finale Version des Vorlesungsskripts - ZIB
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9.3 Das Simplexverfahren x2 = 0 nichtnegativ ist. Diese Basislösung entspricht übrigens der Ecke x1 = 0, x2 = 0 des ursprünglichen Problems. Wir stellen nun das zur Anfangsbasis gehörige Tableau auf und führen den Simplexalgorithmus durch. Die Anfangsbasis ist gegeben durch B = (3, 4, 5, 6), und somit ist N = (1, 2). T0 : x1 x2 x3 x4 x5 x6 1 2 0 0 0 0 0 x3 1 0 1 0 0 0 4 x4 2 1 0 1 0 0 10 x5 −1 1 0 0 1 0 5 x6 0 3 0 0 0 1 20 ars = a32 = 1 Spaltenauswahl: Steilster Anstieg, d. h. der größte reduzierte Kostenkoeffizient wird gewählt. Das Pivotelement ist: ars = a32 = 1. T1 : x1 x2 x3 x4 x5 x6 3 0 0 0 −2 0 −10 x3 1 0 1 0 0 0 4 x4 3 0 0 1 −1 0 5 x2 −1 1 0 0 1 0 5 x6 3 0 0 0 −3 1 5 ars = a21 = 3 oder ars = a41 = 3 Im Tableau T1 ist die Wahl des Pivotelements nicht eindeutig, da das minimale λ0 in zwei Zeilen angenommen wird. Entscheiden wir uns für ars = a41 = 3, so ergibt sich als nächstes Tableau T2 : Weiteres Pivotisieren führt zu x1 x2 x3 x4 x5 x6 0 0 0 0 1 −1 −15 x3 0 0 1 0 1 −1/3 7/3 x4 0 0 0 1 2 0 0 x2 0 1 0 0 0 1/3 20/3 x1 1 0 0 0 −1 1/3 5/3 T3 : x1 x2 x3 x4 x5 x6 0 0 0 −1/2 0 −1/3 −15 x3 0 0 1 −1/2 0 −1/3 7/3 x5 0 0 0 1/2 1 0 0 x2 0 1 0 0 0 1/3 20/3 x1 1 0 0 1/2 0 1/3 5/3 ars = a25 = 3 Das Tableau T3 ist optimal. Die optimale Lösung ist ( 5 20 7 3 , 3 , 3 , 0, 0, 0) bzw. x1 = 5 3 , x2 = 20 3 . Wenn wir für Tableau T1 das Pivotelement ars = a21 = 3 wählen, ergibt 177
9 Die Grundversion des Simplex-Algorithmus sich Tableau T ′ 2 , das optimal ist: T ′ 2 : x1 x2 x3 x4 x5 x6 0 0 0 −1 −1 0 −15 x3 0 0 1 −1/3 1/3 0 7/3 x1 1 0 0 1/3 −1/3 0 5/3 x2 0 1 0 1/3 2/3 0 20/3 x6 0 0 0 −1 −2 1 0 Wir sehen an diesem Beispiel, dass es lästig ist, immer die Einheitsmatrix im Tableau mitzuschleppen. Wenn wir uns die gegenwärtigen Basis- und Nichtbasisvariablen geeignet (z. B. am Rand des Tableaus) merken, können wir die Einheitsmatrix weglassen. Ein derartiges Tableau nennt man verkürztes Tableau. Wir schreiben die zweite Variante der vorhergehenden Rechnung noch einmal in dieser verkürzten Form auf. T0 : T1 : T ′ 2 : x1 x2 1 2 0 x3 1 0 4 x4 2 1 10 x5 −1 1 5 x6 0 3 20 x1 x5 3 −2 −10 x3 1 0 4 x4 3 −1 5 x2 −1 1 5 x6 3 −3 5 x4 x5 −1 −1 −15 x3 −1/3 1/3 7/3 x1 1/3 −1/3 5/3 x2 1/3 2/3 20/3 x6 −1 −2 0 Ein weiteres Beispiel soll zur Einübung der Rechentechnik dienen. (9.23) Beispiel. Wir betrachten das folgende lineare Programm. 178 max x1 + x2 − x3 3x1 − 2x2 ≤ 3 2x1 + x3 ≤ 4 x1 + 3x2 − 2x3 ≤ 6 x1, x2, x3 ≥ 0 △
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9.3 Das Simplexverfahren<br />
x2 = 0 nichtnegativ ist. Diese Basislösung entspricht übrigens der Ecke x1 = 0, x2 = 0<br />
<strong>des</strong> ursprünglichen Problems. Wir stellen nun das zur Anfangsbasis gehörige Tableau<br />
auf und führen den Simplexalgorithmus durch. Die Anfangsbasis ist gegeben durch B =<br />
(3, 4, 5, 6), und somit ist N = (1, 2).<br />
T0 :<br />
x1 x2 x3 x4 x5 x6<br />
1 2 0 0 0 0 0<br />
x3 1 0 1 0 0 0 4<br />
x4 2 1 0 1 0 0 10<br />
x5 −1 1 0 0 1 0 5<br />
x6 0 3 0 0 0 1 20<br />
ars = a32 = 1<br />
Spaltenauswahl: Steilster Anstieg, d. h. der größte reduzierte Kostenkoeffizient wird gewählt.<br />
Das Pivotelement ist: ars = a32 = 1.<br />
T1 :<br />
x1 x2 x3 x4 x5 x6<br />
3 0 0 0 −2 0 −10<br />
x3 1 0 1 0 0 0 4<br />
x4 3 0 0 1 −1 0 5<br />
x2 −1 1 0 0 1 0 5<br />
x6 3 0 0 0 −3 1 5<br />
ars = a21 = 3 oder<br />
ars = a41 = 3<br />
Im Tableau T1 ist die Wahl <strong>des</strong> Pivotelements nicht eindeutig, da das minimale λ0 in<br />
zwei Zeilen angenommen wird. Entscheiden wir uns für ars = a41 = 3, so ergibt sich als<br />
nächstes Tableau<br />
T2 :<br />
Weiteres Pivotisieren führt zu<br />
x1 x2 x3 x4 x5 x6<br />
0 0 0 0 1 −1 −15<br />
x3 0 0 1 0 1 −1/3 7/3<br />
x4 0 0 0 1 2 0 0<br />
x2 0 1 0 0 0 1/3 20/3<br />
x1 1 0 0 0 −1 1/3 5/3<br />
T3 :<br />
x1 x2 x3 x4 x5 x6<br />
0 0 0 −1/2 0 −1/3 −15<br />
x3 0 0 1 −1/2 0 −1/3 7/3<br />
x5 0 0 0 1/2 1 0 0<br />
x2 0 1 0 0 0 1/3 20/3<br />
x1 1 0 0 1/2 0 1/3 5/3<br />
ars = a25 = 3<br />
Das Tableau T3 ist optimal. Die optimale Lösung ist ( 5 20 7<br />
3 , 3 , 3 , 0, 0, 0) bzw. x1 = 5<br />
3 ,<br />
x2 = 20<br />
3 . Wenn wir für Tableau T1 das Pivotelement ars = a21 = 3 wählen, ergibt<br />
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