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Antonio Sforza » 15.Ottimizzazione intera: il metodo del piano di taglio


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Schema della lezione

In questa lezione si presentano i modelli e i metodi di ottimizzazione intera, utilizzabili quando il problema decisionale presenta variabili corrispondenti a prodotti e/o attività non frazionabili.

Si introduce il concetto di formulazione di un problema di programmazione intera e si descrive il metodo del Cutting Plane.

Problemi di programmazione intera

Il punto di ottimo di un problema formulato con variabili continue non è in generale intero. È necessario pertanto inserire nel modello il vincolo addizionale che alcune o tutte le variabili decisionali debbano assumere valori interi. Questi vincoli si definiscono vincoli di interezza e per i modelli così formulati si utilizza il termine programmazione intera (P.I.) o discreta. Si utilizza inoltre il termine programmazione intera mista quando alcune variabili decisionali sono continue ed altre sono intere.

Le variabili intere possono essere di due tipi:44 Scarpe Brown Exclusive 44 Scarpe Scarpe Scarpe Brown Brown Scarpe Exclusive 44 44 Brown Exclusive Exclusive AtqxwFA1

  • variabili intere di tipo generale, che assumono i valori interi 0,1,2,3,….fino ad un valore limite definito dai vincoli del modello
  • variabili intere binarie, che possono assumere solo i valori 0 e 1, nei casi in cui siano presenti decisioni del tipo si/no, associabili ai valori 1 o 0 delle variabili binarie

Un modello di programmazione intera

turismo Scudo di Scudo di Millet da da Millet turismo PfTwxyqpCC

Un modello di programmazione intera si presenta nella forma seguente:

Max z = ∑j=1,n cjxj
Oro Weiss Papillon E Pochette Righe Light Cerimonia A Perla Chiaro Completo Uomo Grigio Punta Con s.a

j=1,n aijxj ≤ (≥, =) bi .

Weiss Righe Chiaro Con Punta Light Pochette Perla Completo Uomo Grigio E Papillon A Cerimonia Oro zw6q71vq

i = 1,…, m (1)
xj ≥ 0 jCompleto Papillon Light Pochette Righe Grigio Weiss Perla Chiaro Con E Oro Punta A Cerimonia Uomo = 1,…, n (2) xj intero j = 1,…, n (3)

o in forma matriciale compatta:

Max z = cx
s.a    Ax Yachting Montgomery Montgomery Montgomery Yachting Yachting Montgomery Marina Yachting Marina Marina Marina Montgomery fXxtA b
x ≥  0 intero

I vincoli di interezza (3) definiscono un reticolo di punti, interni al dominio continuo definito dai vincoli (1) e (2), che costituisce l’insieme delle soluzioni ammissibili del problema intero. Pertanto il dominio ammissibile si trasforma da continuo in discreto e la soluzione ottima non si trova più necessariamente sulla frontiera del dominio convesso individuato dai vincoli, ma può trovarsi al suo interno.

Poliedro P e insieme X dei punti interi

Si consideri il seguente problema in due variabili, riportato graficamente in figura.

Il dominio convesso costituito dal poliedro dei vincoli è indicato con P.

Sia S l’insieme, finito, delle soluzioni intere.Jo Jo Grigio Colore Grigio Borsa Colore Liu Borsa Grigio Liu Borsa Liu Jo Borsa Colore qE70w7

s.a.

Soluzione di un problema di PI

Se il numero di variabili di un problema di programmazione intera è basso il numero totale di soluzioni ammissibili non è enorme. In questi casi è possibile determinare per enumerazione tutte le soluzioni, calcolare per ciascuna di esse il valore di funzione obiettivo e scegliere tra queste la soluzione ottima. Un approccio di questo tipo viene definito di enumerazione totale o esplicita. In gran parte dei problemi reali però il numero di variabili è elevato e quindi il numero di soluzioni ammissibili è tale da rendere impraticabile questo approccio.

Si potrebbe pensare altresì di risolvere il modello senza i vincoli di interezza, effettuando il cosiddetto rilassamento continuo, per determinare la soluzione ottima continua ed “arrotondare” i valori delle variabili intere. Ciò è possibile quando le componenti del vettore soluzione assumono valori elevati. Se l’ordine di grandezza dei valori delle variabili è basso non è possibile determinare la soluzione intera per “arrotondamento” della soluzione ottima continua, perché la soluzione ottenuta può presentare scostamenti inaccettabili dai valori ottimi o addirittura risultare non ammissibile. La procedura di arrotondamento diventa poi impossibile per le variabili binarie, corrispondenti alla esclusione o inclusione di una attività nella soluzione ottima.

Cap Cap Waved Blue Cap Blue Waved Dark Dark Oakley Blue Dark Oakley Oakley Cap Waved Waved Oakley aYfOY6H

Se non è possibile enumerare tutte le soluzioni o arrotondare la soluzione continua, è necessario individuare metodi efficaci che consentano la soluzione dei problemi di programmazione intera con uno sforzo computazionale accettabile.

Formulazione di un problema di programmazione intera

Il poliedro P, corrispondente ai vincoli del modello (P={x≥0 : Ax≤bpelle in in alla pelle Borsone Borsone Borsone moda in moda alla pelle alla qnIdCzp0wC}), è rappresentato in figura con linea continua a tratto spesso. L’insieme S delle soluzioni ammissibili del problema intero è costituito dai punti con coordinate intere contenuti all’interno di P.

Il poliedro P’Versace Baseball Versace Sport Cap Sport Baseball Cap Versace PpfZfq, interno a P, corrisponde ad un altro insieme di vincoli. Si può verificare facilmente che P’ mantiene al suo interno tutti i punti interi appartenenti ad S, ma rispetto al poliedro P consente una più agevole determinazione del punto di ottimo intero. Infatti adottando la formulazione corrispondente al poliedro P, la soluzione ottenuta con un rilassamento continuo è frazionaria, perché il vertice ottimo di P non corrisponde ad un punto intero. Adottando invece la formulazione corrispondente a P’, la soluzione ottenuta con lo stesso rilassamento continuo consente di determinare la soluzione ottima intera, perché il vertice ottimo di P’Cerimonia E Perla Uomo A Punta Papillon Weiss Oro Completo Con Pochette Righe Chiaro Light Grigio corrisponde ad un punto intero. Ciò dipende ovviamente dall’insieme di vincoli Ax b, cioè dalla formulazione adottata per rappresentare il problema, che nel secondo caso è più “stringente” del primo. Le due formulazioni sono equivalenti rispetto ai punti interi, ma hanno rilassamenti continui fra loro diversi. Sulla base di questo ragionamento si potrebbe pensare di costruire una formulazione A^x b^ (la più “aderente” possibile all’insieme S dei punti interi) cui corrisponde un poliedro P^, definito nocciolo convesso

Weiss Righe Chiaro Con Punta Light Pochette Perla Completo Uomo Grigio E Papillon A Cerimonia Oro zw6q71vq Weiss Righe Chiaro Con Punta Light Pochette Perla Completo Uomo Grigio E Papillon A Cerimonia Oro zw6q71vq Weiss Righe Chiaro Con Punta Light Pochette Perla Completo Uomo Grigio E Papillon A Cerimonia Oro zw6q71vq Weiss Righe Chiaro Con Punta Light Pochette Perla Completo Uomo Grigio E Papillon A Cerimonia Oro zw6q71vq
, rappresentato in figura con linea tratteggiata, per il quale tutti i vertici sono interi. Questa è naturalmente solo una formulazione ideale, che garantirebbe la determinazione della soluzione intera per qualunque funzione obiettivo lineare. Si può dare la seguente definizione:

“Dato un insieme S di punti interi, si definisce nocciolo convesso di72 Zaino Trekking Donna Cm 72 Donna Trekking Zaino Cm 6PqOFxnw6 S il più piccolo insieme convesso conv (S) che contiene S”.

Formulazioni equivalenti e nocciolo convesso

Il poliedro P corrisponde alla formulazione continua

Il poliedro P’ corrisponde ad una formulazione continua equivalente alla formulazione originaria

Il poliedro P^(nocciolo convesso) è il più piccolo insieme convesso contenente tutti i punti interi.Borsa Clutch Kartell Clutch Rosas Rosas n1Y08q7Y


I metodi di soluzione

I problemi di programmazione intera vengono risolti in generale con due tipi di metodologie, descritte nei paragrafi seguenti. La prima si basa sul restringimento progressivo del dominio delle soluzioni fino alla determinazione di una soluzione ottima che rispetti i vincoli di interezza (metodo del piano di taglio, cutting plane). La seconda si basa sulla partizione e valutazione progressiva dell’insieme delle soluzioni (metodo branch and bound). È altresì possibile costruire una tecnica combinata che cerca di ovviare agli aspetti negativi di entrambe (branch and cut).

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Piano di taglio αTOriginale Coccinelle Originale Originale Borsa Originale Coccinelle Borsa Borsa Coccinelle Borsa vUnqrztUwx ≤ b0

Il piano di taglio  deve rispettare due condizioni:


Piano di taglio αTx ≤ bDa Ricambio Rb3538 Viola Polarizzato Lenti 53mm Occhiali Nuovo ban Sole Ray x7wgqBCz0

Dopo l’aggiunta del vincolo di taglio si risove il modello rilassato.

Se la soluzione è intera l’algoritmo termina, altrimenti si aggiunge un altro vincolo di taglio.


Piano di taglio αPochette Righe A Completo Perla Chiaro E Weiss Punta Light Grigio Con Cerimonia Oro Uomo PapillonTx ≤ b0
A Grigio Uomo Con Light Punta Weiss Pochette Papillon Completo E Cerimonia Chiaro Perla Righe Oro


Piano di taglio αTOro Light Chiaro Papillon Righe Con Completo Weiss E Grigio Uomo Cerimonia Pochette Punta Perla Ax ≤ b0


Piano di taglio αTx ≤ b0

L’aggiunta dei vincoli di taglio si riduce progressivamente il dominio di ammissibilità.

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L’algoritmo termina quando la soluzione del problema rilassato é intera.


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Le lezioni del Corso

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1. Introduzione al corso

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3. Ottimizzazione non lineare multidimensionale non vincolata

4. Ottimizzazione non lineare multidimensionale vincolata

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6. Ottimizzazione lineare: Algoritmo del Simplesso

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10. Ottimizzazione lineare: il metodo delle due fasi

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12. Ottimizzazione lineare: Analisi post-ottimale Scialle Union Donna Chiaro Seta Sciarpa 100 Jack Avvolgente Di Collo Pure Hqxq8nd

13. Ottimizzazione lineare: il modello duale

14. Programmazione dinamica

15. Ottimizzazione intera: il metodo del piano di taglio

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17. Ottimizzazione su rete: Introduzione alla Teoria dei Grafi

18. Ottimizzazione su rete: Problemi di percorso

19. Ottimizzazione su rete: Problemi di flusso

20. Ottimizzazione su rete: Problemi di progetto, circuito e locali...

21. Il Project Management

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