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3.1 整数规划数学模型

在一个线性规划问题中,如果它的所有决策变量都要求取整数时,就称为纯整数规划;如果仅部分决策变量要求取整数则称为混合整数规划,二者统称为整数规划。整数规划的一个特殊情形是0-1规划,它的决策变量取值仅限于0或1两个逻辑值。

例3.1 某厂拟用火车装运甲、乙两种货物集装箱,每箱的体积、重量、可获利润以及装运所受限制如表3.1所示。两种货物各装运多少箱,可使获得利润最大?

表3.1

解:设甲、乙两种货物装运箱数分别为 x 1 x 2 ,显然, x 1 x 2 都需取整数,于是可建立整数规划模型如下:

若暂且不考虑 x 1 x 2 取整数这一条件,则规划就变为下列线性规划:

去掉整数限定后的规划问题称为原整数规划的伴随规划或松弛规划。求解例3.1的伴随规划: x 1 =4.8, x 2 =0, z′ =96。

但此解不满足整数要求,因此它不是原规划的最优解,一个直观的想法是对伴随规划的解进行四舍五入处理,得到 x 1 =5, x 2 =0,但它不是原规划的可行解。

若伴随规划的可行域是有界的,则原整数规划的可行域应是伴随规划可行域中有限个格点(整数点)的集合。因此,另一个直接的思路是能否用“穷举法”来求解整数规划。将伴随规划中所有整数点的目标函数值都计算出来,然后逐一比较找出最优解。这种方法对变量所能取的整数值个数较少时,勉强可以应用,如本例 x 1 可取0,1,2,3,4共5个数值,而 x 2 只能取0,1,2共三个数值,因此其组合最多为15个(其中还包含不可行的点)。但对大型问题,这种组合数的个数可能大得惊人,如在指派问题中,有 n 项任务指派 n 个人去完成,不同的指派方案共有 n !种。当 n =20时,这个数超过2 1013 。显然穷举法并不是求解整数规划的有效方法。自20世纪60年代以来,已发展了一些常用的解整数规划的算法,如各种类型的割平面法、分支定界法、解0-1规划的隐枚举法、分解方法、群论方法、动态规划方法等。近十年来有人发展了一些近似算法及用计算机模拟法,也取得了较好的效果。

割平面法是从松弛问题的一个非整数的最优解出发,序贯地每次添加一个新的线性不等式(其对应线性方程所代表的超平面即称为割平面),求解新的松弛问题。每次增添的新的不等式要满足两个条件:①前一个不等式的最优解不满足这个不等式,即松弛问题的可行解集合被割去了一块。② S 中的“点”都满足这个不等式,即保证整数可行解不被割去。 DVQJ1Az3VxgZahuYqfDwNXS+vQfyL7/0ECatBSMPGtwWpuI9M4TxFZzROhkaXYOn

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