البرمجة الكسرية

في مجال التحسين الرياضي ، تُعدّ البرمجة الكسرية تعميمًا للبرمجة الخطية الكسرية . دالة الهدف في البرمجة الكسرية هي نسبة بين دالتين غير خطيتين في الغالب. وتصف النسبة المراد تحسينها عادةً نوعًا من كفاءة النظام.

تعريف

يتركو،ز،حج،ج=1،...،م{\displaystyle f,g,h_{j},j=1,\ldots ,m}لتكن دوال ذات قيم حقيقية معرفة على مجموعةS0Rن{\displaystyle \mathbf {S} _{0}\subset \mathbb {R} ^{n}}. يتركS={xS0:حج(x)0،ج=1،...،م}{\displaystyle \mathbf {S} =\{{\boldsymbol {x}}\in \mathbf {S} _{0}:h_{j}({\boldsymbol {x}})\leq 0,j=1,\ldots ,m\}}البرنامج غير الخطي

أقصىxSو(x)ز(x)،{\displaystyle {\underset {{\boldsymbol {x}}\in \mathbf {S} }{\text{maximize}}}\quad {\frac {f({\boldsymbol {x}})}{g({\boldsymbol {x}})}},}

أينز(x)>0{\displaystyle g({\boldsymbol {x}})>0}علىS{\displaystyle \mathbf {S} }يُطلق عليه اسم البرنامج الجزئي.

برامج الكسور المقعرة

يُطلق على البرنامج الكسري الذي تكون فيه الدالة f غير سالبة ومقعرة، والدالة g موجبة ومحدبة، ومجموعة S محدبة ، اسم البرنامج الكسري المقعر . إذا كانت g دالة خطية، فلا يلزم تقييد إشارة f . يُعد البرنامج الكسري الخطي حالة خاصة من البرنامج الكسري المقعر حيث تكون جميع الدوالو،ز،حج،ج=1،...،م{\displaystyle f,g,h_{j},j=1,\ldots ,m}هي خطوط متناغمة.

ملكيات

الوظيفةq(x)=و(x)/ز(x){\displaystyle q({\boldsymbol {x}})=f({\boldsymbol {x}})/g({\boldsymbol {x}})}تكون شبه مقعرة شبه تمامًا على S. إذا كانت f و g قابلتين للتفاضل، فإن q تكون شبه مقعرة . في برنامج كسري خطي، تكون دالة الهدف شبه خطية .

التحول إلى برنامج مقعر

عن طريق التحولy=xز(x)؛ت=1ز(x){\displaystyle {\boldsymbol {y}}={\frac {\boldsymbol {x}}{g({\boldsymbol {x}})}};t={\frac {1}{g({\boldsymbol {x}})}}}، يمكن تحويل أي برنامج كسري مقعر إلى البرنامج المقعر المكافئ الخالي من المعلمات [ 1 ]

أقصىyتS0تو(yت)رهناً بـتز(yت)1،ت0.{\displaystyle {\begin{aligned}{\underset {{\frac {\boldsymbol {y}}{t}}\in \mathbf {S} _{0}}{\text{maximize}}}\quad &tf\left({\frac {\boldsymbol {y}}{t}}\right)\\{\text{subject to}}\quad &tg\left({\frac {\boldsymbol {y}}{t}}\right)\leq 1,\\&t\geq 0.\end{aligned}}}

إذا كانت الدالة g خطية، فإن القيد الأول يتغير إلىتز(yت)=1{\displaystyle tg({\frac {\boldsymbol {y}}{t}})=1}ويمكن حذف افتراض أن g موجبة. كما أنها تتبسط إلىز(y)=1{\displaystyle g({\boldsymbol {y}})=1}.

الازدواجية

البرنامج المزدوج اللاغرانجي للبرنامج المقعر المكافئ هو

تقليلuرشفةxS0و(x)-uتيح(x)ز(x)رهناً بـuأنا0،أنا=1،...،م.{\displaystyle {\begin{aligned}{\underset {\boldsymbol {u}}{\text{minimize}}}\quad &{\underset {{\boldsymbol {x}}\in \mathbf {S} _{0}}{\operatorname {sup} }}{\frac {f({\boldsymbol {x}})-{\boldsymbol {u}}^{T}{\boldsymbol {h}}({\boldsymbol {x}})}{g({\boldsymbol {x}})}}\\{\text{subject to}}\quad &u_{i}\geq 0,\quad i=1,\dots ,m.\end{aligned}}}

ملحوظات

  1. ^ شيبل ، سيغفريد (1974). “البرامج المكافئة والمزدوجة الخالية من المعلمات”. Zeitschrift لبحوث العمليات . 18 (5): 187– 196. دوى : 10.1007 / BF02026600 . السيد 0351464 . S2CID 28885670 .  

مراجع

  • أفرييل، موردخاي؛ ديورت، والتر إي؛ شايبل، سيغفريد؛ زانغ، إسرائيل (1988). التقعر المعمم . مطبعة بلينوم.
  • شيبل ، سيغفريد (1983). “البرمجة الكسرية”. Zeitschrift لبحوث العمليات . 27 : 39 – 54. دوى : 10.1007 / bf01916898 . S2CID 28766871 .