Лабораторная работа №4 по "Основам теории систем" (Послеоптимизационный анализ задач линейного программирования)Оптимальные двойственные оценки Неизменность двойственных оценок говорит о том, что не меняют своих номеров базисные и свободные переменные в решении. В связи с вычислением интервалов устойчивости необходимо сделать замечание о знаках неравенств. Мы помним, что изначально их изменение мы учитывали ( ), но знаки самих неравенств не меняли. Сейчас мы также не будем менять знаки второго и четвёртого неравенств, но примем во внимание обратный знак Область устойчивости следующая:
 и     Пример практического применения интервалов устойчивости.
Изменим условие задачи следующим образом: а) содержание олова в новом сплаве не должно превосходить 15 %; Интервал устойчивости для олова – это Полученное решение является псевдопланом и можно использовать двойственный симплекс-метод.
  стандартных преобразований однократного замещения получим новую симплекс-таблицу :
  в) в новом сплаве должно быть менее 4 0% олова и более 3 0% цинка ; Запишем область устойчивости двойственных оценок, учитывая новые изменения (  ;  ):  Решение является допустимым, а значит, и оптимальным.
Значение критерия найдём по третьей теореме двойственности:
  50 % сырья № 2 и 50 % сырья №3. Задача анализа дополнительно закупаемых объёмов ресурсов с целью обеспечения наибольшей эффективности планирования.
Предположим, что появилась возможность покупать сырьё у других поставщиков по более низкой цене: цинк по 2 у.е., а за олово и свинец, т.к. согласно экономическому смыслу задачи они являются 'антиблагами', мы получаем большую доплату от их поставщика: 1,5 у.е. и 0,5 у.е. соответственно. Руководитель предприятия выделил на закупку ресурсов 3 у.е. Решение: По ранее полученным результатам мы знаем, что предприятие тратит минимум средств (5,28 у.е.) когда в полученном сплаве ровно 30% олова, 42% цинка и 28% свинца (будем считать для удобства, что для производства 10 тонн сплава необходимо 3 тонны олова, 4,2 тонны цинка и 2,8 тонн свинца). Т.к. олово и свинец мы получаем с доплатой, то возьмём их в полном объёме, необходимом для производства сплава. От 'покупки' олова мы получим Вычтем из этих затрат на производство сплава доход от получения олова и цинка: Теперь нам нужно производить только 0,5 тонны цинка. На второй итерации мы получаем такое же решение: критерий равен 4 у.е. и двойственная оценка цинка, которого мы производим 3 тонны, равна 4. Таким образом, мы получили оптимальное решение расходования выделенных 3 у.е.: 'закупать' с доплатой 4 тонны олова и 5 тонн свинца и покупать по цене 2 у.е. 1,5 тонны цинка. При таком плане предприятие получит прибыль от производства сплава в размере 1,9 у.е. 2.Анализ чувствительности оптимального решения задачи к изменению коэффициентов целевой функции. Определим интервал устойчивости решения к изменению стоимости сырья, то есть, в каких пределах могут меняться цены на сырьё, чтобы план выпуска сплава не изменился. Для этого рассмотрим два случая: изменение цен (коэффициентов целевой функции) происходит на сырьё, использующееся при производстве сплава (базисные переменные) и не использующееся (свободные переменные). 1. Пусть, сначала, меняется цена второго и третьего ресурсов (базисные переменные). а)
 =>   Это значит, что цена первого ресурса может меняться от нуля (бесплатный, недефицитный ресурс) до 4 , 514 у.е. (отрицательный коэффициент в целевой функции в данном случае не имеет экономического смысла, т.к. свидетельствует о получении ресурса с доплатой. В этом случае ресурс выступает в роли антиблага). Критерий изменится на  б) 
 =>   Коэффициент критерия может меняться от 5,75 у.е. за одну тонну третьего сырья до 6 у.е. При этом решение будет оставаться оптимальным, а сам критерий изменится на  . 2. Рассмотрим случай со свободной переменной. а)   Условие оптимальности оценки:  = >  =>  . В данном случае   Таким образом, решение будет оставаться оптимальным, при уменьшении коэффициента при  до 3,98 у.е. за единицу и неограниченном увеличении.
Значение целевой функции при этом не изменится. б) Будем руководствоваться аналогичными рассуждениями при вычислении интервалов устойчивости для четвёртого и пятого ресурсов.
 в) издержки на первое сырьё возросли до 6 у.е Стоимость первого сырья может изменяться в пределах    г) издержки на четвёртый ресурс упали до 4 у.е. При падении издержек до 4 у.е. за тонну оптимальное решение должно измениться, т.к. нижняя граница интервала устойчивости – 5,8 у.е.
Оценка
 и оптимальное значение критерия  3. Анализ чувствительности оптимального решения задачи к изменению технологических коэффициентов . В этом пункте, как и в предыдущем, можно рассматривать два случая: изменение значений коэффициентов, соответствующих базисным переменным и свободным переменным.
Изменение значений коэффициентов при базисных переменных приводит к изменению базисной матрицы, поэтому проанализировать это довольно сложно, ленче решить задачу заново. Следовательно. Рассмотрим случай с изменением коэффициента при свободной переменной. Возьмем, например, как изменяющийся коэффициент Предположим, что появилась возможность использовать новый вид сырья, в котором содержится 40% олова, 60% цинка и 30% свинца, и который обладает стоимостью 3,5 у.е. за единицу. Определим новый план производства. Пусть
  5. Введение нового ограничения Пусть для производства сплава нужно использовать ещё один компонент – медь, содержащуюся в сырье в количествах 40%, 10%, 20%, 20% и 30% соответственно.
|
Лабораторная работа №4 по "Основам теории систем" (Послеоптимизационный анализ задач линейного программирования)
Теперь найдём область устойчивости двойственных оценок к изменению свободных членов ограничений. Как известно, область устойчивости двойственных оценок – это область изменения свободных членов ограничений, при которой двойственные оценки не меняются.
при расчёте конкретных значений. (Это делается для более наглядной экономической интерпретации интервалов устойчивости.) Пусть свободные члены изменились на 
и 
соответственно. Тогда оптимальное решение новой задачи (базисные компоненты) можно найти как: 
Базисное решение вычисляется через матрицу, обратную к базисной, и свободные члены ограничений. Из оптимальной симплекс-таблицы получим матрицу, обратную к базисной, и оптимальное решение (базисные компоненты): 
> 
Все элементы решения должны быть неотрицательны, иначе решение будет недопустимым, т.е. базисное решение остаётся оптимальным до тех пор, пока оно допустимое.
Теперь найдём интервалы устойчивости (интервал устойчивости двойственных оценок к изменению правой части ограничения или i -го ресурса – такое множество i –го ресурса, при котором двойственные оценки не меняются): 1) 
, 
: 
=> 
2 ) 
, 
=> 
3 ) 
, 
=> 
4) 
, 
=> 
Полученные результаты экономически означают, что свободный член в первом ограничении может меняться от 0,5 до 1, 26 , но экономического смысла это ни какого не имеет, т.к. сумма составляющих долей сплава всегда 100%. Содержание олова в новом сплаве варьируется от 1 0 % до 60 %, цинка – от нуля ( 
не имеет экономической интерпретации) до 42% и свинца – от 2 8 % до 100% (аналогично случаю с цинком 
не может быть объяснена экономически). Возможны также различные комбинации изменений, которые описывает область устойчивости (интервалы устойчивости являются своеобразными частными случаями области устойчивости). При данных изменениях ресурсов двойственные оценки не изменятся, а значит и номера базисных переменных также не изменятся. 
15% или 0,15 входят в этот интервал, следовательно двойственные оценки не изменятся и оптимальное решение будет (при 
. 
По третьей теореме двойственности найдём значение критерия при этом решении: 
=> 
б) содержание цинка должно быть не менее 4 5 %; Интервал устойчивости для цинка - 
. Т.к. содержание цинка в сплаве должно быть не более 42%, а т.к. 0,45 не входит в интервал устойчивости двойственных оценок, то двойственные оценки и номера базисных переменных сменятся ( 
Решение недопустимое. Но если бы оно было допустимым, то оно было бы и оптимальным, а значит, оценки бы удовлетворяли критерию оптимальности.
=> 
г) менее 6 0% олова и более 40% цинка; В данном случае изменения составляют: увеличение содержания олова на 30% и цинка на 30%, т.е 
и 
Решение недопустимое, но является псевдопланом, поэтому, руководствуясь рассуждениями, аналогичными пункту б), решим задачу двойственным симплекс-методом. 
Будем вести анализ закупок цинка. На первой итерации мы не закупаем цинк, т.к. в этом случае он бы приносил больше убытка (двойственная оценка равна нулю по сравнению с предлагаемой ценой в 2 у.е.). Решив новую задачу без производства олова и свинца, мы безусловно выйдем за границы области устойчивости двойственных оценок. Кроме того, сменится решение: двойственная оценка цинка увеличится до 3 и новое значение целевой функции понизится до 4 у.е.
С увеличением двойственной оценки цинка становится выгодно покупать его. Но мы располагаем суммой денег только 3 у.е. и можем закупить на них 1,5 тонн вместо 2 необходимых.
Тогда оптимальная симплекс-таблица будет иметь вид: 
или 
или 
Оптимальные решения при конкретных изменениях коэффициентов. а)стоимость второго сырья увеличилась до 4,5 у.е Интервал устойчивости коэффициента целевой функции 
у.е. б) стоимость третьего сырья уменьшилась до 3 у.е Интервал устойчивости для 
– при 
; – при 
; – при 
; – при 
; – при 
; 
Скорректируем симплекс-таблицу: 
т.е. 
Возьмём также для наглядности изменение ещё одного коэффициента, т.к. полученный выше результат означает, что содержание сплава (т.е всех компонентов) в первом сырье может меняться от 0% до 100% (формально от 0% до 100,3%). 
(входит в интервал устойчивости). Оптимальный план выпуска не изменится 
(не входит в интервал устойчивости). 
Симплекс-методом получим оптимальное решение: 
4. Введение новой переменной.
Решим, выгодно ли использовать новое сырьё. Для этого воспользуемся двойственными оценками 
Запишем новую симплекс-таблицу с учётом новой переменной: