Vai al contenuto

Esercizi · Condizioni di ottimalità e regole di pivot

Esercizi · Capitolo 7 · ogni soluzione si apre con un clic · Capitolo 7: Condizioni di ottimalità e regole di pivot · Eserciziario, volume 2 (PDF)

Esercizio 7.1: Algoritmo del simplesso (C1)

Consideriamo il seguente problema LP in forma canonica di massimo con \(n=4\) variabili e \(m=3\) vincoli:

\[ \begin{array}{rrrrrrrrrrrrr} {\max} & {53}\; {x_{1}} & {+} & 41\; {x_{2}} & {-} & 204\; {x_{3}} & {-} & 20\; {x_{4}} \\[2ex] \text{soggetto a} & {-11} {x_{1}} & {-} & {5} \, {x_{2}} & {+} & {18} \, {x_{3}} & {+} & {2} \, {x_{4}} & {\le} & {0} \\[2ex] & {4} {x_{1}} & {+} & {2} \, {x_{2}} & {-} & {8} \, {x_{3}} & {-} & \, {x_{4}} & {\le} & {0} \\[2ex] & {11} {x_{1}} & {+} & {5} \, {x_{2}} & {-} & {18} \, {x_{3}} & {-} & {2} \, {x_{4}} & {\le} & {1} \\[2ex] & {x_{1},} & & {x_{2},} & & {x_{3},} & & {x_{4}} & { \ge} & { 0 } \end{array} \]

Introducendo le variabili di scarto, otteniamo il seguente dizionario iniziale:

\[\begin{equation*} \begin{cases} \begin{array}{rrrrrrrrrrrrr} {x_{5}=0} & {+} & 11\, {x_{1}} & {+} & 5\, {x_{2}} & {-} & 18\, {x_{3}} & {-} & 2\, {x_{4}} \\[2ex] {x_{6}=0} & {-} & 4 \, {x_{1}} & {-} & 2\, {x_{2}} & {+} & 8 \, {x_{3}} & {+} & {x_{4}} \\[2ex] {x_{7}=1} & {-} & 11\, {x_{1}} & {-} & 5\, {x_{2}} & {+} & 18\, {x_{3}} & {+} & 2\, {x_{4}} \\[2ex] {z=0} & {+} & 53\, {x_{1}} & {+} & 41\, {x_{2}} & {-} & 204\, {x_{3}} & {-} & 20\, {x_{4}} \end{array} \end{cases} \end{equation*}\]

La soluzione di base ammissibile associata è:

\[ \bar x_{1}=0,~~ \bar x_{2}=0,~~ \bar x_{3}=0,~~ \bar x_{4}=0,~~ \bar x_{5}=0,~~ \bar x_{6}=0,~~ \bar x_{7}=1 ~~~\text{di valore } 0 \]

Domande

  1. Eseguire l'algoritmo del simplesso per trovare una soluzione ottima di questo problema LP. Scegliere come colonna pivot quella con il costo ridotto maggiore. Quando esistono due o più righe pivot, usare la variabile in base associata al vincolo di indice minimo (in ogni operazione di pivot la colonna pivot prende il vincolo della riga pivot; inizialmente \(x_{5}\), \(x_{6}\) e \(x_{7}\) sono associate rispettivamente ai vincoli 1, 2 e 3).

  2. Eseguire l'algoritmo del simplesso per trovare una soluzione ottima di questo problema LP. Scegliere la colonna pivot e la riga pivot utilizzando la regola di Bland.

Soluzione
    • Inizializzazione

      Consideriamo il dizionario iniziale:

      \[\begin{equation*} \begin{cases} \begin{array}{rrrrrrrrrrrrr} {x_{5}=0} & {+} & 11\, {x_{1}} & {+} & 5\, {x_{2}} & {-} & 18\, {x_{3}} & {-} & 2\, {x_{4}} \\[2ex] {x_{6}=0} & {-} & 4 \, {x_{1}} & {-} & 2\, {x_{2}} & {+} & 8 \, {x_{3}} & {+} & {x_{4}} \\[2ex] {x_{7}=1} & {-} & 11\, {x_{1}} & {-} & 5\, {x_{2}} & {+} & 18\, {x_{3}} & {+} & 2\, {x_{4}} \\[2ex] {z=0} & {+} & 53\, {x_{1}} & {+} & 41\, {x_{2}} & {-} & 204\, {x_{3}} & {-} & 20\, {x_{4}} \end{array} \end{cases} \end{equation*}\]

      dove \(\pazocal{B}=\{5,6,7\}\) e \(\pazocal{N}=\{1,2,3,4\}\). La soluzione di base ammissibile è:

      \[ \bar x_{5}=0,~~ \bar x_{6}=0,~~ \bar x_{7}=1,~~~~~ \bar x_{1}=0,~~ \bar x_{2}=0,~~ \bar x_{3}=0,~~ \bar x_{4}=0 ~~~\text{di valore } 0 \]
    • Iterazione 1

      Il costo ridotto maggiore è quello associato alla variabile fuori base \(x_{1}\). Quindi, se aumentiamo il valore della variabile \(x_{1}\), possiamo ottenere una soluzione migliore. Abbiamo:

      \[ \begin{cases} x_{5} &= 0 + 11\: x_{1} \\[2ex] x_{6} &= 0 - 4\: x_{1} \\[2ex] x_{7} &= 1 - 11\: x_{1} \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} \underbrace{ 0 + 11\: x_{1} \ge 0}_{x_{5} \ge 0} \\[2ex] \underbrace{ 0 - 4\: x_{1} \ge 0}_{x_{6} \ge 0} \\[2ex] \underbrace{ 1 - 11\: x_{1} \ge 0}_{x_{7} \ge 0} \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} x_{1} &\ge 0 \\[2ex] x_{1} &\le 0 \\[2ex] x_{1} &\le \dfrac{1}{11} \end{cases} \]

      Aumentando il valore di \(x_{1}\) fino a \(\min\left\{0,\dfrac{1}{11}\right\}=0\), il valore di \(x_{6}\) scende a 0. Questa è un'operazione di pivot degenere, poiché il valore della funzione obiettivo non aumenta.

      Abbiamo quindi che:

      • \(x_{1}\) entra in base e di conseguenza \(x_{6}\) esce dalla base

      Abbiamo:

      \[ x_{6}=0 -4\: x_{1} -2\: x_{2}+8\: x_{3}+x_{4} \text{ allora } x_{1}= -\dfrac{1}{2}\: x_{2}+2\: x_{3}+\dfrac{1}{4}\: x_{4}-\dfrac{1}{4}\: x_{6}. \]

      Sostituendo nelle altre equazioni del dizionario, otteniamo il seguente dizionario:

      \[\begin{align*} x_{5}&=11\left(-\dfrac{1}{2}x_{2}+2x_{3}+\dfrac{1}{4}x_{4}-\dfrac{1}{4}x_{6}\right)+5x_{2}-18x_{3}-2x_{4}\\ &=-\dfrac{1}{2}x_{2}+4x_{3}+\dfrac{3}{4}x_{4}-\dfrac{11}{4}x_{6}\\[1ex] x_{7}&=1-11\left(-\dfrac{1}{2}x_{2}+2x_{3}+\dfrac{1}{4}x_{4}-\dfrac{1}{4}x_{6}\right)-5x_{2}+18x_{3}+2x_{4}\\ &=1+\dfrac{1}{2}x_{2}-4x_{3}-\dfrac{3}{4}x_{4}+\dfrac{11}{4}x_{6}\\[1ex] z&=53\left(-\dfrac{1}{2}x_{2}+2x_{3}+\dfrac{1}{4}x_{4}-\dfrac{1}{4}x_{6}\right)+41x_{2}-204x_{3}-20x_{4}\\ &=\dfrac{29}{2}x_{2}-98x_{3}-\dfrac{27}{4}x_{4}-\dfrac{53}{4}x_{6} \end{align*}\]
      \[\begin{equation*} \begin{cases} \begin{array}{rrrrrrrrrrrrr} {x_{1}=0} & {-} & {\frac{1}{2}} {x_{2}} & {+} & 2 \, {x_{3}} & {+} & {\frac{1}{4}} \, {x_{4}} & {-} & {\frac{1}{4}} \, {x_{6}} \\[2ex] {x_{5}=0} & {-} & {\frac{1}{2}} {x_{2}} & {+} & 4\, {x_{3}} & {+} & {\frac{3}{4}} \, {x_{4}} & {-} & {\frac{11}{4}}\, {x_{6}} \\[2ex] {x_{7}=1} & {+} & {\frac{1}{2}} {x_{2}} & {-} & 4\, {x_{3}} & {-} & {\frac{3}{4}} \, {x_{4}} & {+} & {\frac{11}{4}} \, {x_{6}} \\[2ex] {z=0} & {+} & {\frac{29}{2}} {x_{2}} & {-} & 98\, {x_{3}} & {-} & {\frac{27}{4}} \, {x_{4}} & {-} & {\frac{53}{4}} \, {x_{6}} \end{array} \end{cases} \end{equation*}\]

      dove \(\pazocal{B}=\{1,5,7\}\) e \(\pazocal{N}=\{2,3,4,6\}\). La soluzione di base ammissibile è:

      \[ \bar x_{1}=0,~~ \bar x_{5}=0,~~ \bar x_{7}=1,~~~~~ \bar x_{2}=0,~~ \bar x_{3}=0,~~ \bar x_{4}=0,~~ \bar x_{6}=0 ~~~\text{di valore } 0 \]
    • Iterazione 2

      Il costo ridotto maggiore è ora quello associato a \(x_{2}\). Abbiamo:

      \[ \begin{cases} x_{1} &= 0 - \dfrac{1}{2}\: x_{2} \\[2ex] x_{5} &= 0 - \dfrac{1}{2}\: x_{2} \\[2ex] x_{7} &= 1 + \dfrac{1}{2}\: x_{2} \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} \underbrace{0 - \dfrac{1}{2}\: x_{2} \ge 0}_{x_{1} \ge 0} \\[2ex] \underbrace{0 - \dfrac{1}{2}\: x_{2} \ge 0}_{x_{5} \ge 0} \\[2ex] \underbrace{1 + \dfrac{1}{2}\: x_{2} \ge 0}_{x_{7} \ge 0} \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} x_{2} &\le 0 \\[2ex] x_{2} &\le 0 \\[2ex] x_{2} &\ge -2 \end{cases} \]

      Aumentando il valore di \(x_{2}\) fino a \(0\), sia \(x_{1}\) sia \(x_{5}\) restano uguali a 0. Poiché esistono due righe pivot, usiamo la variabile in base associata al vincolo di indice minimo: \(x_{5}\) è associata al vincolo 1, mentre \(x_{1}\) è associata al vincolo 2 (ha sostituito \(x_{6}\)). Quindi \(x_{5}\) è la riga pivot.

      Abbiamo quindi che:

      • \(x_{2}\) entra in base e di conseguenza \(x_{5}\) esce dalla base

      Abbiamo:

      \[ x_{5}=0-\dfrac{1}{2}\:x_{2}+4\:x_{3}+\dfrac{3}{4}\:x_{4}-\dfrac{11}{4}\:x_{6} \text{ allora } x_{2}= -2\:x_{5}+8\:x_{3}+\dfrac{3}{2}\:x_{4}-\dfrac{11}{2}\:x_{6}. \]

      Sostituendo nelle altre equazioni del dizionario, otteniamo il seguente dizionario:

      \[\begin{align*} x_{1}&= -\dfrac{1}{2}\left(-2x_{5}+8x_{3}+\dfrac{3}{2}x_{4}-\dfrac{11}{2}x_{6}\right)+2x_{3}+\dfrac{1}{4}x_{4}-\dfrac{1}{4}x_{6}\\ &=x_{5}-2x_{3}-\dfrac{1}{2}x_{4}+\dfrac{5}{2}x_{6}\\[1ex] x_{7}&=1+\dfrac{1}{2}\left(-2x_{5}+8x_{3}+\dfrac{3}{2}x_{4}-\dfrac{11}{2}x_{6}\right)-4x_{3}-\dfrac{3}{4}x_{4}+\dfrac{11}{4}x_{6}\\ &=1-x_{5}\\[1ex] z&=\dfrac{29}{2}\left(-2x_{5}+8x_{3}+\dfrac{3}{2}x_{4}-\dfrac{11}{2}x_{6}\right)-98x_{3}-\dfrac{27}{4}x_{4}-\dfrac{53}{4}x_{6}\\ &=-29x_{5}+18x_{3}+15x_{4}-93x_{6} \end{align*}\]
      \[\begin{equation*} \begin{cases} \begin{array}{rrrrrrrrrrrrr} {x_{1}=0} & {+} & {x_{5}} & {-} & 2\, {x_{3}} & {-} & {\frac{1}{2}} \, {x_{4}} & {+} & {\frac{5}{2}} \, {x_{6}} \\[2ex] {x_{2}=0} & {-} & 2 \, {x_{5}} & {+} & 8 \, {x_{3}} & {+} & {\frac{3}{2}} \, {x_{4}} & {-} & {\frac{11}{2}} \, {x_{6}} \\[2ex] {x_{7}=1} & {-} & {x_{5}} \\[2ex] {z=0} & {-} & 29 \, {x_{5}} & {+} & 18\, {x_{3}} & {+} & {15} \, {x_{4}} & {-} & {93} \, {x_{6}} \end{array} \end{cases} \end{equation*}\]

      dove \(\pazocal{B}=\{1,2,7\}\) e \(\pazocal{N}=\{3,4,5,6\}\). La soluzione di base ammissibile è:

      \[ \bar x_{1}=0,~~ \bar x_{2}=0,~~ \bar x_{7}=1,~~~~~ \bar x_{3}=0,~~ \bar x_{4}=0,~~ \bar x_{5}=0,~~ \bar x_{6}=0 ~~~\text{di valore } 0 \]
    • Iterazione 3

      Il costo ridotto maggiore è ora quello associato a \(x_{3}\). Abbiamo:

      \[ \begin{cases} x_{1} &= 0 -2\:x_{3} \\[2ex] x_{2} &= 0 +8\:x_{3} \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} \underbrace{0 -2\:x_{3} \ge 0}_{x_{1} \ge 0} \\[2ex] \underbrace{0 +8\:x_{3} \ge 0}_{x_{2} \ge 0} \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} x_{3} &\le 0 \\[2ex] x_{3} &\ge 0 \end{cases} \]

      Aumentando il valore di \(x_{3}\) fino a \(0\), il valore di \(x_{1}\) scende a 0. Anche questa è un'operazione di pivot degenere.

      Abbiamo quindi che:

      • \(x_{3}\) entra in base e di conseguenza \(x_{1}\) esce dalla base

      Abbiamo:

      \[ x_{1}=0+x_{5}-2\:x_{3}-\dfrac{1}{2}\:x_{4}+\dfrac{5}{2}\:x_{6} \text{ allora } x_{3}= \dfrac{1}{2}\:x_{5}-\dfrac{1}{2}\:x_{1}-\dfrac{1}{4}\:x_{4}+\dfrac{5}{4}\:x_{6}. \]

      Sostituendo nelle altre equazioni del dizionario, otteniamo il seguente dizionario:

      \[\begin{align*} x_{2}&=-2x_{5}+8\left(\dfrac{1}{2}x_{5}-\dfrac{1}{2}x_{1}-\dfrac{1}{4}x_{4}+\dfrac{5}{4}x_{6}\right)+\dfrac{3}{2}x_{4}-\dfrac{11}{2}x_{6}\\ &=2x_{5}-4x_{1}-\dfrac{1}{2}x_{4}+\dfrac{9}{2}x_{6}\\[1ex] z&=-29x_{5}+18\left(\dfrac{1}{2}x_{5}-\dfrac{1}{2}x_{1}-\dfrac{1}{4}x_{4}+\dfrac{5}{4}x_{6}\right)+15x_{4}-93x_{6}\\ &=-20x_{5}-9x_{1}+\dfrac{21}{2}x_{4}-\dfrac{141}{2}x_{6} \end{align*}\]
      \[\begin{equation*} \begin{cases} \begin{array}{rrrrrrrrrrrrr} {x_{2}=0} & {+} & 2\, {x_{5}} & {-} & 4\, {x_{1}} & {-} & {\frac{1}{2}} \, {x_{4}} & {+} & {\frac{9}{2}} \, {x_{6}} \\[2ex] {x_{3}=0} & {+} & {\frac{1}{2}} {x_{5}} & {-} & {\frac{1}{2}} \, {x_{1}} & {-} & {\frac{1}{4}} \, {x_{4}} & {+} & {\frac{5}{4}} \, {x_{6}} \\[2ex] {x_{7}=1} & {-} & {x_{5}} \\[2ex] {z=0} & {-} & 20 \, {x_{5}} & {-} & 9 \, {x_{1}} & {+} & {\frac{21}{2}} \, {x_{4}} & {-} & {\frac{141}{2}}\, {x_{6}} \end{array} \end{cases} \end{equation*}\]

      dove \(\pazocal{B}=\{2,3,7\}\) e \(\pazocal{N}=\{1,4,5,6\}\). La soluzione di base ammissibile è:

      \[ \bar x_{2}=0,~~ \bar x_{3}=0,~~ \bar x_{7}=1,~~~~~ \bar x_{1}=0,~~ \bar x_{4}=0,~~ \bar x_{5}=0,~~ \bar x_{6}=0 ~~~\text{di valore } 0 \]
    • Iterazione 4

      Il costo ridotto maggiore è ora quello associato a \(x_{4}\). Abbiamo:

      \[ \begin{cases} x_{2} &= 0 - \dfrac{1}{2}\:x_{4} \\[2ex] x_{3} &= 0 - \dfrac{1}{4}\:x_{4} \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} \underbrace{0 - \dfrac{1}{2}\:x_{4} \ge 0}_{x_{2} \ge 0} \\[2ex] \underbrace{0 - \dfrac{1}{4}\:x_{4} \ge 0}_{x_{3} \ge 0} \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} x_{4} &\le 0 \\[2ex] x_{4} &\le 0 \end{cases} \]

      Aumentando il valore di \(x_{4}\) fino a \(0\), sia \(x_{2}\) sia \(x_{3}\) restano uguali a 0. La variabile in base \(x_{2}\) è associata al vincolo 1 (ha sostituito \(x_{5}\)), mentre \(x_{3}\) è associata al vincolo 2 (ha sostituito \(x_{1}\)). Quindi \(x_{2}\) è la riga pivot.

      Abbiamo quindi che:

      • \(x_{4}\) entra in base e di conseguenza \(x_{2}\) esce dalla base

      Abbiamo:

      \[ x_{2}=0+2\:x_{5}-4\:x_{1}-\dfrac{1}{2}\:x_{4}+\dfrac{9}{2}\:x_{6} \text{ allora } x_{4}=4\:x_{5}-8\:x_{1}-2\:x_{2}+9\:x_{6}. \]

      Sostituendo nelle altre equazioni del dizionario, otteniamo il seguente dizionario:

      \[\begin{align*} x_{3}&=\dfrac{1}{2}x_{5}-\dfrac{1}{2}x_{1}-\dfrac{1}{4}\left(4x_{5}-8x_{1}-2x_{2}+9x_{6}\right)+\dfrac{5}{4}x_{6}\\ &=-\dfrac{1}{2}x_{5}+\dfrac{3}{2}x_{1}+\dfrac{1}{2}x_{2}-x_{6}\\[1ex] z&=-20x_{5}-9x_{1}+\dfrac{21}{2}\left(4x_{5}-8x_{1}-2x_{2}+9x_{6}\right)-\dfrac{141}{2}x_{6}\\ &=22x_{5}-93x_{1}-21x_{2}+24x_{6} \end{align*}\]
      \[\begin{equation*} \begin{cases} \begin{array}{rrrrrrrrrrrrr} {x_{3}=0} & {-} & {\frac{1}{2}} {x_{5}} & {+} & {\frac{3}{2}} \, {x_{1}} & {+} & {\frac{1}{2}} \, {x_{2}} & {-} & {x_{6}} \\[2ex] {x_{4}=0} & {+} & 4 \, {x_{5}} & {-} & 8\, {x_{1}} & {-} & 2\, {x_{2}} & {+} & 9 {x_{6}} \\[2ex] {x_{7}=1} & {-} & {x_{5}} \\[2ex] {z=0} & {+} & 22\, {x_{5}} & {-} & 93\, {x_{1}} & {-} & 21\, {x_{2}} & {+} & 24\, {x_{6}} \end{array} \end{cases} \end{equation*}\]

      dove \(\pazocal{B}=\{3,4,7\}\) e \(\pazocal{N}=\{1,2,5,6\}\). La soluzione di base ammissibile è:

      \[ \bar x_{3}=0,~~ \bar x_{4}=0,~~ \bar x_{7}=1,~~~~~ \bar x_{1}=0,~~ \bar x_{2}=0,~~ \bar x_{5}=0,~~ \bar x_{6}=0 ~~~\text{di valore } 0 \]
    • Iterazione 5

      Il costo ridotto maggiore è ora quello associato a \(x_{6}\). Abbiamo:

      \[ \begin{cases} x_{3} &= 0 - x_{6} \\[2ex] x_{4} &= 0 +9\:x_{6} \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} \underbrace{0 - x_{6} \ge 0}_{x_{3} \ge 0} \\[2ex] \underbrace{0 +9\:x_{6} \ge 0}_{x_{4} \ge 0} \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} x_{6} &\le 0 \\[2ex] x_{6} &\ge 0 \end{cases} \]

      Aumentando il valore di \(x_{6}\) fino a \(0\), il valore di \(x_{3}\) scende a 0. Questa è un'operazione di pivot degenere.

      Abbiamo quindi che:

      • \(x_{6}\) entra in base e di conseguenza \(x_{3}\) esce dalla base

      Abbiamo:

      \[ x_{3}=0-\dfrac{1}{2}\:x_{5}+\dfrac{3}{2}\:x_{1}+\dfrac{1}{2}\:x_{2}-x_{6} \text{ allora } x_{6}= -\dfrac{1}{2}\:x_{5}+\dfrac{3}{2}\:x_{1}+\dfrac{1}{2}\:x_{2}-x_{3}. \]

      Sostituendo nelle altre equazioni del dizionario, otteniamo il seguente dizionario:

      \[\begin{align*} x_{4}&=4x_{5}-8x_{1}-2x_{2}+9\left(-\dfrac{1}{2}x_{5}+\dfrac{3}{2}x_{1}+\dfrac{1}{2}x_{2}-x_{3}\right)\\ &=-\dfrac{1}{2}x_{5}+\dfrac{11}{2}x_{1}+\dfrac{5}{2}x_{2}-9x_{3}\\[1ex] z&=22x_{5}-93x_{1}-21x_{2}+24\left(-\dfrac{1}{2}x_{5}+\dfrac{3}{2}x_{1}+\dfrac{1}{2}x_{2}-x_{3}\right)\\ &=10x_{5}-57x_{1}-9x_{2}-24x_{3} \end{align*}\]
      \[\begin{equation*} \begin{cases} \begin{array}{rrrrrrrrrrrrr} {x_{4}=0} & {-} & {\frac{1}{2}} \, {x_{5}} & {+} & {\frac{11}{2}} \, {x_{1}} & {+} & {\frac{5}{2}} \, {x_{2}} & {-} & 9\, {x_{3}} \\[2ex] {x_{6}=0} & {-} & {\frac{1}{2}} \; {x_{5}} & {+} & {\frac{3}{2}} \; {x_{1}} & {+} & {\frac{1}{2}} \, {x_{2}} & {-} & {x_{3}} \\[2ex] {x_{7}=1} & {-} & {x_{5}} \\[2ex] {z=0} & {+} & 10\, {x_{5}} & {-} & 57\; {x_{1}} & {-} & 9\, {x_{2}} & {-} & 24\, {x_{3}} \end{array} \end{cases} \end{equation*}\]

      dove \(\pazocal{B}=\{4,6,7\}\) e \(\pazocal{N}=\{1,2,3,5\}\). La soluzione di base ammissibile è:

      \[ \bar x_{4}=0,~~ \bar x_{6}=0,~~ \bar x_{7}=1,~~~~~ \bar x_{1}=0,~~ \bar x_{2}=0,~~ \bar x_{3}=0,~~ \bar x_{5}=0 ~~~\text{di valore } 0 \]
    • Iterazione 6

      Il costo ridotto maggiore è ora quello associato a \(x_{5}\). Abbiamo:

      \[ \begin{cases} x_{4} &= 0 - \dfrac{1}{2}\:x_{5} \\[2ex] x_{6} &= 0 - \dfrac{1}{2}\:x_{5} \\[2ex] x_{7} &= 1 - x_{5} \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} \underbrace{0 - \dfrac{1}{2}\:x_{5} \ge 0}_{x_{4} \ge 0} \\[2ex] \underbrace{0 - \dfrac{1}{2}\:x_{5} \ge 0}_{x_{6} \ge 0} \\[2ex] \underbrace{1 - x_{5} \ge 0}_{x_{7} \ge 0} \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} x_{5} &\le 0 \\[2ex] x_{5} &\le 0 \\[2ex] x_{5} &\le 1 \end{cases} \]

      Aumentando il valore di \(x_{5}\) fino a \(0\), sia \(x_{4}\) sia \(x_{6}\) restano uguali a 0. La variabile in base \(x_{4}\) è associata al vincolo 1 (ha sostituito \(x_{2}\)), mentre \(x_{6}\) è associata al vincolo 2 (ha sostituito \(x_{3}\)). Quindi \(x_{4}\) è la riga pivot.

      Abbiamo quindi che:

      • \(x_{5}\) entra in base e di conseguenza \(x_{4}\) esce dalla base

      Abbiamo:

      \[ x_{4}=0-\dfrac{1}{2}\:x_{5}+\dfrac{11}{2}\:x_{1}+\dfrac{5}{2}\:x_{2}-9\:x_{3} \text{ allora } x_{5}=11\:x_{1}+5\:x_{2}-18\:x_{3}-2\:x_{4}. \]

      Sostituendo nelle altre equazioni del dizionario, otteniamo il seguente dizionario:

      \[\begin{align*} x_{6}&=-\dfrac{1}{2}\left(11x_{1}+5x_{2}-18x_{3}-2x_{4}\right)+\dfrac{3}{2}x_{1}+\dfrac{1}{2}x_{2}-x_{3}\\ &=-4x_{1}-2x_{2}+8x_{3}+x_{4}\\[1ex] x_{7}&=1-\left(11x_{1}+5x_{2}-18x_{3}-2x_{4}\right)\\ &=1-11x_{1}-5x_{2}+18x_{3}+2x_{4}\\[1ex] z&=10\left(11x_{1}+5x_{2}-18x_{3}-2x_{4}\right)-57x_{1}-9x_{2}-24x_{3}\\ &=53x_{1}+41x_{2}-204x_{3}-20x_{4} \end{align*}\]
      \[\begin{equation*} \begin{cases} \begin{array}{rrrrrrrrrrrrr} {x_{5}=0} & {+} & 11\, {x_{1}} & {+} & 5\, {x_{2}} & {-} & 18\, {x_{3}} & {-} & 2\, {x_{4}} \\[2ex] {x_{6}=0} & {-} & 4 \, {x_{1}} & {-} & 2\, {x_{2}} & {+} & 8 \, {x_{3}} & {+} & {x_{4}} \\[2ex] {x_{7}=1} & {-} & 11\, {x_{1}} & {-} & 5\, {x_{2}} & {+} & 18\, {x_{3}} & {+} & 2\, {x_{4}} \\[2ex] {z=0} & {+} & 53\, {x_{1}} & {+} & 41\, {x_{2}} & {-} & 204\, {x_{3}} & {-} & 20\, {x_{4}} \end{array} \end{cases} \end{equation*}\]

      dove \(\pazocal{B}=\{5,6,7\}\) e \(\pazocal{N}=\{1,2,3,4\}\). La soluzione di base ammissibile è:

      \[ \bar x_{5}=0,~~ \bar x_{6}=0,~~ \bar x_{7}=1,~~~~~ \bar x_{1}=0,~~ \bar x_{2}=0,~~ \bar x_{3}=0,~~ \bar x_{4}=0 ~~~\text{di valore } 0 \]

      Questo dizionario coincide con quello iniziale e l'algoritmo del simplesso cicla.

  1. Eseguiamo ora l'algoritmo del simplesso utilizzando la regola di pivot di Bland. Quindi, tra le variabili fuori base con costo ridotto positivo, scegliamo quella di indice minimo. Se è possibile più di una variabile uscente, scegliamo la variabile in base di indice minimo.

    • Iterazione 1

      Nel dizionario iniziale, i costi ridotti positivi sono associati a \(x_{1}\) e \(x_{2}\). La regola di Bland seleziona \(x_{1}\). Come nella precedente esecuzione, il test dei rapporti dà \(x_{6}\) come variabile uscente.

      Abbiamo quindi che:

      • \(x_{1}\) entra in base e di conseguenza \(x_{6}\) esce dalla base

      Abbiamo:

      \[ x_{6}=0 -4\: x_{1} -2\: x_{2}+8\: x_{3}+x_{4} \text{ allora } x_{1}= -\dfrac{1}{2}\: x_{2}+2\: x_{3}+\dfrac{1}{4}\: x_{4}-\dfrac{1}{4}\: x_{6}. \]

      Sostituendo nelle altre equazioni del dizionario, otteniamo il seguente dizionario:

      \[\begin{align*} x_{5}&=11\left(-\dfrac{1}{2}x_{2}+2x_{3}+\dfrac{1}{4}x_{4}-\dfrac{1}{4}x_{6}\right)+5x_{2}-18x_{3}-2x_{4}\\ &=-\dfrac{1}{2}x_{2}+4x_{3}+\dfrac{3}{4}x_{4}-\dfrac{11}{4}x_{6}\\[1ex] x_{7}&=1-11\left(-\dfrac{1}{2}x_{2}+2x_{3}+\dfrac{1}{4}x_{4}-\dfrac{1}{4}x_{6}\right)-5x_{2}+18x_{3}+2x_{4}\\ &=1+\dfrac{1}{2}x_{2}-4x_{3}-\dfrac{3}{4}x_{4}+\dfrac{11}{4}x_{6}\\[1ex] z&=53\left(-\dfrac{1}{2}x_{2}+2x_{3}+\dfrac{1}{4}x_{4}-\dfrac{1}{4}x_{6}\right)+41x_{2}-204x_{3}-20x_{4}\\ &=\dfrac{29}{2}x_{2}-98x_{3}-\dfrac{27}{4}x_{4}-\dfrac{53}{4}x_{6} \end{align*}\]
      \[\begin{equation*} \begin{cases} \begin{array}{rrrrrrrrrrrrr} {x_{1}=0} & {-} & {\frac{1}{2}} {x_{2}} & {+} & 2 \, {x_{3}} & {+} & {\frac{1}{4}} \, {x_{4}} & {-} & {\frac{1}{4}} \, {x_{6}} \\[2ex] {x_{5}=0} & {-} & {\frac{1}{2}} {x_{2}} & {+} & 4\, {x_{3}} & {+} & {\frac{3}{4}} \, {x_{4}} & {-} & {\frac{11}{4}}\, {x_{6}} \\[2ex] {x_{7}=1} & {+} & {\frac{1}{2}} {x_{2}} & {-} & 4\, {x_{3}} & {-} & {\frac{3}{4}} \, {x_{4}} & {+} & {\frac{11}{4}} \, {x_{6}} \\[2ex] {z=0} & {+} & {\frac{29}{2}} {x_{2}} & {-} & 98\, {x_{3}} & {-} & {\frac{27}{4}} \, {x_{4}} & {-} & {\frac{53}{4}} \, {x_{6}} \end{array} \end{cases} \end{equation*}\]

      dove \(\pazocal{B}=\{1,5,7\}\) e \(\pazocal{N}=\{2,3,4,6\}\). La soluzione di base ammissibile è:

      \[ \bar x_{1}=0,~~ \bar x_{5}=0,~~ \bar x_{7}=1,~~~~~ \bar x_{2}=0,~~ \bar x_{3}=0,~~ \bar x_{4}=0,~~ \bar x_{6}=0 ~~~\text{di valore } 0 \]
    • Iterazione 2

      L'unico costo ridotto positivo è quello associato a \(x_{2}\). Abbiamo:

      \[ \begin{cases} x_{1} &= 0 - \dfrac{1}{2}\:x_{2} \\[2ex] x_{5} &= 0 - \dfrac{1}{2}\:x_{2} \\[2ex] x_{7} &= 1 + \dfrac{1}{2}\:x_{2} \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} \underbrace{0 - \dfrac{1}{2}\:x_{2} \ge 0}_{x_{1} \ge 0} \\[2ex] \underbrace{0 - \dfrac{1}{2}\:x_{2} \ge 0}_{x_{5} \ge 0} \\[2ex] \underbrace{1 + \dfrac{1}{2}\:x_{2} \ge 0}_{x_{7} \ge 0} \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} x_{2} &\le 0 \\[2ex] x_{2} &\le 0 \\[2ex] x_{2} &\ge -2 \end{cases} \]

      Aumentando il valore di \(x_{2}\) fino a \(0\), sia \(x_{1}\) sia \(x_{5}\) restano uguali a 0. La regola di Bland seleziona \(x_{1}\) come variabile uscente, poiché ha l'indice minimo tra le possibili variabili uscenti.

      Abbiamo quindi che:

      • \(x_{2}\) entra in base e di conseguenza \(x_{1}\) esce dalla base

      Abbiamo:

      \[ x_{1}=0-\dfrac{1}{2}\:x_{2}+2\:x_{3}+\dfrac{1}{4}\:x_{4}-\dfrac{1}{4}\:x_{6} \text{ allora } x_{2}= -2\:x_{1}+4\:x_{3}+\dfrac{1}{2}\:x_{4}-\dfrac{1}{2}\:x_{6}. \]

      Sostituendo nelle altre equazioni del dizionario, otteniamo il seguente dizionario:

      \[\begin{align*} x_{5}&=-\dfrac{1}{2}\left(-2x_{1}+4x_{3}+\dfrac{1}{2}x_{4}-\dfrac{1}{2}x_{6}\right)+4x_{3}+\dfrac{3}{4}x_{4}-\dfrac{11}{4}x_{6}\\ &=x_{1}+2x_{3}+\dfrac{1}{2}x_{4}-\dfrac{5}{2}x_{6}\\[1ex] x_{7}&=1+\dfrac{1}{2}\left(-2x_{1}+4x_{3}+\dfrac{1}{2}x_{4}-\dfrac{1}{2}x_{6}\right)-4x_{3}-\dfrac{3}{4}x_{4}+\dfrac{11}{4}x_{6}\\ &=1-x_{1}-2x_{3}-\dfrac{1}{2}x_{4}+\dfrac{5}{2}x_{6}\\[1ex] z&=\dfrac{29}{2}\left(-2x_{1}+4x_{3}+\dfrac{1}{2}x_{4}-\dfrac{1}{2}x_{6}\right)-98x_{3}-\dfrac{27}{4}x_{4}-\dfrac{53}{4}x_{6}\\ &=-29x_{1}-40x_{3}+\dfrac{1}{2}x_{4}-\dfrac{41}{2}x_{6} \end{align*}\]
      \[\begin{equation*} \begin{cases} \begin{array}{rrrrrrrrrrrrr} {x_{2}=0} & {-} & 2 \, {x_{1}} & {+} & 4 \, {x_{3}} & {+} & {\frac{1}{2}} \, {x_{4}} & {-} & {\frac{1}{2}} \, {x_{6}} \\[2ex] {x_{5}=0} & {+} & {x_{1}} & {+} & 2\, {x_{3}} & {+} & {\frac{1}{2}} \, {x_{4}} & {-} & {\frac{5}{2}} \, {x_{6}} \\[2ex] {x_{7}=1} & {-} & {x_{1}} & {-} & 2\, {x_{3}} & {-} & {\frac{1}{2}} \, {x_{4}} & {+} & {\frac{5}{2}} \, {x_{6}} \\[2ex] {z=0} & {-} & 29 \, {x_{1}} & {-} & 40\, {x_{3}} & {+} & {\frac{1}{2}} \, {x_{4}} & {-} & {\frac{41}{2}} \, {x_{6}} \end{array} \end{cases} \end{equation*}\]

      dove \(\pazocal{B}=\{2,5,7\}\) e \(\pazocal{N}=\{1,3,4,6\}\). La soluzione di base ammissibile è:

      \[ \bar x_{2}=0,~~ \bar x_{5}=0,~~ \bar x_{7}=1,~~~~~ \bar x_{1}=0,~~ \bar x_{3}=0,~~ \bar x_{4}=0,~~ \bar x_{6}=0 ~~~\text{di valore } 0 \]
    • Iterazione 3

      L'unico costo ridotto positivo è quello associato a \(x_{4}\). Abbiamo:

      \[ \begin{cases} x_{2} &= 0 + \dfrac{1}{2}\:x_{4} \\[2ex] x_{5} &= 0 + \dfrac{1}{2}\:x_{4} \\[2ex] x_{7} &= 1 - \dfrac{1}{2}\:x_{4} \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} \underbrace{0 + \dfrac{1}{2}\:x_{4} \ge 0}_{x_{2} \ge 0} \\[2ex] \underbrace{0 + \dfrac{1}{2}\:x_{4} \ge 0}_{x_{5} \ge 0} \\[2ex] \underbrace{1 - \dfrac{1}{2}\:x_{4} \ge 0}_{x_{7} \ge 0} \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} x_{4} &\ge 0 \\[2ex] x_{4} &\ge 0 \\[2ex] x_{4} &\le 2 \end{cases} \]

      Aumentando il valore di \(x_{4}\) fino a \(2\), il valore di \(x_{7}\) scende a 0.

      Abbiamo quindi che:

      • \(x_{4}\) entra in base e di conseguenza \(x_{7}\) esce dalla base

      Abbiamo:

      \[ x_{7}=1-x_{1}-2\:x_{3}-\dfrac{1}{2}\:x_{4}+\dfrac{5}{2}\:x_{6} \text{ allora } x_{4}=2-2\:x_{1}-4\:x_{3}+5\:x_{6}-2\:x_{7}. \]

      Sostituendo nelle altre equazioni del dizionario, otteniamo un dizionario ottimo:

      \[\begin{align*} x_{2}&=-2x_{1}+4x_{3}+\dfrac{1}{2}\left(2-2x_{1}-4x_{3}+5x_{6}-2x_{7}\right)-\dfrac{1}{2}x_{6}\\ &=1-3x_{1}+2x_{3}+2x_{6}-x_{7}\\[1ex] x_{5}&=x_{1}+2x_{3}+\dfrac{1}{2}\left(2-2x_{1}-4x_{3}+5x_{6}-2x_{7}\right)-\dfrac{5}{2}x_{6}\\ &=1-x_{7}\\[1ex] z&=-29x_{1}-40x_{3}+\dfrac{1}{2}\left(2-2x_{1}-4x_{3}+5x_{6}-2x_{7}\right)-\dfrac{41}{2}x_{6}\\ &=1-30x_{1}-42x_{3}-18x_{6}-x_{7} \end{align*}\]
      \[\begin{equation*} \begin{cases} \begin{array}{rrrrrrrrrrrrr} {x_{2}=1} & {-} & 3 \; {x_{1}} & {+} & 2 \; {x_{3}} & {+} & 2 \, {x_{6}} & {-} & {x_{7}} \\[2ex] {x_{4}=2} & {-} & 2 \; {x_{1}} & {-} & 4 \; {x_{3}} & {+} & 5 \, {x_{6}} & {-} & 2 {x_{7}} \\[2ex] {x_{5}=1} & & & & & & & {-} & {x_{7}} \\[2ex] {z=1} & {-} & 30\, {x_{1}} & {-} & 42\, {x_{3}} & {-} & 18\, {x_{6}} & {-} & \, {x_{7}} \end{array} \end{cases} \end{equation*}\]

      dove \(\pazocal{B}=\{2,4,5\}\) e \(\pazocal{N}=\{1,3,6,7\}\). Poiché tutti i costi ridotti sono non positivi, non è possibile alcun ulteriore miglioramento. La soluzione di base ottima è:

      \[ \tilde x_{2}=1,~~ \tilde x_{4}=2,~~ \tilde x_{5}=1,~~ \tilde x_{1}=0,~~ \tilde x_{3}=0,~~ \tilde x_{6}=0,~~ \tilde x_{7}=0 ~~~\text{di valore } 1 \]

Esercizio 7.2: Algoritmo del simplesso (C2)

Consideriamo il seguente problema LP in forma canonica di massimo con \(n=4\) variabili e \(m=3\) vincoli:

\[ \begin{array}{rrrrrrrrrrrrr} {\max} & 10\; {x_1} & {-} & 57\; {x_2} & {-} & 9\; {x_3} & {-} & 24\; {x_4} \\[2ex] \text{soggetto a} & {\frac{1}{2}} {x_1} & {-} & {\frac{11}{2}} \, {x_2} & {-} & {\frac{5}{2}} \, {x_3} & {+} & {9} \, {x_4} & {\le} & {0} \\[2ex] & {\frac{1}{2}} {x_1} & {-} & {\frac{3}{2}} \, {x_2} & {-} & {\frac{1}{2}} \, {x_3} & {+} & \, {x_4} & {\le} & {0} \\[2ex] & {x_1} & & & & & & & {\le} & {1} \\[2ex] & {x_1,} & & {x_2,} & & {x_3,} & & {x_4} & { \ge} & { 0 } \end{array} \]

Introducendo le variabili di scarto, otteniamo il seguente dizionario iniziale:

\[\begin{equation*} \begin{cases} \begin{array}{rrrrrrrrrrrrr} {x_5=0} & {-} & {\frac{1}{2}} \, {x_1} & {+} & {\frac{11}{2}} \, {x_2} & {+} & {\frac{5}{2}} \, {x_3} & {-} & 9\, {x_4} \\[2ex] {x_6=0} & {-} & {\frac{1}{2}} \; {x_1} & {+} & {\frac{3}{2}} \; {x_2} & {+} & {\frac{1}{2}} \, {x_3} & {-} & {x_4} \\[2ex] {x_7=1} & {-} & {x_1} \\[2ex] {z=0} & {+} & 10\, {x_1} & {-} & 57\; {x_2} & {-} & 9\, {x_3} & {-} & 24\, {x_4} \end{array} \end{cases} \end{equation*}\]

La soluzione di base ammissibile associata è:

\[ \bar x_5=0,~~ \bar x_6=0,~~ \bar x_7=1,~~~~~ \bar x_1=0,~~ \bar x_2=0,~~ \bar x_3=0,~~ \bar x_4=0 ~~~\text{di valore } 0 \]

Domande

  1. Eseguire l'algoritmo del simplesso per trovare una soluzione ottima di questo problema LP. Scegliere come colonna pivot quella con il costo ridotto maggiore. Quando esistono due o più righe pivot, usare quella di indice minimo.

  2. Eseguire l'algoritmo del simplesso per trovare una soluzione ottima di questo problema LP. Scegliere la colonna pivot e la riga pivot utilizzando la regola di Bland.

Soluzione
    • Inizializzazione

      Consideriamo il dizionario iniziale:

      \[\begin{equation*} \begin{cases} \begin{array}{rrrrrrrrrrrrr} {x_5=0} & {-} & {\frac{1}{2}} \, {x_1} & {+} & {\frac{11}{2}} \, {x_2} & {+} & {\frac{5}{2}} \, {x_3} & {-} & 9\, {x_4} \\[2ex] {x_6=0} & {-} & {\frac{1}{2}} \; {x_1} & {+} & {\frac{3}{2}} \; {x_2} & {+} & {\frac{1}{2}} \, {x_3} & {-} & {x_4} \\[2ex] {x_7=1} & {-} & {x_1} \\[2ex] {z=0} & {+} & 10\, {x_1} & {-} & 57\; {x_2} & {-} & 9\, {x_3} & {-} & 24\, {x_4} \end{array} \end{cases} \end{equation*}\]

      dove \(\pazocal{B}=\{5,6,7\}\) e \(\pazocal{N}=\{1,2,3,4\}\). La soluzione di base ammissibile è:

      \[ \bar x_5=0,~~ \bar x_6=0,~~ \bar x_7=1,~~~~~ \bar x_1=0,~~ \bar x_2=0,~~ \bar x_3=0,~~ \bar x_4=0 ~~~\text{di valore } 0 \]
    • Iterazione 1

      Il costo ridotto maggiore è quello associato alla variabile fuori base \(x_1\). Quindi, se aumentiamo il valore della variabile \(x_1\), possiamo ottenere una soluzione migliore. Abbiamo:

      \[ \begin{cases} x_5 &= 0 - \dfrac{1}{2}\: x_1 \\[2ex] x_6 &= 0 - \dfrac{1}{2}\: x_1 \\[2ex] x_7 &= 1 - x_1 \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} \underbrace{0 - \dfrac{1}{2}\: x_1 \ge 0}_{x_5 \ge 0} \\[2ex] \underbrace{0 - \dfrac{1}{2}\: x_1 \ge 0}_{x_6 \ge 0} \\[2ex] \underbrace{1 - x_1 \ge 0}_{x_7 \ge 0} \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} x_1 &\le 0 \\[2ex] x_1 &\le 0 \\[2ex] x_1 &\le 1 \end{cases} \]

      Aumentando il valore di \(x_1\) fino a \(0\), sia \(x_5\) sia \(x_6\) restano uguali a 0. Poiché esistono due righe pivot, usiamo quella di indice minimo, e quindi \(x_5\) è la riga pivot. Questa è un'operazione di pivot degenere, poiché il valore della funzione obiettivo non aumenta.

      Abbiamo quindi che:

      • \(x_1\) entra in base e di conseguenza \(x_5\) esce dalla base

      Abbiamo:

      \[ x_5= -\dfrac{1}{2}x_1+\dfrac{11}{2}x_2+\dfrac{5}{2}x_3-9x_4 \text{ allora } x_1=11x_2+5x_3-18x_4-2x_5. \]

      Sostituendo nelle altre equazioni del dizionario, otteniamo:

      \[\begin{align*} x_6&=-\dfrac{1}{2}(11x_2+5x_3-18x_4-2x_5)+\dfrac{3}{2}x_2+\dfrac{1}{2}x_3-x_4\\ &=-4x_2-2x_3+8x_4+x_5\\[1ex] x_7&=1-(11x_2+5x_3-18x_4-2x_5)=1-11x_2-5x_3+18x_4+2x_5\\[1ex] z&=10(11x_2+5x_3-18x_4-2x_5)-57x_2-9x_3-24x_4\\ &=53x_2+41x_3-204x_4-20x_5 \end{align*}\]

      Il dizionario risultante è:

      \[\begin{equation*} \begin{cases} \begin{array}{rrrrrrrrrrrrr} {x_1=0} & {+} & 11\, {x_2} & {+} & 5\, {x_3} & {-} & 18\, {x_4} & {-} & 2\, {x_5} \\[2ex] {x_6=0} & {-} & 4 \, {x_2} & {-} & 2\, {x_3} & {+} & 8 \, {x_4} & {+} & {x_5} \\[2ex] {x_7=1} & {-} & 11\, {x_2} & {-} & 5\, {x_3} & {+} & 18\, {x_4} & {+} & 2\, {x_5} \\[2ex] {z=0} & {+} & 53\, {x_2} & {+} & 41\, {x_3} & {-} & 204\, {x_4} & {-} & 20\, {x_5} \end{array} \end{cases} \end{equation*}\]

      dove \(\pazocal{B}=\{1,6,7\}\) e \(\pazocal{N}=\{2,3,4,5\}\). La soluzione di base ammissibile è:

      \[ \bar x_1=0,~~ \bar x_6=0,~~ \bar x_7=1,~~~~~ \bar x_2=0,~~ \bar x_3=0,~~ \bar x_4=0,~~ \bar x_5=0 ~~~\text{di valore } 0 \]
    • Iterazione 2

      Il costo ridotto maggiore è ora quello associato a \(x_2\). Abbiamo:

      \[ \begin{cases} x_1 &= 0 + 11\: x_2 \\[2ex] x_6 &= 0 - 4\: x_2 \\[2ex] x_7 &= 1 - 11\: x_2 \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} \underbrace{0 + 11\: x_2 \ge 0}_{x_1 \ge 0} \\[2ex] \underbrace{0 - 4\: x_2 \ge 0}_{x_6 \ge 0} \\[2ex] \underbrace{1 - 11\: x_2 \ge 0}_{x_7 \ge 0} \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} x_2 &\ge 0 \\[2ex] x_2 &\le 0 \\[2ex] x_2 &\le \dfrac{1}{11} \end{cases} \]

      Aumentando il valore di \(x_2\) fino a \(\min\left\{0,\dfrac{1}{11}\right\}=0\), il valore di \(x_6\) resta uguale a 0, e \(x_6\) è l'unica riga pivot. Anche questa è un'operazione di pivot degenere.

      Abbiamo quindi che:

      • \(x_2\) entra in base e di conseguenza \(x_6\) esce dalla base

      Abbiamo:

      \[ x_6=-4x_2-2x_3+8x_4+x_5 \text{ allora } x_2=-\dfrac{1}{2}x_3+2x_4+\dfrac{1}{4}x_5-\dfrac{1}{4}x_6. \]

      Sostituendo nelle altre equazioni del dizionario, otteniamo:

      \[\begin{align*} x_1&=11\left(-\dfrac{1}{2}x_3+2x_4+\dfrac{1}{4}x_5-\dfrac{1}{4}x_6\right)+5x_3-18x_4-2x_5\\ &=-\dfrac{1}{2}x_3+4x_4+\dfrac{3}{4}x_5-\dfrac{11}{4}x_6\\[1ex] x_7&=1-11\left(-\dfrac{1}{2}x_3+2x_4+\dfrac{1}{4}x_5-\dfrac{1}{4}x_6\right)-5x_3+18x_4+2x_5\\ &=1+\dfrac{1}{2}x_3-4x_4-\dfrac{3}{4}x_5+\dfrac{11}{4}x_6\\[1ex] z&=53\left(-\dfrac{1}{2}x_3+2x_4+\dfrac{1}{4}x_5-\dfrac{1}{4}x_6\right)+41x_3-204x_4-20x_5\\ &=\dfrac{29}{2}x_3-98x_4-\dfrac{27}{4}x_5-\dfrac{53}{4}x_6 \end{align*}\]

      Il dizionario risultante è:

      \[\begin{equation*} \begin{cases} \begin{array}{rrrrrrrrrrrrr} {x_1=0} & {-} & {\frac{1}{2}} {x_3} & {+} & 4\, {x_4} & {+} & {\frac{3}{4}} \, {x_5} & {-} & {\frac{11}{4}}\, {x_6} \\[2ex] {x_2=0} & {-} & {\frac{1}{2}} {x_3} & {+} & 2 \, {x_4} & {+} & {\frac{1}{4}} \, {x_5} & {-} & {\frac{1}{4}} \, {x_6} \\[2ex] {x_7=1} & {+} & {\frac{1}{2}} {x_3} & {-} & 4\, {x_4} & {-} & {\frac{3}{4}} \, {x_5} & {+} & {\frac{11}{4}} \, {x_6} \\[2ex] {z=0} & {+} & {\frac{29}{2}} {x_3} & {-} & 98\, {x_4} & {-} & {\frac{27}{4}} \, {x_5} & {-} & {\frac{53}{4}} \, {x_6} \end{array} \end{cases} \end{equation*}\]

      dove \(\pazocal{B}=\{1,2,7\}\) e \(\pazocal{N}=\{3,4,5,6\}\). La soluzione di base ammissibile è:

      \[ \bar x_1=0,~~ \bar x_2=0,~~ \bar x_7=1,~~~~~ \bar x_3=0,~~ \bar x_4=0,~~ \bar x_5=0,~~ \bar x_6=0 ~~~\text{di valore } 0 \]
    • Iterazione 3

      L'unico costo ridotto positivo è quello associato a \(x_3\). Abbiamo:

      \[ \begin{cases} x_1 &= 0 - \dfrac{1}{2}\: x_3 \\[2ex] x_2 &= 0 - \dfrac{1}{2}\: x_3 \\[2ex] x_7 &= 1 + \dfrac{1}{2}\: x_3 \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} \underbrace{0 - \dfrac{1}{2}\: x_3 \ge 0}_{x_1 \ge 0} \\[2ex] \underbrace{0 - \dfrac{1}{2}\: x_3 \ge 0}_{x_2 \ge 0} \\[2ex] \underbrace{1 + \dfrac{1}{2}\: x_3 \ge 0}_{x_7 \ge 0} \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} x_3 &\le 0 \\[2ex] x_3 &\le 0 \\[2ex] x_3 &\ge -2 \end{cases} \]

      Aumentando il valore di \(x_3\) fino a \(0\), sia \(x_1\) sia \(x_2\) restano uguali a 0. Poiché esistono due righe pivot, usiamo quella di indice minimo, e quindi \(x_1\) è la riga pivot.

      Abbiamo quindi che:

      • \(x_3\) entra in base e di conseguenza \(x_1\) esce dalla base

      Abbiamo:

      \[ x_1=-\dfrac{1}{2}x_3+4x_4+\dfrac{3}{4}x_5-\dfrac{11}{4}x_6 \text{ allora } x_3=-2x_1+8x_4+\dfrac{3}{2}x_5-\dfrac{11}{2}x_6. \]

      Sostituendo nelle altre equazioni del dizionario, otteniamo:

      \[\begin{align*} x_2&=-\dfrac{1}{2}\left(-2x_1+8x_4+\dfrac{3}{2}x_5-\dfrac{11}{2}x_6\right)+2x_4+\dfrac{1}{4}x_5-\dfrac{1}{4}x_6\\ &=x_1-2x_4-\dfrac{1}{2}x_5+\dfrac{5}{2}x_6\\[1ex] z&=\dfrac{29}{2}\left(-2x_1+8x_4+\dfrac{3}{2}x_5-\dfrac{11}{2}x_6\right)-98x_4-\dfrac{27}{4}x_5-\dfrac{53}{4}x_6\\ &=-29x_1+18x_4+15x_5-93x_6 \end{align*}\]

      Il dizionario risultante è:

      \[\begin{equation*} \begin{cases} \begin{array}{rrrrrrrrrrrrr} {x_2=0} & {+} & {x_1} & {-} & 2\, {x_4} & {-} & {\frac{1}{2}} \, {x_5} & {+} & {\frac{5}{2}} \, {x_6} \\[2ex] {x_3=0} & {-} & 2 \, {x_1} & {+} & 8 \, {x_4} & {+} & {\frac{3}{2}} \, {x_5} & {-} & {\frac{11}{2}} \, {x_6} \\[2ex] {x_7=1} & {-} & {x_1} \\[2ex] {z=0} & {-} & 29 \, {x_1} & {+} & 18\, {x_4} & {+} & {15} \, {x_5} & {-} & {93} \, {x_6} \end{array} \end{cases} \end{equation*}\]

      dove \(\pazocal{B}=\{2,3,7\}\) e \(\pazocal{N}=\{1,4,5,6\}\). La soluzione di base ammissibile è:

      \[ \bar x_2=0,~~ \bar x_3=0,~~ \bar x_7=1,~~~~~ \bar x_1=0,~~ \bar x_4=0,~~ \bar x_5=0,~~ \bar x_6=0 ~~~\text{di valore } 0 \]
    • Iterazione 4

      Il costo ridotto maggiore è ora quello associato a \(x_4\). Abbiamo:

      \[ \begin{cases} x_2 &= 0 - 2\: x_4 \\[2ex] x_3 &= 0 + 8\: x_4 \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} \underbrace{0 - 2\: x_4 \ge 0}_{x_2 \ge 0} \\[2ex] \underbrace{0 + 8\: x_4 \ge 0}_{x_3 \ge 0} \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} x_4 &\le 0 \\[2ex] x_4 &\ge 0 \end{cases} \]

      Aumentando il valore di \(x_4\) fino a \(0\), il valore di \(x_2\) resta uguale a 0, e \(x_2\) è l'unica riga pivot (\(x_7\) non dipende da \(x_4\)).

      Abbiamo quindi che:

      • \(x_4\) entra in base e di conseguenza \(x_2\) esce dalla base

      Abbiamo:

      \[ x_2=x_1-2x_4-\dfrac{1}{2}x_5+\dfrac{5}{2}x_6 \text{ allora } x_4=\dfrac{1}{2}x_1-\dfrac{1}{2}x_2-\dfrac{1}{4}x_5+\dfrac{5}{4}x_6. \]

      Sostituendo nelle altre equazioni del dizionario, otteniamo:

      \[\begin{align*} x_3&=-2x_1+8\left(\dfrac{1}{2}x_1-\dfrac{1}{2}x_2-\dfrac{1}{4}x_5+\dfrac{5}{4}x_6\right)+\dfrac{3}{2}x_5-\dfrac{11}{2}x_6\\ &=2x_1-4x_2-\dfrac{1}{2}x_5+\dfrac{9}{2}x_6\\[1ex] z&=-29x_1+18\left(\dfrac{1}{2}x_1-\dfrac{1}{2}x_2-\dfrac{1}{4}x_5+\dfrac{5}{4}x_6\right)+15x_5-93x_6\\ &=-20x_1-9x_2+\dfrac{21}{2}x_5-\dfrac{141}{2}x_6 \end{align*}\]

      Il dizionario risultante è:

      \[\begin{equation*} \begin{cases} \begin{array}{rrrrrrrrrrrrr} {x_3=0} & {+} & 2\, {x_1} & {-} & 4\, {x_2} & {-} & {\frac{1}{2}} \, {x_5} & {+} & {\frac{9}{2}} \, {x_6} \\[2ex] {x_4=0} & {+} & {\frac{1}{2}} {x_1} & {-} & {\frac{1}{2}} \, {x_2} & {-} & {\frac{1}{4}} \, {x_5} & {+} & {\frac{5}{4}} \, {x_6} \\[2ex] {x_7=1} & {-} & {x_1} \\[2ex] {z=0} & {-} & 20 \, {x_1} & {-} & 9 \, {x_2} & {+} & {\frac{21}{2}} \, {x_5} & {-} & {\frac{141}{2}}\, {x_6} \end{array} \end{cases} \end{equation*}\]

      dove \(\pazocal{B}=\{3,4,7\}\) e \(\pazocal{N}=\{1,2,5,6\}\). La soluzione di base ammissibile è:

      \[ \bar x_3=0,~~ \bar x_4=0,~~ \bar x_7=1,~~~~~ \bar x_1=0,~~ \bar x_2=0,~~ \bar x_5=0,~~ \bar x_6=0 ~~~\text{di valore } 0 \]
    • Iterazione 5

      L'unico costo ridotto positivo è quello associato a \(x_5\). Abbiamo:

      \[ \begin{cases} x_3 &= 0 - \dfrac{1}{2}\: x_5 \\[2ex] x_4 &= 0 - \dfrac{1}{4}\: x_5 \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} \underbrace{0 - \dfrac{1}{2}\: x_5 \ge 0}_{x_3 \ge 0} \\[2ex] \underbrace{0 - \dfrac{1}{4}\: x_5 \ge 0}_{x_4 \ge 0} \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} x_5 &\le 0 \\[2ex] x_5 &\le 0 \end{cases} \]

      Aumentando il valore di \(x_5\) fino a \(0\), sia \(x_3\) sia \(x_4\) restano uguali a 0 (\(x_7\) non dipende da \(x_5\)). Poiché esistono due righe pivot, usiamo quella di indice minimo, e quindi \(x_3\) è la riga pivot.

      Abbiamo quindi che:

      • \(x_5\) entra in base e di conseguenza \(x_3\) esce dalla base

      Abbiamo:

      \[ x_3=2x_1-4x_2-\dfrac{1}{2}x_5+\dfrac{9}{2}x_6 \text{ allora } x_5=4x_1-8x_2-2x_3+9x_6. \]

      Sostituendo nelle altre equazioni del dizionario, otteniamo:

      \[\begin{align*} x_4&=\dfrac{1}{2}x_1-\dfrac{1}{2}x_2-\dfrac{1}{4}(4x_1-8x_2-2x_3+9x_6)+\dfrac{5}{4}x_6\\ &=-\dfrac{1}{2}x_1+\dfrac{3}{2}x_2+\dfrac{1}{2}x_3-x_6\\[1ex] z&=-20x_1-9x_2+\dfrac{21}{2}(4x_1-8x_2-2x_3+9x_6)-\dfrac{141}{2}x_6\\ &=22x_1-93x_2-21x_3+24x_6 \end{align*}\]

      Il dizionario risultante è:

      \[\begin{equation*} \begin{cases} \begin{array}{rrrrrrrrrrrrr} {x_4=0} & {-} & {\frac{1}{2}} {x_1} & {+} & {\frac{3}{2}} \, {x_2} & {+} & {\frac{1}{2}} \, {x_3} & {-} & {x_6} \\[2ex] {x_5=0} & {+} & 4 \, {x_1} & {-} & 8\, {x_2} & {-} & 2\, {x_3} & {+} & 9 {x_6} \\[2ex] {x_7=1} & {-} & {x_1} \\[2ex] {z=0} & {+} & 22\, {x_1} & {-} & 93\, {x_2} & {-} & 21\, {x_3} & {+} & 24\, {x_6} \end{array} \end{cases} \end{equation*}\]

      dove \(\pazocal{B}=\{4,5,7\}\) e \(\pazocal{N}=\{1,2,3,6\}\). La soluzione di base ammissibile è:

      \[ \bar x_4=0,~~ \bar x_5=0,~~ \bar x_7=1,~~~~~ \bar x_1=0,~~ \bar x_2=0,~~ \bar x_3=0,~~ \bar x_6=0 ~~~\text{di valore } 0 \]
    • Iterazione 6

      Il costo ridotto maggiore è ora quello associato a \(x_6\). Abbiamo:

      \[ \begin{cases} x_4 &= 0 - x_6 \\[2ex] x_5 &= 0 + 9\: x_6 \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} \underbrace{0 - x_6 \ge 0}_{x_4 \ge 0} \\[2ex] \underbrace{0 + 9\: x_6 \ge 0}_{x_5 \ge 0} \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} x_6 &\le 0 \\[2ex] x_6 &\ge 0 \end{cases} \]

      Aumentando il valore di \(x_6\) fino a \(0\), il valore di \(x_4\) resta uguale a 0, e \(x_4\) è l'unica riga pivot (\(x_7\) non dipende da \(x_6\)).

      Abbiamo quindi che:

      • \(x_6\) entra in base e di conseguenza \(x_4\) esce dalla base

      Abbiamo:

      \[ x_4=-\dfrac{1}{2}x_1+\dfrac{3}{2}x_2+\dfrac{1}{2}x_3-x_6 \text{ allora } x_6=-\dfrac{1}{2}x_1+\dfrac{3}{2}x_2+\dfrac{1}{2}x_3-x_4. \]

      Sostituendo nelle altre equazioni del dizionario, otteniamo:

      \[\begin{align*} x_5&=4x_1-8x_2-2x_3+9\left(-\dfrac{1}{2}x_1+\dfrac{3}{2}x_2+\dfrac{1}{2}x_3-x_4\right)\\ &=-\dfrac{1}{2}x_1+\dfrac{11}{2}x_2+\dfrac{5}{2}x_3-9x_4\\[1ex] z&=22x_1-93x_2-21x_3+24\left(-\dfrac{1}{2}x_1+\dfrac{3}{2}x_2+\dfrac{1}{2}x_3-x_4\right)\\ &=10x_1-57x_2-9x_3-24x_4 \end{align*}\]

      Il dizionario risultante è:

      \[\begin{equation*} \begin{cases} \begin{array}{rrrrrrrrrrrrr} {x_5=0} & {-} & {\frac{1}{2}} \, {x_1} & {+} & {\frac{11}{2}} \, {x_2} & {+} & {\frac{5}{2}} \, {x_3} & {-} & 9\, {x_4} \\[2ex] {x_6=0} & {-} & {\frac{1}{2}} \; {x_1} & {+} & {\frac{3}{2}} \; {x_2} & {+} & {\frac{1}{2}} \, {x_3} & {-} & {x_4} \\[2ex] {x_7=1} & {-} & {x_1} \\[2ex] {z=0} & {+} & 10\, {x_1} & {-} & 57\; {x_2} & {-} & 9\, {x_3} & {-} & 24\, {x_4} \end{array} \end{cases} \end{equation*}\]

      dove \(\pazocal{B}=\{5,6,7\}\) e \(\pazocal{N}=\{1,2,3,4\}\). La soluzione di base ammissibile è:

      \[ \bar x_5=0,~~ \bar x_6=0,~~ \bar x_7=1,~~~~~ \bar x_1=0,~~ \bar x_2=0,~~ \bar x_3=0,~~ \bar x_4=0 ~~~\text{di valore } 0 \]

      Questo dizionario coincide con quello iniziale e l'algoritmo del simplesso cicla.

  1. Eseguiamo ora l'algoritmo del simplesso utilizzando la regola di pivot di Bland. Quindi, tra le variabili fuori base con costo ridotto positivo, scegliamo quella di indice minimo. Se è possibile più di una variabile uscente, scegliamo la variabile in base di indice minimo.

    Le iterazioni 1–5 sono le stesse della precedente esecuzione: in ciascuna di esse, la variabile fuori base con il costo ridotto maggiore è anche quella di indice minimo tra quelle con costo ridotto positivo. Partiamo dal dizionario ottenuto all'Iterazione 5, con \(\pazocal{B}=\{4,5,7\}\) e \(\pazocal{N}=\{1,2,3,6\}\).

    • Iterazione 6

      In questo dizionario, i costi ridotti positivi sono associati a \(x_1\) e \(x_6\). La regola di Bland seleziona \(x_1\). Abbiamo:

      \[ \begin{cases} x_4 &= 0 - \dfrac{1}{2}\: x_1 \\[2ex] x_5 &= 0 + 4\: x_1 \\[2ex] x_7 &= 1 - x_1 \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} \underbrace{0 - \dfrac{1}{2}\: x_1 \ge 0}_{x_4 \ge 0} \\[2ex] \underbrace{0 + 4\: x_1 \ge 0}_{x_5 \ge 0} \\[2ex] \underbrace{1 - x_1 \ge 0}_{x_7 \ge 0} \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} x_1 &\le 0 \\[2ex] x_1 &\ge 0 \\[2ex] x_1 &\le 1 \end{cases} \]

      Aumentando il valore di \(x_1\) fino a \(\min\left\{0,1\right\}=0\), il valore di \(x_4\) resta uguale a 0, e \(x_4\) è l'unica riga pivot. Anche questa è un'operazione di pivot degenere.

      Abbiamo quindi che:

      • \(x_1\) entra in base e di conseguenza \(x_4\) esce dalla base

      Abbiamo:

      \[ x_4=-\dfrac{1}{2}x_1+\dfrac{3}{2}x_2+\dfrac{1}{2}x_3-x_6 \text{ allora } x_1=3x_2+x_3-2x_4-2x_6. \]

      Sostituendo nelle altre equazioni del dizionario, otteniamo:

      \[\begin{align*} x_5&=4(3x_2+x_3-2x_4-2x_6)-8x_2-2x_3+9x_6\\ &=4x_2+2x_3-8x_4+x_6\\[1ex] x_7&=1-(3x_2+x_3-2x_4-2x_6)=1-3x_2-x_3+2x_4+2x_6\\[1ex] z&=22(3x_2+x_3-2x_4-2x_6)-93x_2-21x_3+24x_6\\ &=-27x_2+x_3-44x_4-20x_6 \end{align*}\]

      Il dizionario risultante è:

      \[\begin{equation*} \begin{cases} \begin{array}{rrrrrrrrrrrrr} {x_1=0} & {+} & 3 \, {x_2} & {+} & \, {x_3} & {-} & 2 \, {x_4} & {-} & 2 {x_6} \\[2ex] {x_5=0} & {+} & 4 \; {x_2} & {+} & 2 \; {x_3} & {-} & 8 \, {x_4} & {+} & {x_6} \\[2ex] {x_7=1} & {-} & 3 \; {x_2} & {-} & \; {x_3} & {+} & 2 \, {x_4} & {+} & 2 {x_6} \\[2ex] {z=0} & {-} & 27\, {x_2} & {+} & {x_3} & {-} & 44\, {x_4} & {-} & 20\, {x_6} \end{array} \end{cases} \end{equation*}\]

      dove \(\pazocal{B}=\{1,5,7\}\) e \(\pazocal{N}=\{2,3,4,6\}\). La soluzione di base ammissibile è:

      \[ \bar x_1=0,~~ \bar x_5=0,~~ \bar x_7=1,~~~~~ \bar x_2=0,~~ \bar x_3=0,~~ \bar x_4=0,~~ \bar x_6=0 ~~~\text{di valore } 0 \]
    • Iterazione 7

      L'unico costo ridotto positivo è quello associato a \(x_3\). Abbiamo:

      \[ \begin{cases} x_1 &= 0 + x_3 \\[2ex] x_5 &= 0 + 2\: x_3 \\[2ex] x_7 &= 1 - x_3 \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} \underbrace{0 + x_3 \ge 0}_{x_1 \ge 0} \\[2ex] \underbrace{0 + 2\: x_3 \ge 0}_{x_5 \ge 0} \\[2ex] \underbrace{1 - x_3 \ge 0}_{x_7 \ge 0} \end{cases} \qquad \qquad \begin{cases} x_3 &\ge 0 \\[2ex] x_3 &\ge 0 \\[2ex] x_3 &\le 1 \end{cases} \]

      Aumentando il valore di \(x_3\) fino a \(1\), il valore di \(x_7\) scende a 0.

      Abbiamo quindi che:

      • \(x_3\) entra in base e di conseguenza \(x_7\) esce dalla base

      Abbiamo:

      \[ x_7=1-3x_2-x_3+2x_4+2x_6 \text{ allora } x_3=1-3x_2+2x_4+2x_6-x_7. \]

      Sostituendo nelle altre equazioni del dizionario, otteniamo un dizionario ottimo:

      \[\begin{align*} x_1&=3x_2+\left(1-3x_2+2x_4+2x_6-x_7\right)-2x_4-2x_6=1-x_7\\[1ex] x_5&=4x_2+2\left(1-3x_2+2x_4+2x_6-x_7\right)-8x_4+x_6\\ &=2-2x_2-4x_4+5x_6-2x_7\\[1ex] z&=-27x_2+\left(1-3x_2+2x_4+2x_6-x_7\right)-44x_4-20x_6\\ &=1-30x_2-42x_4-18x_6-x_7 \end{align*}\]

      Il dizionario risultante è:

      \[\begin{equation*} \begin{cases} \begin{array}{rrrrrrrrrrrrr} {x_1=1} & & & & & & & {-} & {x_7} \\[2ex] {x_3=1} & {-} & 3 \; {x_2} & {+} & 2 \; {x_4} & {+} & 2 \, {x_6} & {-} & {x_7} \\[2ex] {x_5=2} & {-} & 2 \; {x_2} & {-} & 4 \; {x_4} & {+} & 5 \, {x_6} & {-} & 2 {x_7} \\[2ex] {z=1} & {-} & 30\, {x_2} & {-} & 42{x_4} & {-} & 18\, {x_6} & {-} & \, {x_7} \end{array} \end{cases} \end{equation*}\]

      dove \(\pazocal{B}=\{1,3,5\}\) e \(\pazocal{N}=\{2,4,6,7\}\). La soluzione di base ottima è:

      \[ \tilde x_1=1,~~ \tilde x_3=1,~~ \tilde x_5=2,~~ \tilde x_2=0,~~ \tilde x_4=0,~~ \tilde x_6=0,~~ \tilde x_7=0 ~~~\text{di valore } 1 \]