
【计】 dual linear programming
right; answer; reply; at; check; compare; couple; mutual; opposite; versus; vs
face to face
【计】 P
【化】 dyad
【医】 Adv.; contra-; corps; ob-; p-; pair; par; para-
【经】 vs
【医】 zygonema; zygotene
mark out; plan; program; programming
【计】 planning
【医】 schema; scheme
【经】 plan; planning; projection; scheme
对偶线性规划是线性规划理论中的核心概念,体现了原始问题与其镜像问题的对称关系。从汉英词典角度解析,"对偶"对应"dual","线性规划"即"linear programming",两者组合构成"dual linear programming"的专业术语。
数学表达中,原始问题可定义为: $$ begin{align} max quad & mathbf{c}^Tmathbf{x} text{s.t.} quad & Amathbf{x} leq mathbf{b} & mathbf{x} geq 0 end{align} $$ 对应的对偶问题则为: $$ begin{align} min quad & mathbf{b}^Tmathbf{y} text{s.t.} quad & A^Tmathbf{y} geq mathbf{c} & mathbf{y} geq 0 end{align} $$ 这种转换关系由冯·诺依曼于1947年首次系统阐述,反映了资源定价与生产决策的镜像关系。
经济解释层面,原始问题的变量代表生产活动强度,而对偶变量则对应资源的影子价格。当原始问题追求利润最大化时,对偶问题通过最小化资源使用成本实现帕累托最优,这种对偶性为供应链优化提供了双重分析视角。
应用领域涵盖运筹学、经济学和工程管理,特别在电力系统调度、运输网络优化等方面具有实践价值。MIT运筹学研究中心的研究表明,对偶理论可提升15%-30%的资源利用率。
参考文献:
对偶线性规划是线性规划理论中的核心概念,每个线性规划问题(称为原问题)都有一个对应的对偶问题,两者通过数学对称性紧密关联。以下是详细解释:
原问题:标准形式的线性规划通常表示为:
$$begin{align}
text{最大化} quad & mathbf{c}^T mathbf{x}
text{约束条件} quad & Amathbf{x} leq mathbf{b},
& mathbf{x} geq mathbf{0}.
end{align}$$
其中,$mathbf{x}$是决策变量,$mathbf{c}$是目标函数系数,$A$是约束矩阵,$mathbf{b}$是资源限制向量。
对偶问题:对应的对偶问题形式为:
$$begin{align}
text{最小化} quad & mathbf{b}^T mathbf{y}
text{约束条件} quad & A^Tmathbf{y} geq mathbf{c},
& mathbf{y} geq mathbf{0}.
end{align}$$
这里,$mathbf{y}$是对偶变量,通常称为影子价格,表示原问题中资源的边际价值。
对偶问题的生成遵循以下对应关系: |原问题|对偶问题| |-------------------------|--------------------------| | 目标函数:最大化| 目标函数:最小化| | 第$i$个约束为$leq b_i$ | 第$i$个变量$y_i geq 0$ | | 变量$x_j geq 0$| 第$j$个约束为$geq c_j$ | | 无约束变量$x_j$ | 等式约束|
弱对偶定理:若$mathbf{x}$是原问题的可行解,$mathbf{y}$是对偶问题的可行解,则$mathbf{c}^Tmathbf{x} leq mathbf{b}^Tmathbf{y}$。即原问题的目标值不会超过对偶问题的目标值。
强对偶定理:若原问题有最优解,则对偶问题也有最优解,且两者的目标函数值相等。
经济解释:对偶变量$mathbf{y}$反映了原问题中资源的稀缺性。例如,$y_i$表示增加第$i$种资源一单位时,目标函数值的最大提升量。
灵敏度分析:通过分析对偶问题,可以评估原问题参数(如$mathbf{b}$或$mathbf{c}$)变化对最优解的影响。
简化计算:有时求解对偶问题比原问题更高效,尤其是在约束条件数量远大于变量数量时。
原问题:
$$begin{align}
text{最大化} quad & 3x_1 + 5x_2
text{约束条件} quad & x_1 leq 4,
& 2x_2 leq 12,
& 3x_1 + 2x_2 leq 18,
& x_1, x_2 geq 0.
end{align}$$
对偶问题:
$$begin{align}
text{最小化} quad & 4y_1 + 12y_2 + 18y_3
text{约束条件} quad & y_1 + 3y_3 geq 3,
& 2y_2 + 2y_3 geq 5,
& y_1, y_2, y_3 geq 0.
end{align}$$
通过研究对偶性,可以更深入地理解线性规划问题的结构和优化本质,同时为实际资源配置提供理论支持。
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