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第十三讲第十三讲 线性规划新算法:椭球法线性规划新算法:椭球法及及 karmarkar算法算法1 新算法 产 生的背景 2 椭球法思路 3 Karmrkar算法思路1 新算法新算法 产产 生的背景生的背景 ( 1)1 LP与单纯形 单纯形的黄金时代(二十世纪七十年代前)LP模型:Min z =CTXs.t AXbX0单纯形算法把连续问题化离散问题从一个基础可行点,沿边走到另一个更好可行点单纯形算法为 LP推广起到巨大推动作用单纯形算法统治着 LP,几乎 LP等同于单纯形算法 x2x1P1 新算法新算法 产产 生的背景生的背景 ( 2)1972年前未遇到任何问题,人们也不想寻找其它方法2单纯形法遇到新挑战 二十世纪七十年代,发现单纯形算法在理论上不是好算法。(i)算法分类:P(多项式)算法 :计算量随时规模增大呈多项式增长(幂 函数) ,例 n2NP(指数 )算法 :计算量呈指数增长 ,例 2n显然, P算法是好算法(这里指算法中的最坏情况)(ii)有人问 LP的单纯形算法属何算法?理论上一直未证明出来1 新算法新算法 产产 生的背景生的背景 ( 3)1972年, Klee构造 1个反例,证明出现了指数算法当起始点取为 x1时,将走遍所有顶点( 2n个)人们开始寻找 LP的 P算法, 2条路: 1 新算法新算法 产产 生的背景生的背景 ( 4) 1979年苏联哈奇扬( khachian)提出椭球法计算量 O(n6L2)引起轰动,但不实用 1984年,印度科学家 karmarkar(在美国贝尔实验室工作)提出算法:计算量 O(n3.5L2)平均计算量统计:单纯形算法 O(n)karmarkar算法 O(lgn)2 椭球法思路椭球法思路 ( 1)1变换问题提法:2 椭球法思路椭球法思路 ( 2)于是知,若有最优解,则构造的下述复合不等式必成立:2变换上述不等式 为 并试图求解。然后构造一个大的球体,使其必包含不等式可行解(若存在的话)对球心判断是否为可行解,若是,结束;否则,切割球 体,(切去肯定不包含可行解部分)直至找到可行解, 或证明无可行解。2 Karmrkar算法思路算法思路 ( 1)1出发点:与单纯形法不同,不沿边走,而从内部寻优。1995年 Frisch曾构造函数为:s.t AX=b当 xj 0, z ,而永不靠边走。但存在问题,收效慢(中间点寻优方法属梯度法) 2 Karmrkar算法思路算法思路 ( 2)2 Karmarkar解决 2个大问题。 定义目标势函数,按几何级数收敛,(属 P算法)变换原规划的最优解为 0,使之第 k次迭代值为:构造势函数为:2 Karmrkar算法思路算法思路 ( 3)使变换中: 从 Xk点找下一点 Xk+1点的关键是投影变换。记:设 a=(a1,a2, an)T 是 P中任一点( Karmarka算法中是 取某个可行点),设法把 P+投影到 n+1维空间的 n维单纯形去,且使 a落到形心。2 Karmrkar

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