Текст подпрограммы и версий mlc4r_p.zip |
Тексты тестовых примеров tmlc4r_p.zip |
Решение задачи целочисленного линейного программирования модифицированным методом Юнга.
Постановка задачи: найти максимум (a, x) при условиях:
Ax ≤ b n ∑ x j ≤ L , j =1 где x ≥ 0 - целый вектор длины n, a - заданный целый вектор длины n, A - заданная целая матрица размеров m*n, b ≥ 0 - заданный целый вектор длины m, L > 0 - заданное целое число.
Для решения задачи используется оригинальная модификация метода Юнга. Эта модификация удобна, когда матрица A слабо заполнена. Ненулевые элементы матрицы хранятся компактно в одномерном массиве в виде ai j*1000 + j. В отдельном целочисленном массиве длины m хранятся количества ненулевых элементов в строках матрицы A. В процессе вычислений преобразуется только небазисная матрица размеров n * n .
Т.Ху. Целочисленное программирование и потоки в сетях. Изд - во "Мир", М., 1974.
procedure MLC4R(var NA :Array of Integer; var NS :Array of Integer; var NAI :Array of Integer; var NAJ :Array of Integer; L :Integer; var NB :Array of Integer; var NR :Array of Integer; M :Integer; N :Integer; N1 :Integer; MN :Integer; var IT :Integer; TMAX :Real; var IERR :Integer);
Параметры
NA - | заданный целый массив длины MN, в котором упакованы ненулевые элементы матрицы A (по строкам) по формуле ai j * 1000 + j; |
NS - | заданный целый вектор длины m, содержащий количество ненулевых элементов в строках матрицы A; |
NAI - | заданный вектор правых частей длины m (тип: целый); |
NAJ - | заданный вектор коэффициентов линейной формы длины n (тип: целый); |
L - | заданная целая переменная (верхняя граница на сумму компонент вектора x); |
NB - | целый рабочий массив размеров (n + 1) * (n + 1); |
NR - | целый рабочий вектор длины 4 * (m + n + 2), на выходе в первых (m + n + 2) элементах вектора NR находится решение; |
M - | M = m, целая переменная, число строк в матрице A; |
N - | N = n, целая переменная, число столбцов в матрице A; |
N1 - | N1 = n + 1, размер рабочей матрицы; |
MN - | число ненулевых элементов в матрице A, тип целый; |
IT - | заданное максимальное число итераций, на выходе - выполненное число итераций, тип целый; |
TMAX - | заданное максимальное время работы программы (в секундах), тип вещественный; |
IERR - | целая переменная, указывающая причину окончания счета; |
IERR= 1 - | найдено оптимальное решение; |
IERR= 2 - | выполнено заданное число итераций; |
IERR= 3 - | истекло время; |
IERR=65 - |
выполнилось ограничение
n ∑ x j = L j =1 |
Версии: нет
Вызываемые подпрограммы: UTMN05
Замечания по использованию
Для упаковки ненулевых элементов матрицы A удобно воспользоваться
вспомогательной подпрограммой IW(( I - 1)/2 + 1) = IV( I ) + IV( I + 1)*1000. Таким образом, если в векторе IV перечислить номера столбцов и значения ненулевых элементов матрицы A (по строкам) в виде: номер столбца, значение элемента матрицы, номер столбца, значение ... и т.д., то обратившись к подпрограмме UTMLC мы получим требуемое представление исходной информации. Вектор - решение хранится в первых m + n + 1 элементах вектора NR, причем NR (1) - значение линейной формы, NR (2) ÷ NR (m + 1) - невязки в ограничениях, равные b - Ax, NR (m + 2) ÷ NR (m + n + 1) - компоненты вектора x. Счет можно закончить по заданному числу итераций или по времени. При этом вектор x может не быть оптимальным, но обязательно будет допустимым. Если ограничения в задаче имеют вид Ax ≥ b, b ≥ 0, x ≥ 0, целые, то иногда может помочь замена переменных yj = K - xj, где K ≥ xj для всех j = 1, ..., n. Подставим xj = K - yj в функционал и систему ограничений: найти max (- a, y) при условиях - Ay + AK ≥ b или Ay ≤ AK - b, где K - вектор - столбец, все элементы которого равны K. n n ∑ yj = nK - ∑ x j j =1 j =1 n ∑ yj ≤ nK j =1 Если вектор AK - b ≥ 0, то задача имеет требуемый вид. Если задача поставлена на минимум, переходим к поиску максимума, изменив знаки у вектора коэффициентов линейной формы. Количество итераций не всегда связано с размерами задачи и оценке не поддается. При IERR = 1 и IERR = 2 допустимое решение может оказаться оптимальным. Используются служебные подпрограммы: MLC4B, MLC4C, MLC4E, MLC4O, MLC4Z, MLC4W, UTMN05, UTMN06. |
Найти максимум x0 = x1 + x2 + x3 при условиях:
- 4x1 + 5x2 + 2x3 ≤ 4 - 2x1 + 5x2 ≤ 5 3x1 - 2x2 + 2x3 ≤ 6 2x1 - 5x2 ≤ 1 x1 + x2 + x3 ≤ 10 x1, x2, x3 ≥ 0, целые Решение: x0 = 5 , x1 = 3 , x2 = 2 , x3 = 0Unit TMLC4R_p; interface uses SysUtils, Math, { Delphi } Lstruct, Lfunc, UtRes_p, UTMLC_p, MLC4R_p; function TMLC4R: String; implementation function TMLC4R: String; var M1,I,IERR :Integer; NA :Array [0..9] of Integer; NB :Array [0..15] of Integer; NR :Array [0..35] of Integer; const IV :Array [0..19] of Integer = ( 1,-4,2,5,3,2,1,-2,2,5,1,3,2,-2,3,2,1,2,2,-5 ); NS :Array [0..3] of Integer = ( 3,2,3,2 ); NAI :Array [0..3] of Integer = ( 4,5,6,1 ); NAJ :Array [0..2] of Integer = ( 1,1,1 ); M :Integer = 4; N :Integer = 3; N1 :Integer = 4; MN :Integer = 10; L :Integer = 10; IT :Integer = 20; ТМАХ :Real = 60.0; begin Result := ''; { результат функции } UTMLC(IV,20,NA); MLC4R(NA,NS,NAI,NAJ,L,NB,NR, M,N,N1,MN,IT,TMAX,IERR); M1 := M+N+2; Result := Result + Format('%s',[' IERR']); Result := Result + Format('%7d ',[IERR]); Result := Result + Format('%s',[' Решение']); Result := Result + #$0D#$0A; for I:=1 to M1 do begin Result := Result + Format('%8d ',[NR[I-1]]) + #$0D#$0A; end; Result := Result + #$0D#$0A; UtRes('TMLC4R',Result); { вывод результатов в файл TMLC4R.res } exit; end; end. Unit UTMLC_p; interface uses SysUtils, Math, { Delphi } Lstruct, Lfunc; procedure UTMLC(var IV :Array of Integer; N :Integer; var IW :Array of Integer); implementation procedure UTMLC(var IV :Array of Integer; N :Integer; var IW :Array of Integer); var I,I1 :Integer; label _10; begin { УПАКОВКА } I := 1; while ( I<=N ) do begin I1 := (I-1) div 2+1; IW[I1-1] := IV[I-1]+IV[I+0]*1000; _10: inc(I,2); end; end; end. Результаты решения: IERR = 1 NR(1) ÷ NR(8) : 5 6 1 1 5 3 2 0Таким образом, (a, x) = 5, невязки по строкам матрицы условий равны, соответственно, (6, 1, 1, 5), вектор - решение x = (3, 2, 0).