-***- Alkalmazott optimalizálás és játékelmélet (VITMD097) -***-
=================================================================
Folytonos változójú lineáris és nemlineáris programok megoldása. Elméleti
háttér, modellezés, megoldó algoritmusok és klasszikus alkalmazások.
* Tematika
** 1. előadás
Bevezetés a lineáris programozásba. A modellezés lépései, terminológia,
modellfeltevések. A lineáris programok általános formája. Mátrixalak.
Maximalizálás és minimalizálás, áttérés a kettő közt. A
kényszerfeltételek formái, áttérés. Példák: termelésoptimalizálás,
szállítási probléma, folyamprobléma, többtermékes folyamok,
portfólióoptimalizálás. Lineáris algebrai alapfogalmak, lineáris
egyenletrendszerek, bázisok.
Az előadás fóliái
** 2. előadás
Lineáris programok megoldása. A konvex analízis alapjai, konvex
kombináció, konvex halmazok, konvex és konkáv függvények, lokális és
globális optimum, konvex függvények minimalizálása konvex
tartományon. Hipersíkok, félterek, extrém pontok, konvex poliéderek,
Minkowski-Weyl tétele, az optimális megoldások és az extrém pontok
összefüggései. Lineáris programok grafikus megoldása, a megengedett
tartomány (korlátos, nem korlátos, üres), optimális megoldások (egyedi,
alternatív, nem korlátos).
Az előadás fóliái
** 3. előadás
A szimplex algoritmus. Bázisok, bázismegoldások, megengedett
bázismegoldások, degenerált bázismegoldás. A szimplex algoritmus alapjai,
indítás megengedett bázismegoldásról, áttérés a nembázis változók terére,
új változó felvétele a bázisba, változó kiléptetése a bázisból,
végződtetés, optimalitás.
Az előadás fóliái
** 4. előadás
A szimplex tábla és alkalmazása. A szimplex algoritmus végződtetése,
egyedi és alternatív optimális megoldások, nem korlátos megoldások. A
degeneráció fogalma. Komplexitás (elméleti és gyakorlati). A szimplex
tábla. Példák megoldása a szimplex tábla segítségével
Az előadás fóliái
** 5. előadás
A lineáris programozás dualitáselmélete. Lineáris programozás optimális
megoldásainak jellemzése, a Karush-Kuhn-Tucker (KKT) feltételek, példák.
Lineáris programok duáljai, a duális lineáris program tulajdonságai, a
dualitás gyenge és erős tétele. A duál feladat közvetlen megoldása a
primál szimplex algoritmus segítségével. Farkas lemmája
Az előadás fóliái
** 6. előadás
A duál szimplex algoritmus. Primál optimális (duál megengedett) és
primál megengedett (duál optimális) bázisok. A duál közvetlen megoldása
a duál szimplex algoritmussal, változó kiléptetése a bázisból, új változó
felvétele a bázisba, a duál szimplex tábla. A lineáris programozás
klasszikus alkalmazásai, példák megoldása a primál szimplex és a duál
szimplex segítségével
Az előadás fóliái
** 7. előadás
A szimplex indítása, kezdeti bázis keresése, a mesterséges változók
módszere, példák. Lineáris programok megoldásának analízise.
Érzékenységvizsgálat: a célfüggvény megváltoztatása. Paraméteranalízis:
a RHS perturbációja.
Az előadás fóliái
** 8. előadás
A lineáris programozás klasszikus alkalmazásai. Termelésoptimalizálás.
Hozzárendelési probléma: folytonos eset. Arbitrázsárazás.
Az előadás fóliái
** 9. előadás
Nemlineáris programok általános alakja, feltételes és feltételmentes
programok, konvex programok, lokális is globális minimumok kapcsolata
nemkonvex tartomány és/vagy nemkonvex célfüggvény mellett. Optimalitási
feltételek, a differenciálhatóság szerepe, a javítóirányok és megengedett
javítóirányok fogalma, konvex programok optimalitása és a megengedett
javítóirányok kapcsolata. Egyszerű nemlineáris programok megoldása, a
megengedett irányok módszere, megengedett javítóirány keresése, a
lépésköz megválasztása, egyenes menti keresés
Az előadás fóliái
** 10. előadás
Feltételmentes optimalizálás: egyenes menti keresés, a keresési tartomány
fogalma, konvex függvények szélsőértékeinek tulajdonságai,
nemdifferenciálható függvények minimumának megadása dichotóm kereséssel,
differenciálható függvények minimumának megadása bináris kereséssel.
Többdimenziós feltételmentes minimumkeresés, a legmeredekebb irányok
módszere. Nemlineáris programok általános megoldása, belső és külső
büntetőfüggvények alkalmazása, a büntetőfüggvények leggyakoribb
megválasztása, a két módszer összehasonlítása
Az előadás fóliái
* Szóbeli vizsga: tételsor
* Gyakorlófeladatok
A szimplex táblák használatának elsajátításához rendelkezésre áll egy
rövid segédlet, illetve pár egyszerű GNU Octave/MATLAB szkript. A
szkriptek standard alakban adott maximalizálási problémákat oldanak meg
egy megadott kezdeti bázisról, és a szimplex algoritmus minden
iterációjában kiírják a kapott szimplex táblákat.
Letöltések:
- Segédlet a GNU Octave/MATLAB szoftverek használatához
- GNU Octave/MATLAB primál szimplex algoritmus
- GNU Octave/MATLAB duál szimplex algoritmus
- Gyakorlófeladatok
* Ajánlott irodalom
Mokhtar S. Bazaraa, John J. Jarvis, and Hanif D. Sherali. "Linear
Programming and Network Flows", John Wiley and Sons, New York, 2nd
edition, 1990.
Mokhtar S. Bazaraa, Hanif D. Sherali, C. M. Shetty. "Nonlinear
Programming: Theory and Algorithms", 3rd ed., Wiley Interscience, 2006.
D. G. Luenberger, Yinyu Ye. "Linear and Nonlinear Programming", 3rd
Edition, Springer. 2008.
Back