1. 线性规划的标准问题
首先来看线性规划的标准问题:
mins.t.cT⋅xAx=b,xi≥0
A∈Rm×n,x∈Rn,c∈Rn,且要求 Rank(A)=m(A 是行满秩矩阵)。
下面是一些基本概念的定义:
设 B 为 A 中任意非奇异的 m×m 阶子矩阵(|B|≠0),则称 B 为此规划的一个基,令 B=(Pj1,…,Pjm),下标 {j1,j2,…,jm}∈{1,2,…,n},对应的记 xB={xj1,xj2,…,xjm} 为基变量,其余为非基变量。
令非基变量均为 0,则有:
Bxb=b
一些概念:
- 基本解:xN=0,xB=B−1b(这样记,由基构成的解)
- 可行解:若最终求得的向量 x 满足约束,Ax=b,x≥0,这样的解为可行解(或叫容许解);
- 基本可行解:同时满足基本解,可行解的解,也即 xN=0,xB=B−1b≥0 的为基本可行解;
2. 判别定理
BxB+NxN=b⇓xB=B−1b−B−1NxN
根据 A=(B,N) 的拆分形式,对其做进一步的推导:
x0====cTx(cTB,cTN)(xBxN)cTBxB+cTNxNcTBB−1b−(cTBB−1N−cTN)xN
因为 cTBB−1 常常出现,又进一步称其为单纯性子。对上式移项调整,进一步可得:
x0+(cTBB−1N−cTN)xN=cTBB−1b,(cTBB−1B−cTB)xB=0⇓x0+(cTBB−1B−cTB)xB+(cTBB−1N−cTN)xN=cTBB−1bx0+(cTBB−1A−cT)x=cTBB−1b
设 B 为线性规划的一个基,若 B−1b≥0,且有 cTBB−1A−cT≥0,则对应于 B 的基本解式必是线性规划问题的最优解。
- B−1b≥0 ⇒ 基本可行解;
- cTBB−1A−cT≥0 ⇒ x0≤cTBB−1b
3. 单纯形表
单纯形表与基向量 B 有关,
T(B)=[cTBB−1bB−1bcTBB−1A−cTB−1A]
其中:
- cTBB−1b 是标量;
- cTBB−1A−cT 是行向量;
- B−1b 是列向量;
- B−1A 是矩阵;