線性規劃是運籌學中創建較早,發展較快、應用廣泛、理論和算法都比較成熟的一個重要分支。特別是電子計算機的普及和發展,使它在實際中的應用日益廣泛和深入,成為當代用途最廣泛的運籌學方法之一,也是現代管理科學的重要基礎和手段之一。
線性規劃研究兩類問題:一類是在一定的資源(人力、物力、財力等)條件下,如何組織安排,使得經濟效果最好,另一類是在完成既定任務的前提下,如何統籌安排,使得消耗的資源最少。事實上,這是一個問題的兩種提法,即在一定的條件下,尋求整個問題的某個指標最優化問題。從數學上來說是一個條件極值問題。這類問題的數學模型稱為線性規劃模型。
本章通過典型的實際問題,建立線性規劃數學模型:介紹兩個變量線性規劃問題的圖解法,給出錢性規劃問題的標準形式,最後介紹線性規劃問題的一些基本概念、解的性質。為研究線性規劃問題的單純形解法打下基礎。
1-1線性規劃數學模型
例1.1某農場種植兩種作物A、B,需用甲、乙兩種化肥。種植每畝作物A和作物B分別需用的化肥數,可得利潤及農場現有化肥數量:問在現有條件下,如何安排種植,才能使利潤最大?
解:設種植作物A、B分別為x1、x2畝,使得總利潤為S(百元)。該農場追求的目標是獲取最大利潤。
該農場的種植麵積受到甲、乙兩種化肥的限製,我們就要在數學上描述這些限製因素,使種植這兩種作物對化肥的需要不得超過它們各自的現有數量。
甲種化肥限製因素可表示為:
例1.2計劃由甲、乙、丙三個發點運輸某種糧食至A、B,C三個加工廠。它們各自的供應量和需求量以及各供應地至各需求地的單位運輸價,作出運費最省的調運計劃方案。
解:設第i個(行)發點運到第j個(列)工廠的糧食為噸,則問題的表格可重列為糧食運量運價,從甲、乙、丙三地運往A、B、C三個加工廠糧食數量的總和應該分別等於20噸、30噸和50噸,所以這些應滿足:運到A、B、C三廠的糧食的數量分別為25噸、50噸和25噸。
除滿足上述要求外,還應該使運費最省。單位運輸費已由表1-3給出,總的運費應是所有發點到收點的運量乘以運費之和。
從上述兩個例子可以看出,雖然兩個問題的具體內容和性質不同,但它們都屬於優化問題,即在一定條件下,求函數的最大(或最小)值問題,其共同特征為:
(1)每個問題都要求一組未知數;這組未知數稱為決策變量,它的一組定值就代表一個具體方案。通常要求這些未知數取非負值。
(2)每個問題都存在一定的限製條件,即約束條件,這些限製條件都可以用一組線性不等式或線性等式來表達。
(3)每個問題都有一個最優化的追求目標,這個目標可以用線性函數表示,稱為目標函數,目標函數可以是求最大值,也可以是求最小值。
這就是線性規劃問題的數學模型。它包括目標函數式和約束條件式兩大部分。
滿足約束條件式的一組A的值稱為該線性規劃問題的可行解。滿足式的可行解,稱為該線性規劃問題的最優解。
建立一個實際問題的線性規劃數學模型,往往是比較複雜的,一般可以考慮下麵幾個方麵:
(1)分析實際問題的全過程,確定所追求的目標和受到的限製,可將問題的條件列成表格.
(2)正確地設立決策變量,並注意到決策變量的非負約束。
(3)將目標函數表為決策變量的線性函數,並明確是求最大值,還是求最小值。
(4)將約束條件表示為決策變量的線性等式或不等式。
建立實際問題的線性規劃模型的具體方法和步驟,還將在本書第二部分詳細論述。