Optimalisering WI 2608



Vergelijkbare documenten
Optimalisering WI 2608

Lineaire functies? x 3x. (x 1, x 2 ) 5x 1 7x 2. x 6x 17. x ax. (a, x) ax??? 3x log x 2. substitueer x 1 = y 1, x 2 = exp(y 2 ) levert

1. Het aantal optimale oplossingen van een LP probleem is 0, 1, of oneindig. 2. De vereniging van twee konvexe verzamelingen is niet convex. 3.

Tie breaking in de simplex methode

TU/e 2DD50: Wiskunde 2 (1)

1 In deze opgave wordt vijftien maal telkens drie beweringen gedaan waarvan er één juist is. Kruis de juiste bewering aan. (2pt. per juist antwoord).

Geheeltallige programmering

Tentamen Optimalisering (IN2520) Datum: 5 november 2004, Docent: Dr. J.B.M. Melissen

Tie breaking in de simplex methode

1. Een kortste pad probleem in een netwerk kan worden gemodelleerd als a. een LP probleem. b. een IP probleem. c. een BIP probleem. d.

Hoofdstuk 13: Integer Lineair Programmeren

Sommige praktische IP problemen kunnen worden geformuleerd als optimalisering op een netwerk.

Optimalisering en Complexiteit, College 1. Han Hoogeveen, Utrecht University

Samenvatting college 1-12

Lineaire programmering

Voorbeeld simplexmethode. Max Z = 3x 1 + 2x 2 0.5x 3 z.d.d. 4x 1 + 3x 2 + x 3 10, 3x 1 + x 2-2x 3 8, en x 1, x 2, x 3 0.

TW2020 Optimalisering

Lineaire Optimilizatie Extra sessie. 19 augustus 2010

Digitaal Proefstuderen Econometrie en Operationele Research Universiteit van Tilburg

Voorbeeld van herschrijven als transportprobleem

Er zijn 4 opgaven, daarna volgen blanco bladzijden die u kan gebruiken om te antwoorden.

Tentamen Deterministische Modellen in de OR Dinsdag 17 augustus 2004, uur vakcode

TW2020 Optimalisering

Optimalisering en Complexiteit, College 1. Han Hoogeveen, Utrecht University

TW2020 Optimalisering

TW2020 Optimalisering

Modellen en Simulatie Lineare Programmering

Stochastische Modellen in Operations Management (153088)

Optimalisering/Besliskunde 1. College 1 6 september, 2012

Examenvragen D0H45 (Lineaire optimalizatie)

K.0 Voorkennis. y = -4x + 8 is de vergelijking van een lijn. Hier wordt y uitgedrukt in x.

TW2020 Optimalisering

Enkele basismodellen uit operationeel onderzoek

TW2020 Optimalisering

Technische Universiteit Delft Uitwerking Tentamen Analyse 3, WI 2601 Maandag 11 januari 2010,

max 5x 1 2x 2 s.t. 2x 1 x 2 10 (P) x 1 + 2x 2 2 x 1, x 2 0

Project Management (H H 22 op CD-ROM)

Optimalisering/Besliskunde 1. College 1 3 september, 2014

TW2020 Optimalisering

Optimalisering. Hoorcollege 4. Leo van Iersel. Technische Universiteit Delft. 23 september 2015

Branch-and-Bound en Cutting Planes

Gaap, ja, nog een keer. In één variabele hebben we deze formule nu al een paar keer gezien:

Wat? Stap 1: Vertalen naar wiskunde. Doel. Mathematische modellen voor lineaire programmering. winstmaximalisatie kostenminimalisatie

Uitwerkingen bij 1_1 Lineaire vergelijkingen

z x 1 x 2 x 3 x 4 s 1 s 2 s 3 rij rij rij rij

TW2020 Optimalisering

1 Transportproblemen. 1.1 Het standaard transportprobleem

Tentamen: Operationele Research 1D (4016)

Hoofdstuk 9 - Lineair Programmeren Twee variabelen

TU/e 2DD50: Wiskunde 2 (1)

Bijlage A Simplex-methode

Optimalisering en Complexiteit, College 1. Han Hoogeveen, Utrecht University

TW2020 Optimalisering

Hertentamen Optimalisering (Delft) en Besliskunde 1 (Leiden) 15 april 2014, uur

Optimalisering. Hoorcollege 4. Leo van Iersel. Technische Universiteit Delft. 28 september 2016

Stochastische Modellen in Operations Management (153088)

TW2020 Optimalisering

Differentiaalvergelijkingen Technische Universiteit Delft

Optimalisering. Hoorcollege 4. Leo van Iersel. Technische Universiteit Delft. 28 september 2016

Modeluitwerking Tentamen Computationele Intelligentie Universiteit Leiden Informatica Vrijdag 11 Januari 2013

2DD50: Tentamen. Tentamen: 26 januari 2016 Hertentamen: 5 april 2016

Stochastische Modellen in Operations Management (153088)

Vraag Antwoord Scores. 2 maximumscore 3 Laatste rij in tabel verder invullen tot totaal aantal vierkanten 19 is 2. Het rijnummer is 9 1 ).

Lineair programmeren met de TI-84 CE-T

x 3 E H x 1 B A = (0,0,0) B = (1,0,0) C = (0,1,0) E = (0,0,1) I = (1,1,1/2) J = (1/2,1,1) H=(1,1/2,1) x 2

Modellen en Simulatie Speltheorie

OPERATIONS RESEARCH TECHNIEKEN L.C.M. KALLENBERG UNIVERSITEIT LEIDEN

Universiteit Utrecht Faculteit Wiskunde en Informatica. Examen Optimalisering op maandag 18 april 2005, uur.

TU/e 2DD50: Wiskunde 2

Optimalisering en Complexiteit, College 11. Complementaire speling; duale Simplex methode. Han Hoogeveen, Utrecht University

Optimalisatiealgoritmen voor distributieproblemen

Wiskunde D. Keuzevak beslissen onderdeel: optimaliseren

Correctievoorschrift examen VMBO-GL en TL 2003

Hints en uitwerkingen huiswerk 2013 Analyse 1 H18

Hieronder zie je een figuur die bestaat uit vier rijen. De figuur is gemaakt van witte en grijze vierkanten.

TU/e 2DD50: Wiskunde 2

Functies van één veranderlijke

Deze examenopgave bestaat uit 8 pagina s, inclusief het voorblad. Controleer of alle pagina s aanwezig zijn.

34 HOOFDSTUK 1. EERSTE ORDE DIFFERENTIAALVERGELIJKINGEN

Kansrekening en stochastische processen 2DE18

14 Lineair programmeren

Uitwerkingen oefenopdrachten or

Examenopgaven VMBO-KB 2003

Lineair Programmeren op het polytoop

Optimalisering/Besliskunde 1. College 1 2 september, 2015

KlasseLunch. Over gezond eten 1. Docentenhandleiding KlasseLunch 2008:

Vrije Universiteit Faculteit der Economische Wetenschappen en Bedrijfskunde Afdeling Econometrie

8/2/2006 Examen Optimalisatietechnieken (6sp) 1

Een selectie algoritmen voor lineair programmeren (A selection of algorithms for linear programming)

Vrije Universiteit Faculteit der Economische Wetenschappen en Bedrijfskunde Afdeling Econometrie

Hoofdstuk 10 - Lineair programmeren Meer dan twee variabelen

Stochastische Modellen in Operations Management (153088)

RUDOLF STEINERCOLLEGE HAARLEM WISKUNDE HAVO CM/EM UITWERKING Voor elk onderdeel is aangegeven hoeveel punten kunnen worden behaald.

Universiteit Utrecht Departement Informatica

Optimalisering en Complexiteit, College 14. Geheeltallige LPs en Planning bij Grolsch. Han Hoogeveen, Utrecht University

1 Vlaamse Wiskunde Olympiade : Tweede Ronde.

Routeren van treinstellen op knooppunten

ffl een willekeurige LP in standaard vorm kan omzetten ffl het bij een basis toebehorend tableau en de basisoplossing kan berekenen ffl de simplex alg

BESLISKUNDE 3 L.C.M. KALLENBERG

Annelies Droessaert en Etienne Goemaere

Transcriptie:

Optimalisering WI 2608 Docent: Hans Melissen, EWI kamer 7.080 e-mail: j.b.m.melissen@ewi.tudelft.nl tel: 015-2782547 Studiemateriaal op : http://www.isa.ewi.tudelft.nl/~melissen (kijk bij onderwijs WI 2608) college: Maandag 3+4 zaal F Vrijdag 3+4 zaal E Boek: F.S. Hillier and G.J. Lieberman: Introduction to Operations Research, 8th Ed., McGraw-Hill, 2005 + CD-ROM. ISBN 007-123828-X

Operations Research (OR, besliskunde) Management Science (MS) OR: - deterministisch: Optimalisering (H 1-12) - stochastisch: Wachttijdtheorie (H 16) Risicoanalyse Speltheorie (H14) Voorraadbeheer (H 18) Simulatie (H 20) Optimalisering (Mathematical Programming): Lineair (LP) - Continu, simplexmethode (H 1-7) - Geheeltallig (+ binair) (H 11) - Mixed integer Niet-lineair (NLP) (H12)

Lineaire programmering. Toepassingen: productieplanning mengproblemen locatieproblemen transportproblemen routering projectplanning aandelenportefeuilles Geschiedenis: 1947 George B. Dantzig: Simplexmethode voor LP Uitvoerbaar door opkomst van de computer 1984 Karmarkar: polynomiaal algoritme voor LP Voorpaginanieuws in de New York Times

Een dieet voor een jongen van 19 moet dagelijks 3000 kcal, 81 gram eiwit, 100 gram vet en 410 gram koolhydraten bevatten. kcal eiwit vet koolhydr Prijs kaas 75 5 6 0 0,20 bruine boterham 85 3 1 16 0,12 boter (5g) 20 0 2 0 0,04 aardappel (lepel) 40 1 0 8 0,05 bruine bonen 55 4 0 8 0,05 (lepel) braadworst (125 230 17 18 1 0,75 g) Mars 240 3 11 32 0,90 Maak een zo goedkoop mogelijk dieet met deze ingrediënten: Min 20x 1 + 12x 2 + 4x 3 + 5x 4 + 5x 5 + 75x 6 + 90x 7 z.d.d. 75x 1 + 85x 2 + 20x 3 + 40x 4 + 55x 5 + 230x 6 + 240x 7 3000 5x 1 + 3x 2 + 0x 3 + 1x 4 + 4x 5 + 17x 6 + 3x 7 81 6x 1 + 1x 2 + 2x 3 + 0x 4 + 0x 5 + 18x 6 + 11x 7 100 0x 1 + 16x 2 + 0x 3 + 8x 4 + 8x 5 + 1x 6 + 32x 7 410 kaas brood boter aardap bonen worst Mars Prijs???????? alle x i 0 50 51,3 4,56 boon 19,9 40 8,2 3,3 4,56 aardappel boter brood 3,8 25,6 25,6 0,02 4,87 brood 8 12,7 8 8 35,3 5,57 aardappels 6 1,9 8 8 6 6 0,04 5,8 7,51 Mars 1 8 6 6 154 1 117,96 Mars 5 8 6 6 26 5 25,56 Worst 20 - - - - - - - - Conclusie: Jongens minstens 5,8 Marsen per dag, meisjes 3,6!

Voorbeeld: productieplanning Bedrijf fabriceert producten A, B, C, D Productiefasen: assemblage, afronding, verpakking Productietijden (uren) per eenheid: productietijden (uren) A B C D Beschikbaar Assemblage 0,70 0,75 0,55 0,34 400 uur Afronding 0,55 0,82 0,80 0,55 480 uur Verpakking 0,24 0,32 0,45 0,27 220 uur grondstoffen 1,9 2,5 1,8 2 Winst 4,80 12,00 6,00 7,20 Aanwezige grondstoffen: 1500 eenheden Order voor volgende week: 100 eenheden A Al het geproduceerde wordt afgenomen Vraag: Hoeveel moet je produceren voor maximale winst? Formulering: Beslissingsvariabelen: x A = aantal eenheden A x B B = aantal eenheden B x C = aantal eenheden C x D = aantal eenheden D Model: Maximaliseer Z = 4,8x A + 12x B B + 6xC + 7,2x D z.d.d. 0,70x A + 0,75x B B + 0,55xC en 0,55x A + 0,82x B B + 0,80xC 0,24x A + 0,32x B B + 0,45xC 1,9x A + 2,5x B B + 1,8xC x A 100 x A, x B, B xc, x D 0 + 0,34x D 400 (assemblage) + 0,55x D 480 (afronding) + 0,27x D 220 (verpakking) + 2x D 1500 (grondstoffen) (order) Oplossing: x A = 100,0 x B = 330,15 x B C = 0 x D = 242,31 Z = 6186,46

Algemene aannamen voor dergelijke problemen: Proportionaliteit: Additiviteit: Deelbaarheid: Productie van 7 eenheden kost 7 keer zoveel, vergt 7 keer zoveel grondstoffen De winst van twee producten is de som van de afzonderlijke winsten Beslissingsvariabelen kunnen willekeurige reële waarden aannemen (niet alleen geheeltallig) Lineair Programmeren (LP) = Lineair Optimaliseren (LO) Programmeren = plannen Lineair = alle functies zijn lineair: Additief: f(x+y) = f(x) + f(y) voor alle x, y Multiplicatief: f(λx) = λf(x) voor alle λ, x Continue reële variabelen

Lineaire functies: x 3x (x 1, x 2 ) 5x 1 7x 2 x 6x 17 niet lineair x ax (a, x) ax niet-lineair 3x 1 2 + 5log x 2 niet-lineair substitueer x 1 = y 1, x 2 = exp(y 2 ) levert 3y 1 + 5y 2 na substitutie lineair. Niet-lineaire functies kunnen soms bij benadering gelineariseerd worden

Opgave Een kolencentrale verwerkt steenkoolsoorten A en B om energie op te wekken. De steenkool wordt eerst verpulverd en daarna verbrand om stoom te maken voor het aandrijven van stoomturbines. De vraag is in welke verhouding de steenkoolsoorten verwerkt moeten worden voor de maximale productie van energie, gegeven een aantal beperkende voorwaarden. Zo zijn milieueisen opgelegd voor de gas- en roetuitstoot. De roetuitstoot mag hooguit 12 kg per uur zijn, en het aantal deeltjes zwavel per miljoen gasdeeltjes mag niet meer dan 3000 zijn. De verbranding van 1 ton kolensoort A geeft een roetuitstoot van 0,5 kg per uur en 1 ton kolensoort B geeft een roetuitstoot van 1 kg per uur. De kolensoort A heeft de eigenschap dat op elke miljoen deeltjes die na verbranding van deze kolensoort vrijkomen er 1800 zwaveldeeltjes zijn, terwijl voor kolensoort B het aantal zwaveldeeltjes 3800 is op elke miljoen vrijgekomen gasdeeltjes. De kolensoorten A en B stoten per verbrande ton evenveel deeltjes uit. De kolensoorten worden per trein aangevoerd en de aanvoer is beperkt tot 20 ton per uur. De capaciteit van de verpulverinstallatie is ook beperkt: 16 ton kolensoort A per uur als A de enige zou zijn en 24 ton kolensoort B per uur als B de enige zou zijn. Ten slotte geeft 1 ton kolensoort A na verbranding 24 000 pond stoomenergie en 1 ton kolensoort B geeft 20 000 pond stoomenergie. Formuleer het probleem als een LP probleem. Los het (grafisch) op.

Grafische oplosmethode (2 variabelen) Max Z = 24x 1 + 20x 2 z.d.d. x 1 + x 2 20 (transportbeperking) 0,5x 1 + x 2 12 (roetuitstoot) 1 x 16 1 + 1 24 x 2 1 (verpulvercapaciteit) 12x 1-8x 2 0 (zwaveluitstoot) x 1, x 2 0 (hoeveelheden) Hint: arceer telkens de niet-toegelaten gebieden!

Opgave: Los op met de grafische methode: max Z = 5x + 23y z.d.d. 2x + 9y 24 2x 5y 3 x, y 0 Teken de lijn 2x + 9y = 24: x = 0 8 y = 3 y = 0 x = 12 Lijn door (0, 8 3 ) en (12,0). Probeer (0,0): 2 0 + 9 0 = 0 24, dus (0,0) ligt aan de goede kant. Oplossing: Hoekpunten van het toelaatbare gebied zijn: (0,0) Z = 0 ( 3 2,0) Z = 2 = 7,5 ( 21 4, 3 2 ) Z = = 59,25 (0, 3 8 ) Z = 4 184 = 61,3333 3

Algemene formulering LP probleem Probleem: n producten j = 1,, n m grondstoffen i = 1,, m Van grondstof j is b i aanwezig Op product j wordt c j winst gemaakt per eenheid Voor product j is a ij eenheden grondstof i nodig Vraag: hoeveel maken zodat de winst maximaal is? LP Model: Maak x j eenheden van product j (beslisvariabelen). Max Z = c 1 x 1 + c 2 x 2 + + c n x n z.d.d. a 11 x 1 + a 12 x 2 + + a 1n x n b 1 a 21 x 1 + a 22 x 2 + + a 2n x n b 2 a m1 x 1 + a m2 x 2 + + a mn x n b m en x 1, x 2, x n 0 Max z.d.d. en n Z = j= 1 c j x j n aijx j j=1 x j 0 b i voor i = 1, 2,, m voor j = 1, 2,, n

Standaardvorm voor een LP probleem: Max Z = c 1 x 1 + c 2 x 2 + + c n x n z.d.d. a 11 x 1 + a 12 x 2 + + a 1n x n b 1 a 21 x 1 + a 22 x 2 + + a 2n x n b 2 a m1 x 1 + a m2 x 2 + + a mn x n b m en x 1, x 2, x n 0 Terminologie: Beslisvariabelen (decision variables): x j Parameters: c j, a ij Doelfunctie, objectfunctie (objective function): Z Begrenzingen (constraints)

Terminologie Oplossing: Willekeurige keuze van de beslisvariabelen Toelaatbare oplossing (feasible solution): Oplossing die aan alle beperkingen voldoet Toelaatbaar gebied (feasible region): Verzameling van alle toelaatbare oplossingen Niet-toelaatbare oplossing: Oplossing die aan minstens één beperking niet voldoet Optimale oplossing: Toelaatbare oplossing met optimale doelwaarde.

Een toelaatbaar gebied is meestal begrensd en niet leeg, maar dat hoeft niet Onbegrensd toelaatbaar gebied Leeg toelaatbaar gebied

Optimale oplossingen hoeven niet uniek te zijn: Nog extremer: Als de doelfunctie Z = 0 is, zijn alle toegelaten waarden optimaal!

Een begrensd toelaatbaar gebied in R 2 wordt gedefinieerd door n lineaire ongelijkheden. Hoeveel hoekpunten (h) kan dit gebied hebben? Voorbeeld: N = 3 h = 3 N = 5 h = 5 h h-1+2 = h+1

Oplossing: h = n. n = 5, h = 3??? Betere oplossing: Nog betere oplossing: h n 3 h n Kan elke h met 3 h n? Kan h = 0? x 0 x 1 (kan dus als n 2) Kan h = 1? x 0 y 0 x+y 0 (mogelijk als n 3) Kan h = 2? x 0 x 0 y 1 y 0 (mogelijk als n 4)

De echte oplossing is dus: n = 2: h = 0 n = 3: h = 0, 1, 3 n 4: 0 h n Zonder de eis begrensd toelaatbaar gebied is het antwoord: n = 0: h = 0 n = 1: h = 0 n = 2: h = 0, 1 n 3: 0 h n

Het toegelaten gebied is een gebied in R n dat wordt bepaald door lineaire ongelijkheden en is dus de doorsnijding van halfruimten. Dit definieert een polytoop met hoekpunten, ribben, zijvlakken, etc. Wat is een hoekpunt? n lineaire ongelijkheden bepalen in n dimensies normaal gesproken een punt. Bij n van de lineaire ongelijkheden hoort dus een punt: hoekpunt. Als dit hoekpunt toelaatbaar is heet het een toelaatbaar hoekpunt (Corner Point Feasible (CPF) solution) Hoeveel hoekpunten zijn er bij n variabelen en m ongelijkheden? m n Voorbeeld: 50 variabelen, 150 constraints, aantal hoekpunten is: 20128660909731932294240234380929315748140 2 10 40 Als je 1 miljard hoekpunten per seconde controleert ben je na 6 10 20 jaar klaar!