Transcript x 2

LINEARNO PROGRAMIRANJE
OPTIMIZACIJA
MAX/MIN
Standardni problem maksimuma
Linearna funkcija cilja z(x)
Varijable odlučivanja (strukturne varijable) xj
Linearna ograničenja (nejednačine oblika « ≤ »
Uslov nenegativnosti
MAKSIMIZACIJA
Standardni problem minimuma
• na neke varijable odlučivanja
nema uslova nenegativnosti,
tj. neke su neograničene
Kako takav problem prevodimo na standardni problem maksimuma?
Kanonski oblik problema LP
ograničenja u obliku jednačna
Da bismo ograničenja problema (P) preveli u jednačine,
uvodimo dopunske (dodatne, slack) varijable, j=1,…,m, tako
da vrijedi
Problem linearnog programiranja
• Grafičko rješenje
Problem: Zadana je neka funkcija (tzv. funkcija
cilja) kojoj treba odrediti maksimum, odnosno
minimum na zadanom skupu. Skup je zadan
nejednakostima (tzv. ograničenjima). Naša
metoda je grafička
Grafičko prikazivanje
Uslov za grafičko prikazivanje problema linearnog
programiranja je postojanje samo dvije strukturne varijable.
Grafičko rješenje prikazujemo u koordinatnom sistemu.
Da bismo nacrtali graf prvo moramo restrikcije svesti na
kanonski oblik.
- ako su restrikcije jednačine one su predstavljene pravcima,
- ako su nejednačine tada one dijele područje na
- područje dopuštenog rješenja i područje nedopuštenog
rješenja.
Nedopušteno područje je šrafirano. Osim restrikcija šrafiramo
i ovisno o uslovima nenegativnosti za strukturne varijable.
Šrafiranje ovisno o strukturnim varijablama
- Šrafiranjem definišemo područje dopuštenog rješenja koje
može biti zatvoreno, otvoreno (neograničeno rješenje) ili
ga ne mora biti (nema rješenja).
- U slučaju da nam se pojavi artificijelna varijabla
dopušteno rješenje može biti samo dužina ili samo jedna
tačka.
Ako u restrikcijama imamo jednačine ili jednačine tada
nam grafički prikaz rješenja može biti:
1. Dužina (od A do B)
2. Tačka (imamo dvije jednačine; samo presjek je
jedino dopušteno i optimalno rješenje!)
3. Nema rješenja (imamo dvije jednačine čiji je
presjek izvan područja dopuštenog rješenja, tj. u
području nedopuštenog rješenja određenog
nejednačinama!)
Optimalno rješenje
• Sve tačke dopuštenog rješenja dolaze u obzir kao rješenje.
Naravno traži se optimalno rješenje koje je za maksimum
maksimalni z, a za minimum minimalni z. Optimalno rješenje
tražimo u rubnim tačkama dopuštenog rješenja. Optimalno
rješenje pronalazimo pomoću dva jednakovrijedna načina:
• A. Pristup funkcije cilja – za z uvrstimo neku konstantnu
vrijednost npr. z=0, tj. izjednačimo funkciju cilja s nulom. Taj
pravac predstavlja prag dobitka (profita). Obim proizvodnje
pri kojem ćemo postići maksimalan dobitak pronalazimo tako
da vučemo paralelu ovog pravca do najudaljenije tačke.
• B. Pristup ekstremnih troškova – vrijednosti tačaka
uvrštavamo u funkciju cilja te tražimo najveći (za max!), tj.
najmanji (za min!) rezultat.
Šta znači NENEGATIVNOST rješenja?
gdje je tačka ( 30,
rješenje sistema
40) presjek pravaca i , tj.
Označeno je područje skup mogućih rješenja promatranog
problema.
je pravac i sadrži sve tačke x1 , x2 ) , tj.
kombinacije količina proizvodnje za koje je profit
jednak nuli.
Optimalno je rješenje problema
tačka (vektor) (30,40) u kojoj
profit poprima svoju maksimalnu
vrijednost
ZAKLJUČAK
Kako je tačka (30,40) presjek pravaca
ograničenja rezanja i spajanja su u optimalnom
rješenju zadovoljena s jednakošću. To znači da
proizvodeći 30 jedinica proizvoda A i 40 jedinica
proizvoda B, u potpunosti iskorištavamo kapacitete
oba odjela, i odjela rezanja i odjela spajanja.
Kažemo da su ta dva ograničenja aktivna. Ograničenja
nenegativnosti x1 0 , x2 0, su zadovoljena sa strogom
nejednakošću jer je
pa su ta ograničenja neaktivna.
(30,40), ona je optimalno rješenje.
Linearno programiranje
Za rješavanje problema se koriste 2 metode :
1. Grafička metoda: ograničena na
2 - dimenzionalne probleme)
2. Simplex metoda - za probleme koji su više od
2- dimenzionalnog problema (3,4,5...n varijabli)
25
Linearno
programiranje
• Funkcija cilja
• Ograničenja
– Linearne funkcije
– Ograničenja
znaka
max/minf x1 , x2 ,...,xn  : c1 x1  c2 x2  ... cn xn

 
ai1 x1  ai2 x 2  ...  ain x n   bi , i=1,2,...m

 
Xj ≥ 0, j=1,2,3..,n
Maksimum i minimum se nalaze na
granicama
oblasti
koju
određuju
data
ograničenja tj. u oblasti dopustivih rješenja.
U
prostijim
slučajevima
kada
je
broj
promjenljivih n = 2 ili n = 3 kao i kad je:
n–m=2
gdje je: m - broj ograničenja,
n - broj promjenljivih može se primjeniti
geometrijska metoda
TEOREMA: „Ako je oblast dopustivih rješenja zadatka
linearnog programiranja ograničen, tada se maksimum ili
minimum funkcije cilja dobija u jednoj ekstremnoj tačci na granici
oblasti D. Skup dopustivih rješenja geometrijski predstavlja
poliedar u prostoru, a funkcija cilja dostiže minimum odnosno
maksimum u jednom tjemenu poliedra.
Geometrijskom metodom maksimizirati funkciju
z( x1 , x2 )  24x1  19x2
pod ograničenjima:
5 x1  4.5 x 2  350
3 x1  8 x 2  480
2 x1  x 2  115
x1  50
x 2  55
x1 , x 2  0
(1) 5x1+4.5x2=350
x1=0 ; x2=77.78 (0, 77.78)
x2=0 ; x2=70
(70, 0)
(2) 3x1+8x2=48
x1=0 x2=60
(0, 60)
x2=0 x2=160 (160, 0)
(3) 2x1+x2=115
x1=0 x2=115 (0, 115)
x2=0 x1=57.5 (57.5, 0)
(4) x1=50
(50, 0)
(5) x2=55
(0, 55)
Kada smo nacrtali svih 5 pravaca
tražimo njihove međusobne presjeka
kojima dobijamo vrhove poligona:
Z=24x1+19x2
ZA=24*0+19*55=1045
(1) 5x1+4.5x2=350 ZB=24*20+19*55=1525
/*2
ZC=24*41.875+19*31.25=
(2) 2x1+x2=115 /*(- 1598.75
5)
ZD=24*50+19*15=1485
ZE=24*50+19*0=1200
10x1+9x2=700
–10x1-5x2=-575 Optimalno rješenje je
x1=41.875 i x2=31.25 pri
4x2=125
čemu je:
x2=31.25 
x1=41.875
Zmax=Z(41.875,31.25)=1598.75
Linearno programiranje
- primjer Moguća rješenja samo za xi  0
max
z = 4x1 + 3x2
Ograničenja
60
X2
D
50
x1 + x2
 40
40 B
2x1 + x2
 60
30
x1  0, x2  0
E
20
10
C
A
30
40
X1
F
10
20
50
60
Linearnoprogramirje
– primjer max z = 4x1 + 3x2
Ograničenja
x 1 + x2 + s1
= 40
2x1 + x2
+ s2 = 60
x1  0, x2  0, s1  0, s2  0
6 osnovnih
rješenja
dokaz
Ugaone tačke
x1
x2
s1
s2
z
Komentar
A
40
0
0
-20
160
nemoguće
B
0
40
0
20
120
C
30
0
10
0
120
D
0
60
-20
0
180
nemoguće
E
20
20
0
0
140
RJEŠENJE
PROBLEMA
F
0
0
40
60
0
Linearno programiranje –
nerješiv problem
• Preograničen problem
max
z = 4x1 + 3x2
2x1 + x2
D
50
Ograničenja
x1 + x2
60
 40
40 B
 60
30
x1  20, x2  30
E
20
10
C
A
30
40
F
10
20
50
60
GRAFIČKOM METODOM riješiti postavljeni problem:
max (40X1 + 50X2)
10X1 + 10X2 ≤ 8000
10X1 + 30X2 ≤ 18000
20X1 + 10X2 ≤ 14000
X1, X2 ≥ 0
Prvi par tačaka:
Drugi par tačaka:
10X1 + 10X2 = 8000
10X1 + 30X2 = 18000
X1 = 0 => X2 = 800
X1 = 0 => X2 = 600
X2 = 0 => X1 = 800
X2 = 0 => X1 = 1800
Treći par tačaka:
20X1 + 10X2 = 14000
X1 = 0 => X2 = 1400
X2 = 0 => X1 = 700
1600
X1
0
300
610
700
A
B
C
D
1400
1200
X2
600
500
190
0
F (X1, X2)
30000
37000
33900
28000
H2
1000
rješenje je u tački B(300, 500) za
jer se za nju traži maksimum:
800
F (X1, X2) = 40X1 + 50X2
600
400
200
0
100
300
500
700
800
900
1100
1300
1500
1700
1800
Primjer 1. (Proizvodnja) Neko preduzeće proizvodi dvije
vrste proizvoda A i B, na dvije grupe strojeva, S1 i S2 .
Dnevni kapaciteti i karakteristike strojeva dati su u tablici:
Dobit je po jedinici proizvoda A 200 KM, a po jedinici
proizvoda B, 150 KM. Sastavite linearni model dnevne
proizvodnje koja će osigurati maksimalnu dobit.
Dobit je po jedinici proizvoda A 200 KM, a po jedinici proizvoda B, 150 KM.
Varijable odlučivanja:
x1 količina proizvoda A
x2 količina proizvoda B
Primjer 2. (Proizvodnja) U jednom se pogonu
proizvode dva proizvoda na tri grupe strojeva. Za
promatrani vremenski period je potrebno donijeti
odluku koja će se količina prvog i drugog proizvoda
proizvesti u tom pogonu. Ograničenja su realizacije
programa proizvodnje kapaciteti raspoloživih strojeva
i mogućnost plasmana proizvoda na tržište.
Tehnološki su uslovi proizvodnje dati tablicom:
Analizom tržišta procijenjeno je da se u promatranom vremenskom
periodu ne može prodati više od 3500 jedinica prvog proizvoda i
4000 jedinica drugog proizvoda. Cilj je donijeti odluku kojom će se
ostvariti maksimalna dobit, ako je ona za prvi proizvod 15 KM, a za
drugi 10 KM po jedinici proizvoda. . Sastavite linearni model
proizvodnje za promatrani period.
Primjer 3. (Proizvodnja) Neko preduzeće proizvodi dva
artikla, A i B, na tri grupe strojeva S1, S2 i S3 . Podaci o
iskorištenju kapaciteta dati su u tablici:
Radno je vrijeme 8 sati dnevno. Dobit je po jedinici proizvoda A 15
KM, a po jedinici proizvoda B 20 KM. Sastavite linearni model
dnevne proizvodnje koja će osigurati maksimalnu dobit.
Varijable odlučivanja:
x1 količina proizvoda A
x2 količina proizvoda B
1/2 x1 + 1/3 x2  8 / * 6
1/3 x1 + 1/2 x2  8 / * 6
1/2 x1 + 1/2 x2  8 / * 2
Primjer 4
• Preduzeće treba da proizvodi dva proizvoda, A i B, na tri
grupe mašina, M1 , M2 i M3. Normativ vremena izrade
ovih proizvoda na grupama mašina, raspoloživi fond
vremena mašina, kao i dobit po jedinici proizvoda daju
se u slijedećoj tabeli :
A
x1
B
x2
RFV
sati
M1
5
6
1.500
M2
9
2,8
1.800
M3
2
9,5
1.800
Dobit
KM/kom.
30
50
• Potrebno je utvrditi optimalan plan proizvodnje
pod uslovom da se postigne maksimalna dobit.
• Funkcija kriterija
F(x)=30x1+50x2
koju treba maksimizirati pod ograničenjima:
A
B
5x1 + 6 x2  1.500
x
x
9x1 + 2,8x2  1.800
M
5
6
M
9
2,8
2x1 + 9,5x2  1.800
1
2
RFV
sati
1
1.500
2
1.800
M3
2
9,5
Dobit
KM/kom.
30
50
1.800
• U koordinatnom pravouglom sistemu OX1X2 predstavljamo
nejednačine ograničenja kao jednačine. To će biti prave linije :
• prava p1
5x1 + 6 x2 = 1.500
• prava p2
9x1 + 2,8x2 = 1.800
• prava p3
2x1 + 9,5x2 = 1.800
• Funkcija kriterija F(x) predstavlja snop beskonačno mnogo paralelnih
pravih. Ako povlačimo prave paralelne sa pravom F(x) (funkcije
kriterija) sve dalje od koordinatnog početka, povećavaće se i vrijednost
funkcije kriterija, da bi u tački M, koja je najviše udaljena od
koordinatnog početka, a leži na pravoj F(x), postigla svoju maksimalnu
vrijednost.
• Koordinate tačke M su
x1 = 108 i x2 = 160
a vrijednost funkcije kriterija
F(x) = 11.240 KM
• Prema tome . plan proizvodnje sadrži :
• Proizvod A
• Proizvod B
108 jedinica
160 jedinica
• A maksimalna dobit iznosi
F(x) = 11.240 KM
• Pošto su koordinate tačke M na presjeku pravih p1 i
p2 ,tj. na presjeku (ne)jednačina ograničenja
raspoloživog fonda vremena mašina M1 i M3, znači
da je zadovoljen uslov jednakosti ova dva
ograničenja te je raspoloživi fond vremena ovih
mašina 100 % iskorišten.
PRIMJERI ZA VJEŽBE
POPIS SEMINARSKIH RADOVA
Zadatak 1
• Neko preduzeće proizvodi 2 artikla A i B na
strojevima S1 i S2. Na izradi jedinice artikla A stroj
S1 utroši 5 sati a stroj S2 6 sati. Stroj S1 može raditi
najviše 21 sat dnevno, a stroj S2 najviše 18 sati
dnevno. Profit (dobitak) po jedinici prpozvoda A
je 70KM, a po jedinici proizvoda B je 90 KM
• Treba ispitati koliku količinu artikla A, a koju
količinu artilča B treba preduzeće dnevno da
proizvede da bi imalo maksimalni profit
(maksimalnu dobit)
Zadatak 2
Neko preduzeće ima na raspolaganju 3 vrste sirovina
S1,S2,S3. Sirovina S1 ima 6 jedinica, sirovine S2 ima 10
jedinica, a sirovine S3 ima 15 jedinica. Od tih sirovina
proizvode se 2 artikli A i B. Za izradu jedinice artikla A utroši
se 1 jedinica sirovine S1, 2 jedinice sirovine S2 i 1 jedinica
sirovine S3.
Za izradu jedinice artikla B utroši se 1 jedinica sirovine S1,
1 jedinice sirovine S2 i 3 jedinica sirovine S3. Dohodak po
jedinici artikla A iznosi 50KM, a po jedinici artikla B 40KM.
Zadatak je da se ispita koliko jedinica artikla A, a koliko
jedinica artikla B treba preduzeće da proizvede iz tih
sirovina da bi imalo maksimalnu dobit
Zadatak 3
• U benzinu odličnog kvaliteta treba da se dnevno nalaze 3
komponente K1,K2,K3 u iznosima ne manjim od 0.6kg
komponente K1, 1 kg komponente K2 i 1.5 kg komponente
K3. Te se komponente nalaze u 2 artikla A i B koji postoje
na tržištu.
• U 1 kg artikla A nalazi se 0.1 kg komponente K1, 0.2kg
komponente K2, i 0.1 kg komponente K3.
• U 1 kg artikla B nalazi se 0.1 kg komponente K1, 0.1kg
komponente K2, i 0.3 kg komponente K3.
Cijena 1kg artikla A je 0.5 KM, a 1kg artikla B je 0.4 KM.
Koliko kg artikla A, a koliko kg artikla B treba tom odličnom
benzinu dnevno dodavati da biproizvodnja bila što jeftinija,
a benzin primio sve što mu je potrebno za odličan kvalitet.
Zadatak 4
• U ulju odličnog kvaliteta treba da se dnevno nalaze 3
komponente K1,K2,K3 u iznosima ne manjim od 0.6kg
komponente K1, 1 kg komponente K2 i 1.5 kg
komponente K3. Te se komponente nalaze u 2 artikla A i
B koji postoje na tržištu.
• U 1 kg artikla A nalazi se 0.1 kg komponente K1, 0.2kg
komponente K2, i 0.1 kg komponente K3.
• U 1 kg artikla B nalazi se 0.1 kg komponente K1, 0.1kg
komponente K2, i 0.3 kg komponente K3.
Cijena 1kg artikla A je 0.8 KM, a 1kg artikla B je 0.3 KM.
Koliko kg artikla A, a koliko kg artikla B treba tom odličnom
ulju dnevno dodavati da biproizvodnja bila što jeftinija, a
ulje primio sve što mu je potrebno za odličan kvalitet.
Zadatak 5
• Neko preduzeće proizvodi 3 artikla A, B i C na strojevima S1 i S2.
• Vrijeme što ga utroši svaki od strojeva na izradi jednice svakog artikla
A, B i C, kapaciteti strojeva i profit po jedinici svakog od tih artikala
prikazuje tablica:
A
B
C
Kapacitet
stroja
S1
4
1
2
10 sati
S2
6
1
4
16 sati
Profit po
jedinici
5
3
7
Koju količinu artikala A,B, C treba preduzeće dnevno da proizvede da
bi imalo maksimalnu dobit
Zadatak 6
• Neko preduzeće proizvodi 3 artikla A, B i C na strojevima S1 i S2.
• Vrijeme što ga utroši svaki od strojeva na izradi jednice svakog artikla
A, B i C, kapaciteti strojeva i profit po jedinici svakog od tih artikala
prikazuje tablica:
A
B
C
Kapacitet
stroja
S1
4
1
2
10 sati
S2
6
1
4
16 sati
Profit po
jedinici
12
2
4
Koju količinu artikala A,B, C treba preduzeće dnevno da proizvede da
bi imalo maksimalnu dobit
Zadatak 6
• Neko preduzeće proizvodi 3 artikla A1, A2 i A3 na mašinama M1 i M2.
• Vrijeme što ga utroši svaki od mašina na izradi jednice svakog artikla
A1, A2 i A3, kapaciteti strojeva i profit po jedinici svakog od tih artikala
prikazuje tablica:
A1
A2
A3
Kapacitet
stroja
M1
4
1
2
10 sati
M2
6
1
4
16 sati
Profit po
jedinici
8
1
4
Koju količinu artikala A,B, C treba preduzeće dnevno da proizvede da
bi imalo maksimalnu dobit
Zadatak 7
• Neko preduzeće proizvodi 3 artikla A1, A2 na mašinama M1, M2 i M3.
• Vrijeme što ga utroši svaki od mašina na izradi jednice svakog artikla
A1, A2 kapaciteti strojeva i profit po jedinici svakog od tih artikala
prikazuje tablica:
A1
A2
Kapacitet
stroja
M1
3
7
16 sati
M2
M3
Profiz po
jedinici
2
5
7
4
14 sati
19 sati
50
70
Koju količinu artikala A1 i A2 treba preduzeće dnevno da proizvede
da bi imalo maksimalnu dobit