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3.2 两变量等级目标规划的图解法
传统的线性规划的图解法,是从诸个极点中选择一个能使目标函数值取得最大(或最小)的极点。而只含有两个变量的等级目标规划的图解法,则是按照优先等级的次序求得一个解的区域,并且逐步将区域缩小到一个点。若在可行区域内首先找到一个能使P1级各目标均能满足的区域R1, 则再在R1中寻找一个能使P2级各目标均能满足的区域R2
(显然R1>R2), 如此继续下去,直到找到一个区域R3满足P3级的各目标,这个R3即为问题的解。 其中,Rj称为第j级的解空间。若某一个Rj(1≤j≤s)已缩小到一个点,则计算应终止, 这一点即为最优解,它只能满足P1,P2,…,Pj级目标, 而无法进一步改善以满足 Pj+1,…,Ps 各级目标。目标规划图解法的具体计算步骤如下:
1、根据给定的所有目标与约束条件,作出相应的直线图形;
2、根据偏差变量变化方向,确定第一优先级P1级各目标的解空间R1;
3、转到下一个优先级Pj级各目标,确定它的"最佳"解空间Rj, 这里"最佳"的含义是指这个解空间不允许影响已得到的较高级别目标的最优性,并满足
;
4、在求解过程中,若解空间Rj已缩小为一点,则求解过程结束, 因为已没有进一步改进的可能;
5、重复第3步和第4步过程,直到解空间缩小为一点,或所有s个优先级都已搜索过时为止。
[例4-3-4]用图解法解在例4-3-3中引进优先等级因子后的目标规划模型。
解:在例4-3-3中引进优先等级因子后的目标规划模型为:

在平面直角坐标系上作出上述约束条件直线图,如图4-3-1(a)所示。

首先, 确定第一优化级P1目标的解空间R1, 需要使 最小, 取 =0
。 同时,为增加产量,充分扩大工序生产能力,令 =0,由此得 + =160, 再因为 与 、 与 不能同时大于0, 所以令在第二个约束条件G2和第三个约束条件G3中的 和 分别为0, 并在 + =160的条件下, 将式G2和G3相加得 3X1+2X2- - =180, 即3X1+2X2=340。这表明第一优化级目标的最机解空间R1是条直线AB,如图4-3-1(b)所示。
然后, 确定第二优化级P2级目标的解空间R2。 由于在对应的约束条件G5中, 正偏差是不允许的, 必须有 =0; 同时要求 最小,则在不影响P1级目标最优性前提下可取 =0实现P2级的目标, 从而得到第二优先级的解空间R2, 这时的解空间已缩小为一点, 得到了目标规划模型的最优解为X1=200/3,X2=70, =320, =310/3和 =170/3, 边际贡献=b1= =1000=320=680
,即为图中的C点,同时实现了P1和P2级的目标, 但P3和P4级的目标不能完全实现,求解过程至此结束。
[例4-3-5] 用图解法解下列目标规划模型
解:在平面直角坐标系上作出上述约束条件直线图。然后考虑第一优先级P1的两个目标 和 同时最小,取 = =0,P1级中的目标同时实现,满足P1级目标的解空间R1,如图4-3-2(a)中所画的阴影区域部分所示。

图 4-3-2(a) 图解法P1级届空间R1的确定 图
4-3-2(b) 图解法P2级解空间的确定
再考虑第二优先级P2的目标,需要求min 。从图4-3-2(a)可以看出,在不影响级P1目标的前提下,直线G3上方的区域可通过使 =0来确定,实现P2级目标, 从而得到第二优先级的解空间R2,如图4-3-2(b)所示。
接着考虑第三优先级P3的目标,需要求min 。从图4-3-2(b)可以看出,在不影响P1,P2级目标的前提下,通过使 =0只要在R2中去掉 >0的部分,即得第三优先级的解空间R3,如图4-3-2(c)所示。
图 4-3-2(c)图解法P3级解空间R3的确定
最后只剩下考虑最低优先级P4了,需要求min 。考察图4-3-2(c)中的R3及直线G5, 可以清楚地看到要使 =0,解必须在直线G5的下方,而R3位于G5的上方, 所以 已不可能在不影响已确定的较高优先级目标的情况下取零值。为了保证不影响较高优先级的目标,在R3的边界线AC上选择一点,使其对应的 之值尽可能地小。为此,通过约束条件G5比较点A及点C处的 值。 在点A(0,8)处 =8, 在点C(6,3.2)处 =11.6, 故确定点A为解,因为这是R3中最靠近直线
的一点。至此, 解空间已缩小到一点A,从而在这一点上已得到了最优的解 =0和 =8。它同时实现了P1,P2和P3级的目标,但对P4极目标却不能完全实现,比预定的目标多出一个单位。
对含有多个变量的等级目标规划模型,要用单纯形法来求解,求解原理与图解法相同。
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