↓ Skip to main content

线性规划右端同时变化时,原基何时仍然最优?

·119 words·1 min
Jinyu Chen
Author
Jinyu Chen
问题驱动的个人知识库

判断归属:AI 候选解释。 基础条件与证书来自 Fampa 与 Lee §1–3;教学算例为独立 AI 构造。100% rule 是已有理论,本次新论文讨论的是由这些单项范围构造更大的 cone 证书。

Setup
#

考虑标准线性规划

min⁡cTx,Ax=b,x≥0. \min c^Tx,\qquad Ax=b,\quad x\ge0.

假设 AA 满行秩,当前最优基 β\beta 的矩阵 B=AβB=A_\beta 非奇异。记 H=B−1H=B^{-1}、非基本变量下标为 η\eta,则同一基的可行解为 xˉβ=Hb≥0\bar x_\beta=Hb\ge0、xη=0x_\eta=0;对最小化问题,对偶最优性条件为

cηT−cβTHAη≥0. c_\eta^T-c_\beta^THA_\eta\ge0.

只改变右端 bb,固定 A,cA,c 和同一个基,上式不变。因此只需检查 Hb^≥0H\hat b\ge0,即可保证该基仍可行且最优。这里“基不变”表示使用同一组基本列,基本变量值会随 b^\hat b 改变;不表示原解向量不变。

Single-and-simultaneous
#

令 hi=Heih^i=He_i,单独把 bib_i 改成 bi+δib_i+\delta_i,需要 xˉβ+δihi≥0\bar x_\beta+\delta_i h^i\ge0。逐行相交得到允许区间

Li=max⁡k:hki>0−xˉβ,khki,Ui=min⁡k:hki<0−xˉβ,khki. L_i=\max_{k:h^i_k>0}\frac{-\bar x_{\beta,k}}{h^i_k},\qquad U_i=\min_{k:h^i_k<0}\frac{-\bar x_{\beta,k}}{h^i_k}.

相应集合为空时取 Li=−∞L_i=-\infty 或 Ui=+∞U_i=+\infty。它们是“其他分量不动”的单项范围,不能当作可任意组合的矩形。

经典 100% rule 将各项改变量归一化:δi<0\delta_i<0 时取 λi=δi/Li\lambda_i=\delta_i/L_i,δi>0\delta_i>0 时取 λi=δi/Ui\lambda_i=\delta_i/U_i,零变化取零。无限界对应方向计零;若某方向的允许界为零,则不允许沿该方向变化。当

∑iλi≤1 \sum_i\lambda_i\le1

时,这些同时变化足以保证原基仍最优。有限非零边界下,可将变化后的右端写成原右端 bb 与各单项允许端点的凸组合,解释为什么总比例约束能保证可行;无限方向另由可行射线处理。它是充分证书,不是所有可行变化的必要条件。

**AI 算例:**取 A=[211110]A=\left[\begin{smallmatrix}2&1&1\\1&1&0\end{smallmatrix}\right]、c=(1,1,1)Tc=(1,1,1)^T、b=(3,2)Tb=(3,2)^T,前两列为基,则 H=[1−1−12]H=\left[\begin{smallmatrix}1&-1\\-1&2\end{smallmatrix}\right]、xˉβ=(1,1)T\bar x_\beta=(1,1)^T,对偶解 (0,1)T(0,1)^T 满足条件。单项范围是 [−1,1][-1,1] 与 [−1/2,1][-1/2,1]。分别变化 (1,0)(1,0) 或 (0,−1/2)(0,-1/2) 都可行,同时变化 (1,−1/2)(1,-1/2) 却得到基本变量 (5/2,−1)T(5/2,-1)^T,不再可行;两项归一化比例之和为 2。其他基可能仍可行,不能把原基失效解释成整个问题无解。

Cone
#

固定基的精确可行右端集合为

Bβ={b^:Hb^≥0}. \mathcal B_\beta=\{\hat b:H\hat b\ge0\}.

它是一个锥,因为缩放和非负组合保持线性不等式。令经典证书区域为 S=b+Δ100%S=b+\Delta_{100\%}。作者 §3 构造其闭锥包 Kβ(b)=closed-cone⁡(S)K_\beta(b)=\operatorname{closed\text{-}cone}(S),得到

S⊆Kβ(b)⊆Bβ. S\subseteq K_\beta(b)\subseteq\mathcal B_\beta.

因此可以在同一单项灵敏度资料上认证更大的右端区域。证书区域之外只是这份证书没有保证,不意味着原基一定失效。本文不传播后续未核验的紧致性分类或实现复杂度保证。

Boundaries-and-links#

前置知识是矩阵逆、基与原始/对偶可行性;优化与数值分析地图给出阅读顺序。这里是精确数学中的可行性证书;数值条件与算法稳定性讨论有限精度与小扰动,两者的问题和保证不同。本文没有分析近奇异基的计算误差。

潜在建模启发:存储迁移的目标与过程也需要区分目标改动与可行执行,但真实系统不自动满足固定 A,cA,c、连续变量和同一基的条件。未建立相应 LP 前,不能把本文证书用于整数副本、时变网络或非线性服务约束。

开放问题是:哪些实际任务能被表示成仅右端变化?拿到精确证书后,浮点求解与退化基又怎样影响检查?本次没有完成应用验证。