Introduction to Algorithms, Third Edition



Download 4,84 Mb.
Pdf ko'rish
bet568/618
Sana07.04.2022
Hajmi4,84 Mb.
#534272
1   ...   564   565   566   567   568   569   570   571   ...   618
Bog'liq
Introduction-to-algorithms-3rd-edition

Lemma 29.3
Let
I
be a set of indices. For each
j
2
I
, let
˛
j
and
ˇ
j
be real numbers, and let
x
j
be a real-valued variable. Let
be any real number. Suppose that for any settings
of the
x
j
, we have
X
j
2
I
˛
j
x
j
D
C
X
j
2
I
ˇ
j
x
j
:
(29.78)
Then
˛
j
D
ˇ
j
for each
j
2
I
, and
D
0
.
Proof
Since equation (29.78) holds for any values of the
x
j
, we can use particular
values to draw conclusions about
˛
,
ˇ
, and
. If we let
x
j
D
0
for each
j
2
I
,
we conclude that
D
0
. Now pick an arbitrary index
j
2
I
, and set
x
j
D
1
and
x
k
D
0
for all
k
¤
j
. Then we must have
˛
j
D
ˇ
j
. Since we picked
j
as any
index in
I
, we conclude that
˛
j
D
ˇ
j
for each
j
2
I
.
A particular linear program has many different slack forms; recall that each slack
form has the same set of feasible and optimal solutions as the original linear pro-
gram. We now show that the slack form of a linear program is uniquely determined
by the set of basic variables. That is, given the set of basic variables, a unique slack
form (unique set of coefficients and right-hand sides) is associated with those basic
variables.
Lemma 29.4
Let
.A; b; c/
be a linear program in standard form. Given a set
B
of basic variables,
the associated slack form is uniquely determined.
Proof
Assume for the purpose of contradiction that there are two different slack
forms with the same set
B
of basic variables. The slack forms must also have
identical sets
N
D f
1; 2; : : : ; n
C
m

B
of nonbasic variables. We write the first
slack form as
´
D
C
X
j
2
N
c
j
x
j
(29.79)
x
i
D
b
i
X
j
2
N
a
ij
x
j
for
i
2
B ;
(29.80)
and the second as
´
D
0
C
X
j
2
N
c
0
j
x
j
(29.81)
x
i
D
b
0
i
X
j
2
N
a
0
ij
x
j
for
i
2
B :
(29.82)


29.3
The simplex algorithm
877
Consider the system of equations formed by subtracting each equation in
line (29.82) from the corresponding equation in line (29.80). The resulting sys-
tem is
0
D
.b
i
b
0
i
/
X
j
2
N
.a
ij
a
0
ij
/x
j
for
i
2
B
or, equivalently,
X
j
2
N
a
ij
x
j
D
.b
i
b
0
i
/
C
X
j
2
N
a
0
ij
x
j
for
i
2
B :
Now, for each
i
2
B
, apply Lemma 29.3 with
˛
j
D
a
ij
,
ˇ
j
D
a
0
ij
,
D
b
i
b
0
i
, and
I
D
N
. Since
˛
i
D
ˇ
i
, we have that
a
ij
D
a
0
ij
for each
j
2
N
, and since
D
0
,
we have that
b
i
D
b
0
i
. Thus, for the two slack forms,
A
and
b
are identical to
A
0
and
b
0
. Using a similar argument, Exercise 29.3-1 shows that it must also be the
case that
c
D
c
0
and
D
0
, and hence that the slack forms must be identical.
We can now show that cycling is the only possible reason that S
IMPLEX
might
not terminate.
Lemma 29.5
If S
IMPLEX
fails to terminate in at most
n
C
m
m
iterations, then it cycles.
Proof
By Lemma 29.4, the set
B
of basic variables uniquely determines a slack
form. There are
n
C
m
variables and
j
B
j D
m
, and therefore, there are at most
n
C
m
m
ways to choose
B
. Thus, there are only at most
n
C
m
m
unique slack forms.
Therefore, if S
IMPLEX
runs for more than
n
C
m
m
iterations, it must cycle.
Cycling is theoretically possible, but extremely rare. We can prevent it by choos-
ing the entering and leaving variables somewhat more carefully. One option is to
perturb the input slightly so that it is impossible to have two solutions with the
same objective value. Another option is to break ties by always choosing the vari-
able with the smallest index, a strategy known as
Bland’s rule
. We omit the proof
that these strategies avoid cycling.
Lemma 29.6
If lines 4 and 9 of S
IMPLEX
always break ties by choosing the variable with the
smallest index, then S
IMPLEX
must terminate.
We conclude this section with the following lemma.


878
Chapter 29
Linear Programming
Lemma 29.7
Assuming that I
NITIALIZE
-S
IMPLEX
returns a slack form for which the basic so-
lution is feasible, S
IMPLEX
either reports that a linear program is unbounded, or it
terminates with a feasible solution in at most
n
C
m
m
iterations.
Proof
Lemmas 29.2 and 29.6 show that if I
NITIALIZE
-S
IMPLEX
returns a slack
form for which the basic solution is feasible, S
IMPLEX
either reports that a linear
program is unbounded, or it terminates with a feasible solution. By the contra-
positive of Lemma 29.5, if S
IMPLEX
terminates with a feasible solution, then it
terminates in at most
n
C
m
m
iterations.
Exercises
29.3-1
Complete the proof of Lemma 29.4 by showing that it must be the case that
c
D
c
0
and
D
0
.
29.3-2
Show that the call to P
IVOT
in line 12 of S
IMPLEX
never decreases the value of
.
29.3-3
Prove that the slack form given to the P
IVOT
procedure and the slack form that the
procedure returns are equivalent.
29.3-4
Suppose we convert a linear program
.A; b; c/
in standard form to slack form.
Show that the basic solution is feasible if and only if
b
i
0
for
i
D
1; 2; : : : ; m
.
29.3-5
Solve the following linear program using S
IMPLEX
:
maximize
18x
1
C
12:5x
2
subject to
x
1
C
x
2
20
x
1
12
x
2
16
x
1
; x
2
0 :


29.4
Duality
879
29.3-6
Solve the following linear program using S
IMPLEX
:
maximize
5x
1
3x
2
subject to
x
1
x
2
1
2x
1
C
x
2
2
x
1
; x
2
0 :
29.3-7
Solve the following linear program using S
IMPLEX
:
minimize
x
1
C
x
2
C
x
3
subject to
2x
1
C
7:5x
2
C
3x
3
10000
20x
1
C
5x
2
C
10x
3
30000
x
1
; x
2
; x
3
0 :
29.3-8
In the proof of Lemma 29.5, we argued that there are at most
m
C
n
n
ways to choose
a set
B
of basic variables. Give an example of a linear program in which there are
strictly fewer than
m
C
n
n
ways to choose the set
B
.
29.4
Duality
We have proven that, under certain assumptions, S
IMPLEX
terminates. We have not
yet shown that it actually finds an optimal solution to a linear program, however.
In order to do so, we introduce a powerful concept called

Download 4,84 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   ...   564   565   566   567   568   569   570   571   ...   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