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第3章-线性规划的灵敏度分析与最优解的解释
改变目标函数里S和D的 系数,引起目标函数直线斜 率的变化,即绕着极点3旋 转。只要目标函数直线仍在 阴影区域内,极点3仍是最 优解。
3.2 图解法灵敏度分析
逆时针转动目标函数直线,使其斜率变成一个绝对值更 小的负数,从而斜率变大了。直到与A重合,我们就获得 了多重最优解——在极点3和极点4之间的点都是最优点。 因此A的斜率是目标函数直线的上限。
以及
CDD=-CSS+P
D=-S(CS/CD)+P/CD
因此我们看到只要满足下列条件,极点3就仍然为最优解 点:
-3/2 ≤-CS/CD ≤-7/10
3.2 图解法灵敏度分析
为了计算标准袋利润最优的范围,我们假设高级袋的利 润CD=9,代入上式得
-3/2≤-CS/9≤-7/10 从左边的不等式得到
则直线A和直线B的斜率都已经计算出来了,我们来看 保持极点3仍然为最优解点,应满足条件:
-3/2≤目标函数的斜率≤-7/10
3.2 图解法灵敏度分析
现在让我们考虑目标直线斜率的一般形式。用CS表示标
准袋的利成:
P=CSS+CDD 把上面方程写成斜截式,得到
只要右端值在这些范围之内,系统分析结果中的那些对偶价格就不 会改变。右端值如果超过了这些范围,对偶价格信息会随之改变。
3.3 灵敏度分析:计算机求解
3.3.2 多系数同时变化 系统灵敏度分析的输出是基于单函数系数变化的。它假设 所有其他系数都保持不变。因此目标函数系数和约束右端 值的变化范围只能适用于单个系数发生变化的情况。然而 很多情况下,我们可能更关注两个或两个以上系数同时变 化时,目标函数将怎样变化。有些多系数同时变化的分析 可能会用到100%法则。下面分析如何应用100%法则。
顺时针转动目标函数直线,使其斜率变成一个绝对值更 大的负数,从而斜率变小了。直到与B重合,我们又获得 了多重最优解——极点3和极点2之间都是最优点。因此B 的斜率是目标函数直线斜率的下限。
因此,极点3总是最优解点,只要直线B的斜率≤目标函 数直线的斜率≤直线A的斜率
3.2 图解法灵敏度分析
根据直线A和直线B的表达式,可以算出A的斜率是 -7/10,截距是630。B的斜率是-3/2,截距是1062。
3.2 图解法灵敏度分析
观察最优范围,我们得出结论,无论是CS升高到13美 元还是使CD降低到8美元(但不是同时改变),都不会带 来最优解的变化。但当CS与CD同时改变时,目标函数斜率 的变化导致了最优解的变化。这个结论强调了这样一个事 实:仅仅是通过最优范围,只能用于判断在一次改变一个 目标函数系数的情况下最优解的变化。
从上述数据中,我们可以看到束缚性约束条件(切割与印染和成型) 在目标函数的最优下,松弛为0。缝合部门有120小时的松弛或未使用 的缝合能力,检查与包装部门有18小时的松弛。
3.3 灵敏度分析:计算机求解
3.3 灵敏度分析:计算机求解
这里,约束条件1(切割与印染)和约束条件3(成型) 的非零对偶价格分别为4.37和6.94。这告诉我们,每额外 增加1小时的切割与印染时间会使最优解增加4.37美元, 每增加1小时成型时间会使最优解增加6.94美元。
灵敏度分析还可以用来分析模型中的系数哪个更能左右 最优解。
比如,管理层认为高级袋的利润9美元只是一个估计量, 如果通过灵敏度分析得到高级袋的利润在6.67和14.29美 元之间变化时,模型的最优解都是540个标准袋和252个高 级袋,那么管理层就对9美元这个估计量和模型所得出的 最优产量比较满意。但是,如果灵敏度分析告诉我们只有 当高级袋的利润在8.9和9.25美元之间,模型的最优解才是 540个标准袋和252个高级袋,那么管理层就必须思考9美 元这个估计量的可信程度有多大了。
3.3 灵敏度分析:计算机求解
假设Par公司的会计部门指出原先的标准袋和高级袋利润 计算有误,应该是11.5美元和8.25美元。为了确定这样的 变化是否会对最优解产生影响,我们先要定义两个术语 “允许增加量”和“允许减少量”。对于目标函数的系数, 允许增加量是在不超过最优范围的情况下,系数尽可能增 加的最大量;而允许减少量是在不低于最优范围下限的情 况下,系数可能减少的最大量。
看上图结果,我们看到管理科学家软件除了提供松弛/ 剩余变量和对偶价格的约束信息之外,还给出了目标函数 系数和约束条件右端值的变化范围。 变量S的最优化范围是:
6.3≤CS≤13.5 变量D的最优化范围是:
6.67≤CD≤14.29 这个最优化范围与图解法得出的结论是一致的。
3.3 灵敏度分析:计算机求解
本章主要内容
3.1 灵敏度分析简介 3.2 图解法灵敏度分析 3.3 灵敏度分析:计算机求解 3.4 多于两个决策变量的情况 3.5 电子通信公司问题
3.1 灵敏度分析简介
灵敏度分析对于决策者的重要性不言而喻。 在真实世界里,周围的环境,条件是在不断变化的。原 材料的成本在变,产品的需求在变,公司购买新设备、股 票价格的波动,员工流动等等这些都在不断发生。如果我 们要用线性规划模型去解决实际问题,那模型中的系数就 不可能是一成不变的。 这些系数的变化会对模型的最优解产生什么样的影响呢? 运用灵敏度分析,我们只需要改变相应的系数就可以得到 答案,而不需要建立新的模型。
3.1 灵敏度分析简介
灵敏度分析的另一个用途是分析约束条件的右端值变化对 最优解的影响。还是以Par公司为例,在最优产量的情况下, 切割与印染部门和成型部门的工作时间已经完全被占用了。 如果现在公司增加了这两个部门的生产能力,那么最优解 以及总利润的值会发生什么样的变化呢?灵敏度分析可以 帮助确定每一个工时的边际价值,以及在利润下降之前部 门工时的最大增加量。
Max 10S+9D s.t.
0.7S+D≤630 切割与缝合 0.5S+0.83333D≤600 缝合 1.0S+0.66667D≤708 成型 0.1S+0.25D≤135 检查与包装 S,D≥0
3.3 灵敏度分析:计算机求解
3.3.1 计算机输出的解释——第一个例子 回忆Par公司的例子,其中有4个小于或等于约束条件的, 都是关于各个生产部门的生产时间。在松弛/剩余变量一栏 中,可以看到每个部门的松弛变量值。信息归总如下:
3.2 图解法灵敏度分析
对于双变量的线性规划问题,当目标函数的系数或约束 条件的右端值变化时,用图解法对其进行灵敏度分析。
我们先思考目标函数的系数变化会对Par公司的最优产 量产生什么样的影响。选择每个标准袋的利润是10美元, 每个高级袋的利润是9美元,如果其中一种袋子利润下降, 公司就会削减其产量,如果利润上升,公司就会增加其产 量。究竟利润变化多少,管理者才应该改变产量呢?
第三章 线性规划的灵敏度分析
与最优解的解释
引言
灵敏度分析是研究当一个线性规划问题中的系数发生变化 时,其对函数最优解的影响程度。运用灵敏度分析,我们 可以回答以下问题: 1.如果目标函数的系数发生了变化,对最优解会产生什么影 响? 2.如果改变约束条件的右端值,对最优解会产生什么影响? 首先我们将介绍如何使用图解法进行双变量线性规划问题 的灵敏度分析,然后介绍如何使用管理科学家软件得到灵 敏度分析报告。
现在,模型的最优解540个标准袋和252个高级袋。每 个目标函数系数都有一个最优范围,即目标函数系数在什 么范围内变化,模型的最优解保持不变。
3.2 图解法灵敏度分析
3.2.1 目标函数系数 认真观察图发现,只要目
标函数直线的斜率处于直线 A(和切割与印染约束线重 合)的斜率与直线B(与成 型约束线重合)的斜率之间, 极点3(S=540,D=252) 就是最优解的点。
3.2 图解法灵敏度分析
3.2.2 约束条件右端值的变化 现在让我们来考虑约束条件 右端值的变化对可行域带来 的影响,及其可能对最优解 带来的变化。为了阐明敏感 度分析的这方面内容,我们 假设Par公司的切割与印染部 门增加了10个小时的生产时 间,然后来考虑将会有什么 发生。切割与印染约束条件 的右端值由630变为640,约 束条件可写作 7/10S+D≤640
3.1 灵敏度分析简介
回忆Par公司的问题:
我们已经知道这个问题的最优解是标准袋生产540个,高级袋生产252个, 这个最优解的前提是每个标准袋的利润是10美元,每个高级袋的利润是9 美元。
3.1 灵敏度分析简介
假设,我们得知由于价格的下降,标准袋的利润由10 美元下降到8.5美元。这时我们可以用灵敏度分析来确定标 准袋生产540个,高级袋生产252个是否还是最优解。如果 还是,则不必建立新的模型求解了。
计算机输出结果的最后一部分右端值范围给出了对偶价 格适用范围的限制条件。只要约束条件右端值处于系统所 给出的下限和上限之间,对偶价格就会给出当右端值增加 1时,最优解的增加量。
右端值范围给出了一个对偶价格的适用范围。如果右端 值的变化超出了这个范围,就需要重解原问题并找出新的 对偶价格。我们把这个对偶价格适用的范围称作可行域。 Par公司问题的可行域汇总如下。
3.2 图解法灵敏度分析
在这里,我们要注意的是,对偶价格可能只适用于在右 端值仅发生了很小的变动时的情况。随着所获得的资源越 来越多,从而右端值越来越大,其他的约束条件也可能会 约束和限制目标函数值的变化。
3.3 灵敏度分析:计算机求解
为了使用管理科学家软件,我们使用小数代替分数。Par 公司的问题用小数形式的系数表示如下:
3.2 图解法灵敏度分析
当目标函数绕最优点旋转,使之与坐标轴垂直时,像式 中出现的那种斜率的上限或下限就不存在了。为了说明这 种特殊情况,我们设Par公司的目标函数为18CS+9CD;这 样,图中,极点2是最优解点,绕着极点2逆时针旋转目标 函数,当目标函数与直线B重合时,就得到了斜率的上限3/2。所以目标函数斜率上限一定是-3/2。最后当目标函 数垂直于坐标轴时,其斜率接近负无穷大,在这种情况下, 目标函数的斜率没有下限,只有上限-3/2。-CS/CD≤-3/2