【运筹学】对偶理论 : 对偶性质 ( 对称性质 | 对称性质推导 )
文章目录
- 一、对称性质
- 二、对称性质推导
一、对称性质
对称性定理 :
- 原问题 ( LPLPLP ) 的 对偶 是 对偶问题 ( DPDPDP )
- 对偶问题 ( DPDPDP ) 的 对偶 是 原问题 ( LPLPLP )
原问题 和 对偶问题 互为对偶 ;
对偶问题是对称的
原问题 LPLPLP :
maxZ=CXs.t{AX≤bX≥0\begin{array}{lcl} maxZ = C X \\\\ s.t\begin{cases} AX \leq b \\\\ X \geq 0 \end{cases}\end{array}maxZ=CXs.t⎩⎪⎨⎪⎧AX≤bX≥0
对偶问题 DPDPDP :
minW=bTYs.t{ATY≥CTY≥0\begin{array}{lcl} minW = b^T Y \\\\ s.t\begin{cases} A^TY \geq C^T \\\\ Y \geq 0 \end{cases}\end{array}minW=bTYs.t⎩⎪⎨⎪⎧ATY≥CTY≥0
二、对称性质推导
将上述 对偶问题 DPDPDP 转为求最大值 ;
minW=bTYs.t{ATY≥CTY≥0\begin{array}{lcl} minW = b^T Y \\\\ s.t\begin{cases} A^TY \geq C^T \\\\ Y \geq 0 \end{cases}\end{array}minW=bTYs.t⎩⎪⎨⎪⎧ATY≥CTY≥0
转换过程 :
- 目标函数转为取最大值 : 转换后的结果如下 , 就是相当于在目标函数的左右两端乘以 −1-1−1 ;
maxZ=−bTYs.t{ATY≥CTY≥0\begin{array}{lcl} maxZ = -b^T Y \\\\ s.t\begin{cases} A^TY \geq C^T \\\\ Y \geq 0 \end{cases}\end{array}maxZ=−bTYs.t⎩⎪⎨⎪⎧ATY≥CTY≥0
- 根据下面表格中的对偶问题写法 , 写出上述线性规划的对偶问题 :
- 目标函数由最大值转为最小值 ( 目标函数求最大值前提 ) : minW=CXmin W = CXminW=CX
- LPLPLP 约束条件与 DPDPDP 约束变量符号相反 ( 目标函数求最大值前提 ) : 上述线性规划问题的 约束条件是大于等于不等式 , 那么对应的 约束变量小于等于 000 ; 约束变量 X≤0X \leq 0X≤0
- LPLPLP 约束变量 与 DPDPDP 约束条件符号相同 ( 目标函数求最大值前提 ) : 上述线性规划问题的 约束变量大于等于 000 , 那么对应的 约束条件也是大于等于不等式 ; 约束条件是 AX≥−bAX \geq -bAX≥−b
- 最终得到的线性规划为 :
minW=CXs.t{AX≥−bX≤0\begin{array}{lcl} min W = CX \\\\ s.t\begin{cases} AX \geq -b \\\\ X \leq 0 \end{cases}\end{array}minW=CXs.t⎩⎪⎨⎪⎧AX≥−bX≤0
原问题 LPLPLP | 对偶问题 DPDPDP |
---|---|
– | – |
目标函数求最大值 maxZmaxZmaxZ | 目标函数求最小值 minWminWminW |
– | – |
约束条件常数项 | 目标函数系数 |
目标函数系数 | 约束条件常数项 |
– | – |
mmm 个约束条件 | nnn 个约束变量 |
nnn 个约束变量 | mmm 个约束条件 |
– | – |
约束条件是小于等于不等式 ≤\leq≤ | 约束变量是大于等于 ≥0\geq 0≥0 的 |
约束条件是大于等于不等式 ≥\geq≥ | 约束变量是小于等于 ≤0\leq 0≤0 的 |
约束条件是等式 | 约束变量是自由变量 ( 没有约束 ) |
– | – |
约束变量是大于等于 ≥0\geq 0≥0 的 | 约束条件是大于等于不等式 ≥\geq≥ |
约束变量是小于等于 ≤0\leq 0≤0 的 | 约束条件是小于等于不等式 ≤\leq≤ |
约束变量是自由变量 ( 没有约束 ) | 约束条件是等式 |
记住一条 : 目标函数求最大值 , LPLPLP 约束条件与 DPDPDP 约束变量符号相反 , LPLPLP 约束变量 与 DPDPDP 约束条件符号相同 ;
对如下线性规划作代换 :
minW=CXs.t{AX≥−bX≤0\begin{array}{lcl} min W = CX \\\\ s.t\begin{cases} AX \geq -b \\\\ X \leq 0 \end{cases}\end{array}minW=CXs.t⎩⎪⎨⎪⎧AX≥−bX≤0
代换内容 : 引入变量 X′=−XX' = -XX′=−X , 使用 −X′-X'−X′ 替换上述线性规划中的 XXX ;
- 目标函数 : 代换后为 minW=−CX′minW = -CX'minW=−CX′ , 此时两边乘以 −1-1−1 即可得到 maxZ=CX′maxZ = CX'maxZ=CX′ ;
- 约束方程 : 代换后为 −AX′≥−b-AX' \geq -b−AX′≥−b , 左右两边乘以 −1-1−1 即可得到 AX′≤bAX' \leq bAX′≤b ;
- 约束变量 : 代换后为 −X′≤0-X' \leq 0−X′≤0 , 左右变量乘以 −1-1−1 即可得到 X′≥0X' \geq 0X′≥0
最终代换结果为 :
maxZ=CX′s.t{AX′≤bX′≥0\begin{array}{lcl} maxZ = CX' \\\\ s.t\begin{cases} AX' \leq b \\\\ X' \geq 0 \end{cases}\end{array}maxZ=CX′s.t⎩⎪⎨⎪⎧AX′≤bX′≥0
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