background image

Funkcja wypukła 

Funkcja wypukła to funkcja określona na wypukłym zbiorze A, która dla każdych dwóch punktów 
        spełnia nierówność: 

               

W przypadku występowania ostrej nierówności funkcja jest ściśle wypukła. Jeśli nierówność jest 

przeciwna (i ponadto 

   ) mówimy o funkcji wklęsłej (i odpowiednio ściśle wklęsłej). 

Jeśli 

 jest wypukła to –  jest wklęsła i odwrotnie. 

Funkcja liniowa jest jednocześnie wypukła i wklęsła. 

Twierdzenie 1.4 

Funkcja postaci 

   









 

!"#





$   %   & 

jest wypukła, gdy 



!

 jest wypukła dla '   ( oraz istnieje takie ' )*



+  . 

Twierdzenie 1.5 

Funkcja postaci 

   









 

!"#





$   %   & 

jest ściśle wypukła gdy co najmniej jedna 



!

 jest ściśle wypukła, a pozostałe wypukłe. 

Twierdzenie 1.6 

Funkcja określona na otwartym zbiorze wypukłym A jest wypukła wtedy i tylko wtedy, gdy dla każdej 

pary 

 ,   - ,  .

/

 wypukła jest funkcja 

01    1,. 

Twierdzenie 1.7 

Niech f będzie funkcją klasy 

2

#

 określoną na otwartym i wypukłym zbiorze 

- 3 .

/

. Następujące 

warunki są równoważne: 

1.  Funkcja f jest wypukła 
2.  Dla każdej pary punktów 

 4  - zachodzi: 4   $ 564   

3.  Dla każdej pary 

 ,   - ,  .

/

 funkcja 

71  5  1,6, jest funkcją niemalejącą 

ze względu na parametr 

1. 

Twierdzenie 1.10 

Jeżeli funkcja wypukła f określona na wypukłym zbiorze 

 osiąga w nim w punkcie 

8

 minimum 

lokalne, to przyjmuje w nim też minimum globalne. 

Hiperpłaszczyzna 

Hiperpłaszczyzną 

9

:

 w przestrzeni 

.

/

 nazywamy zbiór postaci: 

9

:

 ;  .

/

< =6  >? =@.

/

 >  A 

Hiperpłaszczyzna dzieli przestrzeń na dwie półprzestrzenie domknięte: 

background image

9

:

B

 ;  .

/

< =6  >? =@.

/

 >  A 

9

:

C

 ;  .

/

< =6 $ >? =@.

/

 >  A 

Hiperpłaszczyzna podpierająca 

Hiperpłaszczyznę nazywamy podpierającą zbiór 

-, gdy 



:

 9

:

DE=F- 3 9

:

B

GHI- 3 9

:

C

 

Podział zbioru 

Podziałem P zbioru S nazywamy zbiór podzbiorów 

J

K

 L   M zbioru S takich że: 

J N J

K

 J

K

O J

P

 QRG=L S T 

Stożek 

Stożek 

J w przestrzeni .

/

 to taki zbiór punktów 

 że dla każdego U $   punkt U  V, czyli UV 3 V. 

Stożek wypukły 

Jeżeli stożek jest zbiorem wypukłym to nazywamy go stożkiem wypukłym. 

Wielościan 

Zbiór wielościenny ograniczony. 

Zadanie optymalizacji 

Mówimy, że zadanie optymalizacji jest sformułowane, gdy dane są 

W  X oraz wymaganie 

wyznaczenia zbioru 

W

8

 lub jego niektórych elementów, gdzie: 

• 

W - zbiór rozwiązań dopuszczalnych 

• 

Y - zbiór ocen odpowiadających rozwiązaniom dopuszczalnym 

• 

- funkcja celu określona jako < Z [ \, gdzie: 

Z – przestrzeń rozwiązań (decyzji) o właściwościach zależnych od rodzaju zadania 

\ – przestrzeń ocen rozwiązań (decyzji) o właściwościach zależnych od rodzaju 
zadania 

• 

X - relacja dominowania, pozwalająca na określenie preferencji w zbiorze \, tzn. 
stwierdzenie który element z tego zbioru jest lepszy od innego elementu tego zbioru 

• 

W

8

 - zbiór rozwiązań najlepszych 

• 

Y

8

 - zbiór ocen odpowiadających rozwiązaniom najlepszym 

• 

.

/

 - przestrzeń euklidesowa 

Zadanie jest jednokryterialne jeśli: 

< .

/

[ A 

Zadanie jest wielokryterialne jeśli: 

< .

/

[ .

 

 

background image

Zadanie wypukłe 

Twierdzenie 1.8 

Jeżeli g jest ciągłą i wypukłą funkcją określoną na wypukłym i domkniętym zbiorze A, to dla każdej 

liczby rzeczywistej 

>FI']E-

^

 ;@-< 7  >? jest wypukły i domknięty. 

Twierdzenie 1.9 

Jeżeli g jest ciągłą i wklęsłą funkcją określoną na wypukłym i domkniętym zbiorze A, to dla każdej 

liczby rzeczywistej 

>FI']E-

^

 ;@-< 7 $ >? jest wypukły i domknięty. 

Zbiór ograniczony 

Jeśli istnieje 

=  .

/

 )*

!

$ = '   M _DFI']E- nazywamy ograniczonym od dołu (analogicznie 

dla ograniczenia górnego). 

Zbiór ograniczony to zbiór ograniczony od góry i od dołu. 

Zbiór wielościenny 

Zbiorem wielościennym nazywamy zbiór 

- postaci: 

-  `;  .

/

< =

!

6  R

!

?

 

!"#

 

Przy czym istnieje takie 

' )*R

!

S   

Zbiór wypukły 

Zbiór 

- 3 .

/

 nazywamy zbiorem wypukłym jeśli 

a 4  -            bc     . 

Przykładami zbiorów wypukłych są: odcinek, półprosta, prosta, koło, cała przestrzeń. 

Nie są zbiorami wypukłymi: okrąg, koło bez środka. 

Wierzchołek zbioru wypukłego 

Wierzchołkiem zbioru wypukłego nazywamy taki punkt x, dla którego nie istnieją dwa takie punkty y, 

z, że: 

4 S Fd 4 F  -)*   4       bc      

Twierdzenie (1.1) 

Iloczyn zbioru wypukłego przez liczbę rzeczywistą jest zbiorem wypukłym: 

a  e  8   ;<    ? 

Twierdzenie (1.2) 

Iloczyn rodziny zbiorów wypukłych jest zbiorem wypukłym: 

background image

-  ` -

!

!"#

 

Uwaga: suma mnogościowa zbiorów wypukłych nie musi być zbiorem wypukłym. 

Twierdzenie 1.3 

Zbiór wypukły i ograniczony od dołu bądź od góry ma co najmniej jeden wierzchołek. Każda 

hiperpłaszczyzna podpierająca taki zbiór zawiera przynajmniej jeden jego wierzchołek. 

background image

Zadania PL 

Zadanie prymalne 

f6

8

  &%g

hi

j

k6  7RF'*A

K

 ;  .

/

< - $ R  $  ? 

Zadanie liniowe jest zadaniem wypukłym, gdyż funkcja celu (c|x) jest wypukła i zbiór rozwiązań 

dopuszczalnych R również jest wypukły. 

Zadanie dualne 

R64

8

  & 

lm

j

b6  7RF'*n

K

 ;4  .

 

< -

o

4  f 4 $  ? 

Zadanie standardowe 

f6

8

  &%g

hi

p

k6  7RF'*A

:

 ;  .

/

< -  R  $  ? 

Dualne do niego ma postać 

R64

8

  & 

lm

p

b6  7RF'*n

:

 ;4  .

 

< -

o

4  f? 

Twierdzenie 2.1 

Istnieją dwa wykluczające się przypadki: 

1.  Zadanie prymalne i dualne mają jednocześnie rozwiązania odpowiednio 



8

 4

8

 i zachodzi 

f6

8

  R64

8

2.  Zadanie prymalne i dualne nie mają jednocześnie rozwiązania. 

Twierdzenie 2.2 

Dla każdych x, y zachodzi: 

f6 $ R64 

Twierdzenie 2.3 

Jeśli 



8

 A

K

 4

8

 n

K

 DE=Ff6

8

  R64

8

 to 

8

 4

8

 są rozwiązaniami optymalnymi odpowiednio 

zadania prymalnego i dualnego. 

Twierdzenie 2.4 

Jeżeli istnieje rozwiązanie prymalnego zadania PL to istnieje wierzchołek 

  A

K

, że: 

k6  k6

8

  &%g

hi

j

k6 

Algebraiczny opis wierzchołków zbioru rozwiązań dopuszczalnych 

Niech 

  bd   

q



rhs

d     bd g $ & 

B – podmacierz macierzy A utworzona z m liniowo niezależnych kolumn macierzy A. 

Rozwiązanie bazowe 

Rozwiązaniem bazowym układu równań 

  b, odpowiadającym bazie B nazywamy rozwiązanie x 

tego układu: 

background image

tu

v

 R



w

Gdzie: 

•  B – podmacierz macierzy A będąca bazą 
• 



v

 - wektor składowych wektora x odpowiadający bazie B 

• 



w

 - wektor pozostałych składowych wektora x 

Twierdzenie 2.6 

Punkt x jest wierzchołkiem zbioru 

A

K

 wtedy i tylko wtedy, gdy jest nieujemnym rozwiązaniem 

bazowym układu: 

=

!

6  R

!

 '  y

#

3 y  ;z {  (? 



K

   L  |6|

K

 |  ;z {  M? 

Algorytm prymalny Simplex 

1.  Zadanie sprowadzamy do postaci standardowej (tzn. z równościami). 

a.  Jeśli istnieje taki indeks i, że nie istnieje ograniczenie 



!

$  , to wówczas 

!

 

!





}

~, przy czym obie te zmienne są większe-równe od 0  

2.  Znajdujemy rozwiązanie bazowe odpowiadające bazie B 



u

v

 R ,_R

v

 u

B#

R€ |'*f0u   + 

v

 R 

3.  Warunek wejścia: szukamy wektora, odpowiadającego największej dodatniej delcie 
4.  Warunek wyjścia: szukamy wektora, dla którego iloraz współrzędnej z rozwiązania bazowego 

przez odpowiadającą mu współrzędną wektora wchodzącego jest najmniejszy 

5.  Na przecięciu obu wektorów mamy punkt centralny 
6.  Liczymy nowe rozwiązanie bazowe 
7.  Warunek stopu: Jeśli wszystkie delty są ujemne, to znaleźliśmy rozwiązanie bazowe 

8.  Uwaga! Jeśli istnieje delta dodatnia, dla której w odpowiadającym wektorze istnieją 

ujemne współczynniki to rozwiązanie optymalne nie istnieje! 

9.  Pamiętamy o przekształceniach: 

(=   &%g DE=F &%g    &  

10. Tabela simplexowa ma następującą postać: 

 

 

 

Współczynniki 

funkcji 

Celu 

 

 

‚ 

 

 

 

 

Indeksy 

wektorów bazy 

Współczynniki z 

funkcji celu przy 

wektorach bazy 

Aktualne 

rozwiązanie 

bazowe 

 

 

 

 

-1 

Macierz 

 

 

 

 

Współczynników 

 

 

Twierdzenie 3.1 

Jeżeli dla każdego 

L   Md‚

K

   to punkt x (rozwiązanie bazowe odpowiadające bazie B) jest 

rozwiązaniem optymalnym. 

Twierdzenie 3.2 

Jeśli istnieje taki numer 

ƒ  |, że: 

‚

„

+  DE=F…

„

B#

    

background image

To nie istnieje skończone rozwiązanie zadania (co oznacza, że jeśli delta jest dodatnia to współrzędne 

wektora, który jej odpowiada też są dodatnie). 

W przeciwnym przypadku (tzn. drugi warunek jest nieprawdziwy) można skonstruować nowe 

rozwiązanie bazowe odpowiadające bazie B, w oparciu o już istniejące rozwiązanie bazowe: 



†

 1

P

, takie że f6

†

  f6. Przy czym: 

• 



!

†

 

!

 1

P

u

B#

=

P



!

 RG='  |

v

;'? 

• 



!

†

 1

P

 RG='  T 

• 



!

†

   RG='  |

v

N ;'?‡;T? 

M-Metoda 

Jeśli w macierzy ograniczeń nie istnieje podmacierz jednostkowa możemy rozszerzyć zadanie w taki 

sposób, żeby rozszerzone zadanie taką podmacierz zawierało. 

M-Metoda powoduje zmianę funkcji celu z postaci: 

f6M=f6  y ˆ H

!

 

Zakładamy, że M jest liczbą dowolnie dużą. 

Twierdzenie 3.4 

Jeżeli istnieje rozwiązanie zadania podstawowego to istnieje taka liczba 

y

:

, że dla każdego 

y $ y

:

 

w dowolnym rozwiązaniu optymalnym 



‰

8

Š

8

 zadania z M-Metody punkt 

8

 jest rozwiązaniem 

optymalnym zadania podstawowego. 

Twierdzenie 3.5 

Jeśli dla dowolnie dużego M w rozwiązaniu optymalnym 



‰

8

Š

8

 zadania z M-Metodą mamy (=H

!

8

+

, to zadanie podstawowe nie ma rozwiązania optymalnego. 

Algorytm dualny Simplex 

1.  Warunek wyjścia: wektor, któremu odpowiada najmniejsza współrzędna z rozwiązania 

bazowego 

2.  Warunek wejścia: wektor, dla którego iloraz delty i współrzędnej odpowiadającej wektorowi 

wychodzącemu jest najmniejszy (ale dodatni) 

3.  Warunek stopu: ujemne rozwiązanie bazowe 
4.  Rozwiązanie dualne możemy policzyć z zależności: 

4

8

 

‹

8 u

B#

 

Rozwiązanie dualnie dopuszczalne 

Rozwiązanie odpowiadające sytuacji: 

‚

K

 4Œ=

K

  f

K

 t

 RG=L  |

v

 fF4G'RG=*T_DE]I=FD4f0

‚

K

   RG=L  |

w

 RG=ƒDFD,_=Ž4f0*T_DE]

Nazywamy dualnie dopuszczalnym. 

Rozwiązanie prymalnie dopuszczalne 

Jeśli rozwiązanie jest dualnie dopuszczalne i dodatkowo: 

background image



v

$   

w

   

To jest ono prymalnie dopuszczalne. 

Twierdzenie 3.7 

Jeżeli istnieją 

,  |

v

 L  |

w

 takie że: 





  DE=FF

K

$   dla każdego L  |

w

 to nie istnieje rozwiązanie optymalne. 

Zadania PLB 

Zadaniem PLB nazywamy takie zadanie optymalizacji, że: 

Wyznaczyć 



8

 J 3 ‘

/

 takie że: 

f6

8

  & 

h’

k6 

Gdzie: 

J  “  ‘

/

< ˆ =

!K



K

 R

!

'   (  

K

 ; ? L   M” 

Dodatkowo zakładamy, że wektor c jest niedodatni. Jeśli byłoby inaczej należy dokonać 

podstawienia: 



K

†

   

K

Ponadto przyjmujemy oznaczenia: 

• 

X

P

 – droga z wierzchołka 

J

:

 do wierzchołka 

J

P

 

• 

•

P

 - zbiór indeksów zmiennych o ustalonych wartościach na drodze 

X

P

 

• 

|

P

C

 –L  •

P

< 

K

 — 

• 

|

P

B

 –L  •

P

< 

K

  — 

• 



P

 ;L  |< L ˜ •

P

• 

n

P

 - zbiór tych ograniczeń, w których 

E    (czyli prawa strona ujemna) 

• 

A

P

 - zbiór numerów zmiennych x, przy których występują ujemne współczynniki w wierszach 

należących do zbioru Q 

•  Uwaga: jeśli 

n

P

S Q, to 

:

T ˜ J

P

 

Rozwiązanie częściowe 

Rozwiązaniem częściowym w wierzchołku 

J

P

 nazywamy wektor zmiennych o ustalonych na drodze 

X

P

 wartościach 



K

,  



™

T  

K

d L  •

P

Dopełnienie rozwiązania częściowego 

Wektor 



š

T  

K

d L  

P

d

K

 ; ? nazywamy dopełnieniem rozwiązania częściowego w 

wierzchołku 

J

P

Dopełnienie dopuszczalne 

Dopełnienie 



š

T nazywamy dopuszczalnym, jeśli łącznie z rozwiązaniem częściowym 

™

T tworzy 

wektor 

  J. W przeciwnym przypadku dopełnienie nazywamy niedopuszczalnym. 

background image

Przykład 

(=  ›

#

 œ



  

ž

 Ÿ

 

 

¡

 

Przy ograniczeniach: 

J

:

 ¢



#

 Ÿ



 ›

ž

 

 

 £

¡

 z

z

#

 ¤



 Ÿ

ž

 z

 

 z

¡





 z

ž

 

 

 

¡

 



!

 ; ?

W pierwszym kroku oszacowanie górne i dolne są w nieskończoności. 

•

:

 Qd 

:

 ;zŸ£›?d |

P

C

 Qd |

P

B

 Qd n

:

 ;Ÿ? 

Osłabiamy zadanie i mamy: 

(=  ›

#

 œ



  

ž

 Ÿ

 

 

¡

 

Przy ograniczeniach: 

J

:

3 ¥

:

;

K

 ; ? L  

:

 

Rozwiązanie optymalne znajdujemy na zasadzie „zauważamy, że”, w tym przypadku 



:

 ;     ? 

Ograniczenie górne: 

F

:

  d 

:

˜ J

:

 

Ponadto wyznaczamy 

_

K

 jako wartość minimalną każdego ograniczenia, stąd: 

• 

_

#

 œ  E

#

 z 

• 

_



 ¦  E



   

• 

_

ž

 z  E

ž

  

Jako, że zbiór 

n

:

 jest pusty oraz ograniczenie górne jest większe od dolnego, przechodzimy do 

punktu kolejnego, czyli podziału zbioru na dwa podzbiory. 

A

:

 ;Ÿ£? 

Wyznaczamy 



:

ƒ  ('M

:

L  &%g;

:

 

:

Ÿ 

:

£?  

:

Ÿ  Ÿ + ƒ  Ÿ 

Gdzie, 



P

L   & ;  E

!

 =

!K

?, gdzie a to współczynniki. Innymi słowy ze wszystkich ograniczeń 

sumujemy współczynniki przy zmiennej z indeksem j i odejmujemy od nich prawą stronę 

ograniczenia. Następnie bierzemy maksimum wyniku i 0. 

Obliczone p jest indeksem zmiennej, dla której ustalamy wartość (będą dwie gałęzie – jak w PCL – z 

wartościami 0 i 1 przy czym znak będzie „=”). 

Itd. 

Zadania PCL 

Zadanie PCL ma postać: 

background image

Wyznaczyć 



8

 J 3 .

/

 takie że: 



8

  &%g  

&%g

‰§

f6 

Gdzie: 

J  ;  .

/

< -  R  $     f=ŽTD'_*? 

Gdzie wszystkie zmienne decyzyjne są całkowitoliczbowe. Jeśli tylko niektóre zmienne są 

całkowitoliczbowe to zadanie takie nazywamy zadaniem mieszanym. 

Relaksacja 

Relaksacją (osłabieniem) zadania PCL nazywamy: 

Wyznaczyć 



:

 ¥ 3 .

/

 takie że: 

7

:

  &%g 7 

Gdzie: 

• 

J 3 ¥ 

• 

7   

Ponadto zachodzi 

('M7  ('M 

Restrykcja 

Restrykcją (wzmocnieniem) zadania PCL nazywamy: 

Wyznaczyć 

  • 3 .

/

 takie że: 

0  &%g 0 

Gdzie: 

• 

• 3 J 

• 

0 $  

Ponadto zachodzi 

('M0 $ ('M 

W przypadku zadania maksymalizacji min zostaje zmienione na max, nazwy funkcji mają duże litery 

(G(x) i H(x)) a nierówności mają przeciwne zwroty. 

Algorytm 

Zadania PCL polegają na wprowadzeniu relaksacji (osłabienia) i restrykcji (wzmocnienia) aktualnych 

ograniczeń zadania. 

background image

1.  Zaczynamy od zadania całkowitoliczbowego i jednego wierzchołka (oszacowanie od góry i od 

dołu są w nieskończoności) 

2.  Rozwiązujemy zadanie dla wierzchołka (np. algorytmem Simplex). 
3.  Jeśli rozwiązanie optymalne zadania z punktu 2. ma same współrzędne całkowite to liczymy 

oszacowanie od dołu (wartość funkcji celu w tym punkcie) i wierzchołek zamykamy. Ogólnie 

zamknięcie wierzchołka może mieć miejsce tylko gdy zachodzi co najmniej jeden z 

warunków: 

a.  Oszacowanie od góry i od dołu w danym wierzchołku są sobie równe 
b.  Oszacowanie od góry w danym wierzchołku jest mniejsze-równe od globalnego 

oszacowania od dołu 

4.  Jeśli jest inaczej, to wybieramy niecałkowitą współrzędną z rozwiązania optymalnego i 

dokonujemy podziału. Jeśli np. współrzędna 



¡



¨
¡

 to dzielimy na następujące zbiory: 

J

#

 “  .

/

< 

¡

 ©

¨
¡

ª  ” 'J



 ;  .

/

< 

¡

$ ©

¨
¡

ª    z? 

5.  Przy tych restrykcjach rozwiązujemy zadanie dla kolejnych wierzchołków. 
6.  Algorytm kończy się, gdy wszystkie wierzchołki zostaną zamknięte. 

Zadania nieliniowe bez ograniczeń 

Twierdzenie 6.1 

Niech 

< .

/

[ A funkcja różniczkowalna w punkcie x. Jeżeli istnieje ,  .

/

, takie że: 

56,    

To istnieje takie 

> +  , że dla wszystkich _    > zachodzi: 

  _,   

Twierdzenie 6.2 

Jeżeli prawdziwe są następujące założenia: 

1.  Funkcja f ma ciągłe pochodne cząstkowe 
2.  Zbiór 

-  ;  .

/

<   

8

? jest zwarty, to ciąg 

P

 generowany przez procedurę 

największego spadku jest zbieżny do pewnego punktu należącego do zbioru: 

Z 

;  .

/

< 5   ? 

Twierdzenie 6.3 

Jeżeli: 

1.  Funkcja f ma ciągłe pochodne cząstkowe 
2.  Zbiór 

-  ;  .

/

<   

8

? jest zwarty, to ciąg T

8

 generowany przez procedurę 

Gaussa-Seidela jest zbieżny do pewnego punktu należącego do zbioru: 

Z  ; 

.

/

< 5   ? 

Analogiczne twierdzenie istnieje dla metody Powella. 

background image

Metoda Największego Spadku (NS) 

1.  W punkcie początkowym 



P

 T    liczymy wartość funkcji oraz jej gradientu (pochodne po 

każdej ze zmiennych – zakładamy, że istnieją). 

2.  Jeśli norma (czyli długość wektora w przestrzeni 

.

/

) z gradientu jest mniejsza od pewnego 

epsilon (np. 0,01) to koniec. 

3.  Wyznaczamy kierunek minimalizacji jako 

,

P

 5

P

4.  Minimalizujemy funkcję w punkcie 



PC#

 

P

 _ 8 ,

P

 

5.  Bierzemy kolejny punkt. 

Metoda Newtona 

Analogicznie jak w metodzie NS, tyle że podczas liczenia kierunku gradient wymnażamy przez 

odwrócony Hesjan (macierz drugich pochodnych) funkcji 

. 

Metoda Gaussa-Seidela (GS) 

Kolejno dokonujemy minimalizacji we wszystkich kierunkach należących do podanej bazy. 

Zadania unimodularne 

Wśród zadań dyskretnych ważną rolę odgrywa zadanie PCL postaci: 

&%g

h’

k6 

Gdzie: 

J  ;  .

/

< -  R  $     f=ŽTD'_*? 

Osłabieniem tego zadania może być zadanie PL w postaci standardowej, tj.: 

A

:

 ;  .

/

< -  R  $  ? 

Zatem widać, że 

J 3 A

:

Macierz unimodularna 

Macierz B kwadratowa, nieosobliwa o elementach całkowitych jest macierzą unimodularną gdy: 

X  6R*_u6   

Macierz całkowicie unimodularna 

Macierz całkowitoliczbową 

-  =

!K



 ‰/

 nazywamy całkowicie unimodularną, gdy każda jej 

podmacierz kwadratowa nieosobliwa jest unimodularna. 

Wniosek 5.1 

Jeśli macierz B jest całkowicie unimodularna to 

u

B#

 jest całkowitoliczbowa. 

Wniosek 5.2 

Jeśli macierz A jest całkowicie unimodularna to przy całkowitoliczbowym wektorze d każde 

rozwiązanie bazowa układu: 

-  R 

background image

Jest całkowitoliczbowe. 

Wniosek 5.3 

Jeśli macierz A oraz wektor d są całkowitoliczbowe oraz macierz A jest całkowicie unimodularna, to 

rozwiązanie optymalne jest całkowitoliczbowe. 

Wniosek 5.4 

Jeżeli w zadaniu macierz A oraz wektor d są całkowitoliczbowe, macierz A jest całkowicie 

unimodularna to rozwiązanie optymalne, bazowe zadania osłabionego jest rozwiązaniem 

optymalnym zadania wyjściowego PCL. 

Uwaga: całkowita unimodularność jest warunkiem dostatecznym ale nie koniecznym 

całkowitoliczbowości rozwiązania bazowego układu 

-  R przy całkowitoliczbowym d. 

Twierdzenie 5.1 

Macierz A, której elementy 

=

!K

 przyjmują wartości -1, 0, 1 jest całkowicie unimodularna, gdy: 

•  Każda kolumna zawiera nie więcej niż 2 elementy niezerowe 
•  Wiersze macierzy A można podzielić na 2 podzbiory, takie że: 

o  Jeżeli kolumna zawiera 2 elementy niezerowe o takich samych znakach, to wiersze 

odpowiadające tym  elementom należą do różnych podzbiorów. 

o  Jeżeli kolumna zawiera 2 elementy niezerowe o różnych znakach, to wiersze 

odpowiadające tym elementom należą do tego samego podzbioru. 

Zadania nieliniowe bez ograniczeń i warunki różniczkowe Kuhna-
Tuckera 

Zadanie 7.1 

Zadanie postaci: 

Wyznaczyć 



8

 A 3 .

/

, takie że: 



8

  &%g

‰w

 

Gdzie: 

A  “  .

/

< «  7

#

 7



 {  7

 



o

  ”  –  .

/

< 7

!

    '   (— 

Punkt siodłowy 

Parę 



8

 4

8

 nazywamy punktem siodłowym funkcji  4 w zbiorze AxB, jeżeli dla każdego 

  - 4  u zachodzi: 



8

 4  

8

 4

8

   4

8

Funkcja Lagrange’a dla zadania 7.1 

Funkcja Lagrange’a dla zadania 7.1 jest dana jako: 

background image

¬ 4    4Œ«    ˆ 4

!

7

!



/

!"#

 7RF'*«  D7E=M'fF*M'=_=T'* )*7

!

    

Warunki wystarczy zapisać w postaci układu równań i rozwiązać. 

Twierdzenie 7.1 (ważne) 

Jeżeli 



8

 4

8

 jest punktem siodłowym funkcji Lagrange’a w zbiorze AxB, to x jest punktem 

optymalnym zadania 7.1 oraz zachodzi 

4

8

Œ«

8

   . 

Twierdzenie 7.2 

Jeżeli punkt 



8

 4

8

 jest punktem siodłowym funkcji Lagrange’a zadania 7.1 oraz funkcje '7

!

 są 

klasy 

2

#

 (pierwsze pochodne istnieją i są ciągłe) w 

.

/

, to prawdziwe są następujące warunki, znane 

jako warunki różniczkowe Kuhna-Tuckera: 

5

‰

¬

8

4

8

    

5

­

¬

8

4

8

    

5

­

¬

8

4

8

Œ4

8

    

4

8

$   

Twierdzenie 7.3 

Jeżeli funkcje 

'7

!

 są wypukłymi funkcjami klasy 

2

#

 (pierwsze pochodne istnieją i są ciągłe) w 

.

/

, to 

każda para 



8

 4

8

 spełniająca warunki Kuhna-Tuckera jest punktem siodłowym funkcji Lagrange’a a 



8

 jest rozwiązaniem optymalnym tego zadania. 

Metody funkcji kary 

Idea metod funkcji kary polega na zastąpieniu zadania 7.1 ciągiem zadań optymalizacji bez 

ograniczeń poprzez skonstruowanie zastępczej funkcji celu uwzględniającej karę za niespełnienie 

przez punkt x tych ograniczeń. Tworzymy ciąg zadań optymalizacji bez ograniczeń: 

®

P



P

8

  &%g

‰w

®

P

  &%g

‰¯

°

  

P

 RG=T   z {  _=T')*< 



P

8 P[C±

²³³³´ 

8

 

Zewnętrzne funkcje kary 

Niech zbiór 

A zadania 7.1 będzie domknięty, funkcje kary będą funkcjami ciągłymi. Wówczas 

mówimy, że ciąg 



P

µ

 jest ciągiem zewnętrznych funkcji kar, jeśli: 

• 



P

µ

    dla każdego   A T   z { 

• 



P

µ

 +   dla każdego  ˜ A T   z { 

• 



PC#

µ

 + 

P

µ

 dla każdego  ˜ A T   z { 

• 



P

µ



P[C±

²³³³´ ¶ dla każdego  ˜ A T   z { 

Przykład funkcji: 

background image



P

µ

  ˆ T 8 & ;  7

!

?

/

!"#

 

Wewnętrzne funkcje kary 

Niech zbiór 

A zadania 7.1 będzie domknięty, funkcja kary określona na wnętrzu A

·

 tego zbioru. Ciąg 

funkcji 



P

 jest ciągiem wewnętrznych funkcji kar, jeśli: 

• 



P

 + 

PC#

 +  , dla każdego   A

·

 T   z { 

• 



P



P[C±

²³³³´  , dla każdego   A

·

 

• 



P

¸

K[C±

²³³³´ ¶, dla każdego ciągu 

†

 ¸  A

·

, takiego że 



† K[C±

²³³³´ ¹, gdzie ¹  ºA, ºA - 

brzeg zbioru 

A dla T   z { 

Przykład funkcji: 



P

   ˆ

E

P

7

!



 

!"#

 RG=  A

·

 

 

 

background image

Indeks

Dopełnienie dopuszczalne, 8, 18 

Dopełnienie rozwiązania częściowego, 8, 18 

funkcja celu, 2, 5 

Funkcja Lagrange’a, 13, 19 

funkcja ściśle wklęsła, 1 

funkcja ściśle wypukła, 1 

funkcja wklęsła, 1 

Funkcja wypukła, 1, 17 

Hiperpłaszczyzna, 1, 2, 17 

Macierz całkowicie unimodularna, 12, 19 

Macierz unimodularna, 12, 18 

Metoda Gaussa-Seidela, 12, 18 

Metoda Największego Spadku, 12, 18 

Metoda Newtona, 12, 18 

Metody funkcji kary, 14, 19 

M-Metoda, 7, 18 

Podział zbioru, 2, 17 

przestrzeń euklidesowa, 2 

Punkt siodłowy, 13, 19 

relacja dominowania, 2 

Relaksacja, 10, 18 

Restrykcja, 10, 18 

Rozwiązanie bazowe, 5, 18 

Rozwiązanie częściowe, 8, 18 

Rozwiązanie dualnie dopuszczalne, 7, 18 

Rozwiązanie prymalnie dopuszczalne, 7, 18 

Simplex, 6, 7, 11, 18 

Stożek 

Stożek wypukły, 2, 17 

Stożek wypukły, 2 

warunki Kuhna-Tuckera, 13, 14, 19 

Wewnętrzne funkcje kary, 15, 19 

Wielościan, 2 

Zadania nieliniowe bez ograniczeń, 11, 13, 18, 19 

Zadania PCL, 9, 10, 18 

Zadania PL, 5, 17 

Zadania PLB, 8, 18 

Zadania unimodularne, 12, 18 

Zadanie dualne, 5, 18 

Zadanie optymalizacji, 2, 17 

Zadanie prymalne, 5, 18 

Zadanie standardowe, 5, 18 

Zadanie wypukłe, 3, 17 

zbiór ocen odpowiadających rozwiązaniom 

dopuszczalnym, 2 

Zbiór ograniczony, 3, 17 

zbiór rozwiązań dopuszczalnych, 2, 5 

zbiór rozwiązań najlepszych, 2 

Zbiór wielościenny, 2, 3, 17 

Zbiór wypukły, 3, 4, 17 

Zewnętrzne funkcje kary, 14, 19 

 

 

 

background image

Zawartość 

FUNKCJA WYPUKŁA 

T

WIERDZENIE 

1.4 

T

WIERDZENIE 

1.5 

T

WIERDZENIE 

1.6 

T

WIERDZENIE 

1.7 

T

WIERDZENIE 

1.10 

HIPERPŁASZCZYZNA 

H

IPERPŁASZCZYZNA PODPIERAJĄCA

 

PODZIAŁ ZBIORU 

STOŻEK 

S

TOŻEK WYPUKŁY

 

WIELOŚCIAN 

2

 

ZADANIE OPTYMALIZACJI 

ZADANIE WYPUKŁE 

T

WIERDZENIE 

1.8 

T

WIERDZENIE 

1.9 

ZBIÓR OGRANICZONY 

3

 

ZBIÓR WIELOŚCIENNY 

ZBIÓR WYPUKŁY 

W

IERZCHOŁEK ZBIORU WYPUKŁEGO

 

T

WIERDZENIE 

(1.1) 

T

WIERDZENIE 

(1.2) 

T

WIERDZENIE 

1.3 

ZADANIA PL 

5

 

background image

Z

ADANIE PRYMALNE

 

Z

ADANIE DUALNE

 

Z

ADANIE STANDARDOWE

 

T

WIERDZENIE 

2.1 

T

WIERDZENIE 

2.2 

T

WIERDZENIE 

2.3 

T

WIERDZENIE 

2.4 

A

LGEBRAICZNY OPIS WIERZCHOŁKÓW ZBIORU ROZWIĄZAŃ DOPUSZCZALNYCH

 

R

OZWIĄZANIE BAZOWE

 

T

WIERDZENIE 

2.6 

A

LGORYTM PRYMALNY 

S

IMPLEX

 

T

WIERDZENIE 

3.1 

T

WIERDZENIE 

3.2 

M-M

ETODA

 

A

LGORYTM DUALNY 

S

IMPLEX

 

R

OZWIĄZANIE DUALNIE DOPUSZCZALNE

 

R

OZWIĄZANIE PRYMALNIE DOPUSZCZALNE

 

T

WIERDZENIE 

3.7 

ZADANIA PLB 

R

OZWIĄZANIE CZĘŚCIOWE

 

D

OPEŁNIENIE ROZWIĄZANIA CZĘŚCIOWEGO

 

D

OPEŁNIENIE DOPUSZCZALNE

 

P

RZYKŁAD

 

ZADANIA PCL 

R

ELAKSACJA

 

10 

R

ESTRYKCJA

 

10 

A

LGORYTM

 

10 

ZADANIA NIELINIOWE BEZ OGRANICZEŃ 

11

 

T

WIERDZENIE 

6.1 

11 

T

WIERDZENIE 

6.2 

11 

T

WIERDZENIE 

6.3 

11 

M

ETODA 

N

AJWIĘKSZEGO 

S

PADKU 

(NS) 

12 

M

ETODA 

N

EWTONA

 

12 

M

ETODA 

G

AUSSA

-S

EIDELA 

(GS) 

12 

ZADANIA UNIMODULARNE 

12 

M

ACIERZ UNIMODULARNA

 

12 

background image

M

ACIERZ CAŁKOWICIE UNIMODULARNA

 

12 

ZADANIA NIELINIOWE BEZ OGRANICZEŃ I WARUNKI RÓŻNICZKOWE KUHNA-TUCKERA 

13 

Z

ADANIE 

7.1 

13 

P

UNKT SIODŁOWY

 

13 

F

UNKCJA 

L

AGRANGE

A DLA ZADANIA 

7.1 

13 

T

WIERDZENIE 

7.1

 

(

WAŻNE

14 

T

WIERDZENIE 

7.2 

14 

T

WIERDZENIE 

7.3 

14 

METODY FUNKCJI KARY 

14 

Z

EWNĘTRZNE FUNKCJE KARY

 

14 

W

EWNĘTRZNE FUNKCJE KARY

 

15 

INDEKS 

16 

 

 


Document Outline