LP-mallit, L19. Aiheet. Yleistä, LP-malleista. Esimerkki, Giapetto. Graafisen ratkaisun vaiheet. Optimin olemassaolo

Samankaltaiset tiedostot
LP-mallit, L8. Herkkyysanalyysi. Varjohinta. Tietokoneohjelmia. Aiheet. Yleistä, LP-malleista. Esimerkki, Giapetto.

1. Lineaarinen optimointi

Talousmatematiikan perusteet

Esimerkki 1 (Rehun sekoitus) 1

Talousmatematiikan perusteet

Talousmatematiikan perusteet: Luento 12. Lineaarinen optimointitehtävä Graafinen ratkaisu Ratkaisu Excel Solverilla

Harjoitus 8: Excel - Optimointi

Luento 2: Optimointitehtävän graafinen ratkaiseminen. LP-malli.

Malliratkaisut Demo 1

Operatioanalyysi 2011, Harjoitus 3, viikko 39

Talousmatematiikan perusteet: Luento 11. Lineaarinen optimointitehtävä Graafinen ratkaisu Ratkaisu Excel Solverilla

Malliratkaisut Demot

30A01000 Taulukkolaskenta ja analytiikka Luku 8: Lineaarinen optimointi ja sen sovellukset

min x x2 2 x 1 + x 2 1 = 0 (1) 2x1 1, h = f = 4x 2 2x1 + v = 0 4x 2 + v = 0 min x x3 2 x1 = ± v/3 = ±a x 2 = ± v/3 = ±a, a > 0 0 6x 2

Luento 1: Optimointimallin muodostaminen; optimointitehtävien luokittelu

OPERAATIOANALYYSI ORMS.1020

Malliratkaisut Demot

Luento 3: Simplex-menetelmä

Luento 2: Optimointitehtävän graafinen ratkaiseminen. LP-malli.

Harjoitus 7: vastausvihjeet

Aki Taanila LINEAARINEN OPTIMOINTI

Tentissä on viisi tehtävää, jotka arvosteellaan asteikolla 0-6. Tehtävien alakohdat ovat keskenään samanarvoisia ellei toisin mainita.

MS-C2105 Optimoinnin perusteet Malliratkaisut 4

Harjoitus 5 ( )

Luento 1: Optimointimallin muodostaminen; optimointitehtävien luokittelu

Piiri K 1 K 2 K 3 K 4 R R

1 Johdanto LP tehtävän luonteen tarkastelua Johdanto herkkyysanalyysiin Optimiarvon funktio ja marginaalihinta

Kimppu-suodatus-menetelmä

3 = Lisäksi z(4, 9) = = 21, joten kysytty lineaarinen approksimaatio on. L(x,y) =

Matematiikan peruskurssi (MATY020) Harjoitus 10 to

ja nyt tässä tapauksessa a = 1, b=4 ja c= -5, ja x:n paikalle ajattelemme P:n.

Lineaaristen monitavoiteoptimointitehtävien

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 7: Pintaintegraali ja vuointegraali

Pyramidi 4 Analyyttinen geometria tehtävien ratkaisut sivu 352 Päivitetty Pyramidi 4 Luku Ensimmäinen julkaistu versio

Mikä on paras hinta? Hinnoittele oikein. Tommi Tervanen, Kotipizza Group

Lineaarinen optimointitehtävä

Malliratkaisut Demot

1 Rajoitettu optimointi I

Talousmatematiikan perusteet: Luento 14. Rajoitettu optimointi Lagrangen menetelmä: yksi yhtälörajoitus Lagrangen menetelmä: monta yhtälörajoitusta

b 1. b m ) + ( 2b Ax) + (b b)

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 9: Greenin lause

Luento 4: Lineaarisen tehtävän duaali

Kertausta Talousmatematiikan perusteista Toinen välikoe

Käy vastaamassa kyselyyn kurssin pedanet-sivulla (TÄRKEÄ ensi vuotta ajatellen) Kurssin suorittaminen ja arviointi: vähintään 50 tehtävää tehtynä

Yksikkökate tarkoittaa katetuottoa yhden tuotteen kohdalla. Tämä voidaan määrittää vain jos myytäviä tuotteita on vain yksi.

Harjoitus 5 ( )

Matikkaa KA1-kurssilaisille, osa 3: suoran piirtäminen koordinaatistoon

Demo 1: Simplex-menetelmä

Lineaarinen optimointi

Lineaarinen optimointi. Harjoitus 6-7, Olkoon A R m n, x, c R ja b R m. Osoita, että LP-tehtävän. c T x = min!

Mat Lineaarinen ohjelmointi

Malliratkaisut Demot

Luento 9. June 2, Luento 9

Harjoitus 4: Matlab - Optimization Toolbox

Prof. Marko Terviö Assist. Jan Jääskeläinen

Kertaus. x x x. K1. a) b) x 5 x 6 = x 5 6 = x 1 = 1 x, x 0. K2. a) a a a a, a > 0

Tekijä Pitkä matematiikka

TEHTÄVIEN RATKAISUT. Luku a) Merkintä f (5) tarkoittaa lukua, jonka funktio tuottaa, kun siihen syötetään luku 5.

Lineaarinen optimointitehtävä

Operatioanalyysi 2011, Harjoitus 4, viikko 40

Demo 1: Lineaarisen tehtävän ratkaiseminen graafisesti ja Solverilla

1. Otetaan perusjoukoksi X := {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}. Piirrä seuraaville kolmelle joukolle Venn-diagrammi ja asettele alkiot siihen.

KKT: log p i v 1 + v 2 x i = 0, i = 1,...,n.

Suorien ja tasojen geometriaa Suorien ja tasojen yhtälöt

Haitallinen valikoituminen: Kahden tyypin malli

Tekijä Pitkä matematiikka Pisteen (x, y) etäisyys pisteestä (0, 2) on ( x 0) Pisteen (x, y) etäisyys x-akselista, eli suorasta y = 0 on y.

Luento 9: Yhtälörajoitukset optimoinnissa

TIEA382 Lineaarinen ja diskreetti optimointi

Tekijä MAA2 Polynomifunktiot ja -yhtälöt = Vastaus a)

Panoskysyntä. Luku 26. Marita Laukkanen. November 15, Marita Laukkanen Panoskysyntä November 15, / 18

2.3. Lausekkeen arvo tasoalueessa

Matematiikkaa kauppatieteilijöille

Kaulaketju. Syöte. Tuloste. Esimerkki 1. Esimerkki 2

Lineaarinen yhtälöryhmä

Ovatko seuraavat väittämät oikein vai väärin? Perustele vastauksesi.

HITSATUT PROFIILIT EN KÄSIKIRJA (v.2010)

Injektio (1/3) Funktio f on injektio, joss. f (x 1 ) = f (x 2 ) x 1 = x 2 x 1, x 2 D(f )

4. Luennon sisältö. Lineaarisen optimointitehtävän ratkaiseminen Simplex-menetelmä

1 Rajoittamaton optimointi

Kertaus. Integraalifunktio ja integrointi. 2( x 1) 1 2x. 3( x 1) 1 (3x 1) KERTAUSTEHTÄVIÄ. K1. a)

ENNAKKOTEHTÄVÄ 2016: Maisterivaiheen haku, tuotantotalous

Laskuharjoitus 7 Ratkaisut

Referenssipiste- ja referenssisuuntamenetelmät

Luetteloivat ja heuristiset menetelmät. Mat , Sovelletun matematiikan tutkijaseminaari, kevät 2008, Janne Karimäki

Johdatus verkkoteoriaan luento Netspace

58131 Tietorakenteet (kevät 2009) Harjoitus 6, ratkaisuja (Antti Laaksonen)

TIES592 Monitavoiteoptimointi ja teollisten prosessien hallinta. Yliassistentti Jussi Hakanen syksy 2010

TENTTIKYSYMYKSET

Harjoitusten 2 ratkaisut

Diplomi-insinööri- ja arkkitehtikoulutuksen yhteisvalinta 2017 Insinöörivalinnan matematiikan koe , Ratkaisut (Sarja A)

7.4 Sormenjälkitekniikka

Luento 6: Monitavoitteinen optimointi

Luento 5: Peliteoriaa

Laskentatoimi. Kirjanpito = ulkoinen laskentatoimi Kustannuslaskenta = sisäinen laskentatoimi

Harjoitus 7. KJR-C2001 Kiinteän aineen mekaniikan perusteet, IV/2016

102 Käyrä. Piste ( 3,0 ) on käyrällä, jos ja vain jos sen koordinaatit. Siis piste ( 1, 2) Siis piste ( 3,0 ) ei ole käyrällä.

3 TOISEN ASTEEN POLYNOMIFUNKTIO

3.1 Väliarvolause. Funktion kasvaminen ja väheneminen

1. Jaa blini kolmella suoralla a) neljään, b) viiteen, c) kuuteen ja d) seitsemään osaan. Osien ei tarvitse olla samanlaisia. Piirrä suorat kuviin.

Talousmatematiikan perusteet, ORMS1030

Transkriptio:

LP-mallit, L19

Yleistä 1 LP-mallit on yksi Operaatioanalyysin (Operations Research) perustyökaluista. Perusongelma: Miten pitää suorittaa operaatio mahdollisimman hyvin, kun käytettävissä on rajalliset resurssit? (max tai min) Jatko-ongelma: Miten optimi muuttuu, jos jokin mallin parametri muuttuu? Jatko-ongelma 2: Mitä enintään kannattaa maksaa yhdestä lisäresurssista?

(1/n) 2 Giapetto s Woodcarving inc. valmistaa kahdenlaisia puuleluja: sotilaita ja junia. Tavoitefunktio. Sotilaan myyntihinta on 27e, ja siihen kuluu materiaalia 1eedestä. Jokainen valmistettu sotilas aiheuttaa lisäksi muuttuvia palkka- ja yleiskustannuksia keskimäärin 14eedestä. Junan myyntihinta on 21e, ja siihen kuluu 9eedestä materiaalia. Muuttuvia palkka- ja yleiskustannuksia jokainen juna aiheuttaa keskimäärin 1e. Rajoitteet. Resurssien kulutus. Sotilaiden ja junien valmistus tapahtuu kahdella osastolla: puutyöosastolla ja viimeistelyosastolla. Yksi sotilas vaatii 1 tunnin puutyötä ja 2 tuntia viimeistelyä. Vastaavasti yksi juna vaatii 1 tunnin puutyötä ja 1 tunnin viimeistelyä.

jatkuu (2/n) 3 Rajoitteet. Olemassaolevat resurssit. Yritys pystyy hankkimaan kaiken tarvitsemansa materiaalin, mutta puutyö- ja viimeistelyosastojen kapasiteetti on rajallinen. Käytettävissä on 8 tuntia puutyötä per viikko, ja 1 tuntia viimeistelytyötä per viikko. Rajoitteet. Lisäajoitteet. Lelujen kysynnästä tiedetään, että junien kysyntä on käytännössä rajoittamaton, mutta sotilaita saadaan kaupaksi korkeintaan 4 per viikko. Kysymys: Miten yritys voi maksimoida katetuottonsa? Muodostetaan ongelmasta LP-malli.

Ratkaisu (3/n) 4 (1) Päätösmuuttujat x 1 = puusotilaiden valmistus (kpl/viikko) = puujunien valmistus (kpl/viikko) (2) Tavoitefunktio Muodostamme tavoitefunktion z(x 1, ), jolle etsimme suurinta mahdollista arvoa. Tavoitefunktio on nyt katetuotto. z = R(x 1, ) C(x 1, ) tuotto kustannus {}}{{}}{ = (27x 1 + 21 ) (1x 1 + 9x }{{} 2 + 14x 1 + 1 ) }{{} materiaali palkat yms. = 3x 1 + 2

Ratkaisu (4/n) 5 (3) Rajoitteet Selvitämme jokaisen tuotantoa rajoittavan tekijän erikseen Puutyö: resurssitarve = 1x 1 + 1 (h/viikko) Käytettävissä oleva resurssi = 8 (h/viikko) 1. rajoite: x 1 + 8 Viimeistelytyö: resurssitarve = 2x 1 + 1 (h/viikko) Käytettävissä oleva resurssi = 1 (h/viikko) 2. rajoite: 2x 1 + 1 Kysyntärajoite: 3. rajoite: x 1 4 Merkkirajoitteet: 4. rajoite: x 1 5. rajoite:

Ratkaisu (5/n) 6 (4) LP-malli Kootaan kaikki oleellinen siistiksi paketiksi max z = 3x 1 + 2 ehdoin x 1 + 8 2x 1 + 1 x 1 4 x 1,

Ratkaisu (6/n) 7 (5) Graafinen ratkaisu Aloitetaan tarkastelu ensimmäisestä rajoitteesta x 1 + 8 Jos kiinnitämme x 1 :n arvon (esim. x 1 = 5), niin emme saa antaa :lle liian suurta arvoa. tulee olla pienempi tai yhtä suuri kuin kuin 8 x 1 (esim. 8 5 = 3). (x 1, )-tasossa tulee pisteen olla siis suoran x 1 + = 8 alapuolella. Piirrämme suoran tasoon. Sitä varten selvitämme kaksi suoran pistettä A = (, 8), ja B = (8, )

Ratkaisu (7/n) 8 Ensimmäinen rajoite: x 1 + 8 alapuoli A = (, 8), B = (8, ) 1 A 5 alapuoli käypä 5 1 x 1 B

Ratkaisu (8/n) 9 Toinen rajoite: 2x 1 + 1 alapuoli C = (, 1), D = (5, ) 1 C 5 alapuoli käypä D 5 1 x 1

Ratkaisu (9/n) 1 Kolmas rajoite: x 1 4 vasen puoli E = (4, ) 1 5 vasen puoli käypä E 5 1 x 1

Ratkaisu (1/n) 11 Lopuksi piirrämme kaikki suorat samaan kuvaan. Huomaa, että merkkirajoitteet kieltävät pystyakselin vasemman puolen ( -akseli) sekä vaaka-akselin alapuolen (x 1 -akseli.

Ratkaisu (11/n) 12 x 1 + 8 alapuoli A = (, 8), B = (8, ) 2x 1 + 1 alapuoli C = (, 1), D = (5, ) x 1 4 vasen puoli E = (4, ) 1 C A 5 käypä alue B E D 5 1 x 1

Ratkaisu (12./n) 13 Seuraavaksi haemme käyvästä alueesta parhaan pisteen. 1 5 5 1 x 1 Merkitsemme kuvaan pisteet, joissa z = 3x 1 + 2 = 9.

Ratkaisu (12.1/n) 14 Seuraavaksi haemme käyvästä alueesta parhaan pisteen. 1 5 5 1 x 1 Merkitsemme kuvaan pisteet, joissa z = 3x 1 + 2 = 9.

Ratkaisu (12.2/n) 15 Seuraavaksi haemme käyvästä alueesta parhaan pisteen. 1 5 5 1 x 1 Merkitsemme kuvaan pisteet, joissa z = 3x 1 + 2 = 12.

Ratkaisu (12.3/n) 16 Seuraavaksi haemme käyvästä alueesta parhaan pisteen. 1 5 5 1 x 1 Merkitsemme kuvaan pisteet, joissa z = 3x 1 + 2 = 15.

Ratkaisu (12.4/n) 17 Seuraavaksi haemme käyvästä alueesta parhaan pisteen. 1 5 5 1 x 1 Merkitsemme kuvaan pisteet, joissa z = 3x 1 + 2 = 18.

Ratkaisu (13/n) 18 Seuraavaksi haemme käyvästä alueesta parhaan pisteen. 1 5 optimi x 1 = 2 = 6 z = 18 5 1 x 1 Merkitsemme kuvaan pisteet, joissa z = 3x 1 + 2 = 18.

19 Käy läpi rajoitteet 1. kaksi pistettä rajoitesuoralta 2. mikä puoli käypä Piirrä koordinaatisto Piirrä rajoitesuorat ja käypä alue. Merkitse käypä alue kuvaan. Piirrä tavoitesuora jollakin z:n arvolla Päättele optimipiste Kirjoita vastaus

2 Tarkastellaan Giapetton esimerkin käyvän alueen sisä-pistettä (2, 2). 1 5 z = 3x 1 + 2 3 2 + 2 2 = 1 5 1 x 1 Pistettä voidaan siirtää vähän oikealle tai vasemmalle tai vähän ylöspäin tai alaspäin. Jokin näistä siirroksista parantaa tavoitefunktion arvoa. Optimi ei ole sisäpisteessä vaan REUNALLA.

21 n suhteen on olemassa neljä vaihtoehtoista tilannetta. Yksikäsitteinen ratkaisu. Ongelmalla yksi optimaalinen ratkaisu. (Esim Giapetto n ongelma edellä.) Ääretön määrä optimeja. Suuri määrä keskenään yhtä hyviä optimaalisia ratkaisuja. (Esim. 2 alla) Rajoittamaton optimi. Tavoitefunktion arvo saadaan miten suureksi tahansa (Esim. 3 alla) Käypä alue on tyhjä. Ongelmalle ei ole edes huonoa ratkaisua. (Esim. 4 alla)

(ääretön määrä optimeja) 22 Jos tavoitesuora on yhdensuuntainen jonkin rajoitesuoran kanssa tapahtuu usein, että kaksi tai useampia nurkkapisteitä ovat optimaalisia. Esim. 2. LP-malli max z = 5x 1 + 5 s.t. x 1 + 5 2x 1 + 7 x 1, 5 optimi x 1 2 = 5 x 1 z = 25 5 x 1

(rajoittamaton optimi) 23 Jos käypä alue vuotaa äärettömiin, voi käydä niin, että tavoitefunktion arvoa voidaan parantaa loputtomasti. Esim. 3. LP-malli max z = x 1 + s.t. x 1 + 1 5 x 1, 5 rajoittamaton optimi engl. unbounded optimum 5 x 1

(tyhjä käypä alue) 24 Jos rajoitteet ovat ristiriitaiset niin ongelmalle ei löydy yhtään käypää ratkaisua. Esim. 4. LP-malli max z = x 1 + s.t. x 1 + 4 2x 1 + 1 x 1, 5 käypä alue on tyhjä engl. no feasible solution 5 x 1