Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania

Podobne dokumenty
Metoda simpleks. Gliwice

Metoda graficzna może być stosowana w przypadku gdy model zawiera dwie zmienne decyzyjne. Metoda składa się z dwóch kroków (zobacz pierwszy wykład):

Rozdział 1 PROGRAMOWANIE LINIOWE

Programowanie liniowe

Rozdział 2 PROGRAMOWANIE LINIOWE CAŁKOWITOLICZBOWE

Programowanie liniowe. Tadeusz Trzaskalik

Rozdział 1 PROGRAMOWANIE LINIOWE

Kolejny krok iteracji polega na tym, że przechodzimy do następnego wierzchołka, znajdującego się na jednej krawędzi z odnalezionym już punktem, w

METODA SYMPLEKS. Maciej Patan. Instytut Sterowania i Systemów Informatycznych Uniwersytet Zielonogórski

PROGRAMOWANIE KWADRATOWE

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania

W. Guzicki Próbna matura, grudzień 2014 r. poziom rozszerzony 1

Elementy Modelowania Matematycznego

Rozdział 3 ZADANIE TRANSPORTOWE I PROBLEM KOMIWOJAŻERA

Programowanie celowe #1

Algorytm simplex i dualność

Rozwiązanie Ad 1. Model zadania jest następujący:

Rozdział 6 PROGRAMOWANIE WYPUKŁE I KWADRATOWE

PODSTAWY AUTOMATYKI. MATLAB - komputerowe środowisko obliczeń naukowoinżynierskich - podstawowe operacje na liczbach i macierzach.

UKŁADY ALGEBRAICZNYCH RÓWNAŃ LINIOWYCH

Programowanie liniowe

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania

Notatki do tematu Metody poszukiwania rozwiązań jednokryterialnych problemów decyzyjnych metody dla zagadnień liniowego programowania matematycznego

Programowanie liniowe metoda sympleks

Laboratorium Metod Optymalizacji

Teoretyczne podstawy programowania liniowego

Zaawansowane metody numeryczne

ZAGADNIENIA PROGRAMOWANIA LINIOWEGO

Układy równań i nierówności liniowych

1 Wartości własne oraz wektory własne macierzy

BADANIA OPERACYJNE pytania kontrolne

Programowanie liniowe całkowitoliczbowe. Tadeusz Trzaskalik

Wielokryteriowa optymalizacja liniowa

Programowanie liniowe

5. Rozwiązywanie układów równań liniowych

ZAGADNIENIE TRANSPORTOWE

4. Postęp arytmetyczny i geometryczny. Wartość bezwzględna, potęgowanie i pierwiastkowanie liczb rzeczywistych.

Programowanie liniowe metoda sympleks

Macierze. Rozdział Działania na macierzach

Zadanie transportowe i problem komiwojażera. Tadeusz Trzaskalik

Definicja i własności wartości bezwzględnej.

Programowanie liniowe

Met Me ody numer yczne Wykład ykład Dr inż. Mic hał ha Łanc Łan zon Instyt Ins ut Elektr Elektr echn iki echn i Elektrot Elektr echn olo echn

ALGEBRA LINIOWA. Wykład 2. Analityka gospodarcza, sem. 1. Wydział Zarządzania i Ekonomii Politechnika Gdańska

PROGRAMOWANIE NIELINIOWE

Funkcje wymierne. Funkcja homograficzna. Równania i nierówności wymierne.

III. Układy liniowe równań różniczkowych. 1. Pojęcie stabilności rozwiązań.

Rozwiązywanie układów równań liniowych

Metody wielokryterialne. Tadeusz Trzaskalik

Metody iteracyjne rozwiązywania układów równań liniowych (5.3) Normy wektorów i macierzy (5.3.1) Niech. x i. i =1

O MACIERZACH I UKŁADACH RÓWNAŃ

UKŁADY ALGEBRAICZNYCH RÓWNAŃ LINIOWYCH

Wykład z modelowania matematycznego. Zagadnienie transportowe.

Formy kwadratowe. Rozdział 10

KADD Minimalizacja funkcji

ZAGADNIENIE TRANSPORTOWE (część 1)

Rozdział 5. Macierze. a 11 a a 1m a 21 a a 2m... a n1 a n2... a nm

Rozwiązaniem jest zbiór (, ] (5, )

BADANIA OPERACYJNE Zagadnienie transportowe

Wykład 6. Programowanie liniowe

Programowanie dynamiczne. Tadeusz Trzaskalik

) a j x j b; x j binarne (j N) całkowitoliczbowe; przyjmujemy (bez straty ogólności): c j > 0, 0 <a j b (j N), P n

Programowanie nieliniowe

Otrzymaliśmy w ten sposób ograniczenie na wartości parametru m.

Uniwersytet Kardynała Stefana Wyszyńskiego Wydział Matematyczno-Przyrodniczy Szkoła Nauk Ścisłych. Piotr Kaczyński. Badania Operacyjne

Metody numeryczne Wykład 4

Programowanie liniowe metoda sympleks

Metody numeryczne I Równania nieliniowe

Postać Jordana macierzy

UKŁADY RÓWNAŃ LINIOWYCH -Metody dokładne

Rozwiązywanie równań nieliniowych

Zadania egzaminacyjne

(Dantzig G. B. (1963))

Algebra WYKŁAD 3 ALGEBRA 1

Metoda eliminacji Gaussa. Autorzy: Michał Góra

Wektory i wartości własne

Arytmetyka. Działania na liczbach, potęga, pierwiastek, logarytm

Uwaga: Funkcja zamień(a[j],a[j+s]) zamienia miejscami wartości A[j] oraz A[j+s].

1 Metody rozwiązywania równań nieliniowych. Postawienie problemu

Stosowana Analiza Regresji

Elementy Modelowania Matematycznego

Numeryczne rozwiązywanie równań i układów równań

Wprowadzenie do badań operacyjnych - wykład 2 i 3

Plan wykładu. Przykład. Przykład 3/19/2011. Przykład zagadnienia transportowego. Optymalizacja w procesach biznesowych Wykład 2 DECYZJA?

Elementy Modelowania Matematycznego Wykład 7 Programowanie nieliniowe i całkowitoliczbowe

Rozwiązanie Powyższe zadanie możemy przedstawić jako następujące zagadnienie programowania liniowego:

Optymalizacja liniowa w liczbach całkowitych (PLC)

1 Układy równań liniowych

LISTA 1 ZADANIE 1 a) 41 x =5 podnosimy obustronnie do kwadratu i otrzymujemy: 41 x =5 x 5 x przechodzimy na system dziesiętny: 4x 1 1=25 4x =24

; B = Wykonaj poniższe obliczenia: Mnożenia, transpozycje etc wykonuję programem i przepisuję wyniki. Mam nadzieję, że umiesz mnożyć macierze...

Wektory i wartości własne

Programowanie matematyczne

Wstęp do metod numerycznych Uwarunkowanie Eliminacja Gaussa. P. F. Góra

Matematyka A kolokwium 26 kwietnia 2017 r., godz. 18:05 20:00. i = = i. +i sin ) = 1024(cos 5π+i sin 5π) =

= i Ponieważ pierwiastkami stopnia 3 z 1 są (jak łatwo wyliczyć) liczby 1, 1+i 3

UKŁADY RÓWNAŃ LINIOWYCH - Metody dokładne

Systemy liczbowe. 1. Przedstawić w postaci sumy wag poszczególnych cyfr liczbę rzeczywistą R = (10).

doc. dr Beata Pułska-Turyna Zarządzanie B506 mail: mgr Piotr J. Gadecki Zakład Badań Operacyjnych Zarządzania B 505.

Wykład 5. Metoda eliminacji Gaussa

Document: Exercise*02*-*manual /11/ :31---page1of8 INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 2

Transkrypt:

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania KOMPUTEROWE SYSTEMY STEROWANIA I WSPOMAGANIA DECYZJI Rozproszone programowanie produkcji z wykorzystaniem metody dekompozycji Dantziga-Wolfe a Materiał pomocniczy 2 część 1: Metoda dekompozycji Dantziga-Wolfe a Opracowanie: Piotr Hirsch, mgr inż. Sławomir Dorawa, mgr inż. Gdańsk, listopad 2016

1. Algorytm dekompozycji Dantziga-Wolfe a Podzielmy algorytm dekompozycyjny na dwie fazy, podobnie jak to ma miejsce w zrewidowanej metodzie simpleksowej. W fazie I sprawdzamy czy istnieje rozwiązanie dopuszczalne zagadnienia ekstremalnego, a następnie szukamy bazy wyjściowej B. W fazie II szukamy rozwiązania optymalnego zagadnienia oryginalnego. Wprowadźmy dodatkowe oznaczenia, które zostaną użyte w opisie poszczególnych faz algorytmu: X (f) pj wektor ofertowy uzyskany przez rozwiązanie p-tego podzagadnienia (punkt wierzchołkowy), w j - tym kroku algorytmu, w f -tej fazie (p = 1,2,, k; j = 1,2,, N p ; f = I, II); P (f) pj, f (f) pj odpowiednio wektor i koszt przerzutu uzyskany z wektora X (f) pj przez transformację (1); Z (f) pj optymalna wartość funkcji celu p-tego podzagadnienia, odpowiadająca wektorowi X (f) pj. (1) 1.1. Faza I algorytmu dekompozycyjnego Obliczenia rozpoczynamy od poszukiwania początkowej bazy B dowolnego rozwiązania dopuszczalnego zagadnienia ekstremalnego metodą sztucznej bazy. Niech X (I) p0 dowolne rozwiązania podzagadnień L p we wstępnym kroku algorytmu. (I) Rozwiązujemy następujące zagadnienie: wyznaczyć x 0i 0 (i = 1,2,, N 0 ) oraz λ p0 maksymalizujące funkcję celu: (2) przy ograniczeniach (3)

gdzie: ε S sztuczne zmienne; P (I) p0 wektor przerzutu odpowiadający wektorowi X (I) p0 ; U S wektor jednostkowy o wymiarze m 0 z jedynką w s-tym wierszu. Znaki przed elementami wektora są dobrane tak, aby sztuczne zmienne były nieujemne w rozwiązaniu bazowym, tzn. sumuje się elementy wszystkich kolumn ekstremalnych w wierszu s-tym, jeśli suma ta jest większa od odpowiedniego elementu wektora b 0, to element wektora U S przyjmuję się jako ujemny. Analogicznie, gdy suma jest mniejsza, element wektora U S przyjmuje się dodatni. Dla uproszczenia zmienne x 0i są równe zero. Funkcję celu W maksymalizujemy z ujemnymi wartościami sztucznych zmiennych. Można ją też oczywiście minimalizować sumując wartości ze znakiem dodatnim. Tak czy inaczej, dążymy do tego, aby sztuczne zmienne wynosiły 0. Po uzyskaniu początkowej bazy B z rozwiązania (3) ze wstępnego kroku fazy I, możemy przejść do sformalizowania opisu działań w algorytmie dekompozycyjnym (w fazie I ceny kolumn naturalnych i koszty przerzutu kolumn ekstremalnych przyjmuje się, że są równe zero): 1) po uzyskaniu z rozwiązania ograniczonego zagadnienia głównego wektora mnożników simpleksowych Π = (π (1) π (2) ), centrum systemu oblicza formy celu γ p = C p π (1) A p i przesyła je do każdego z podsystemów (w tej fazie C p = 0, dla p = 0,1,, k) 2) podsystemy rozwiązują swoje podzagadnienia przy wykorzystaniu form celu γ p 3) dokonuje się oceny kolumn ekstremalnych wg kryterium (4), a kolumn naturalnych wg (5) (w rozważanym wariancie do bazy początkowej należą już wszystkie kolumny naturalne, dodatkowo nie wyrzucamy kolumn, które nie wchodzą do bazy) do wyboru wektorów ofertowych X (f) pj (wraz z odpowiadającym Z (f) pj ) lub kolumn A 0i kandydujących do wejścia do bazy Z pj π p (2) > 0 (4) c 0j πa 0j > 0 (5) 4) centrum systemu wybiera kolumny X (f) pj lub A 0i, które będą proponowane do wejścia do bazy, tworząc odpowiadające im odpowiednio kolumny ekstremalne lub kolumny

naturalne, w zależności od wariantu algorytmu (w rozważanym wariancie do bazy trafiają wszystkie kolumny ekstremalne) 5) po wprowadzeniu utworzonych kolumn, formułuje się ograniczone zagadnienie główne dla fazy I: wyznaczyć x 0i 0 (i = 1,2,, N 0 ) oraz λ (I) pj maksymalizujące funkcję celu: (6) przy ograniczeniach A 0i x 0i + i k p=1 N p (I) P pj j=0 (I) λ pj + (7) gdzie teraz rozpatrujemy wszystkie kolumny (naturalne oraz ekstremalne) stare i nowe kandydujące do wejścia do bazy zagadnienia ekstremalnego. Jak już wspomniano wcześniej, w fazie I dążymy do uzyskania funkcji celu. Jeśli się to udaje, przechodzimy do fazy II, jeśli nie, to układ ograniczeń jest sprzeczny. 1.2. Faza II algorytmu dekompozycyjnego Przejście z fazy I do fazy II dokonuje się poprzez sprowadzenie wszystkich sztucznych zmiennych do zera oraz wprowadzenie rzeczywistych wartości cen kolumn naturalnych i kosztów przerzutu kolumn ekstremalnych (w fazie I ich wartości przyjęte było jako równe zero). Algorytm przedstawiony w opisie fazy I, różni się nieznacznie od tego stosowanego w fazie II: obliczamy formy celu z rzeczywistymi wartościami, wyceniamy kolumny z rzeczywistą wartością, przypisujemy kolumnom naturalnym rzeczywiste ceny, a kolumnom ekstremalnym rzeczywiste koszty przerzutu. Po tych modyfikacjach dla fazy II jest formułowane ograniczone zagadnienie główne: wyznaczyć ( ) oraz ( ; ) maksymalizujące funkcję celu (8)

przy ograniczeniach (9) 1.3. Zakończenie algorytmu dekompozycji Dantziga-Wolfe a Proces obliczeń kończy się gdy nie zostanie spełniony warunek (4) dla żadnego z podzagadnień oraz (5) dla żadnej kolumny podczas wykonywania algorytmu. Otrzymane rozwiązanie optymalne uzyskuję się z aktualnego bazowego rozwiązania dopuszczalnego. Po przekształceniu wg (10) - (11) mamy postać rozwiązania oryginalnego zagadnienia zdekomponowanego określającego optymalny program produkcji. (10) (11)

2. Warianty metody dekompozycji Dantziga-Wolfe a Możemy wyróżnić kilka wariantów metody dekompozycji. Określają one ilość kolumn dołączanych do ograniczonego zagadnienia głównego, które spełniły odpowiadające im kryteria, a także ilość kolumn wykluczanych z bazy w każdym kroku algorytmu. Wyróżnić można wiele wariantów metody dekompozycji. Przedstawmy klasyfikację z podziałem na dwie grupy: 1) warianty z grupy A do ograniczonego zagadnienia głównego wprowadzana jest jedna kolumna a) wariant AA kolumny opuszczające bazę pozostają jako kolumny uzupełniające b) wariant AB kolumna usuwana z bazy, jest również usuwana z zagadnienia c) wariant AC kolumny wypadające z bazy pozostają uzupełniającymi dopóki, dopóty pozwala na to pamięć komputera 2) warianty z grupy B do ograniczonego zagadnienia głównego wprowadzane są wszystkie kolumny spełniające (4) i (5); warianty BA, BB i BC są analogiczne do odpowiednich z grupy A. W zaprezentowanym przykładzie zastosowano wariant BA, tj. w punkcie 4) rozdziału 1.1 wybieramy wszystkie kolumny spełniające określone kryterium oraz że nie usuwamy kolumn, które nie weszły do bazy.