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割平面法(Cutting Planes )

割平面法

有效不等式 (Valid Inequalities)、 割平面(Cutting Plane)算法

(1)最可能的结果和理想约束都是由提供

(2)目标:通过给定的已知条件,找到有效方法来近似获得

(3)通过生成线性不等式(所有整数解均满足)来加强约束,这种不等式称为有效不等式

定义6:对于所有均满足。那么对于,不等式是一个有效不等式

      其中,有效,当且仅当X落在半平面

             

(1)0-1背包问题

                         

                (a) 如果,那么不成立),因此

                (b) 如果那么(x3,x5取0,x4取1),因此(x1不大于x2,)(1,1;0,1;0,0)

(2)混合整数集

                        (x 为 连续值, y 为整数)

                    

                               其中不等式是有效的,并提供了X的凸包

(3)近似(Rounding

     

        (a) 对三个约束 使用进行线性组合

                      

        (b)  对一些系数进行降低(reducing),或者使用替代(substituting

                      (将1/2 用“0” 代替,因为都为正整数,所以变为小于号)

        (c) 左端项为整数,因此右端项必然

                        每个变量均为正整数,可以将3/2 改为“1”

        (d) 最终的不等式变为:,  切掉了LP问题的最优解

生成有效不等式的方法

(1)如果是可行整数解集,并且是问题约束的线性松弛的可行域,那么除非(P为所有整数解X的凸包),那么存在有效不等式对于有效,但不满足P。(包含凸包的更小可行域)

(2)生成有效不等式的方法:

             (a)近似(rounding)

             (b)模运算(Modular arithmetic

             (c)混合整数近似(Mixed integer rounding

             (d)吸取(Disjunctions

             (e)添加(Superadditivity

Rounding:

(1)此方法基于下面两个现象:

             (a) 如果,,那么  (x取不大于a的最大整数,向下取整

             (b) 如果 包含X的有效不等式,且,那么对于依然有效 (等式两边同时乘以一个大于“0”的数,不等式不变号)

(2)令 为矩阵,且

                         

定义7(有理多面体,Rational Polyhedron:如果存在一个带有合理系数的大小的矩阵使得,那么这个多面体是有理的(rational

Chv´atal-Gomory Procedure

(1)选择,并计算矩阵的一个线性组合:

                    

(2) 将系数向下取整(Round down):

                   

(3) 将右端项向下取整(Round down):

                   

通过改变,我们得到第一个Chv´atal 封闭多面体  

               

的线性描述

定理1是一个多面体

给定是一个有理多面体,可以再次对使用近似(rounding)操作,从而得到

从而可以得到一系列的多面体:

     

定理2:对于每个有效不等式可以使用Chv´atal-Gomory操作在有限次后得到

定理3:令为一个有理多面体,那么我们可以得到,对于

定义8Chv´atal 的秩):为一个有理多面体,Chv´atal 的秩为最小整数k,使得在第k次得到凸包

的匹配问题

(1)对于图,匹配(matching是不相连的边(disjoint edges)的集合,

          比如,每个子图中的节点,不出现在第二条边上

          

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