单纯形法是一种用于解决线性规划问题的经典算法,由美国数学家乔治·丹茨格(George Dantzig)于1947年提出。作为一种迭代优化方法,它通过逐步改进解的质量来找到最优解。本文将简要介绍单纯形法的核心思想和计算步骤。
首先,在应用单纯形法之前,需要将线性规划问题转化为标准形式。这包括确保目标函数是最大化问题,并将所有约束条件表示为等式或不等式的形式,同时引入松弛变量或人工变量以满足非负性和约束条件的要求。
接下来是初始基可行解的确定。通常情况下,可以通过观察问题中的约束条件直接找到一个初始的基本可行解。如果无法直接确定,则可以使用两阶段法或其他技术来构造初始解。
进入主循环后,单纯形法的主要步骤如下:
1. 选择入基变量:从非基变量中挑选一个具有最大正系数(对于最大化问题)的变量作为入基变量。这意味着该变量在当前解中增加时能够最有效地提高目标函数值。
2. 选择出基变量:为了保持解的可行性,必须限制新加入变量的增长幅度。因此,计算每个约束下可能的最大增量,并选择最小的那个对应的变量作为出基变量。
3. 更新表格:通过高斯消元法对增广矩阵进行变换,使得新的入基变量成为基变量之一,同时其他基变量保持不变。这一过程称为旋转操作。
4. 检查终止条件:若所有非基变量的检验数均为非正,则当前解即为最优解;否则重复上述步骤直至达到最优状态。
最后,在得到最终结果之后,还需要验证解是否满足原始问题的所有约束条件,并解释其经济意义或实际含义。此外,针对某些特殊情况如无界解或多重最优解,也需要采取相应的处理措施。
总之,单纯形法以其逻辑清晰、易于实现的特点成为求解大规模线性规划问题的重要工具。尽管现代计算机科学带来了更多高效的算法,但理解并掌握单纯形法仍然是学习运筹学与管理科学的基础之一。