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Metodo B&B e Pianificazione Lineare: Algoritmi e Regole, Appunti di Gestione Delle Operations

Il metodo b&b (branch & bound) e la pianificazione lineare, due importanti tecniche per risolvere problemi di ottimizzazione lineare. Il metodo b&b è un metodo di enumerazione parziale che separa un problema in sottoproblemi, mentre la pianificazione lineare consiste in un processo di risoluzione di problemi di pl (pianificazione lineare) attraverso la rilassazione dei vincoli di interezza e l'aggiunta di piani di taglio. Anche regole come gomory, bland, slack e surplus, e spiega come trasformare problemi in forma standard.

Tipologia: Appunti

2018/2019

Caricato il 17/06/2019

vincenzo-pizzulli
vincenzo-pizzulli 🇮🇹

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bg1
varia b=> b+AB-1(σ*ei)>=0 e poi
cB*[b+AB
-1(σ*ei) ] cB
(coecien iniziali).
gomory: Σ(amj-|amj|)xj>=bm-|bm|
BRANCH&BOUD è un metodo di enumerazione parziale per
risolvere un problema di PLI. separaz-branch dato un problema
P con regione ammissibile (P), P viene separato in sooproblemi
P1P2...Pi se le regioni ammissibili (P1),(Pi) formano una parzione
di (P). 1) (Ph
)∩Ω(Pj2 2 0 0)=Ø hj (h,j=1,2...r) 2) rh=1(Ph)=(P)
Ph (h=1,2...t) de discenden di P possono avere a sua volta discenden
Pt+1..Pt+s e le regioni ammis. (Pt+1)..(Pt+s) sono una parzione di (Ph) e
le regioni amm. (P1)(P2)....(Ph-1)(Ph+1)..(Pt
)(Pt+1)..(Pt+s) sono
una nuova parzione di (P) più ne di quella precedente. Il Branch viene
rappr. araverso gra, de alberi dove i nodi rappr. P e i sooproblemi.
P (problema originario) è il nodo radice e i sooproblemi sono i nodi foglie.
chiusura: 1) il rilascio connuo di Ph è inammissibile. in questo caso anche Ph
è inammissibile. 2)la soluzione oma del rilassato connuo di Ph ha coordinate
intere. (è ammissibile e oma per Ph). 3)la soluzione oma del rilassato
connuo di Ph non ha coordinate intere ma il suo valore di funzione obievo
è >= a z (valore funz-obie) se il problema è di min <= z se il problema è di max.
PIANI DI TAGLIO:il problema originario P0 viene risolto rilassando i suoi vincoli di
interezza, se la soluzione oenuta rispea i vincoli di interezza, tale soluzione
è oma per P0 e l'algoritmo termina. in caso contrario si aggiunge al rilassato
connuo un nuovo vincolo deo piano di taglio che riduce la regione ammissibile
senza alterare la soluzione oma di P0. dopo si risolve il nuovo problema di PL
e si ritorna indietro. il piano di taglio deve escludere la soluzione oma corrente
che non è ammissibile per P0, e non deve escludere soluzioni ammissibili per P0.
BLAND: una regola che indica la scelta delle variabili entran e uscen, poichè se
esistono più indici candida ad entrare in B e più indici ad uscire da B si seleziona
2 2 0 8l'indice minimo: k=min{j N:cj2 2 0 8<0} h=min{i B:bi/aik=min{br
/ark, ark>0}}
SLACK E SURPLUS:Per l’algoritmo del simplesso `e necessario meere
i problemi di PL in forma standard: essa si oene introducendo variabili di slack
(se i vincoli sono in forma di ) o di surplus (se i vincoli sono in forma di ),
trasformando tu i vincoli del problema in vincoli di uguaglianza
e conservando invece le disuguaglianze x 0, sia per le variabili originali sia per
quelle di slack o surplus: SLACK=> Σn
j=1 (aijxj)>=bi diventa Σnj=1 (aijxj-si)=bi, si>=0
STANDARD: se è richiesto il massimo bisogna ricondursi a un problema di
minimizazzione cambiando segno al veore c dei coecien della funct obiet.
i vincoli di disuguag. trasforma in uguagl. introducendo una nuova variabile
non negava di slack o surplus. per variabili negave si sostuisce la variabile
xi con il suo opposto yi=-xi con yi>=0. se non vincolate di segno si procede con la
sostuzione della variabile non vincolata con la dierenza di due variabili non
negave xj=xj+-xj- dove xj+,xj->=0
DEGENERE:Una sol. base è degenere se una o pi`u variabili di base assume valore nullo.
Se la s.b. `e degenere vi è ambiguita' in quanto si possono scambiare variabili di base
nulle con variabili non di base. Può essere riconosciuta nel simplesso quando nella scelta
dell'elemento di pivot si hanno 2 o più rappor che corrispondono al minimo(primale).
analisi di sensività: sono una serie di tecniche applicate per oenere informazioni su
quanto e di quanto può variare la soluzione oma. ci possono essere variazioni del veore
b e c e di un'aggiunta di un vincolo.

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varia b=> b+AB-1^ (σ*e i)>=0 e poi

cB [b+A B-1^ (σei ) ] c B(coefficien� iniziali).

gomory: Σ(amj-|a mj|)x j>=b m -|bm|

BRANCH&BOUD è un metodo di enumerazione parziale per risolvere un problema di PLI. separaz-branch dato un problema P con regione ammissibile Ω(P), P viene separato in so�oproblemi P 1 P 2 ...P (^) i se le regioni ammissibili Ω(P 1 ),Ω(P (^) i) formano una par�zione di Ω(P). 1) Ω(P (^) h)∩Ω(P (^) j )=Ø2 2 0 0 h≠j (h,j=1,2...r) 2)∪ rh=1 Ω(Ph )=Ω(P) Ph (h=1,2...t) de� discenden� di P possono avere a sua volta discenden� Pt+1 ..Pt+s e le regioni ammis. Ω(Pt+1 )..Ω(P (^) t+s) sono una par�zione di Ω(P (^) h ) e le regioni amm. Ω(P 1 )Ω(P 2 )....Ω(P (^) h-1 )Ω(Ph+1 )..Ω(P (^) t)Ω(P (^) t+1 )..Ω(P (^) t+s) sono una nuova par�zione di Ω(P) più fine di quella precedente. Il Branch viene rappr. a�raverso grafi, de� alberi dove i nodi rappr. P e i so�oproblemi. P (problema originario) è il nodo radice e i so�oproblemi sono i nodi foglie. chiusura: 1) il rilascio con�nuo di Ph è inammissibile. in questo caso anche P (^) h è inammissibile. 2)la soluzione o�ma del rilassato con�nuo di Ph ha coordinate intere. (è ammissibile e o�ma per Ph ). 3)la soluzione o�ma del rilassato con�nuo di Ph non ha coordinate intere ma il suo valore di funzione obie�vo è >= a z (valore funz-obie�) se il problema è di min <= z se il problema è di max. PIANI DI TAGLIO:il problema originario P 0 viene risolto rilassando i suoi vincoli di interezza, se la soluzione o�enuta rispe�a i vincoli di interezza, tale soluzione è o�ma per P 0 e l'algoritmo termina. in caso contrario si aggiunge al rilassato con�nuo un nuovo vincolo de�o piano di taglio che riduce la regione ammissibile senza alterare la soluzione o�ma di P 0. dopo si risolve il nuovo problema di PL e si ritorna indietro. il piano di taglio deve escludere la soluzione o�ma corrente che non è ammissibile per P 0 , e non deve escludere soluzioni ammissibili per P0. BLAND: una regola che indica la scelta delle variabili entran� e uscen�, poichè se esistono più indici candida� ad entrare in B e più indici ad uscire da B si seleziona l'indice minimo: k=min{j 2 2 0 8 N:cj <0} h=min{i2 2 0 8 B:b (^) i/a (^) ik=min{b (^) r/a (^) rk, a (^) rk>0}} SLACK E SURPLUS:Per l’algoritmo del simplesso e necessario me�ere i problemi di PL in forma standard: essa si o�ene introducendo variabili di slack (se i vincoli sono in forma di ≤) o di surplus (se i vincoli sono in forma di ≥), trasformando tu� i vincoli del problema in vincoli di uguaglianza e conservando invece le disuguaglianze x ≥ 0, sia per le variabili originali sia per quelle di slack o surplus: SLACK=> Σ nj=1 (aijxj )>=bi diventa Σnj=1 (aijxj -s (^) i)=bi, si>= STANDARD: se è richiesto il massimo bisogna ricondursi a un problema di minimizazzione cambiando segno al ve�ore c dei coefficien� della funct obiet. i vincoli di disuguag. trasforma� in uguagl. introducendo una nuova variabile non nega�va di slack o surplus. per variabili nega�ve si sos�tuisce la variabile xi con il suo opposto y (^) i=-xi con yi>=0. se non vincolate di segno si procede con la sos�tuzione della variabile non vincolata con la differenza di due variabili non nega�ve xj =xj+^ -xj-^ dove xj +,x (^) j-^ >= DEGENERE:Una sol. base è degenere se una o piu variabili di base assume valore nullo. Se la s.b. `e degenere vi è ambiguita' in quanto si possono scambiare variabili di base nulle con variabili non di base. Può essere riconosciuta nel simplesso quando nella scelta dell'elemento di pivot si hanno 2 o più rappor� che corrispondono al minimo(primale). analisi di sensi�vità: sono una serie di tecniche applicate per o�enere informazioni su quanto e di quanto può variare la soluzione o�ma. ci possono essere variazioni del ve�ore b e c e di un'aggiunta di un vincolo.