線性規劃中整點最優解的求解策略

2022-05-11 23:22:41 字數 1963 閱讀 4294

在工程設計、經營管理等活動中,經常會碰到最優化決策的實際問題,而解決此類問題一般以線性規劃為其重要的理論基礎。然而在實際問題中,最優解 (x,y) 通常要滿足x,y∈n ,這種最優解稱為整點最優解,下面通過具體例子談談如何求整點最優解 .

1.平移找解法

作出可行域後,先打網格,描出整點,然後平移直線l,直線l最先經過或最後經過的那個整點便是整點最優解.

例1、某木器廠生產圓桌和衣櫃兩種產品,現有兩種木料,第一種有72m3,第二種有56m3,假設生產每種產品都需要用兩種木料,生產乙隻圓桌和乙個衣櫃分別所需木料如下表所示.每生產乙隻圓桌可獲利6元,生產乙個衣櫃可獲利10元.木器廠在現有木料條件下,圓桌和衣櫃各生產多少,才使獲得利潤最多?

解:設生產圓桌x只,生產衣櫃y個,利潤總額為z元,那麼而z=6x+10y.

如圖所示,作出以上不等式組所表示的平面區域,即可行域.

作直線l:6x+10y=0,即l:3x+5y=0,把直線l向右上方平移至l1的位置時,直線經過可行域上點m,且與原點距離最大,此時z=6x+10y取最大值。

解方程組,得m點座標(350,100).

答:應生產圓桌350只,生產衣櫃100個,能使利潤總額達到最大.

點評:本題的最優點恰為直線0.18x+0.09y=72和0.08x+0.28y=56的交點m。

例 2 有一批鋼管,長度都是4000mm,要截成500mm和600mm兩種毛坯,且這兩種毛坯按數量比不小於配套,怎樣截最合理?

解:設截500mm的鋼管x根,600mm的y根,總數為z根。根據題意,得 ,目標函式為 ,

作出如圖所示的可行域內的整點,

作一組平行直線x+y=t,經過可行域內的點且和原點距離最遠的直線為過b(8,0)的直線,這時x+y=8.由於x,y為正整數,知(8,0)不是最優解。顯然要往下平移該直線,在可行域內找整點,使x+y=7,可知點(2,5),(3,4),(4,3),(5,2),(6,1)均為最優解.

答:略.

點評:本題與上題的不同之處在於,直線x+y=t經過可行域內且和原點距離最遠的點b(8,0)並不符合題意,此時必須往下平移該直線,在可行域內找整點,比如使x+y=7,從而求得最優解。

從這兩例也可看到,平移找解法一般適用於其可行域是有限區域且整點個數又較少,但作圖要求較高。

二、整點調整法

先按「平移找解法」求出非整點最優解及最優值,再借助不定方程的知識調整最優值,最後篩選出整點最優解.

例3.已知滿足不等式組,求使取最大值的整數.

解:不等式組的解集為三直線:,:,:所圍成的三角形內部(不含邊界),設與,與,與交點分別為,則座標分別為,,,

作一組平行線:平行於:,

當往右上方移動時,隨之增大,

∴當過點時最大為,但不是整數解,

又由知可取,

當時,代入原不等式組得, ∴;

當時,得或, ∴或;

當時,, ∴,

故的最大整數解為或.

3.逐一檢驗法

由於作圖有時有誤差,有時僅有圖象不一定就能準確而迅速地找到最優解,此時可將若干個可能解逐一校驗即可見分曉.

例4 一批長4000mm 的條形鋼材,需要將其截成長分別為518mm與698mm的甲、乙兩種毛坯,求鋼材的最大利用率.

解:設甲種毛坯截 x 根,乙種毛坯截 y 根,鋼材的利用率為 p ,則 ①,目標函式為 ②,線性約束條件①表示的可行域是圖中陰影部分的整點.②表示與直線518x+698y=4000平行的直線系。所以使p取得最大值的最優解是陰影內最靠近直線518x+698y=4000的整點座標.如圖看到(0,5),(1,4),(2,4),(3,3),(4,2),(5,2),(6,1),(7,0)都有可能是最優解,將它們的座標逐一代入②進行校驗,可知當x=5,y=2時, .

答:當甲種毛坯截5根,乙種毛坯截2根,鋼材的利用率最大,為99.65%.

解線性規劃問題的關鍵步驟是在圖(可行域)上完成的,所以作圖時應盡可能精確,圖上操作盡可能規範,但考慮到作圖時必然會有誤差,假如圖上的最優點並不十分明顯易辨時,不妨將幾個有可能是最優點的座標都求出來,然後逐一進行校驗,以確定整點最優解.

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