数学建模之线性规划

(3)式这个规定可表为下述3个线性约束条件:

yj??xj?yjM,j?1,2,3(4)

其中?是一个充分小的正常数,M是个充分大的正常数。(4)式说明,当xj?0时yj必须为1;当xj?0时只有yj为0时才有意义,所以(4)式完全可以代替(3)式。 3.2 0?1型整数规划解法之一(过滤隐枚举法)

解0?1型整数规划最容易想到的方法,和一般整数规划的情形一样,就是穷举法,即检查变量取值为0或1的每一种组合,比较目标函数值以求得最优解,这就需要检查变量取值的2n个组合。对于变量个数n较大(例如n?10),这几乎是不可能的。因此常设计一些方法,只检查变量取值的组合的一部分,就能求到问题的最优解。这样的方法称为隐枚举法(Implicit Enumeration),分枝定界法也是一种隐枚举法。当然,对有些问题隐枚举法并不适用,所以有时穷举法还是必要的。

下面举例说明一种解0?1型整数规划的隐枚举法。 例6Maxz?3x1?2x2?5x3

?x1?2x2?x3?2?x?4x?x?4123?? ?x1?x2?3?4x?x?63?2??x1,x2,x3?0或1求解思路及改进措施:

(i) 先试探性求一个可行解,易看出(x1,x2,x3)?(1,0,0)满足约束条件,故为一个可行解,且z?3。

(ii)因为是求极大值问题,故求最优解时,凡是目标值z?3的解不必检验是否满足约束条件即可删除,因它肯定不是最优解,于是应增加一个约束条件(目标值下界):

(iii)改进过滤条件。

(iv)由于对每个组合首先计算目标值以验证过滤条件,故应优先计算目标值大的组合,这样可提前抬高过滤门槛,以减少计算量。 §4 蒙特卡洛法(随机取样法)

前面介绍的常用的整数规划求解方法,主要是针对线性整数规划而言,而对于非线性整数规划目前尚未有一种成熟而准确的求解方法,因为非线性规划本身的通用有效解法尚未找到,更何况是非线性整数规划。

然而,尽管整数规划由于限制变量为整数而增加了难度;然而又由于整数解是有限个,于是为枚举法提供了方便。当然,当自变量维数很大和取值范围很宽情况下,企图用显枚举法(即穷举法)计算出最优值是不现实的,但是应用概率理论可以证明,在一定的计算量的情况下,完全可以得出一个满意解。

例7 已知非线性整数规划为:

z

2222Max z?x12?x2?3x3?4x4?2x5 ?8x1?2x2?3x3?x4?2x5

?0?xi?99(i?1,?,5)?x?x?x?x?x?40012345???x1?2x2?2x3?x4?6x5?800 ?2x?x?6x?20023?1??x3?x4?5x5?200对该题,目前尚无有效方法求出准确解。如果用显枚举法试探,共需计算

(100)5?1010个点,其计算量非常之大。然而应用蒙特卡洛去随机计算106个点,便可

找到满意解,那么这种方法的可信度究竟怎样呢?

下面就分析随机取样采集10个点计算时,应用概率理论来估计一下可信度。 不失一般性,假定一个整数规划的最优点不是孤立的奇点。

假设目标函数落在高值区的概率分别为0.01,0.00001,则当计算10个点后,有任一个点能落在高值区的概率分别为

661?0.991000000?0.99?99(100多位),

1?0.999991000000?0.999954602。

解 (i)首先编写M文件mente.m定义目标函数f 和约束向量函数g,程序如下: function [f,g]=mengte(x);

f=x(1)^2+x(2)^2+3*x(3)^2+4*x(4)^2+2*x(5)-8*x(1)-2*x(2)-3*x(3)... -x(4)-2*x(5); g(1)=sum(x)-400;

g(2)=x(1)+2*x(2)+2*x(3)+x(4)+6*x(5)-800; g(3)=2*x(1)+x(2)+6*x(

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