Применение теории двойственности в экономике. Определение двойственной задачи

Содержание

Слайд 2

Целевая функция (1) х = (x1, x2, …, xn); с =

Целевая функция

(1)

х = (x1, x2, …, xn); с = (с1, с2,

…, сn);

Введем вектор двойственных переменных
y = (y1, y2, …, ym)

Слайд 3

Матрица AT – транспонированная матрица A. D1 область допустимых планов задачи

Матрица AT – транспонированная матрица A.
D1 область допустимых планов задачи (1),

т.е. допустимый план x∈D1, а D2 – область допустимых планов задачи (2), т.е. допустимый план y∈D2.

Построим ЗЛП (2)

(2)

Задача (2) есть двойственная задача к ЗЛП (1).

Слайд 4

Замечание. Так как AT⋅y = y⋅A, то непрямые (структурные) ограничения в

Замечание. Так как AT⋅y = y⋅A, то непрямые (структурные) ограничения в

двойственной задаче могут быть записаны в виде yA ≥ c.
Правила построения двойственной задачи для исходной задачи вида (1):
Количество переменных в двойственной задаче (2) равно количеству непрямых (структурных) ограничений прямой задачи (1).
Целевая функция исходной задачи задается на максимум, а целевая функция двойственной задачи – на минимум.
Слайд 5

Матрица коэффициентов системы ограничений А в двойственной задаче транспонируется. Вектор коэффициентов

Матрица коэффициентов системы ограничений А в двойственной задаче транспонируется.
Вектор

коэффициентов целевой функции задачи (1) становится вектором системы ограничений в двойственной задаче (2), а вектор правых частей ограничений задачи (1) становится вектором коэффициентов целевой функции двойственной задачи (2).
Знаки отношений “ ≤ ” в системе ограничений задачи (1) заменяются на знаки отношений “ ≥ ” в ограничениях задачи (2).
Слайд 6

Количество ограничений прямой и двойственной задач П р и м е р 1.

Количество ограничений прямой и двойственной задач

П р и м е р

1.
Слайд 7

Утверждение. Задача двойственная к двойственной есть прямая задача. Умножим цел. функцию

Утверждение. Задача двойственная к двойственной есть прямая задача.
Умножим цел. функцию

и систему ограничений (2) на (- 1).
(- b, y) → max
- ATy ≤ - с (2′)
y ≥ 0
z = (z1, z2, …, zn) - вектор, компонентами которого являются неизвестные в двойственной задаче к задаче (2′).
Двойственная задача:
(- c, z) → min
(-AT)T z ≥ - b (2′′)
z ≥ 0.
Слайд 8

Умножим целевую функцию и ограничения на (-1) и учтем, что (АT)T

Умножим целевую функцию и ограничения на (-1) и учтем,
что

(АT)T = А, тогда:
(с, z) → max
Az ≤ b (3)
z ≥ 0
Задачи (3) и (1) отличаются только обозначениями переменных, следовательно, утверждение доказано.
Слайд 9

и Рассмотрим задачу, двойственную к исходной задаче, содержащей строгое равенство. C(х)

и

Рассмотрим задачу, двойственную к исходной задаче, содержащей строгое равенство.
C(х)

= с1x1 + с2 x2 + … + сnxn → max
a11x1 + a12x1 +…+ a1nxn = b1
a21x1 + a22x2 +…+ a2nxn ≤ b2 (4)
……………………………
am1x1 + am2x2 +…+ amnxn ≤ bm
xj ≥ 0,

Первое ограничение задачи:

Слайд 10

(5) Умножим второе неравенство на (- 1), тогда:

(5)

Умножим второе неравенство на (- 1), тогда:

Слайд 11

(6) Двойственная задача (6). Вынесем b1 в целевой функции и a1j в ограничениях за скобки.

(6)

Двойственная задача (6).

Вынесем b1 в целевой функции и a1j в

ограничениях за скобки.
Слайд 12

(7) Введем новую переменную y1 = y′1– y′′1, тогда получим ЗЛП:

(7)

Введем новую переменную y1 = y′1– y′′1, тогда получим ЗЛП:

При

этом в (7) y1 может быть как отрицательным, так и положительным числом, тогда как y′1, y′′1 ≥ 0. (т.к. первое ограничение содержало знак « = »).
Слайд 13

ЗЛП в канонической форме: (c, x) → max Ax = b


ЗЛП в канонической форме:
(c, x) → max
Ax =

b (8)
x ≥ 0 ,
то двойственной задачей к (8) будет (9):
(b, y) → min
ATy ≥ c (9)
Задача, двойственная к ЗЛП (10), будет иметь вид (11).

(10)

(11)

Слайд 14

П р и м е р. Сначала упорядочим запись прямой задачи.

П р и м е р.

Сначала упорядочим запись прямой задачи.

Двойственная

задача будет иметь вид:

В структурных ограничениях двойственной задачи стоит знак “ = ”, поскольку в исходной задаче отсутствуют прямые ограничения на переменные.

Слайд 15

(1) 2.2. Экономическая интерпретация двойственной задачи Рассмотрим ЗЛП: где х =

(1)

2.2. Экономическая интерпретация двойственной задачи
Рассмотрим ЗЛП:

где х = (x1,…, xn)

– вектор выпуска товаров;
сj– прибыль от реализации единицы товара j-го вида;
aij – количество i-го ресурса, идущего на изготовление единицы товара j-го вида;
bI – запас (наличие) i-го ресурса.
Слайд 16

Двойственная задача к задаче (1) : (2) Рассмотрим k-е ограничение задачи

Двойственная задача к задаче (1) :

(2)

Рассмотрим k-е ограничение задачи (2):

В

правой части неравенства ck - прибыль от реализации единицы товара k-го вида, которая носит стоимостной характер, в левой части неравенства тоже стоимостная характеристика.

(3)

Слайд 17

a ik – расход ресурса; yi – стоимостная величина. Вектор y

a ik – расход ресурса;
yi – стоимостная величина.
Вектор

y = (y1, y2,…, ym ) – вектор цен на ресурсы.

Естественное требование к ценам со стороны продавца состоит в следующем: выручка от продажи ресурсов, расходуемых на изготовление единицы товара k-го вида, должна быть не меньше, чем прибыль, которую могло бы получить предприятие от реализации единицы товара k-го вида, если бы оно отказалось от продажи ресурсов и направило их на изготовление товаров.

Слайд 18

Это требование математически записывается в виде неравенств (3). Всего таких неравенств

Это требование математически записывается в виде неравенств (3). Всего таких неравенств

n, так как
Кроме того, продавая ресурсы, предприятие заинтересовано в том, чтобы цены на них были как можно выше. Однако рыночные цены могут существенно отличаться от желаемых цен.

Поэтому для установления нижних границ, ниже которых не имеет смысла продавать ресурсы, предприятию целесообразно определить минимально возможную стоимость продаваемых ресурсов.