Egészértékű programozás

Átírás

1 Egészértékű programozás

2 Alkalmazott matematika A sorozat kötetei: Kóczy T. László Tikk Domonkos: Fuzzy rendszerek (2000) Elliott, J. R. Kopp, P. E.: Pénzpiacok matematikája (2000) Michelberger Szeidl Várlaki: Alkalmazott folyamatstatisztika és idősor-analízis (2000) Gömöri András: Információ és interakció (2001) Baxter, M. Rennie, A.: Pénzügyi kalkulus (2002) Karsai János: Impulzív jelenségek modelljei (2002) Simonovits András: Nyugdíjrendszerek: Tények és modellek (2002) Medvegyev Péter: Sztochasztikus analízis (2004) Szirtes Tamás: Alkalmazott dimenzióanalízis (2006)

3 Vizvári Béla EGÉSZÉRTÉKŰ PROGRAMOZÁS Budapest, 2006

4 A könyv az ELTE Matematikai Doktori Iskola támogatásával jelent meg. c Vizvári Béla, Typotex, 2006 Lektorálta: Vaik Zsuzsanna ISBN ISSN Témakör: alkalmazott matematika Kedves Olvasó! Önre gondoltunk, amikor a könyv előkészítésén munkálkodtunk. Kapcsolatunkat szorosabbra fűzhetjük, ha belép a Typoklubba, ahonnan értesülhet új kiadványainkról, akcióinkról, programjainkról, és amelyet a címen érhet el. Honlapunkon megtalálhatja az egyes könyvekhez tartozó hibajegyzéket is, mert sajnos hibák olykor előfordulnak. Kiadja a Typotex kiadó, az 1795-ben alapított Magyar Könyvkiadók és Könyvterjesztők Egyesülésének tagja. Felelős kiadó: Votisky Zsuzsa Felelős szerkesztő: Horváth Balázs Tördelte: Gerner József Borítóterv: Tóth Norbert Terjedelem: 24,2 (A/5 ív) Nyomta és kötötte a Kaloprint Nyomda Kft., Kalocsa

5 Tartalom Jelölések 9 I. rész Az egészértékű programozás alapjai Bevezetés Az egészértékű programozás tárgya Feladatok és modellek A feladatok osztályozása Megjegyzések és irodalom Az egészértékű programozás matematikai alapjai A feladatok megoldhatósága Hilbert-bázisok Poliéderben fekvő rácspontok konvex burkának bonyolultsága Sperner-rendszerek Egyenletekkel definiált diszkrét ponthalmazok Egyenlőtlenségekkel definiált bináris ponthalmazok Egyetlen egyenlőtlenséggel jellemzett bináris ponthalmazok Bináris fák Megjegyzések és irodalom Két alapvető elv A relaxációs elv Az egészértékű programozási feladatok egy gráfelméleti modellje 92 5

6 6 Tartalom II. rész A matematikai programozás általános módszereinek alkalmazása az egészértékű programozásban Vágás típusú módszerek A Gomory-módszer Egyéb Gomory-vágások Általános vágások Egy konvex vágás Megjegyzések és irodalom Dinamikus programozás A Bellman-elv Gráfban legrövidebb utat kereső algoritmusok Lineáris diofantoszi egyenlet megoldhatósága Felső korlátos változókat tartalmazó hátizsák feladat megoldása A hátizsák feladat megoldása explicit felső korlátok nélküli feladat esetén A dinamikus programozás alkalmazása több feltételt tartalmazó feladatok esetén Megjegyzések és irodalom A korlátozás és szétválasztás A módszer elméleti váza Korlátos egész változókat tartalmazó feladat megoldása a korlátozás és szétválasztás módszerével Az adatszerkezet Megjegyzések és irodalom A Balas-féle korlátozás és vágás módszere Merőleges vetítés és szekvenciális konvexifikáció Néhány szó a diszjunktív programozásról Normalizáció Az algoritmus egy véges változata A bázis inverzéből kapható vágások A korlátozás és vágás elve A vágások felemelése Megjegyzések és irodalom Lagrange-szorzók 215

7 Tartalom A Lagrange-szorzók használata a matematikai programozásban néhány alapvető eredmény Módszerek a szorzók megválasztására Egy további optimalitási kritérium Egészértékű programozási feladatok méretének redukciója Dekompozíció Lagrange-szorzók segítségével Megjegyzések és irodalom Lokális keresés egy általános heurisztikus módszer A módszer általános váza A módszer alkalmazása az egészértékű programozásban A módszer termodinamikai változata, a szimulált lehűlés A tabukeresés Megjegyzések és irodalom A mohó módszer A módszer általános alakja A belső pontos mohó eljárások néhány általános tulajdonsága A mohó módszer néhány tulajdonsága hátizsák feladat esetén Megjegyzések és irodalom 290 III. rész Az egészértékű programozás speciális módszerei A leszámlálási algoritmus A leszámlálási algoritmusok alapvető struktúrája Tesztek a lineáris egészértékű programozási feladat esetében Az algoritmus részletei a lineáris egészértékű programozási feladat esetén Megjegyzések és irodalom A csoportelméleti módszer A csoportfeladat A mátrixok Smith-féle normálalakja A csoportfeladat előállítása a Smith-féle normálforma segítségével A csoportfeladat megoldása dinamikus programozással A csoportfeladat optimális megoldásának néhány tulajdonsága A csoportelméleti módszer beágyazása a korlátozás és szétválasztás algoritmusába 340