dosahuje
extrém.
lineárne funkcie
nezávislú
sústavu.
V grafickom
zobrazení sú to vrcholy
vlastným
obmedzeniam
a podmienke
nezápornosti.
konvexného mnohouholníka.
x2
bázické riešenie
optimálne riešenie
prípustné riešenie
f
x1
podmienka
nezápornosti
vlastné
obmedzenia
3. Typy riešenia LOM
Existujú aj množiny prípustných riešení, ktoré nie sú uzavreté. Môžu byť prázdne alebo
otvorené zhora alebo zdola.
a) Prázdna množina prípustných riešení.
b) Na ohraničenej množine prípustných riešení v bode x1opt dosahuje „z“ minimum a v
bode x2opt maximum.
c) Redundantné optimálne riešenie pre zmin (xopt je nekonečne veľa).
3. Typy riešenia LOM
d) Na zhora otvorenej množine prípustných riešení v bode xopt dosahuje „z“ minimum.
e) Na zhora otvorenej množine prípustných riešení zmax neobmedzene rastie.
f) Na zdola otvorenej množine prípustných riešení v bode xopt dosahuje „z“ maximum.
g) Na zdola otvorenej množine prípustných riešení zmin neexistuje (resp. zmin = 0, ak
platí podmienka nezápornosti).
4. Grafické riešenie úlohy LP – Príklad 1
Matematický model:
3xZ+2xV ≤ 6
xZ+2xV ≤ 5
xZ,xV ≥ 0
Zmax = 5xZ+2xV → max
Podmienky nezápornosti:
riešenie v prvom kvadrante
4. Grafické riešenie úlohy LP – Príklad 1
Prvé ohraničenie:
3xZ+2xV ≤ 6
Hraničná priamka obsahuje
body (2,0) a (0,3)
Nerovnici vyhovujú
body vľavo od hraničnej
priamky
4. Grafické riešenie úlohy LP – Príklad 1
Druhé ohraničenie:
xZ+2xV ≤ 5
Hraničná priamka obsahuje
body (5,0) a (0,2.5)
Nerovnici vyhovujú body
pod hraničnou priamkou
4. Grafické riešenie úlohy LP – Príklad 1
Množina prípustných riešení:
prienik
•prvého kvadrantu
•ružového trojuholníka
•modrého trojuholníka
4. Grafické riešenie úlohy LP – Príklad 1
Body s tou istou hodnotou
účelovej fcie Z ležia na priamke
p: 5xZ+2xV = konst
Keď sa mení Z, priamka p sa
posúva rovnobežne
Optimálne riešenie:
tam, kde je posledný prienik
priamky p s prípustnou množinou
Optimálne riešenie:
xopt = (2,0), Zmax = 5.2+2.0 = 10
4. Grafické riešenie úlohy LP – Príklad 2
Ako ilustračný príklad použijeme úlohu o optimálnom využití výrobných
prostriedkov:
Podnik vyrába dva druhy výrobkov V1 a V2. Oba druhy sa vyrábajú zo surovín S1 a
S2. Na výrobu 1 ks výrobku V1 sa spotrebuje 1 kg suroviny S1 a rovnaké množstvo
suroviny S2. Na výrobu 1 ks V2 sú potrebné 2 kg S1 a 1 kg S2. Podnik má k
dispozícii 10 kg suroviny S1 a 7 kg suroviny S2. Zisk z predaja výrobku 1 ks V1 je 2
f.j. a z predaja 1 ks V2 3 f.j.
Aké množstvo výrobkov V1 a V2 má podnik vyrobiť, aby dosiahol maximálny zisk?
Matematický model:
4. Grafické riešenie úlohy LP – Príklad 2
Pozrieme sa bližšie na obmedzujúce podmienky. Každú z nich môžeme zobraziť v
rovine súradníc. Podmienky nezápornosti, znamenajú, že sa budeme pohybovať
len v prvom kvadrante.
Ostatné obmedzujúce podmienky môžeme zobraziť ako prienik polroviny určenej
obmedzujúcou podmienkou a prvým kvadrantom. Zobrazili sme ich na
nasledujúcom obrázku.
Oblasť prípustných riešení tvorí štvoruholník, ktorý je vyšrafovaný.
4. Grafické riešenie úlohy LP – Príklad 2
Hľadajme teraz hodnoty x1 a x2, pre ktoré účelová funkcia nadobúda maximálnu
hodnotu. Na tejto priamke ležia všetky body so súradnicami (x1, x2), pre ktoré
nadobúda účelová funkcia rovnakú hodnotu
Download