background image

 
Badania operacyjne 

 

dr Piotr Pusz 
 

BADANIA OPERACYJNE 

 
Literatura: 
1.  „Badania operacyjne w przykładach i zadaniach”, red. Karol Kukuła, PWN, W-wa 1999.  
2.  „Badania operacyjne dla menadżerów”, Krawczyk, AE, Wrocław 1997 
 
 
 

PRZYKŁAD DIETY 

 
Zadanie. 
Zapewniamy organizmowi dziennie nie mniej niż 3000 cal i 100 gramów białka. Przy czym: 

1 kg chleba 

=  2000 cal i 50 gram białka,  

1 kg sera  

=  4000 cal i 200 gram białka. 

1 kg chleba kosztuje 5 zł. 
1 kg sera kosztuje 18 zł. 

 
Rozwiązanie. 
1000 cal  – 1 jednostka 
    25 g     – 1 jednostka 
 
 

Chleb Ser Zapotrzebowanie 

kalorie (1000 cal) 
białko   (25 g) 




cena 5 

18 

 

 
Niewiadome:  x - ilość chleba 
 

 

y - ilość sera 

 
2x – zawartość kalorii w chlebie 
4y – zawartość kalorii w serze 
z   – cena 




+

=

+

+

minimum

18y   

5x

z

bialko

 

     

4

8y

2x

kalorie

 

     

3

y

4

x

2

0

y

 ,

x

 

1

1

y

x

Z

1

z

2

punkt optymalny

background image

 
Badania operacyjne 

 

 
Obszar decyzji dopuszczalnych – decyzje, które spełniają warunki zagadnienia. 



=

=



=

=



+

=

+

2

1

y

2

1

x

     

          

4

3

y

0

x

4

y

8

x

2

4

2x

-

3

y

 

  

3

y

4

x

2

 

 
1.  Wybieramy dowolny punkt na płaszczyźnie i sprawdzamy czy spełnia warunki zadania. Jeżeli nie 

(np. punkty (0,0)), to obszar po drugiej stronie prostej spełnia to. 

2.  Wyznaczamy drugi obszar. 
 

=

=



=

=



=

+

+

0

y

2

x

     

          

2

1

y

0

x

4

x

-

2

y

 

  

4

y

8

x

2

3

y

4

x

2

 

 
Wyznaczamy część wspólną 2 obszarów tzn. obszar decyzji dopuszczalnych, z których będziemy 
wybierać decyzje optymalne. 
 
Funkcja   z = 5x + 18y  obrazuje koszt zakupu chleba i sera. 
Np. wybieramy, że na jedzenie możemy wydać 20 zł: 
 



=

=

=

=

=

=

=

+

=

9

5

y

2

x

    

          

0

y

4

x

18

x

5

20

y

x

5

20

y

18

20

y

18

x

5

20

z

 

 
Prosta ta zawiera decyzje dopuszczalne, można je „opuszczać” równolegle w dół osi X, ale do 
momentu gdy ma styczność z obszarem decyzji dopuszczalnych. 
 
Optymalnym punktem będzie punkt przecięcia się tych 3 prostych. 
 

optymalny

punkt 

 

    

1

x

4

1

y

 

1

4y

 

  

4

y

8

x

2

3

y

4

x

2



=

=

=

=

+

=

+

 

background image

 
Badania operacyjne 

 

Dieta zatem będzie kosztować: 

zl

 

5

,

9

z

4

1

18

1

5

z

=

×

+

×

=

 

 
Jeżeli prosta „z” pokryła by się z jedną z prostych to oznacza, że optymalnych rozwiązań było by 
nieskończenie wiele. Dlatego wystarczy sprawdzić punkty wierzchołkowe obszaru. Wtedy funkcję 
celu liczymy w 3 punktach i wybieramy optymalne. 
 

( )

2,0

       

10

0

18

2

5

z

   

.

3

4

1

1,

      

5

,

9

4

1

18

1

5

z

   

.

2

4

3

0,

    

5

,

13

4

3

18

0

5

z

   

.

1

=

×

+

×

=

=

×

+

×

=

=

×

+

×

=

 

background image

 
Badania operacyjne 

 

ZAGADNIENIA DYNAMICZNE 

 
1. Inwestycje 
 
Zadanie 1. 
Przedsiębiorca mając pieniądz na inwestycje może wykorzystać je na 3 linie produkcyjne (Francuską, 
Szwedzką, Polską) lub może po części zainwestować w każdą. Posiadany kapitał 6 mln zł. 
 
Nakłady w mln zł 1 2 3 4 5 6 

F  6 12 12 12 19 20 
S  5  8  11 14 17 18 

Produkcja 

w tonach 

P  4 15 15 15 15 16 

 
Inwestujemy tylko w 2 linie produkcyjne – szwedzką i polską. 
 
6 mln zł. 

  

 

 

5 mln zł.             

4 mln zł. 

S(0) + P(6) = 15 

(0 + 16) 

S(0) + P(5) = 15 

S(0) + P(4) = 15 

S(1) + P(5) = 20 

(5 + 15) 

S(1) + P(4) = 20 

S(1) + P(3) = 20 

S(2) + P(4) = 23 

(8 + 15) 

S(2) + P(3) = 23 

S(2) + P(2) = 23 

S(3) + P(3) = 26 

(11 + 15) 

S(3) + P(2) = 26 

S(3) + P(1) = 15 

S(4) + P(2) = 29 

(14 + 15) 

S(4) + P(1) = 18 

S(4) + P(0) = 14 

S(5) + P(1) = 21 

(17 + 4) 

S(5) + P(0) = 17 

S(6) + P(0) = 18 

(18 + 0) 

 
 
3 mln zł. 

 

2 mln zł. 

 

1 mln zł. 

S(0) + P(3) = 15

 

S(0) + P(2) = 15 

S(0) + P(1) = 4 

S(1) + P(2) = 20

 

S(1) + P(1) = 9  

S(1) + P(0) = 5 

S(2) + P(1) = 12 

S(2) + P(0) = 8  

S(3) + P(0) = 11 

 

 

 
Nakłady 0 1 2 3 4 5 6 

0 6 12 12 12 15 20 

P + S  0 5 15 20 23 26 29 

 
6 mln zł.    
F(0) + PS(6) = 29 
F(1) + PS(5) = 32 
F(2) + PS(4) = 35 
F(3) + PS(3) = 32 
F(4) + PS(2) = 27 
F(5) + PS(1) = 20 
F(6) + PS(0) = 20 

background image

 
Badania operacyjne 

 

Zadanie 2. 
Firma przewozowa dostarcza towar ustalając trasy przejazdu ciężarówek dzieląc całą trasę na 5 
etapów. W każdym z etapów wyznaczono po kilka miast, przez które przejeżdżać będą ciężarówki. 
Problem polega na znalezieniu najkrótszej drogi. 
 

 
Odległości: 
1 – 2   → 100   

 

4 – 7  → 200 

1 – 3   → 80 

 

 

4 – 8  → 250 

2 – 4   → 150   

 

5 – 7  → 200 

2 – 5   → 80 

 

 

5 – 8  → 180 

2 – 6   → 120   

 

6 – 7  → 150 

3 – 4   → 150   

 

6 – 8  → 110 

3 – 5   → 130   

 

7 – 9  → 120 

3 – 6   → 190   

 

8 – 9  → 130 

 
Droga: 
d(7,9) = 120 

d(4,7,9) = 320  d(5,8,9) = 310  d(6,7,9) = 270 

d(8,9) = 130 

d(4,8,9) = 380  d(5,7,9) = 320  d(6,8,9) = 240 

 
Najkrótsze: 

 

d(4,9) = 320 

d(5,9) = 310 

d(6,9) = 240 

Droga optymalna: 

d(6,9) = 240 

 
 
d(2,9) = d(2,4) + d(4,9) =  470   

d(3,9) = d(3,4) + d(4,9) = 470 

d(2,9) = d(2,5) + d(5,9) =  390   

d(3,9) = d(3,5) + d(5,9) = 440 

d(2,9) = d(2,6) + d(6,9) =  360    

d(3,9) = d(3,6) + d(6,9) = 430 

d(2,9) = d(2,6) + d(6,9) =  360    

d(3,9) = d(3,6) + d(6,9) = 430 

Droga optymalna: 

d(2,9) = d(2,6) + d(6,9) =  360 

 
 
d(1,9) = d(1,2) + d(2,9) = 460 
d(1,9) = d(1,3) + d(3,9) = 510 
Droga optymalna:    d(1,9) = d(1,2) + d(2,9) = 460 
 
Odpowiedź. 
Najkrótsza droga: 1 → 2 → 6 → 7 → 9. 

I etap

II etap

III etap

IV etap

V etap

1

3

4

5

6

7

8

9

2

background image

 
Badania operacyjne 

 

Zadanie domowe. 
Pytanie: gdzie zainwestować w reklamę, aby wzrost sprzedaży był maksymalny? Mamy do 
zainwestowania 7 mln zł. 
 
 

Nakłady w mln zł 

0 1 2 3 4 5 6 7 

TV  0 100 150 200 250 300 350 400 

GW  0 200 200 200 200 200 200 500 

Przyrost sprzedaży 

RMF  0 100 100 300 400 500 500 550 

 

reklama   

 

 

 

 

 

 

 

 
 
7 mln zł. 

 

6 mln zł. 

 

5 mln zł. 

 

4 mln zł. 

G(0) + R(7) = 550 

G(0) + R(6) = 500 

G(0) + R(5) = 500 

G(0) + R(4) = 400 

G(1) + R(6) = 700 

G(1) + R(5) = 700 

G(1) + R(4) = 600 

G(1) + R(3) = 500 

G(2) + R(5) = 700 

G(2) + R(4) = 600 

G(2) + R(3) = 500 

G(2) + R(2) = 300 

G(3) + R(4) = 600 

G(3) + R(3) = 500 

G(3) + R(2) = 300 

G(3) + R(1) = 300 

G(4) + R(3) = 500 

G(4) + R(2) = 300 

G(4) + R(1) = 300 

G(4) + R(0) = 200 

G(5) + R(2) = 300 

G(5) + R(1) = 300 

G(5) + R(0) = 200 

G(6) + R(1) = 300 

G(6) + R(0) = 200 

G(7) + R(0) = 500 
 
3 mln zł. 

 

2 mln zł. 

 

1 mln zł. 

G(0) + R(3) = 300 

G(0) + R(2) = 100 

G(0) + R(1) = 100 

G(1) + R(2) = 300 

G(1) + R(1) = 300 

G(1) + R(0) = 200 

G(2) + R(1) = 300 

G(2) + R(0) = 200 

G(3) + R(0) = 200 
 
 

Nakłady w mln zł 

0 1 2 3 4 5 6 7 

TV 

0 100 150 200 250 300 350 400 

Przyrost sprzedaży 

GW +RMF 0 200 300 300 500 600 700 700 

 
 
7 mln zł. 

 

 

6 mln zł. 

T(0) + GR(7) = 700 

 

T(0) + GR(6) = 700 

T(1) + GR(6) = 800 

 

T(1) + GR(5) = 700 

T(2) + GR(5) = 750 

 

T(2) + GR(4) = 650 

T(3) + GR(4) = 700 

 

T(3) + GR(3) = 500 

T(4) + GR(3) = 550 

 

T(4) + GR(2) = 550 

T(5) + GR(2) = 600 

 

T(5) + GR(1) = 500 

T(6) + GR(1) = 550 

 

T(6) + GR(0) = 350 

T(7) + GR(0) = 400 

 

 

background image

 
Badania operacyjne 

 

 

GRY DECYZYJNE 

 

1.  GRA O SUMIE ZERO – tzn., że wygrana jednego gracza, automatycznie oznacza przegraną 

drugiego. 
 

    B 

B

1

  B

2

 … B

n

 

A

1

  a

11

  a

12

 … a

1m

 

A

2

  a

21

    … 

… …      … 
A

n

  a

n1

 … … a

nm

 

 

Przykład 1. 
Czy przedsiębiorstwo A może uruchomić produkcję pewnego produktu w wysokości: 100.000; 
200.000; 300.000? Konkurencyjne przedsiębiorstwo B może postąpić w ten sam sposób. 
 
           Strategie B 
 
Strategie A  

 

B

1

 

 

B

2

 

 

B

3

 

min 

strata 

100 A

1

 

20 -150 -250  -250 

200 A

2

 150 

-80 

-100 

-100 

300 A

3

 250 

100 

40 

40 

max 250 

100 

40 

 

 
Pytanie: Jaką decyzję powinno podjąć przedsiębiorstwo A aby ponieść jak najmniejszą stratę? 
 
Strategia A

3

 dla gracza A oznacza maksymalny zysk. 

Wygrana gracza A oznacza stratę gracza B. 
 
Odpowiedź. 
Gracz A powinien wybrać strategię A

3

, zaś B – B

3

. Oznacza to, że A ma zapewniony minimalny zysk 

40, zaś gracz B maksymalną stratę 40. 
Punkt (40) oznacza PUNKT SIODŁOWY tzn. gra ma rozwiązanie w STRATEGIACH CZYSTYCH. 
 
Przykład 2. 
 
             B 

B

1

  B

2

  B

3

 

min 

zysk 

A

1

 10 

230 

50 

10 

A

2

 

150 250 140  140 

A

3

 

80 200 220  80 

max strata 150 250 220 

 

 
Wartość taj grupy V

(140,150) tzn., że gra nie ma rozwiązania w strategiach czystych. Dlatego 

wprowadzamy STRATEGIĘ MIESZANĄ. 
Gracz A nadal będzie miał trzy strategie, ale z pewnymi prawdopodobieństwami (tak samo B). 

1

q

q

q

;

q

,

q

,

q

B

,

B

,

B

1

p

p

p

;

p

,

p

,

p

A

,

A

,

A

3

2

1

3

2

1

3

2

1

3

2

1

3

2

1

3

2

1

=

+

+





=

+

+





 

background image

 
Badania operacyjne 

 

Próbujemy sprawdzić: 
 
STRATEGIĘ DOMINOWANĄ tzn. strategia A

k

 dominuje strategię  A

i

, jeżeli każdy element z 

wiersza A

k

 jest większy bądź równy od odpowiadającego mu elementu w wierszu A

i

 (A

k

 

 A

i

) np: 

 
A

1

:   10 230   50      strategia A

1

 nie opłaca się, gdyż: 10<150; 230<250; 50<140. 

A

2

: 150 250 140 

 
B

1

:   10 150   80      strategia B

2

 jest nieopłacalna: 230>10; 250>150; 200>80. 

B

2

: 230 250 200 

 
Pozostały nam po  dwie sensowne strategie (strategie zdominowane zostały wyrzucone). 
 
    B 

q

1

 

B

1

 

q

3

 

B

3

 

p

2

A

2

 150 140 

p

3

A

3

 80 220 

 
Rozwiązujemy układy równań: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Wartość gry wynosi 145⅓. Oznacza to, że gracz A zwiększył swój zysk, a gracz B zmniejszył swoją 
stratę. 

3

1

145

15

7

80

15

8

150

V

15

7

q

15

8

q

8

q

15

)

q

1

(

8

q

7

q

1

q

10

  /

q

80

q

70

q

1

q

q

220

q

80

q

140

q

150

1

q

q

q

220

q

80

V

q

140

q

150

V

B

3

1

1

1

1

1

3

3

1

1

3

3

1

3

1

3

1

3

1

B

3

1

B

=

×

+

×

=



=

=

=

=

=

÷

=

=

+

=

+

=

+

+

=

+

=

3

1

145

15

1

80

15

14

150

V

15

1

p

1

p

15

14

p

14

p

15

p

14

14

p

)

p

1

(

14

p

p

14

p

p

1

p

10

  / 

p

140

p

10

1

p

p

p

220

p

140

p

80

p

150

1

p

p

p

220

p

140

V

p

80

p

150

V

A

2

3

2

2

2

2

2

2

3

2

2

3

3

2

3

2

3

2

3

2

3

2

3

2

A

3

2

A

=

×

+

×

=

=

=

=

=

=

=

=

=

÷

=

=

+

+

=

+

=

+

+

=

+

=

background image

 
Badania operacyjne 

 

Inny sposób:  
 

 

 

 

 

 

 

 
 

 

 
 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

 

 

 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dlatego, że punkt (0,0) nie spełnia nierówności. 
Wyznaczamy punkt P. 
 

=

+

=

+

1

y

220

x

140

1

y

80

x

150

 




+

+

+

=

=



=

+

+

+

÷

=

+

÷

+

÷

+

=

+

+

+

0

,

140

1

 ,

220

1

0,

       

220

x

140

1

y

 

,0

150

1

 ,

80

1

0,

        

80

150x

-

1

y

e

najmniejsz

jak 

   x

0

y

 ,

0

x

1

y

220

x

140

1

y

80

x

150

y

 ,

x

:

y

podstawiam

1

220

140

1

80

150

V

|

     

          

1

p

p

V

|

  

V

p

220

p

140

V

|

    

V

p

80

p

150

V

 

przez

dzielimy 

 

dlatego

  

)

150

,

140

(

V

1

p

p

V

p

220

p

140

V

p

80

p

150

V

p

V

p

V

1

V

p

V

p

V

p

V

p

V

p

V

p

3

2

3

2

3

2

3

2

3

2

3

2

3

2

3

2

3

2

3

2

1/80

1/220

1/150

1/140

background image

 
Badania operacyjne 

 

10 

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

2180

1

,

2180

14

P

2180

1

21800

10

y

2180

14

21800

140

x

10

1

140

1

150

W

140

220

1

80

1

W

21800

220

140

80

150

W

y

x

 

 
Obliczamy wartość funkcji w trzech punktach: 
 

15

1

p

 

 

p

1

p

15

14

2180

14

146

Vx

p

 

  

x

V

p

      

146

1

V

1

:

Zatem

140

1

y

   x

          

;

0

,

140

1

minimum

 

 

146

1

y

   x

;

2180

1

,

2180

14

80

1

y

    x

          

;

80

1

,

0

3

2

3

2

2

=

=

=

×

=

=

=

=

=

+

=

+

=

+

 

background image

 
Badania operacyjne 

 

11 

GRY Z NATURĄ 

 
Przykład: 
Rolnik posiadający glebę klasy III ma wybrać pod uprawę jeden z trzech rodzajów zboża. Plony tych 
zbóż z 1ha w kwintalach w zależności od warunków klimatycznych zawiera tabela. 
 
 
Zboże 

I II 

III 

IV 

 

A

1

 żyto 

24,5 18 18 16 16 

A

2

 pszenica  18 32 24 21 18 ← max 

A

3

 jęczmień  15 19 26 19 15 

 
I. 

KRYTERIUM WALDA (zasada maksimum) 
1.  Wyznaczamy najmniejszy zbiór zboża, w zależności od stanu natury. 
2.  Wybieramy z tego największy zysk (w naszym przypadku jest to pszenica) 

 
II. KRYTERIUM 

HURWICZA 

 
 
 

}

}

5

,

20

15

2

1

26

2

1

A

max

 

    

25

18

2

1

32

2

1

A

25

,

20

16

2

1

5

,

24

2

1

A

2

1

 

dla

 .

np

3

2

min

max

1

=

×

+

×

=

=

×

+

×

=

=

×

+

×

=

=

γ

 

 
III. KRYTERIUM 

BAY’ESA 

Kryterium to zakłada, że każdy stan natury jest tak samo prawdopodobny (proporcjonalność). 
 

75

,

19

4

79

4

19

26

19

15

A

max

 

  

75

,

23

4

95

4

21

24

32

18

A

125

,

19

4

5

,

76

4

16

18

18

5

,

24

A

3

2

1

=

=

+

+

+

=

=

=

+

+

+

=

=

=

+

+

+

=

 

 

IV. KRYTERIUM 

SAVAGE’A 

Ustalamy straty w stosunku do najlepszego (ustalamy tabelę strat). 
 
       I  II  III  IV 

 

A

1

 0 

14 8 5 

14 

A

2

 6,5 0 2 0  

6,5 

← min 

A

3

 9,5 13  0  2 13 

 
Wyznaczamy maksymalne straty w stosunku do najlepszych przy danym stanie natury, a 
następnie minimum tych maksimów. 
Kryterium Savage’a spełnia postać minimalizacji oczekiwanych strat wynikłych z podjęcia 
przez nas decyzji gorszej niż najlepsza możliwa dla danego stanu natury. 

{ }

{ }

[ ]

0,1

  

;

a

min

)

1

(

a

max

.

ij

ij

γ

γ

+

γ

background image

 
Badania operacyjne 

 

12 

Zadania domowe. 
 
1.  Rolnik ma wybrać jeden z trzech możliwych terminów siewów w zależności od stanu 

pogody. 

 

         Pogoda 
Plony 

A B C D 

21 15 32 16 

II 

28 20 10 20 

III 

13 27 25 15 

 

2. Poszukiwanie niesprawności  odbiornika radiowego można rozpocząć od jednego z 

czterech układów: A, B, C, D. W tablicy podano procent udanych prób uruchomienia 
odbiorników w określonym czasie w zależności od kolejności szukania uszkodzeń oraz 
miejsca występowania uszkodzenia. 

 

                  Układy 
Kolejność 

A B C D 

80 30 10 25 

12 90 42 36 

25 40 85 52 

10 70 40 95 

 

3.  Gra z sumą zero. 

Wskazówka: należy rozwinąć grę tzn. znaleźć wartość gry (na początku szukamy punktu 
siodłowego, potem stosujemy strategię mieszaną). 
 
    B 

B

1

  B

2

  B

3

 

A

1

 2 4 6 

A

2

 3 1 4 

A

3

 2 3 3 

background image

 
Badania operacyjne 

 

13 

ROZWIĄZYWANIE ZAGADNIEŃ NIELINIOWYCH 

 
 
Ekstremum funkcji: 
 
f(x) 
f’(x)=0   liczymy pochodną 
x

0

           szukamy ekstremum 

 
1.  badamy znak pochodnej 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.  wyznaczamy II pochodną 
 

f’’(x

0

)>0 → min 

f’’(x

0

)<0 → max 

 

6x

(x)

'

f'

0

 x

 

0

)

x

(

'

f

x

3

)

x

(

'

f

x

)

x

(

f

2

3

=

=

=

=

=

 

 
Funkcje dwóch zmiennych. 
 

)

x

,

x

(

f

2

1

 

 
pochodne cząstkowe: 

2

1

x

f

 ;

x

f

δ

δ

δ

δ

 

Np. 

zmienna

 x

,

stala

    x

5

0

x

6

x

6

0

x

f

zmienna

 x

,

stala

         x

0

7

x

6

x

4

x

f

x

5

x

7

x

x

6

x

3

x

2

)

x

,

x

(

f

2

1

1

2

2

1

2

2

1

1

2

1

2

1

2
2

2

1

2

1

+

+

=

δ

δ

+

+

=

δ

δ

+

+

=

 

Liczymy drugą pochodną: 

6

x

f

x

x

f

 

6

x

x

f

   

          

          

4

x

f

2
2

2

1

2

2

2

1

2

2

1

2

=

δ

δ

δ

δ

δ

=

=

δ

δ

δ

=

δ

δ

 

X

0

max

X

0

min

background image

 
Badania operacyjne 

 

14 

Pojawia się macierz dwóch pochodnych: 
 

6

6

6

4

x

f

x

x

f

x

x

f

x

f

A

2
2

2

2

1

2

1

2

2

2

1

2

=

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

=

 

 
Wyznaczamy ekstremum (mamy tyle równań ile niewiadomych ): 
 



=

δ

δ

=

δ

δ

0

x

f

0

x

f

2

1

 

 
Rozwiązując układ równań wyznaczamy punkt, w którym może być ekstremum (x’,y’). 
Patrzymy na macierz: 
 
1.  warunkiem istnienia minimum jest: 

0

x

f

 

^

  

0

A

det

2

1

2

>

δ

δ

>

 

tzn. macierz jest dodatnio określona. 
 

2.  warunkiem istnienia maksimum jest: 

0

x

f

 

^

  

0

A

det

2

1

2

<

δ

δ

>

 

tzn. macierz jest określona ujemnie. 

 
Liczenie ekstremum. 
 

)

x

,...,

x

,

x

,

x

(

f

n

3

2

1

 

 
Warunkiem jest to, że zmienne powinny być nieujemne. 

 ,

0

x

 

,...,

0

x

 ,

0

x

 ,

0

x

n

3

2

1

 

 
Zadanie. 
Z elektrociepłowni energia przesyłana jest do dwóch używających ją zakładów produkcyjnych. 
Funkcja kosztów przesyłania energii do tych zakładów w zależności od wielkości przesyłu dana jest 
wzorem: 

0

x

,

x

81

x

4

x

12

x

7

x

x

8

x

5

)

x

,

x

(

f

2

1

2

1

2
2

2

1

2

1

2

1

>

+

+

=

 

x

1

 – energia przesłana do zakładu I 

x

2

 – energia przesłana do zakładu II 

Rozdziel dzienną produkcję energii wynoszącą 16MWh pomiędzy te dwa zakłady tak, aby 
zminimalizować koszty przesyłu energii. 
 

16

x

x

2

1

=

+

 

 
 

background image

 
Badania operacyjne 

 

15 

Rozwiązanie: 
Wyznaczamy ekstremum warunkowe. 

0

4

0

x

14

x

8

0

x

f

0

0

12

0

x

8

x

10

x

f

2

1

2

2

1

1

+

+

=

δ

δ

+

+

=

δ

δ

 

Pochodne przyrównujemy do 0. 

ekstremum

 

być

 

możo

 

punkcie

 

 tym

 w

   

19

34

x

19

50

x

34

24

10

2

4

6

5

W

50

8

42

7

2

4

6

W

19

16

35

7

4

4

5

W

2

x

7

x

4

6

x

4

x

5

0

2

x

7

x

4

0

6

x

4

x

5

2

|

   

0

4

x

14

x

8

2

|

    

0

12

x

8

x

10

2

1

y

x

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1



=

=

=

+

=

=

=

+

=

=

=

=

=

=

+

=

=

+

=

÷

=

+

÷

=

 

 
Liczymy II pochodne. 

8

x

x

f

14

x

f

10

x

f

2

1

2

2
2

2

2

1

2

=

δ

δ

δ

=

δ

δ

=

δ

δ

 

Budujemy macierz drugich pochodnych. 

min

mamy 

 

punkcie

 

 tym

 w

 tzn.

0

10

x

f

0

76

64

140

A

det

14

8

8

10

A

2

1

2

>

=

δ

δ

>

=

=

=

 

background image

 
Badania operacyjne 

 

16 

Sprawdzamy czy spełnione jest ograniczenie: 

16

19

94

19

34

19

50

x

x

2

1

<

=

+

=

+

 

tzn. nie spełnia ograniczenia i rozwiązanie takie jest niedobre. 
 
 
Wprowadzamy MNOŻNIKI LAGRANGE’A (mnożników jest tyle ile ograniczeń) 

=

λ

+

=

λ

λ

n

1

i

e

równościow

 

ie

ograniczen

n

2

1

i

i

n

2

1

r

1

n

1

)

x

,...,

x

,

x

(

g

)

x

,...,

x

,

x

(

f

)

,...,

,

x

,...,

x

(

L

4

4 3

4

4 2

1

 

 
W naszym przypadku mamy: 

)

16

x

x

(

81

x

4

x

12

x

7

x

x

8

x

5

)

,

x

,

x

(

L

2

1

2

1

2
2

2

1

2

1

2

1

+

λ

+

+

+

=

λ

 

 
Liczymy pochodną cząstkową: 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 

=

=

=

=

=

=

+

+

=

=

+

=

=

+

=

+

÷

=

+

=

+

=

+

+

+

+

+

=

λ



=

+

=

λ

+

+

=

λ

+

+

=

δλ

δ

λ

+

+

=

δ

δ

λ

+

=

δ

δ

9

x

7

x

x

16

x

40

1

x

20

x

16

x

4

x

11

x

9

144

x

16

x

4

x

11

)

x

16

(

9

x

16

x

4

x

11

x

9

16

x

x

2

|

    

8

x

22

x

18

0

16

x

x

0

12

x

8

x

10

4

x

14

x

8

12

x

8

x

10

0

16

x

x

0

4

x

14

x

8

0

12

x

8

x

10

16

x

x

f

4

x

14

x

8

x

f

12

x

8

x

10

x

f

1

2

2

1

2

2

1

2

2

2

1

2

2

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

1

2

1

1

0

40

0

10

14

8

8

0

0

1

1

1

14

8

1

8

10

A

det

0

76

64

140

14

8

8

10

A

det

0

10

a

0

a

    

          

          

          

0

3)

detA(3

    

          

          

          

0

2)

detA(2

 :

minimum

 

istnialo

Aby 

0

1

1

1

14

8

1

8

10

A

robić

 

nie

 

można

 

Tego

3

3

2

2

11

11

<

=

+

=

=

>

=

=

=

>

=

>

>

×

>

×

=

×

×

background image

 
Badania operacyjne 

 

17 

MINIMALIZACJA 

 
Minimalizować można: 
1.  czynniki produkcji (środki trwałe, materiały, siłę roboczą, kapitał,…) 
2.  proces produkcyjny opisany funkcją produkcji 
3. wielkość sprzedaży wyrobów 
 
C(x) – koszty produkcji 
x

1

, x

2

,…,x

n

 – czynniki produkcji 

p

1

,p

2

,…,p

r

 – ceny czynników produkcji 

K

s

 – koszty stałe 

]

x

,...,

x

,

x

[

x

]

p

,...,

p

,

p

[

p

K

x

p

K

p

x

)

x

(

C

n

2

1

r

2

1

s

n

1

i

T

s

i

i

=

=

+

=

+

=

=

 

 
 
Przychód firmy ze sprzedaży wyprodukowanych wyrobów: 

=

=

y

c

c

y

)

y

(

R

T

i

i

 

y

1

, y

2

,…, y

3

 – ilość wyprodukowanych wyrobów 

c

1

, c

2

,…, c

3

 – ceny wyprodukowanych wyrobów 

 

[

]

[

]

=

=

=

=

n

2

1

n

2

1

n

2

1

n

2

1

y

y

y

y

   

c

c

c

c

y

,...,

y

,

y

y

c

,...,

c

,

c

c

M

M

 

 
Zysk przedsiębiorstwa: 
 
Z(x, y) = R(y) – C(x) 
 
 
 
Zadanie. 
Wyznacz optymalne nakłady czynników produkcji x

1

, x

2

 do wytworzenia nadanej wielkości produkcji 

y

0

=120 przy możliwie najniższych kosztach. Proces produkcji opisuje funkcja : 

 
 
 
a koszty produkcji: 
 
 
 

2

1

2

1

x

x

2

)

x

,

x

(

f

y

=

=

10

x

x

4

)

x

(

C

2

1

+

+

=

background image

 
Badania operacyjne 

 

18 

Rozwiązanie: 
 

)

x

x

2

120

(

10

x

x

4

L

x

x

2

120

)

x

,

g(x

     

          

;

120

x

x

2

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

λ

+

+

+

=

=

=

 

 
Szukamy minimum tej funkcji: 

=

=

=

=

=

=

=

=

×

=

λ

=

=

λ

=

λ

=

δλ

δ

λ

=

δ

δ

>

λ

=

δ

δ

120

x

30

x

60

x

2

x

4

x

     

          

60

x

4

x

x

x

4

1

60

x

x

0

x

x

x

x

4

1

 

x

x

4

0

x

x

2

120

0

x

x

1

0

 

x

x

4

x

x

2

120

L

x

x

1

x

L

0

x

,

         x

x

x

4

x

L

2

1

1

1

2

1

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

1

2

2

1

2

1

2

2

1

1

2

1

 

 
C(x) = 4•30+120+10=250   ← minimum kosztów produkcji 
 
 
Maksymalizujemy produkcję (minimalne koszty już obliczyliśmy). 
 

)

10

x

x

4

C

(

x

x

2

L

const

C

2

1

0

2

1

0

λ

+

=

=

 

background image

 
Badania operacyjne 

 

19 

Metoda postępowania. 
 
1.  Funkcja kryterium zysku P=F(x) 
2. Ograniczenie 

równościowe 

 




=

=

=

=

r

1

2

2

1

1

a

)

x

(

g

a

)

x

(

g

a

)

x

(

g

 

 

a

)

x

(

g

M

 

 
3. Tworzenie 

Lagrange’a 

4.  Wyznaczamy warunki konieczne (liczymy pochodne cząstkowe po wszystkich zmiennych i 

porównujemy do 0) 

 



=

=

δλ

δ

=

δ

δ

λ

+

δ

δ

=

δ

δ

0

)

x

(

g

a

L

0

x

))

x

(

g

a

(

x

F

x

L

T

 

 

5. Warunki 

wystarczające (dodatnio określona dla minimum i ujemnie określona dla maksimum) 

 

δ

δ

x

L

2

 

background image

 
Badania operacyjne 

 

20 

PROGRAMY PIERWOTNY I DUALNY 

 
Zadanie. 
Przedsiębiorstwo produkuje cztery wyroby W

1

, W

2

, W

3

, W

4

, dwa spośród wielu środków używanych 

w procesie produkcji są limitowane. Limity te wynoszą:  środek 1 – 90.000, środek 2 – 120.000 
jednostek. Nakłady limitowanych środków na jednostkę produkcji podano w tabeli. 
 

Jednostkowe nakłady 
na produkcję wyrobu 

Środek 

Produkcji 

W

1

  W

2

  W

3

  W

4

 

I 1 

1,5 

II 2 

1,5 

Zysk osiągany 

na jednostkę produkcji 

4 6 3 12 

 
Ustalić optymalne rozmiary produkcji poszczególnych wyrobów. Podać  łączny zysk zrealizowany 
przy optymalnym asortymencie produkcji. 
 
 
PROGRAM PIERWOTNY 
 



+

+

+

=

+

+

+

+

+

+

funkcji

 

max tej

szukamy 

  

x

12

x

3

x

6

x

4

)

x

,

x

,

x

,

x

(

F

120000

x

4

x

5

,

1

x

2

x

2

90000

x

6

x

5

,

1

x

2

x

0

x

,

x

,

x

,

x

4

3

2

1

4

3

2

1

4

3

2

1

4

3

2

1

4

3

2

1

 

x

i

 – ilość produkowanych wyrobów W

 
 
PROGRAM DUALNY 
 
Wprowadzamy zmienne dualne. Zasady konstrukcji: 
1.  W programie dualnym jest tyle zmiennych ile warunków ograniczających w programie 

pierwotnym. 

2. Współczynniki funkcji celu programu pierwotnego są wyrazami wolnymi układu nierówności 

programu dualnego (i na odwrót). 

3. Macierz współczynników układu nierówności w programie dualnym jest transpozycją macierzy 

współczynników układu nierówności w programie pierwotnym. 

4.  Programem dualnym względem programu dualnego jest program pierwotny. 
5. Jeżeli w programie pierwotnym funkcja celu jest maksymalizowana to w programie dualnym jest 

minimalizowana (i na odwrót). 

6. Konstruując program dualny należy zmienić kierunki nierówności na przeciwne w porównaniu z 

programem pierwotnym. 

7.  a. W rozwiązaniach optymalnych obu programów, wartości funkcji celu są sobie równe. 

b. Jeżeli j – ty warunek programu dualnego jest chociaż jednym optymalny rozwiązaniem tego 
programu spełnionym z nierównością ostrą to odpowiadająca mu j – ta zmienna x

j

 w dowolnym 

optymalnym rozwiązaniu przyjmuje wartość 0. 

background image

 
Badania operacyjne 

 

21 

Rozwiązanie. 
 



+

=

+

+

+

+

2

y

3

6

y

y

2

y

y

3

y

2

y

4

y

y

000

.

120

y

000

.

90

)

y

,

y

(

G

12

y

4

y

6

3

y

5

,

1

y

5

,

1

6

y

2

y

2

4

y

2

y

0

y

,

y

1

2

1

2

1

2

1

2

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

funkcji

 

min tej

szukamy 

 

   

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dane punkty są potencjalnymi rozwiązaniami dopuszczalnymi. 
 
G(0,3) = 390.000 
G(2,1) = 300.000 ← min 
G(4,0) = 360.000 
 

zysk

max 

 

 

 tys.

=

300

)

x

,

x

,

x

,

x

(

F

(

Max

4

3

2

1

 

 
Sprawdzamy w programie dualnym, która z nierówności spełniona jest ostro. 



>

=

×

+

×

>

=

×

+

×

=

=

×

+

×

=

=

×

+

0)

 

równe

 

 

 x

 x

(zmienne

 

nierówność

 

ostra

 

        

   

          

4

     

          

4

3

12

16

1

4

2

6

3

5

,

4

1

5

,

1

2

5

,

1

6

6

1

2

2

2

4

1

2

2

 

2

y

3

6

y

y

2

y

y

3

y

2

1

y

4

2

y

1

2

1

2

1

2

1

(2,1)

(4,0)

(0,3)

1

y

2

y

1

2

y

3

6

y

y

2

y

y

3

y

2

1

y

4

2

y

1

2

1

2

1

2

background image

 
Badania operacyjne 

 

22 

=

=

=

+

=

=

+

×

=

+

30000

x

30000

x

120000

x

2

x

2

180000

x

4

x

2

120000

x

2

x

2

90000

x

2

x

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

(-2)

|

      

 

 
Odpowiedź. 
Trzeba wyprodukować 30.000 sztuk pierwszego i 30.000 sztuk drugiego wyrobu – osiągnięty zysk 
będzie równy 300.000. 
 
Pytanie. 
Jak zwiększy się zysk przedsiębiorstwa jeśli zwiększymy jeden z limitów o 1. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
Wniosek. 
Optymalna wartość i – tej zmiennej dualnej yi informuje o tym jaki zmienny przyrost programu 
pierwotnego przypadnie na wzrost wyrazu wolnego w i – tym warunku programu pierwotnego o 
jednostkę. 

2

)

30000

,

30000

(

F

)

30001

,

29999

(

F

30001

x

29999

x

240000

x

x

90001

x

2

x

120000

x

2

x

2

90001

x

2

x

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

=

=

=

=

+

=

÷

=

+

×

=

+

2

|

  

(-1)

|

      

1

 

o

limit 

pierwszy 

 

Zwiększamy

=

=

=

+

=

+

29999

x

30002

x

60001

x

x

90000

x

2

2

1

2

1

2

M

1

x

o1

limit 

 

drugi

 

Zwiększamy

background image

 
Badania operacyjne 

 

23 

WYBÓR PROCESU TECHNOLOGICZNEGO 

 
 
Zadanie. 
Tartak otrzymała zamówienie na wykonanie co najmniej 300 kompletów belek. Każdy komplet składa 
się z 7 belek o długości 0,7 m. oraz 4 belek o długości 2,5 m. W jaki sposób powinno być 
zrealizowane zamówienie, aby odpad powstały w procesie cięcia dłużnic o długości 5,2 m.? Był 
minimalny. Ile wyniesie wielkość odpadu przy optymalnym cięciu? 
 

m

5

,

2

1200

m

7

,

0

2100

×

×

 

 

Różne cięcia belki o dł. 5,2 m. 

 

I II III 

0,7 

7 3 0 

2,5 

0 1 2 

Odpad 

0,3 0,6 0,2 

 
x

1

 – liczba cięć sposobem I 

x

2

 – liczba cięć sposobem II 

x

3

 – liczba cięć sposobem III 

 
Budujemy program pierwotny: 



+

+

=

+

+

+

+

min

 

  

3

2

1

3

2

1

3

2

1

3

2

1

3

2

1

x

2

,

0

x

6

,

0

x

3

,

0

)

x

,

x

,

x

(

F

1200

x

2

x

x

0

2100

x

0

x

3

x

7

0

x

,

x

,

x

 

 
Budujemy program dualny: 



+

=

+

+

+

max

 

   

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

y

1200

y

2100

)

y

,

y

(

G

2

,

0

y

2

y

0

6

,

0

y

y

3

3

,

0

y

0

y

7

0

y

,

y

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1

,

0

y

3

y

6

,

0

y

70

3

y

2

2

1

1





10

1

,

70

3





0

,

70

3

y

1

y

2

0,5

0,5

1

,

0

y

3

y

6

,

0

y

70

3

y

2

2

1

1





10

1

,

70

3





0

,

70

3





10

1

,

0

background image

 
Badania operacyjne 

 

24 

120

10

1

,

0

G

90

0

,

210

10

1

,

70

3

G

=

=

=

70

3

G

odpad

minimalny 

 

  

 

 
Sprawdzamy w programie dualnym, która z nierówności spełniona jest ostro. 
 

=

=

×

=

<

=

+

×

=

=

×

0,2

    

          

5

1

 

10

1

2

 x

 

0,6

   

70

3

3

 

          

2

0

70

16

10

1

3

,

0

3

,

0

70

3

7

 

 
 

=

=

=

=

600

x

300

x

1200

x

2

2100

x

7

3

1

3

1

 

 
Odpowiedź. 
Trzeba pociąć 300 razy sposobem I i 600 razy sposobem III. Odpad będzie równy 210m.