При решении задач ЗЛП графическим методом могут встречаться случаи, когда линия уровня параллельна одной из сторон выпуклого многоугольника допустимых решений, причем это сторона расположена в направлении смещения линии уровня при стремлении целевой функции к своему оптимуму. В этом случае оптимальное значение целевой функции достигается не в одной, а в двух угловых точках (вершинах) многоугольника решений и, следовательно, во всех точках отрезка, соединяющего эти вершины, т.е. задача будет иметь бесчисленное множество решений.
Рисунок 1
При перемещении прямой с1x+с2y=d «вход» или «выход» (как на рисунке) произойдет по стороне многоугольника. Это случится, если в многоугольнике есть стороны, параллельные прямой с1х +с2у=d.
В этом случае точек «выхода» («входа») бесчисленное множество, а именно – любая точка отрезка АВ. Это означает, что целевая функция принимает максимальное(минимальное) значение не в одной точке, а во всех точках, лежащих на соответствующей стороне многоугольника D.
|
|
Если область допустимых решений является незамкнутым выпуклым многоугольником в направлении оптимизации целевой функции, то целевая функция будет неограниченной, и ЗЛП не будет иметь решений, т.е. максимальное (минимальное) значение функции не достигается никогда.
Рисунок 2
Рассмотрим на примере функции f(x) =3x1+3x2→ max
При ограничениях
2x2-x2≥1 (1)
X1-2x2≤2 (2)
X1,2≥0.
Решение: Задача не имеет решения, так как ЦФ не ограничена сверху на ОДР. (рис. 2)
Задача
о планировании выпуска продукции пошивочному предприятию. (Задача о костюмах).
Намечается выпуск двух видов костюмов - мужских и женских. На женский костюм требуется 1 м шерсти, 2 м лавсана и 1 человеко-день трудозатрат. На мужской костюм - 3,5 м шерсти, 0,5 м лавсана и 1 человеко-день трудозатрат. Всего имеется 350 м шерсти, 240 м лавсана и 150 человеко-дней трудозатрат. Tребуется определить, сколько костюмов каждого вида необходимо сшить, чтобы обеспечить максимальную прибыль, если прибыль от реализации женского костюма составляет 10 денежных единиц, а от мужского - 20 денежных единиц. При этом следует иметь в виду, что необходимо сшить не менее 60 мужских костюмов.
Модель задачи.
Введем следующие обозначения: х1 - число женских костюмов; x2 - число мужских костюмов.
Прибыль от реализации женских костюмов составляет 10х1, а от реализации мужских 20х2, т.е. необходимо максимизировать целевую функцию
f(x) = 10´ х1 + 20´ х2 -> max.
Ограничения задачи имеют вид:
х1 + х2 £ 150
2 х1 + 0.5 х2 £ 240
х1 + 3.5 х2 £ 350
х2³ 60
х1 ³ 0
Первое ограничение по труду х1 + х2 £ 150. Прямая х1 + х2 = 150 проходит через точки (150, 0) и (0, 150).
|
|
Рис. 2. Решением первого неравенства является нижняя полуплоскость.
Второе ограничение по лавсану 2 х1 + 0.5 х2 £ 240. Прямая 2 х1 + 0.5 х2 = 240 проходит через точки (120, 0) и (0, 480). Третье ограничение по шерсти х1 + 3.5 х2 £ 350. Добавим четвертое ограничение по количеству мужских костюмов х2 ³ 60. Решением этого неравенства является полуплоскость, лежащая выше прямой х2 = 60. На рис.3. заштрихована область допустимых решений.
Рис. 3. Заштрихована область допустимых решений.
Для определения направления движения к оптимуму построим вектор-градиент Ñ, координаты которого являются частными производными целевой функции, т.е. = (10;20).
Что бы построить этот вектор, нужно соединить точку (10;20) с началом координат. При максимизации целевой функции необходимо двигаться в направлении вектора-градиента, а при минимизации — в противоположном направлении. Для удобства можно строить вектор, пропорциональный вектору Ñ. Так, на рис. 2.1.6. изображен вектор градиент (30;60).
В нашем случае движение линии уровня будем осуществлять до ее выхода из области допустимых решений. в крайней, угловой точке достигается максимум целевой функции. Для нахождения координат этой точки достаточно решить два уравнения прямых, получаемых из соответствующих ограничений и дающих в пересечении точку максимума: х1 + 3.5 х2 = 350
х1 + х2 = 150.
Отсюда легко записать решение исходной ЗЛП: max f(x) = 2300 и достигается при x1=70 и x2=80 (рис. 4.)
Рис.4. Максимум целевой функции достигается в точке (70, 80).
Задача 2. Для изготовления двух видов продукции А1 и А2 используют три вида ресурсов S1, S2, S3, запасы которых составляют 18, 16 и 5 усл.ед. Расход ресурсов на 1 ед. продукции приведен в таблице:
Виды ресурсов | Запасы ресурсов | Расходы ресурсов на 1 изд. | |
А1 | А2 | ||
S1 | 18 | 1 | 3 |
S2 | 16 | 2 | 1 |
S3 | 5 | - | 1 |
Прибыль | 2 руб. | 3 руб. |
Необходимо составить такой план производства продукции, который обеспечит наибольшую прибыль от ее реализации.
Составим экономико-математическую модель (ЭММ) задачи.
Пусть надо выпустить изделий A1 - x1 шт., а изделий А2 - x2 шт. Тогда прибыль F = 2x1 + 3x2 Þ max
x1 + 3x2 £ | 18 |
2x1 + x2 £ | 16 |
x2 £ | 5 |
x1 ³ 0, | x2 ³ 0 |