大M法

數學中的解題方法

大M法(big M method)是線性規劃問題的約束條件(=)等式或(≥)大於型時,使用人工變數法后,尋找其初始基可行解的一種方法。

定律定義


線性規劃問題的約束條件中加人工變數后,要求在目標函數中相應地添加認為的M或一M為係數的項。在極大化問題中,對人工變數賦於一M作為其係數;在極小化問題中,對人工變數賦於一個M作為其係數,M為一任意大(而非無窮大)的正數。把M看作一個代數符號參與運算,用單純形法求解,故稱此方法為大M法。

求解步驟


應用單純形法在改進目標函數的過程中,如果原問題存在最優解,必然使人工變數逐步變為非基變數,或使其值為零。否則,目標函數值將不可能達到最小或最大。在迭代過程中,若全部人工變數變成非基變數,則可把人工變數所在的列從單純形表中刪去,此時便找到原問題的一個初始基可行解。若此基可行解不是原問題的最優解,則繼續迭代,直至所有的檢驗數都小於等於0,求得最優解為止。

方法應用


大M法
大M法
用單純形法求解線性規劃問題:
大M法
大M法
先將其化為標準形式,有這種情況可以添加兩列單位列向量P,P,連同約束條件中的向量P構成單位矩陣
大M法
大M法
P,P是人為添加上去的,它相當於在上述問題的約束條件中添加變數x,x,變數x,x相應地稱為人工變數。由於約束條件在添加人工變數前已經是等式,為使這些等式得到滿足,因此在最優解中人工變數取值必須為零。添加人工變數后,數學模型形式就變為:
大M法
大M法
該模型中P,P,P對應的變數x,x,x為基變數,令非基變數x,x,x,x等於0,即得到初始基可行解X=(0,0,0,4,0,1,9),並列出初始單純形表。在單純形法迭代運算中,M可當作一個數學符號一起參加運算。檢驗數中含M符號的,當M的係數為正時,該檢驗數為正;當該M的係數為負,該項檢驗數為負。用單純形法求解的過程見下表:
C→(目標函數係數)-31-M-M
Cbxxxxxxx
x41111
-Mx1-2[1]-1-11
-Mx931
c-z-2M-34M1-M
x33211-1
x1-21-1-11
-Mx6[6]43-31
c-z6M-34M+13M-4M
x1-1/2-1/2-1/2
x311/31/3
-3x112/31/2-1/21/6
c-z33/2-M-3/2-M+1/2
x1-1/21/2-1/2
x5/2-1/21-1/41/41/4
1x3/23/213/4-3/41/4
c-z-9/2-3/4-M+3/4-M-1/4
關於大M法的單純形表可以和兩階段法進行對比參照,可以發現二者很大程度上是相同的。
合併圖冊
合併圖冊
註:括弧內表示主元素。