Lingo基本用法总结(除集函数部分) - 图文(2)

2019-04-01 16:30

第4行松驰变量 =0 第5行松驰变量 =5

“Reduced Cost”列出最优单纯形表中判别数所在行的变量的系数,表示当变量有微小变动时, 目标函数的变化率。其中基变量的reduced cost值应为0, 对于非基变量 Xj, 相应的 reduced cost值表示当某个变量Xj 增加一个单位时目标函数减少的量( max型问题)。本例中:变量tables对应的reduced cost值为5,表示当非基变量tables的值从0变为 1时(此时假定其他非基变量保持不变,但为了满足约束条件,基变量显然会发生变化),最优的目标函数值 = 280 - 5 = 275。

“DUAL PRICE”(对偶价格)表示当对应约束有微小变动时, 目标函数的变化率。输出结果中对应于每一个约束有一个对偶价格。 若其数值为p, 表示对应约束中不等式右端项若增加1 个单位,目标函数将增加p个单位(max型问题)。显然,如果在最优解处约束正好取等号(也就是“紧约束”,也称为有效约束或起作用约束),对偶价格值才可能不是0。本例中:第3、4行是紧约束,对应的对偶价格值为10,表示当紧约束

3) 4 DESKS + 2 TABLES + 1.5 CHAIRS <= 20 变为 3) 4 DESKS + 2 TABLES + 1.5 CHAIRS <= 21 时,目标函数值 = 280 +10 = 290。对第4行也类似。 对于非紧约束(如本例中第2、5行是非紧约束),DUAL PRICE 的值为0, 表示对应约束中不等式右端项的微小扰动不影响目标函数。有时, 通过分析DUAL PRICE, 也可对产生不可行问题的原因有所了解。

灵敏度分析的结果是

Ranges in which the basis is unchanged:

Objective Coefficient Ranges

Current Allowable Allowable Variable Coefficient Increase Decrease DESKS 60.00000 0.0 0.0 TABLES 30.00000 0.0 0.0 CHAIRS 20.00000 0.0 0.0

Righthand Side Ranges

Row Current Allowable Allowable RHS Increase Decrease 2 48.00000 0.0 0.0 3 20.00000 0.0 0.0 4 8.000000 0.0 0.0 5 5.000000 0.0 0.0

目标函数中DESKS变量原来的费用系数为60,允许增加(Allowable Increase)=4、允许减少(Allowable Decrease)=2,说明当它在[60-4,60+20] = [56,80]范围变化时,最优基保持不变。对TABLES、CHAIRS变量,可以类似解释。由于此时约束没有变化(只是目标函数中某个费用系数发生变化),所以最优基保持不变的意思也就是最优解不变(当然,由于目标函数中费用系数发生了变化,所以最优值会变化)。

第2行约束中右端项(Right Hand Side,简写为RHS)原来为48,当它在[48-24,48+∞] = [24,∞]范围变化时,最优基保持不变。第3、4、5行可以类似解释。不过由于此时约束发生变化,最优基即使不变,最优解、最优值也会发生变化。

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灵敏性分析结果表示的是最优基保持不变的系数范围。由此,也可以进一步确定当目标函数的费用系数和约束右端项发生小的变化时,最优基和最优解、最优值如何变化。下面我们通过求解一个实际问题来进行说明。

例5.2一奶制品加工厂用牛奶生产A1,A2两种奶制品,1桶牛奶可以在甲车间用12小时加工成3公斤A1,或者在乙车间用8小时加工成4公斤A2。根据市场需求,生产的A1,A2全部能售出,且每公斤A1获利24元,每公斤A2获利16元。现在加工厂每天能得到50桶牛奶的供应,每天正式工人总的劳动时间480小时,并且甲车间每天至多能加工100公斤A1,乙车间的加工能力没有限制。试为该厂制订一个生产计划,使每天获利最大,并进一步讨论以下3个附加问题:

1) 若用35元可以买到1桶牛奶,应否作这项投资?若投资,每天最多购买多少桶牛奶?

2) 若可以聘用临时工人以增加劳动时间,付给临时工人的工资最多是每小时几元? 3) 由于市场需求变化,每公斤A1的获利增加到30元,应否改变生产计划? 模型代码如下:

max=72*x1+64*x2; x1+x2<=50; 12*x1+8*x2<=480; 3*x1<=100;

求解这个模型并做灵敏性分析,结果如下。

Global optimal solution found at iteration: 0 Objective value: 3360.000

Variable Value Reduced Cost X1 20.00000 0.000000 X2 30.00000 0.000000 Row Slack or Surplus Dual Price 1 3360.000 1.000000 2 0.000000 48.00000 3 0.000000 2.000000 4 40.00000 0.000000

Ranges in which the basis is unchanged:

Objective Coefficient Ranges

Current Allowable Allowable

Variable Coefficient Increase Decrease

X1 72.00000 24.00000 8.000000 X2 64.00000 8.000000 16.00000 Righthand Side Ranges

Row Current Allowable Allowable RHS Increase Decrease 2 50.00000 10.00000 6.666667 3 480.0000 53.33333 80.00000

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4 100.0000 INFINITY 40.00000

结果告诉我们:这个线性规划的最优解为x1=20,x2=30,最优值为z=3360,即用20桶牛奶生产A1, 30桶牛奶生产A2,可获最大利润3360元。输出中除了告诉我们问题的最优解和最优值以外,还有许多对分析结果有用的信息,下面结合题目中提出的3个附加问题给予说明。 3个约束条件的右端不妨看作3种“资源”:原料、劳动时间、车间甲的加工能力。输出中Slack or Surplus给出这3种资源在最优解下是否有剩余:原料、劳动时间的剩余均为零,车间甲尚余40(公斤)加工能力。

目标函数可以看作“效益”,成为紧约束的“资源”一旦增加,“效益”必然跟着增长。输出中DUAL PRICES 给出这3种资源在最优解下“资源”增加1个单位时“效益”的增量:原料增加1个单位(1桶牛奶)时利润增长48(元),劳动时间增加1个单位(1小时)时利润增长2(元),而增加非紧约束车间甲的能力显然不会使利润增长。这里,“效益”的增量可以看作“资源”的潜在价值,经济学上称为影子价格,即1桶牛奶的影子价格为48元,1小时劳动的影子价格为2元,车间甲的影子价格为零。读者可以用直接求解的办法验证上面的结论,即将输入文件中原料约束milk)右端的50改为51,看看得到的最优值(利润)是否恰好增长48(元)。用影子价格的概念很容易回答附加问题1):用35元可以买到1桶牛奶,低于1桶牛奶的影子价格48,当然应该作这项投资。回答附加问题2):聘用临时工人以增加劳动时间,付给的工资低于劳动时间的影子价格才可以增加利润,所以工资最多是每小时2元。

目标函数的系数发生变化时(假定约束条件不变),最优解和最优值会改变吗?这个问题不能简单地回答。上面输出给出了最优基不变条件下目标函数系数的允许变化范围:x1的系数为(72-8,72+24)=(64,96);x2的系数为(64-16,64+8)=(48,72)。注意:x1系数的允许范围需要x2系数64不变,反之亦然。由于目标函数的费用系数变化并不影响约束条件,因此此时最优基不变可以保证最优解也不变,但最优值变化。用这个结果很容易回答附加问题3):若每公斤A1的获利增加到30元,则x1系数变为30×3=90,在允许范围内,所以不应改变生产计划,但最优值变为90×20+64×30=3720。

下面对“资源”的影子价格作进一步的分析。影子价格的作用(即在最优解下“资源”增加1个单位时“效益”的增量)是有限制的。每增加1桶牛奶利润增长48元(影子价格),但是,上9

面输出的CURRENT RHS 的ALLOWABLE INCREASE 和 ALLOWABLE DECREASE 给出了影子价格有意义条件下约束右端的限制范围: milk)原料最多增加10(桶牛奶),time)劳动时间最多增加53(小时)。现在可以回答附加问题1)的第2问:虽然应该批准用35元买1桶牛奶的投资,但每天最多购买10桶牛奶。顺便地说,可以用低于每小时2元的工资聘用临时工人以增加劳动时间,但最多增加53.3333小时。

需要注意的是:灵敏性分析给出的只是最优基保持不变的充分条件,而不一定是必要条件。比如对于上面的问题,“原料最多增加10(桶牛奶)”的含义只能是“原料增加10(桶牛奶)”时最优基保持不变,所以影子价格有意义,即利润的增加大于牛奶的投资。反过来,原料增加超过10(桶牛奶),影子价格是否一定没有意义?最优基是否一定改变?一般来说,这是不能从灵敏性分析报告中直接得到的。此时,应该重新用新数据求解规划模型,才能做出判断。所以,从正常理解的角度来看,我们上面回答“原料最多增加10(桶牛奶)”并不是完全科学的。

8

LINGO是用来求解线性和非线性优化问题的简易工具。LINGO内置了一种建立最优化模型的语言,可以简便地表达大规模问题,利用LINGO高效的求解器可快速求解并分析结果。

§1 LINGO快速入门

当你在windows下开始运行LINGO系统时,会得到类似下面的一个窗口:

外层是主框架窗口,包含了所有菜单命令和工具条,其它所有的窗口将被包含在主窗口之下。在主窗口内的标题为LINGO Model – LINGO1的窗口是LINGO的默认模型窗口,建立的模型都都要在该窗口内编码实现。下面举两个例子。

例1.1 如何在LINGO中求解如下的LP问题:

在x1+x2>=350,x1>=100,2*x1+x2<=600的条件下求2*x1+3*x2的最小值.

在模型窗口中输入如下代码: min=2*x1+3*x2; x1+x2>=350; x1>=100;

2*x1+x2<=600; 然后点击工具条上的按钮

例1.2 使用LINGO软件计算6个发点8个收点的最小费用运输问题。产销单位运价如下表。 单 位 销地 运 价 产地 A1 A2 即可。

B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 产量 6 4 2 9 6 5 7 3 4 8 2 5 5 8 9 2 60 55 9

A3 A4 A5 A6 销量 model:

5 7 2 5 35 2 6 3 5 37 1 7 9 2 22 9 3 5 2 32 7 9 7 8 41 4 2 2 1 32 3 7 6 4 43 3 1 5 3 38 51 43 41 52 使用LINGO软件,编制程序如下:

!6发点8收点运输问题; sets:

warehouses/wh1..wh6/: capacity; vendors/v1..v8/: demand;

links(warehouses,vendors): cost, volume; endsets

!目标函数;

min=@sum(links: cost*volume); !需求约束;

@for(vendors(J):

@sum(warehouses(I): volume(I,J))=demand(J)); !产量约束;

@for(warehouses(I):

@sum(vendors(J): volume(I,J))<=capacity(I));

!这里是数据; data:

capacity=60 55 51 43 41 52; demand=35 37 22 32 41 32 43 38; cost=6 2 6 7 4 2 9 5 4 9 5 3 8 5 8 2 5 2 1 9 7 4 3 3 7 6 7 3 9 2 7 1 2 3 9 5 7 2 6 5 5 5 2 2 8 1 4 3; enddata end

然后点击工具条上的按钮 即可。

为了能够使用LINGO的强大功能,接着第二节的学习吧。

§2 LINGO中的集

对实际问题建模的时候,总会遇到一群或多群相联系的对象,比如工厂、消费者群体、

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