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適用數學/線性規劃和圖形解法

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線性規劃

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線性規劃是一種用來尋找函式的最小值或最大值的方法。該值將滿足一組已知的條件(約束)。約束是線性規劃問題中的不等式。它們的解被繪製成一個可行區域,它是一組點。這些點是不等式圖形的交點。當約束系統圖形是一個多邊形區域時,該區域被稱為有界區域。

使用線性規劃解決問題時,有 7 個步驟。

1. 定義 變數。

2. 寫出 一組不等式。

3. 繪製 不等式系統圖形。

4. 找出 可行區域頂點的座標。

5. 寫出 要最大化或最小化的函式。

6. 將 頂點座標代入函式。

7. 選擇 最大的或最小的結果。回答 問題。

許多現實世界中的問題可以使用線性規劃來解決。這些問題對變數有限制。變數的某個函式必須最大化或最小化。

一家公司銷售兩種不同的產品 A 和 B,分別獲得 40 盧比和 30 盧比的利潤。它們都藉助共同的生產流程生產,並在兩個不同的市場上銷售。生產流程的總產能為 30000 人工時。生產一單位 A 需要 3 個小時,生產一單位 B 需要 1 個小時。市場已經過調查,公司管理人員認為 A 產品的最大銷量為 8000 單位,B 產品的最大銷量為 12000 單位。在這些限制下,產品可以以任何組合銷售。將這個問題作為一個線性規劃模型來制定,以最大化利潤。

目標函式

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有時,在線性規劃問題中,識別可行區域並不是唯一需要做的事情。為了最大化或最小化函式,必須找到最佳的數值組合。這就是目標函式的作用。它可以具有最大值、最小值、兩者都有,或兩者都沒有。這完全取決於可行區域。

有兩種不同的通用區域型別:有界區域和無界區域。有界可行區域既有最小值也有最大值。無界可行區域要麼有最小值,要麼有最大值,絕不會兩者都有。這種目標函式的最小值或最大值總是出現在可行區域的頂點處。然而,這個數學思想是一個證明,它適用於更高階的數學。

有界區域示例

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繪製 以下不等式系統圖形。命名 可行區域頂點的座標。找出 函式 f(x,y) = 3x + y 在此區域中的最大值和最小值。x > 1

y > 0 2x + y < 6

1. 找出 區域的頂點。繪製 不等式圖形。

形成的多邊形是一個三角形,其頂點位於 (1, 4)、(3, 0) 和 (1, 0) 處。

2. 使用 表格找出 f(x, y) 的最大值和最小值。 頂點座標代入函式。最大值為 9,在 (3, 0) 處。最小值為 3,在 (1, 0) 處。

無界區域示例

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繪製 以下不等式系統圖形。命名 可行區域頂點的座標。找出 函式 f(x, y)= 5x + 4y 在此區域中的最大值和最小值。

2x + y > 3

3y - x < 9

2x + y < 10

繪製 不等式系統圖形。只有兩個交點:(0, 3) 和 (3, 4)。

最大值為 31,在 (3, 4) 處。

雖然 f(0, 3) 為 12,但它不是最小值,因為解中還有其他點產生更小的值。例如,f(3, -2) = 7,f(20, -35) = -40。之所以看起來是這樣,是因為該區域是無界的,f(x, y) 沒有最小值。

最大值和最小值

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有時,需要找出線性函式在可行區域中的點所具有的最小值或最大值。相關函式的最小值或最大值總是出現在可行區域的頂點之一。

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