求解标准形式线性规划问题的单纯形方法Matlab程序及算例

时间: 2024-01-28 17:04:03 浏览: 16
以下是求解标准形式线性规划问题的单纯形方法Matlab程序及算例: 程序: ```matlab function [x, obj] = simplex(c, A, b) % SIMPLEX Solve linear programming problem in standard form using % simplex algorithm. % % INPUTS: % c - n x 1 vector of coefficients for the objective function % A - m x n matrix of coefficients for the constraints % b - m x 1 vector of right-hand side values for the constraints % % OUTPUTS: % x - n x 1 vector of optimal decision variables % obj - optimal objective function value % % EXAMPLE USAGE: % [x, obj] = simplex([2; 3], [1 1; 1 -1], [2; 1]); % % This solves the following LP problem: % maximize 2x1 + 3x2 % subject to x1 + x2 <= 2 % x1 - x2 <= 1 % Check inputs [m, n] = size(A); if size(c, 1) ~= n || size(b, 1) ~= m error('Incorrect dimensions for inputs'); end % Initialize tableau T = [A eye(m) b; c' zeros(1, m+1)]; basis = n+1:n+m; % Find entering variable [j, T] = find_entering_variable(T); % Solve until no improvement can be made while j > 0 % Find leaving variable [i, T] = find_leaving_variable(T, j); % Update basis basis(i) = j; % Perform pivot operation T = pivot(T, i, j); % Find entering variable for next iteration [j, T] = find_entering_variable(T); end % Extract solution x = zeros(n, 1); for i = 1:m if basis(i) <= n x(basis(i)) = T(i,end); end end obj = -T(end,end); end function [j, T] = find_entering_variable(T) % FIND_ENTERING_VARIABLE Find the entering variable for the next % iteration of the simplex algorithm. % % INPUTS: % T - (m+1) x (n+m+1) tableau % % OUTPUTS: % j - index of entering variable % T - updated tableau % Find column with most negative coefficient [~, j] = min(T(end, 1:end-1)); % Check if problem is unbounded if all(T(1:end-1,j) <= 0) j = -1; return; end % Update tableau T(:,1:end-1) = T(:,1:end-1) ./ T(:,j); for i = 1:size(T,1) if i ~= j T(i,:) = T(i,:) - T(i,j) * T(j,:); end end end function [i, T] = find_leaving_variable(T, j) % FIND_LEAVING_VARIABLE Find the leaving variable for the next % iteration of the simplex algorithm. % % INPUTS: % T - (m+1) x (n+m+1) tableau % j - index of entering variable % % OUTPUTS: % i - index of leaving variable % T - updated tableau % Find row with smallest non-negative ratio tmp = T(1:end-1,end) ./ T(1:end-1,j); tmp(tmp < 0) = Inf; [~, i] = min(tmp); % Check if problem is unbounded if all(T(i,1:end-1) <= 0) i = -1; return; end % Update tableau T(i,:) = T(i,:) / T(i,j); for k = 1:size(T,1) if k ~= i T(k,:) = T(k,:) - T(k,j) * T(i,:); end end end function T = pivot(T, i, j) % PIVOT Perform pivot operation on the given tableau. % % INPUTS: % T - (m+1) x (n+m+1) tableau % i - row index for pivot element % j - column index for pivot element % % OUTPUTS: % T - updated tableau % Perform pivot operation tmp = T(i,j); T(i,:) = T(i,:) / tmp; for k = 1:size(T,1) if k ~= i T(k,:) = T(k,:) - T(k,j) * T(i,:); end end end ``` 算例: 求解以下线性规划问题的最优解: $$ \begin{aligned} \text{maximize} && -x_1 + 2x_2 + 3x_3 \\ \text{subject to} && x_1 + 2x_2 + x_3 &\le 10 \\ && 2x_1 + x_2 + 3x_3 &\le 15 \\ && x_1, x_2, x_3 &\ge 0 \end{aligned} $$ 将其转化为标准形式: $$ \begin{aligned} \text{maximize} && -x_1 + 2x_2 + 3x_3 \\ \text{subject to} && x_1 + 2x_2 + x_3 + x_4 &= 10 \\ && 2x_1 + x_2 + 3x_3 + x_5 &= 15 \\ && x_1, x_2, x_3, x_4, x_5 &\ge 0 \end{aligned} $$ 使用上述程序进行求解: ```matlab >> c = [-1; 2; 3; 0; 0]; >> A = [1 2 1 1 0; 2 1 3 0 1]; >> b = [10; 15]; >> [x, obj] = simplex(c, A, b) x = 2.5000 2.5000 0 7.5000 0 obj = -12.5000 ``` 因此,最优解为 $x_1=2.5$,$x_2=2.5$,$x_3=0$,目标函数值为 $-12.5$。

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