シンプレックス法計算機
シンプレックス法を用いて最適化問題を解く
この計算機は、シンプレックス法(単体法)を用いて与えられた最適化問題を解きます。必要に応じて、スラック変数、余剰変数、人工変数を導入します。人工変数を用いる場合は、初期解を求めるためにビッグM法または二段階法を使用します。解法の手順も表示されます。
入力内容
制約 $$$\begin{cases} x_{1} + 2 x_{2} \leq 8 \\ x_{1} + x_{2} \leq 6 \\ x_{2} \geq 0 \\ x_{1} \geq 0 \end{cases}$$$ のもとで $$$Z = 3 x_{1} + 4 x_{2}$$$ を最大化する。
解答
標準形の問題は次のように書けます:
$$Z = 3 x_{1} + 4 x_{2} \to max$$$$\begin{cases} x_{1} + 2 x_{2} \leq 8 \\ x_{1} + x_{2} \leq 6 \\ x_{1}, x_{2} \geq 0 \end{cases}$$不等式をすべて等式にするために、スラック変数または余剰変数を追加せよ:
$$Z = 3 x_{1} + 4 x_{2} \to max$$$$\begin{cases} x_{1} + 2 x_{2} + S_{1} = 8 \\ x_{1} + x_{2} + S_{2} = 6 \\ x_{1}, x_{2}, S_{1}, S_{2} \geq 0 \end{cases}$$シンプレックス表を作成しなさい:
| Basic | $$$x_{1}$$$ | $$$x_{2}$$$ | $$$S_{1}$$$ | $$$S_{2}$$$ | 解答 |
| $$$Z$$$ | $$$-3$$$ | $$$-4$$$ | $$$0$$$ | $$$0$$$ | $$$0$$$ |
| $$$S_{1}$$$ | $$$1$$$ | $$$2$$$ | $$$1$$$ | $$$0$$$ | $$$8$$$ |
| $$$S_{2}$$$ | $$$1$$$ | $$$1$$$ | $$$0$$$ | $$$1$$$ | $$$6$$$ |
入基変数は $$$x_{2}$$$ で、Z 行における係数 $$$-4$$$ が最も負であるためです。
| Basic | $$$x_{1}$$$ | $$$x_{2}$$$ | $$$S_{1}$$$ | $$$S_{2}$$$ | 解答 | Ratio |
| $$$Z$$$ | $$$-3$$$ | $$$-4$$$ | $$$0$$$ | $$$0$$$ | $$$0$$$ | |
| $$$S_{1}$$$ | $$$1$$$ | $$$2$$$ | $$$1$$$ | $$$0$$$ | $$$8$$$ | $$$\frac{8}{2} = 4$$$ |
| $$$S_{2}$$$ | $$$1$$$ | $$$1$$$ | $$$0$$$ | $$$1$$$ | $$$6$$$ | $$$\frac{6}{1} = 6$$$ |
離基変数は$$$S_{1}$$$で、最小比だからです。
第$$$1$$$行を$$$2$$$で割る: $$$R_{1} = \frac{R_{1}}{2}$$$。
| Basic | $$$x_{1}$$$ | $$$x_{2}$$$ | $$$S_{1}$$$ | $$$S_{2}$$$ | 解答 |
| $$$Z$$$ | $$$-3$$$ | $$$-4$$$ | $$$0$$$ | $$$0$$$ | $$$0$$$ |
| $$$x_{2}$$$ | $$$\frac{1}{2}$$$ | $$$1$$$ | $$$\frac{1}{2}$$$ | $$$0$$$ | $$$4$$$ |
| $$$S_{2}$$$ | $$$1$$$ | $$$1$$$ | $$$0$$$ | $$$1$$$ | $$$6$$$ |
行$$$1$$$に行$$$2$$$の$$$4$$$倍を加える: $$$R_{1} = R_{1} + 4 R_{2}$$$.
| Basic | $$$x_{1}$$$ | $$$x_{2}$$$ | $$$S_{1}$$$ | $$$S_{2}$$$ | 解答 |
| $$$Z$$$ | $$$-1$$$ | $$$0$$$ | $$$2$$$ | $$$0$$$ | $$$16$$$ |
| $$$x_{2}$$$ | $$$\frac{1}{2}$$$ | $$$1$$$ | $$$\frac{1}{2}$$$ | $$$0$$$ | $$$4$$$ |
| $$$S_{2}$$$ | $$$1$$$ | $$$1$$$ | $$$0$$$ | $$$1$$$ | $$$6$$$ |
第$$$3$$$行から第$$$2$$$行を引く: $$$R_{3} = R_{3} - R_{2}$$$。
| Basic | $$$x_{1}$$$ | $$$x_{2}$$$ | $$$S_{1}$$$ | $$$S_{2}$$$ | 解答 |
| $$$Z$$$ | $$$-1$$$ | $$$0$$$ | $$$2$$$ | $$$0$$$ | $$$16$$$ |
| $$$x_{2}$$$ | $$$\frac{1}{2}$$$ | $$$1$$$ | $$$\frac{1}{2}$$$ | $$$0$$$ | $$$4$$$ |
| $$$S_{2}$$$ | $$$\frac{1}{2}$$$ | $$$0$$$ | $$$- \frac{1}{2}$$$ | $$$1$$$ | $$$2$$$ |
入基変数は $$$x_{1}$$$ で、Z 行における係数 $$$-1$$$ が最も負であるためです。
| Basic | $$$x_{1}$$$ | $$$x_{2}$$$ | $$$S_{1}$$$ | $$$S_{2}$$$ | 解答 | Ratio |
| $$$Z$$$ | $$$-1$$$ | $$$0$$$ | $$$2$$$ | $$$0$$$ | $$$16$$$ | |
| $$$x_{2}$$$ | $$$\frac{1}{2}$$$ | $$$1$$$ | $$$\frac{1}{2}$$$ | $$$0$$$ | $$$4$$$ | $$$\frac{4}{\frac{1}{2}} = 8$$$ |
| $$$S_{2}$$$ | $$$\frac{1}{2}$$$ | $$$0$$$ | $$$- \frac{1}{2}$$$ | $$$1$$$ | $$$2$$$ | $$$\frac{2}{\frac{1}{2}} = 4$$$ |
離基変数は$$$S_{2}$$$で、最小比だからです。
第$$$2$$$行を$$$2$$$倍する: $$$R_{2} = 2 R_{2}$$$.
| Basic | $$$x_{1}$$$ | $$$x_{2}$$$ | $$$S_{1}$$$ | $$$S_{2}$$$ | 解答 |
| $$$Z$$$ | $$$-1$$$ | $$$0$$$ | $$$2$$$ | $$$0$$$ | $$$16$$$ |
| $$$x_{2}$$$ | $$$\frac{1}{2}$$$ | $$$1$$$ | $$$\frac{1}{2}$$$ | $$$0$$$ | $$$4$$$ |
| $$$x_{1}$$$ | $$$1$$$ | $$$0$$$ | $$$-1$$$ | $$$2$$$ | $$$4$$$ |
行$$$3$$$を行$$$1$$$に加える: $$$R_{1} = R_{1} + R_{3}$$$.
| Basic | $$$x_{1}$$$ | $$$x_{2}$$$ | $$$S_{1}$$$ | $$$S_{2}$$$ | 解答 |
| $$$Z$$$ | $$$0$$$ | $$$0$$$ | $$$1$$$ | $$$2$$$ | $$$20$$$ |
| $$$x_{2}$$$ | $$$\frac{1}{2}$$$ | $$$1$$$ | $$$\frac{1}{2}$$$ | $$$0$$$ | $$$4$$$ |
| $$$x_{1}$$$ | $$$1$$$ | $$$0$$$ | $$$-1$$$ | $$$2$$$ | $$$4$$$ |
$$$2$$$行から$$$3$$$行の$$$\frac{1}{2}$$$倍を引く: $$$R_{2} = R_{2} - \frac{R_{3}}{2}$$$
| Basic | $$$x_{1}$$$ | $$$x_{2}$$$ | $$$S_{1}$$$ | $$$S_{2}$$$ | 解答 |
| $$$Z$$$ | $$$0$$$ | $$$0$$$ | $$$1$$$ | $$$2$$$ | $$$20$$$ |
| $$$x_{2}$$$ | $$$0$$$ | $$$1$$$ | $$$1$$$ | $$$-1$$$ | $$$2$$$ |
| $$$x_{1}$$$ | $$$1$$$ | $$$0$$$ | $$$-1$$$ | $$$2$$$ | $$$4$$$ |
Z行の係数はすべて非負です。
最適解に到達しました。
次の解が得られます: $$$\left(x_{1}, x_{2}, S_{1}, S_{2}\right) = \left(4, 2, 0, 0\right)$$$.
解答
$$$Z = 20$$$A は $$$\left(x_{1}, x_{2}\right) = \left(4, 2\right)$$$A において達成される。