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线性规划的对偶问题(The Dual of LP)

对偶理论是线性规划中最重要的理论之一,是深入了 解线性规划问题结构的重要理论基础。同时,由于问题提 出本身所具有的经济意义,使得它成为对线性规划问题系 统进行经济分析和敏感性分析的重要工具。那么,对偶问 题是怎样提出的,为什么会产生这样一种问题呢?

一、引例

**引例:**两个家具制造商间的对话如下:

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王老板生产桌子和椅子两种产品,桌子的单价是50元,生产一张桌子需要4个木工工时,2个油漆工工时,椅子的单价为30元,生产一把椅子需要3个木工工时,1个油漆工工时,王老板总计有120个木工工时和50个油漆工工时。

此时,王老板考虑两个问题:第一个自己用木工和油漆工最多能赚多少钱,第二个把木工和油漆工出租出去不能低于自己赚的钱(不吃亏原则),并且出租的价格要尽可能低,使得李老板可以接受(竞争性原则)

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家具生产模型称为原始线性规划问题,也称为原问题,记为(P,Primal)。该模型解决的问题是,如何利用有限的资源最大化生产收益。

资源出租模型称为对偶线性规划问题,也称为对偶问题,记为(D,Dual)。该模型解决的问题是,如何进行资源最小化定价(竞争性原则),使得资源售卖的收益不低于自己生产所获的最大生产收益(不吃亏原则)。y为对偶变量,也称为影子价格

这里我们仔细观察一下资源出租模型,第一条约束是讲售卖4单位木工工时和2单位油漆工时的收益要大于50,50刚好是生产一张桌子的收益,生产一张桌子正好是需要4单位木工工时和2单位油漆工工时。第一条约束就是说,生产1个桌子所需的资源的售卖收益,要大于生产1个桌子的销售收益。第二条约束,生产1个椅子所需的资源售卖收益,要大于生产1个椅子的销售收益,约束条件的目标就是要求不吃亏。目标函数是希望资源出售的总价最低,目标就是满足市场竞争性原则。

那么王老板按照资源出租模型(对偶规划问题),求解就可以获得其出租木工、油漆工资源的价格,这样既能保证不吃亏(出租资源的租金收入并不低于自己生产时的销售收入),又是的出租价格对李老板有极大的吸引力(李老板所付出的总租金W最少)。本质上,是一种“共赢”。

二、对偶问题的形式

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原问题和对偶问题的转换:

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三、对偶定理(The Dual Theorem)

我们以对称型对偶问题为例(非对称型问题可以转化为对称型问题),来讲解对偶定理。

性质1: 对称性定理

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性质2: 弱对偶原理(弱对偶性)

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性质3: 最优性定理

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性质4: 强对偶性

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性质5: 互补松弛性

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四、影子价格(Shadow Prices)

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