Introduction to Algorithms, Third Edition


Converting linear programs into standard form



Download 4,84 Mb.
Pdf ko'rish
bet554/618
Sana07.04.2022
Hajmi4,84 Mb.
#534272
1   ...   550   551   552   553   554   555   556   557   ...   618
Bog'liq
Introduction-to-algorithms-3rd-edition

Converting linear programs into standard form
It is always possible to convert a linear program, given as minimizing or maxi-
mizing a linear function subject to linear constraints, into standard form. A linear
program might not be in standard form for any of four possible reasons:
1. The objective function might be a minimization rather than a maximization.
2. There might be variables without nonnegativity constraints.
3. There might be
equality constraints
, which have an equal sign rather than a
less-than-or-equal-to sign.
4. There might be
inequality constraints
, but instead of having a less-than-or-
equal-to sign, they have a greater-than-or-equal-to sign.
When converting one linear program
L
into another linear program
L
0
, we would
like the property that an optimal solution to
L
0
yields an optimal solution to
L
. To
capture this idea, we say that two maximization linear programs
L
and
L
0
are
equivalent
if for each feasible solution
N
x
to
L
with objective value
´
, there is
a corresponding feasible solution
N
x
0
to
L
0
with objective value
´
, and for each
feasible solution
N
x
0
to
L
0
with objective value
´
, there is a corresponding feasible
solution
N
x
to
L
with objective value
´
. (This definition does not imply a one-to-
one correspondence between feasible solutions.) A minimization linear program
L
and a maximization linear program
L
0
are equivalent if for each feasible solution
N
x
to
L
with objective value
´
, there is a corresponding feasible solution
N
x
0
to
L
0
with
objective value
´
, and for each feasible solution
N
x
0
to
L
0
with objective value
´
,
there is a corresponding feasible solution
N
x
to
L
with objective value
´
.
We now show how to remove, one by one, each of the possible problems in the
list above. After removing each one, we shall argue that the new linear program is
equivalent to the old one.
To convert a minimization linear program
L
into an equivalent maximization lin-
ear program
L
0
, we simply negate the coefficients in the objective function. Since
L
and
L
0
have identical sets of feasible solutions and, for any feasible solution, the
objective value in
L
is the negative of the objective value in
L
0
, these two linear
programs are equivalent. For example, if we have the linear program
minimize
2x
1
C
3x
2
subject to
x
1
C
x
2
D
7
x
1
2x
2
4
x
1
0 ;
and we negate the coefficients of the objective function, we obtain


29.1
Standard and slack forms
853
maximize
2x
1
3x
2
subject to
x
1
C
x
2
D
7
x
1
2x
2
4
x
1
0 :
Next, we show how to convert a linear program in which some of the variables
do not have nonnegativity constraints into one in which each variable has a non-
negativity constraint. Suppose that some variable
x
j
does not have a nonnegativity
constraint. Then, we replace each occurrence of
x
j
by
x
0
j
x
00
j
, and add the non-
negativity constraints
x
0
j
0
and
x
00
j
0
. Thus, if the objective function has a
term
c
j
x
j
, we replace it by
c
j
x
0
j
c
j
x
00
j
, and if constraint
i
has a term
a
ij
x
j
, we
replace it by
a
ij
x
0
j
a
ij
x
00
j
. Any feasible solution
y
x
to the new linear program cor-
responds to a feasible solution
N
x
to the original linear program with
N
x
j
D y
x
0
j
y
x
00
j
and with the same objective value. Also, any feasible solution
N
x
to the original
linear program corresponds to a feasible solution
y
x
to the new linear program with
y
x
0
j
D N
x
j
and
y
x
00
j
D
0
if
N
x
j
0
, or with
y
x
00
j
D N
x
j
and
y
x
0
j
D
0
if
N
x
j
< 0
. The two
linear programs have the same objective value regardless of the sign of
N
x
j
. Thus,
the two linear programs are equivalent. We apply this conversion scheme to each
variable that does not have a nonnegativity constraint to yield an equivalent linear
program in which all variables have nonnegativity constraints.
Continuing the example, we want to ensure that each variable has a correspond-
ing nonnegativity constraint. Variable
x
1
has such a constraint, but variable
x
2
does
not. Therefore, we replace
x
2
by two variables
x
0
2
and
x
00
2
, and we modify the linear
program to obtain
maximize
2x
1
3x
0
2
C
3x
00
2
subject to
x
1
C
x
0
2
x
00
2
D
7
(29.22)
x
1
2x
0
2
C
2x
00
2
4
x
1
; x
0
2
; x
00
2
0 :
Next, we convert equality constraints into inequality constraints. Suppose that a
linear program has an equality constraint
f .x
1
; x
2
; : : : ; x
n
/
D
b
. Since
x
D
y
if
and only if both
x
y
and
x
y
, we can replace this equality constraint by the
pair of inequality constraints
f .x
1
; x
2
; : : : ; x
n
/
b
and
f .x
1
; x
2
; : : : ; x
n
/
b
.
Repeating this conversion for each equality constraint yields a linear program in
which all constraints are inequalities.
Finally, we can convert the greater-than-or-equal-to constraints to less-than-or-
equal-to constraints by multiplying these constraints through by
1
. That is, any
inequality of the form


854
Chapter 29
Linear Programming
n
X
j
D
1
a
ij
x
j
b
i
is equivalent to
n
X
j
D
1
a
ij
x
j
b
i
:
Thus, by replacing each coefficient
a
ij
by
a
ij
and each value
b
i
by
b
i
, we obtain
an equivalent less-than-or-equal-to constraint.
Finishing our example, we replace the equality in constraint (29.22) by two in-
equalities, obtaining
maximize
2x
1
3x
0
2
C
3x
00
2
subject to
x
1
C
x
0
2
x
00
2
7
x
1
C
x
0
2
x
00
2
7
(29.23)
x
1
2x
0
2
C
2x
00
2
4
x
1
; x
0
2
; x
00
2
0 :
Finally, we negate constraint (29.23). For consistency in variable names, we re-
name
x
0
2
to
x
2
and
x
00
2
to
x
3
, obtaining the standard form
maximize
2x
1
3x
2
C
3x
3
(29.24)
subject to
x
1
C
x
2
x
3
7
(29.25)
x
1
x
2
C
x
3
7
(29.26)
x
1
2x
2
C
2x
3
4
(29.27)
x
1
; x
2
; x
3
0 :
(29.28)

Download 4,84 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   ...   550   551   552   553   554   555   556   557   ...   618




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©hozir.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling

kiriting | ro'yxatdan o'tish
    Bosh sahifa
юртда тантана
Боғда битган
Бугун юртда
Эшитганлар жилманглар
Эшитмадим деманглар
битган бодомлар
Yangiariq tumani
qitish marakazi
Raqamli texnologiyalar
ilishida muhokamadan
tasdiqqa tavsiya
tavsiya etilgan
iqtisodiyot kafedrasi
steiermarkischen landesregierung
asarlaringizni yuboring
o'zingizning asarlaringizni
Iltimos faqat
faqat o'zingizning
steierm rkischen
landesregierung fachabteilung
rkischen landesregierung
hamshira loyihasi
loyihasi mavsum
faolyatining oqibatlari
asosiy adabiyotlar
fakulteti ahborot
ahborot havfsizligi
havfsizligi kafedrasi
fanidan bo’yicha
fakulteti iqtisodiyot
boshqaruv fakulteti
chiqarishda boshqaruv
ishlab chiqarishda
iqtisodiyot fakultet
multiservis tarmoqlari
fanidan asosiy
Uzbek fanidan
mavzulari potok
asosidagi multiservis
'aliyyil a'ziym
billahil 'aliyyil
illaa billahil
quvvata illaa
falah' deganida
Kompyuter savodxonligi
bo’yicha mustaqil
'alal falah'
Hayya 'alal
'alas soloh
Hayya 'alas
mavsum boyicha


yuklab olish