Метод множників Лагранжа. Розв'язок задачі нелінійного програмування з обмеженнями-рівностями

Ідея методу множників Лагранжа при знаходженні розв'язку задачі нелінійного програмування, полягає в заміні початкової задачі дещо простішою. Для цього цільову функцію замінюють іншою, з більшою кількістю змінних і яка включає в себе умови, що подані як обмеження. Після такого перетворення подальше розв'язування задачі полягає в знаходженні екстремуму нової функції, на змінні якої не накладено ніяких обмежень. Тобто від початкової задачі пошуку умовного екстремуму переходимо до задачі відшукання безумовного екстремального значення іншої функції, яке визначається з допомогою необхідної умови існування екстремуму. Тобто, для розв'язування задачі необхідно знайти вирази частинних похідних нової цільової функції за кожною змінною і прирівняти їх до нуля. В результаті отримаємо систему рівнянь. Її розв'язок визначає так звані стаціонарні точки, серед яких є і шукані екстремальні значення функції.

Далі, розглянемо даний процес більш детально, та застосуємо метод множників Лагранжа для розв’язування задачі нелінійного програмування, що має вигляд:

Читати повністю

Задача нелінійного програмування. Математична модель задачі нелінійного програмування

Досить детально розглянута в розділах, присв'ячених лінійному програмуваню, задача пошуку оптимальних обсягів виробництва грунтується на припущеннях про лінійність зв'язку між витратами ресурсів і обсягами виготовленої продукції; між ціною, рекламою та попитом тощо. Якщо такі зв'язки є нелінійними, то більш адекватні математичні моделі доцільно формулювати в термінах нелінійного програмування.

Нехай для деякої виробничої системи необхідно визначити план випуску продукції, за умови найкращого способу використання ресурсів системи. Відомі загальні запаси кожного ресурсу, норми витрат кожного ресурсу на одиницю продукції та ціна реалізації одиниці виготовленої продукції. Критерії оптимальності можуть бути різноманітними, наприклад максимізація виручки від реалізації продукції. Така умова подається лінійною залежністю загальної виручки від обсягів проданого товару та ціни одиниці продукції.

Однак, загально відомим є факт, що за умов ринкової конкуренції питання реалізації продукції є досить складним. Обсяг збуту кінцевої продукції визначається перш за все її ціною, отже в якості цільової функції доцільно розглядати максимізацію не всієї виготовленої, а лише реалізованої продукції. Тоді необхідно визначити також і оптимальне значення ціни одиниці продукції, при якій обсяг збуту буде максимальним. Для цього, її потрібно ввести в задачу як невідому величину, при цьому обмеження задачі мають враховувати зв'язки між ціною, рекламою та обсягами збутої продукції. Цільова функція міститиме добуток двох невідомих величин (оптимальна ціна одиниці продукції та оптимальна кількість відповідного виду продукції), а отже є нелінійною. Таким чином приходимо до задачі нелінійного програмування.

Читати повністю