证明:如果标准形式的线性规划存在非退化的最优基可行解,其对偶规划必有唯一最优解
时间: 2023-06-11 19:06:28 浏览: 30
证明如下:
设标准形式的线性规划为:
$\max\{c^Tx\}$
$s.t.$
$Ax=b$
$x\geq0$
其对偶规划为:
$\min\{b^Ty\}$
$s.t.$
$A^Ty\geq c$
$y\geq0$
首先假设标准形式的线性规划存在非退化的最优基可行解,即存在一个基可行解$x$,使得$x\geq0$,且不存在任何非基变量为0的情况。
考虑对偶规划,由于$x$是一个基可行解,因此$x$对应的基$B$是满秩的,即$A_B$可逆。此时,由于$A_Bx_B=b$,可以得到$x_B=A_B^{-1}b$,且$x_N=0$。同时,将$x$代入对偶规划的约束条件,得到$A_B^Ty\geq c_B$,$A_N^Ty=c_N$,其中$c_B$和$c_N$分别为$c$向量中对应基变量和非基变量的系数。
由于$A_B$是可逆的,因此我们可以将$A_B^Ty\geq c_B$转化为$y\geq A_B^{-T}c_B$。此时,对于任何非基变量$i\in N$,有$c_i-c_B^TA_B^{-T}A_{i}\geq0$,即$c_i-\bar{c}_i\geq0$,其中$\bar{c}_i=c_B^TA_B^{-T}A_i$为第$i$个非基变量的约简成本。这是因为,由于$x_B=A_B^{-1}b$,我们可以得到$c^Tx=c_B^Tx_B+c_N^Tx_N=c_B^TA_B^{-1}b+c_N^Tx_N=\bar{c}_B^Tx_B+c_N^Tx_N$,其中$\bar{c}_B=A_B^{-T}c_B$为基变量的约简成本。因此,如果$c_i-c_B^TA_B^{-T}A_{i}<0$,则$c^Tx$可以通过增加$x_i$的值来增加,这与$x$是最优解矛盾。
综上所述,我们可以得到一个对偶可行解$y=A_B^{-T}c_B$,且$y\geq A_B^{-T}c_B$,$y\geq0$。由于$y$是对偶可行解,因此对偶规划的最优解必然存在。同时,由于$c_i-c_B^TA_B^{-T}A_{i}\geq0$,则$c^Tx=\bar{c}_B^Tx_B+c_N^Tx_N\leq y^Tb$,即$x$是最优解。此时,由于$x$是非退化的,因此只能有一个最优解。因此,对偶规划的最优解必须是唯一的。