06_ind2209_alumno_15

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  • 7/23/2019 06_IND2209_Alumno_15

    1/62

    Investigacin

    de

    OperacionesIND2209

    Profesor:Pamelalvarez M.

    Facultad de Ingeniera

    Departamento de Ciencias de la Ingeniera

    Unidad N4

  • 7/23/2019 06_IND2209_Alumno_15

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    IND2209.Prof.:PamelalvarezM.

    Martes13deoctubre:PruebaSolemne

    Contenidos:

    UnidadN 3

    UnidadN 4

    Literaturaobligatoria:

    Ttulo:IntroduccinalaInvestigacindeOperaciones. Autor:HILLIER,F.yLIBERMAN,G Captulos:4(complete,exceptApndice),5(5.1,5.2,5.3),6(completo)

    Literaturacomplementaria:

    Ttulo:InvestigacindeOperaciones Autor:TAHA,H. Captulos:2(2.12.22.3),3(completo),4(completo),7(7.1)

    2

    RECORDATORIO

  • 7/23/2019 06_IND2209_Alumno_15

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    IND2209.Prof.:PamelalvarezM.

    ElsupuestofundamentaldelosmodelosdeLPesqueunoconoceen

    formaexactalosdistintosparmetrosdelproblema

    Engeneral,almodelarnoseconocenlosvaloresquepuedenadoptar

    losparmetros

    Muchasveceslosparmetrosnosondeterminsticos,sinoque

    estocsticos

    Dadoesto,esimportantepodersabercuanrobustassonnuestras

    solucionesfrenteaestosparmetros.

    3

    DUALIDAD Y ANLISIS DE SENSIBILIDAD

  • 7/23/2019 06_IND2209_Alumno_15

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    IND2209.Prof.:PamelalvarezM.

    Queremosresponderpreguntasdeltipo:

    Cuntopuedecambiarunladoderechodeunarestriccinyan

    mantenerlamismabaseptima?

    Cuntopuedecambiarlafuncinobjetivoyanmantenerla

    mismabaseptima?

    Qupuedeocurrirsiagregamosunavariableluegodellegarala

    solucinptima?

    Cuntopagaraporunaunidadderecursoadicional?

    4

    DUALIDAD Y ANLISIS DE SENSIBILIDAD

  • 7/23/2019 06_IND2209_Alumno_15

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    IND2209.Prof.:PamelalvarezM.

    Definicin:

    SeaunproblemadePLenlaformaestndarqueyaconocemos,

    yseaBunabase

    factible

    delproblema.Puedeescribirselaforma

    cannicadeunproblemadePLdadapor:

    5

    FORMA CANNICA DE UN PL

    1 11 1. .

    , 0

    T T TB R B R

    B R

    B R

    in c B b c c B R x

    s a Ix B Rx B b

    x x

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    IND2209.Prof.:PamelalvarezM.

    Supongamos hemos resuelto un problema deminimizacinde

    PL hasta la optimalidad.

    SeaBla base ptima. Tenemos:

    Veremos como responder estas preguntas en forma

    algebraica.

    6

    ANLISIS DE SENSIBILIDAD

    0*,0* 1 RB xbBx

    1 0T

    T TR

    R B

    c c c B R

    1* T TB B Bz c x c B b

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    IND2209.Prof.:PamelalvarezM.

    Cambio en coeficientes de la funcin objetivo

    Modificar la funcin objetivo no cambia la regin factible (o dominio)

    del problema.

    Una funcin objetivo diferente slo puede modificar el vrtice ptimo.

    Afecta la pendiente de la funcin objetivo.

    Puede haber un cambio de base.

    Queremos identificar el rango de las perturbaciones en uno de los

    coeficientes de la funcin objetivo de modo de no alterar la solucin

    ptima alcanzada.

    7

    ANLISIS DE SENSIBILIDAD

  • 7/23/2019 06_IND2209_Alumno_15

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    IND2209.Prof.:PamelalvarezM.

    Cambio en coeficientes de la funcin objetivo

    Supongamos el coeficientecj cambia acj+

    Como sabemos, el vector de costos de la funcin objetivo se puede

    dividir en:

    Nos interesa ver qu ocurre con la condicin deoptimalidad

    A medida que la base cambia en bsqueda de una base ptima, los

    costos reducidos tambin cambian.

    Y el anlisis depender de si el coeficiente que cambia es de una

    columna bsicaono.

    8

    ANLISIS DE SENSIBILIDAD

    T T T

    B B R Rc x c x c x

    1 0T

    T TR R Bc c c B R

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    IND2209.Prof.:PamelalvarezM.

    Cambio en coeficientes de la funcin objetivo

    Supongamos primero que el ndice jcorresponde a una variable NO

    BASICA.

    Cules costos reducidos se ven afectados?

    En la solucin eljsimo costo reducido es:

    Y cuando cambia enqueda:

    Qu condicin debe cumplirse para que la solucin siga siendo

    ptima?

    9

    ANLISIS DE SENSIBILIDAD

    1Tj j B jc c c B R

    1( ) Tj j B jc c c B R

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    IND2209.Prof.:PamelalvarezM.

    Cambio en coeficientes de la funcin objetivo

    Esta condicin permite evaluar hasta donde puede cambiar el

    costo no bsico.

    10

    ANLISIS DE SENSIBILIDAD

    1( ) 0Tj j B jc c c B R

    1( )T jj B jc c B R c

    jc

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    IND2209.Prof.:PamelalvarezM.

    Cambio en coeficientes de la funcin objetivo

    Supongamos ahora que el ndice jcorresponde a una variable

    BASICA.

    El anlisis respecto a variaciones de los costos asociados a

    variables bsicas es ms complejo que en las no bsicas

    Los costos reducidos son:

    Cules costos reducidos se ven afectados...?

    Si ante esta perturbacin los costos reducidos no bsicos siguen

    siendo no negativos la base ptima permanece inalterada.

    Los costos reducidos bsicos seguirn siendo 0 por construccin11

    ANLISIS DE SENSIBILIDAD

    1T T TR R Bc c c B R

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    IND2209.Prof.:PamelalvarezM.

    Cambio en coeficientes de la funcin objetivo

    SeaRm dado por:

    Entonces, los nuevos costos reducidos son:

    Qu tiene que pasar para que se mantenga la optimalidad?

    12

    ANLISIS DE SENSIBILIDAD

    jcaientecorrespondposicin

    0

    0

    1( )T

    T TR R Bc c c B R

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    IND2209.Prof.:PamelalvarezM.

    Cambio en coeficientes de la funcin objetivo

    Donde rcorresponde al ndice de la fila de B-1R asociada a la

    componente decBque se est modificando.

    13

    ANLISIS DE SENSIBILIDAD

    1

    ( ) 0

    TT T

    R R Bc c c B R

    011 RBRBcc T

    T

    B

    T

    R

    01 RBc T

    T

    R

    0)( 1

    r

    T

    R RBc

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    IND2209.Prof.:PamelalvarezM.

    Cambio en la cantidad de recurso o lado derecho

    Al cambiar el vector de nivel de recursos b, se mantiene

    inalterada la funcin objetivo, pero se modifica el dominio de

    las soluciones.

    Si se modifica el nivel de recursos de una restriccin activa, la

    solucin ptima, a menos que sea degenerada, cambia

    inmediatamente.

    Si la solucin ptima contina siendo definida por la mismabase entonces los costos reducidos permanecen inalterados, ya

    que no dependen deb.

    14

    ANLISIS DE SENSIBILIDAD

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    IND2209.Prof.:PamelalvarezM.

    Cambio en la cantidad de recurso o lado derecho

    Perturbaciones pequeas en uno de los recursos disponibles no

    cambia el conjunto de variables bsicas, pero s el valor que

    ellas toman en la solucin ptima.

    15

    ANLISIS DE SENSIBILIDAD

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    IND2209.Prof.:PamelalvarezM.

    Cambio en la cantidad de recurso o lado derecho

    Perturbaciones mayores a un determinado umbral pueden

    convertir la base en una base infactible: el valor que toma una

    de las variables bsicas se hace negativo.

    16

    ANLISIS DE SENSIBILIDAD

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    IND2209.Prof.:PamelalvarezM.

    Cambio en la cantidad de recurso o lado derecho

    La solucin ptima es:

    Supongamos quebicambia abi+.

    La pregunta es: cunto puede valer y mantener la misma

    baseBcomo ptima?

    17

    ANLISIS DE SENSIBILIDAD

    0*,0* 1 RB xbBx

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    IND2209.Prof.:PamelalvarezM.

    Cambio en la cantidad de recurso o lado derecho

    Sea Rm dado por:

    Entonces, la solucin cambia de la siguiente forma:

    debe ser tal que se siga cumpliendo quexBnueva 0

    18

    ANLISIS DE SENSIBILIDAD

    ibaientecorrespondposicin

    0

    0

    )(1 bBx nueva

    B

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    IND2209.Prof.:PamelalvarezM.

    Cambio en la cantidad de recurso o lado derecho

    Esto lleva a:

    Y por la forma de se tiene:

    Esta condicin impone un sistema de desigualdades quedebecumplir, y de ah se deducen los lmites.

    19

    ANLISIS DE SENSIBILIDAD

    *11 BxbBB

    *)( 1 Bi xB

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    Problema del carpintero

    20

    ANLISIS DE SENSIBILIDAD

    70 90. . 4 3 40

    4 7 56

    , 0

    ax x ys a x y

    x y

    x y

    2 4 6 8 10 12

    2

    4

    6

    8

    10

    Cunto puede variar c1 de modo

    de que la base siga siendo ptima?

    *

    *

    *

    7

    4850

    x

    yz

    Solucin ptima:

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    21/62

    IND2209.Prof.:PamelalvarezM.

    Problema del carpintero

    21

    ANLISIS DE SENSIBILIDAD

    70 90. . 4 3 40

    4 7 56

    , 0

    ax x ys a x y

    x y

    x y

    1T T TR R B

    c c c B R

    4 3 1 0

    4 7 0 1A

    ?B

    1

    7 316 16

    1 14 4

    B

    1( ) 0T

    R rc B R

    Costos reducidos:

    65 758 8T

    Rc

    Variacinc1:

    150 1303 7

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    IND2209.Prof.:PamelalvarezM.

    Problema del carpintero

    22

    ANLISIS DE SENSIBILIDAD

    70 90. . 4 3 40

    4 7 56

    , 0

    ax x ys a x y

    x y

    x y

    2 4 6 8 10 12

    2

    4

    6

    8

    10

    Cunto puede variar b1 de modo

    de que la base siga siendo ptima?

    *

    *

    *

    7

    4

    850

    x

    y

    z

    Solucin ptima:

    *)(1

    Bi xB

    16 16

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    IND2209.

    Prof.:

    Pamela

    lvarez

    M.

    Vimos qu pasa si cambia un coeficiente de la funcin objetivo

    y qu pasa si cambia el lado derecho de una restriccin.

    Pero qu pasa si agregamos una variable con toda su

    informacin asociada?

    23

    ANLISIS DE SENSIBILIDAD

    . .

    0

    Tin z c x

    s a Ax b

    x

    . .

    , 0

    T

    n n

    in n

    n

    Min z c x c x

    s a Ax a x b

    x x

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    IND2209.

    Prof.:

    Pamela

    lvarez

    M.

    Cambia el tamao de la base?

    Qu se ve afectado.. la factibilidad o la optimalidad?

    Por lo tanto proceder como si hubiera cambiado un costo no

    bsico.24

    ANLISIS DE SENSIBILIDAD

    mxmB

    0*,0* 1 RB

    xbBx

    1 0T

    T TR R Bc c c B R

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    IND2209.

    Prof.:

    Pamela

    lvarez

    M.

    Ya vimos qu pasa si los parmetros de los modelos cambian, ahora

    veremos que todo problema se puede plantear de 2 formas distintas, lo

    que entrega informacin adicional importante.

    Todo problema de PL tiene un problema, tambin lineal, asociado

    denominado problema dual.

    Puede utilizarse para obtener informacin de la solucin ptima del

    problema original (primal) y conocerla, si es que existe.

    Adems, tiene una interpretacin econmica interesante.

    Ambos problemas (primal y dual) utilizan los mismos parmetros, es decir,

    el vector de costos, el vector de lados derechos y la matriz de coeficientes

    de restricciones.

    Si un problema es de maximizacin el otro es de minimizacin.25

    DUALIDAD

  • 7/23/2019 06_IND2209_Alumno_15

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    IND2209.

    Prof.:

    Pamela

    lvarez

    M.

    Relacin entre los problemas:

    26

    DUALIDAD

    0,

    3

    14

    43..

    3

    21

    2

    21

    21

    21

    yy

    y

    yy

    yyas

    yywMin

    0,,

    33

    14..

    34

    321

    321

    21

    321

    xxx

    xxx

    xxas

    xxxzMax

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    IND2209.

    Prof.:

    Pamela

    lvarez

    M. 27

    TRANSFORMACIN PRIMAL-DUAL

    Problema de minimizacin Problema de maximizacin

    Si la restriccin es de:

    La variable asociada es:

    airrestrict

    0

    0

    Si la variable es:

    airrestrict

    00

    La restriccin correspondiente es:

  • 7/23/2019 06_IND2209_Alumno_15

    28/62

    IND2209.

    Prof.:

    Pamela

    lvarez

    M.

    Teorema Dbil de Dualidad:

    Si el problema primal es deminimizacinen xy el problema dual es

    de maximizacin en y, entonces para todo e factibles se

    cumple que:

    Si el problema primal es demaximizacinenxy el problema dual es

    de minimizacin eny, entonces para todo e factibles se cumple

    que:

    28

    DUALIDAD EN PL

    x y

    z x w y

    x y

    z x w y

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    IND2209.

    Prof.:

    Pamela

    lvarez

    M.

    Teorema Dbil de Dualidad (dem. caso minimizacin):

    Sean el par de problemas:

    Si es factible para P) entonces , y premultiplicando porse tiene que:

    Si es factible para D) entonces , y premultiplicando por

    se tiene que:

    Luego:

    29

    DUALIDAD EN PL

    . .

    0

    TP Min z c x

    s a Ax b

    x

    . .

    0

    T

    T

    D Max w y b

    s a A y c

    y

    x x b0y

    T Ty Ax y b

    y Ty c0x T Ty Ax c x

    T T Tc x y Ax y b

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    30/62

    IND2209.

    Prof.:

    Pamela

    lvarez

    M.

    Ejemplo:

    30

    DUALIDAD EN PL

    1 2

    1 2

    1 2

    1 2

    ) 70 90

    . . 4 3 40

    4 7 56

    , 0

    Max z x x

    s a x x

    x x

    x x

    1 2

    1 2

    1 2

    1 2

    ) 40 56

    . . 4 4 70

    3 7 90

    , 0

    D Min w y y

    s a y y

    y y

    y y

    5 10 15 20 25 30

    5

    10

    15

    20

    25

    2 4 6 8 10 12

    2

    4

    6

    8

    10

    1 0z

    2 380z 3 700z

    *850z

    1 1200w 2 1500w

    *

    850w

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    31/62

    IND2209.

    Prof.:

    Pamela

    lvarez

    M.

    Ejemplo:Soluciones factibles:

    31

    DUALIDAD EN PL

    z x w y

    0,0 0

    0,4.2 380

    10,0 700

    z

    z

    z

    30,0 12000, 26.8 1500

    ww

    1 2

    1 2

    1 2

    1 2

    ) 70 90

    . . 4 3 40

    4 7 56

    , 0

    P Max z x x

    s a x x

    x x

    x x

    1 2

    1 2

    1 2

    1 2

    ) 40 56

    . . 4 4 70

    3 7 90

    , 0

    D Min w y y

    s a y y

    y y

    y y

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    32/62

    IND2209.

    Prof.:

    Pamela

    lvarez

    M.

    Teorema Fuerte de Dualidad:

    Dado un par de problemas primaldual, si uno de ellos admite

    solucin ptima, entonces el otro tambin la admite y lo respectivos

    ptimos son iguales.

    32

    DUALIDAD EN PL

  • 7/23/2019 06_IND2209_Alumno_15

    33/62

    IND2209.

    Prof.:

    Pamela

    lvarez

    M.

    Teorema Fuerte de Dualidad (demostracin):

    Sean el par de problemas:

    Sea x* una solucin bsica ptima de P) y B* su base ptimaasociada. Por lo tanto se tiene que y adems,

    Luego, es dual factible.

    Y por otra parte:

    33

    DUALIDAD EN PL

    . .

    0

    T

    Min z c xs a Ax b

    x

    . .

    T

    TD Max w y b

    s a A y c

    1

    * 0B b

    *1

    * 0TB

    c c c B A

    *1

    * *TBc B

    *

    *

    *

    *

    1*

    *

    B

    T

    B

    T

    B

    w b

    c B b

    c b

    z x

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    34/62

    IND2209.

    Prof.:

    Pamela

    lvarez

    M.

    Ejemplo:

    34

    DUALIDAD EN PL

    1 2

    1 2

    1 2

    1 2

    ) 70 90

    . . 4 3 40

    4 7 56

    , 0

    Max z x x

    s a x x

    x x

    x x

    1 2

    1 2

    1 2

    1 2

    ) 40 56

    . . 4 4 70

    3 7 90

    , 0

    D Min w y y

    s a y y

    y y

    y y

    5 10 15 20 25 30

    5

    10

    15

    20

    25

    2 4 6 8 10 12

    2

    4

    6

    810

    * 850z * 850w

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    Ejemplo:Solucin ptima:

    35

    DUALIDAD EN PL

    * *z x w w

    7, 4 850z 65 75, 8508 8w

    1 2

    1 2

    1 2

    1 2

    ) 70 90

    . . 4 3 40

    4 7 56

    , 0

    P Max z x x

    s a x x

    x x

    x x

    1 2

    1 2

    1 2

    1 2

    ) 40 56

    . . 4 4 70

    3 7 90

    , 0

    D Min w y y

    s a y y

    y y

    y y

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    Corolario:

    Dado un par de problemas primaldual, si alguno de ellos esfactible

    pero NO acotado, entonces el otro problema esinfactible.

    Dado un par de problemas primaldual, si alguno de ellos esfactible

    y el otro es infactible, entonces el problema que admite solucin

    factible es NO acotado.

    36

    DUALIDAD EN PL

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    Ejemplo:

    37

    DUALIDAD EN PL

    1 2

    1 2

    1 2

    1 2

    ) 40 56

    . . 4 4 703 7 90

    , 0

    Max z x x

    s a x xx x

    x x

    5 10 15 20 25 30

    5

    10

    15

    2025

    Problemafactibleperonoacotado

    1 2

    1 2

    1 2

    1 2

    ) 70 90

    . . 4 3 40

    4 7 56

    , 0

    D Min w y y

    s a y y

    y y

    y y

    2 4 6 8 10 12

    2

    4

    6

    810

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    Ejemplo:

    38

    DUALIDAD EN PL

    1 2

    1 2

    1 2

    1 2

    ) 2 3

    . . 2

    1

    , 0

    Min z x x

    s a x x

    x x

    x x

    1 2

    1 2

    1 2

    1 2

    ) 2

    . . 2

    3

    , irrestricta

    D Max w y y

    s a y y

    y y

    y y

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    Teorema de Holguras complementarias:

    Sean e las soluciones ptimas de los problemas P) y D),

    respectivamente. Una condicin necesaria y suficiente para que e

    sean ptimas viene dada por:

    39

    DUALIDAD EN PL

    x

    x

    0 1,...,

    0 1,...,

    i i i

    i j j

    x b y i m

    c yA x j n

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    Propiedades:

    Soluciones complementarias: en cada iteracin, el mtodo Simplex

    identifica una solucin factible para el PP y una solucin

    complementaria para el PD. Si la solucin no es ptima para el PP,

    entonces la solucin de PD es infactible.

    40

    DUALIDAD EN PL

    DUALIDAD EN PL

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    Propiedades:

    Soluciones complementarias ptimas: en la ltima iteracin del

    mtodo simplex se identifica simultneamente una solucin ptima

    del PP y del PD. Y la solucin del PD corresponde a los precios

    sombra del PP.

    Simetra: para cualquier PP y su PD, las relaciones entre ellos son

    simtricos. El dual del dual es el primal.

    41

    DUALIDAD EN PL

    DUALIDAD EN PL

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    M.

    Por lo tanto, si tengo la solucin de un problema, cmo se deriva la

    solucin del otro problema?:

    Las variables duales y los multiplicadores Simplex coinciden en el

    ptimo de un problema lineal estndar.

    Y qu pasa con las variables de holgura?

    Se puede determinar el valor de las variables duales asociadas a

    restricciones de desigualdad a partir del costo reducido de la

    variable de holgura de la misma restriccin. 42

    DUALIDAD EN PL

    . .

    0

    T

    Min z c xs a Ax b

    x

    . .

    T

    TD Max w y b

    s a A y c

    DUALIDAD EN PL

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    M.

    Por lo tanto, si tengo la solucin de un problema, cmo se deriva la

    solucin del otro problema?:

    Teorema fuerte:

    Calculemos las variables. SiB*es ptima tenemos:

    43

    DUALIDAD EN PL

    . .

    0

    TMin z c x

    s a Ax b

    x

    . .

    T

    T

    D Max w y b

    s a A y c

    * *z w

    *1

    * 0TB

    c c c B A

    *

    DualfactibleyptimoparaD

    ANLISIS MATRICIAL

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    Consideraciones de las holguras:

    Si una variable de holgura no est en la base tiene valor cero, y

    la restriccin asociada est activa. El costo reducido de una variable de holgura que no est en la

    base, es igual al multiplicador de Lagrange de la restriccin con

    signo contrario.

    44

    ANLISIS MATRICIAL

    INTERPRETACIN ECONMICA

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    Ejemplo:

    Un industrial salmonero posee varias piscinas de crianza de salmones. Los animales en

    esas piscinas son alimentados con una mezcla consistente en distintas materias primas

    alimenticias y cada una de estas materias primas, entrega un cierto aporte en una serie

    de nutrientes que son importantes para el desarrollo de los salmones. Por otro lado,

    existen costos asociados a usar una u otra materia prima. El problema de este industrial

    consiste en determinar la mezcla ms econmica de materias primas que satisfacen los

    aportes mnimos en una porcin de alimento.

    El anterior es un clsico problema de dieta", similar a algunos ejemplos que ya hemos

    visto en el curso.

    Vamos a suponer, en general, que existen nmaterias primas, y mnutrientes que deben

    estar presentes en la dieta de un salmn. Considere los siguientes datos:

    45

    INTERPRETACIN ECONMICA

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    Ejemplo:

    cj: costo, por gramo, de la materia primaj,j= 1;;n.

    bi: requerimiento mnimo del nutrienteique debe haber en una porcin de alimento, en

    gramos,i=1;;m.

    aij: cantidad del nutrientei(en gramos), aportados por un gramo de materia primaj.

    El modelo de Programacin Lineal que resuelve el problema es, como ya sabemos:

    46

    INTERPRETACIN ECONMICA

    1

    1

    . . 1,...,

    0 1,...,

    n

    j j

    j

    n

    ij j i

    j

    j

    P Min z c x

    s a a x b i m

    x j n

    INTERPRETACIN ECONMICA

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    Ejemplo:

    Si el industrial resuelve este problema, obtendr los valores para formar una porcin de

    alimento.

    Supongamos ahora que el industrial ya ha determinado una cierta mezcla y la est

    usando y ahora necesita fabricar ms alimento, para lo cual debiera comprar ms

    materia prima a los costos indicados. Sin embargo, se acerca a la crianza de salmones un

    vendedor de una industria farmacutica y le expone al industrial lo siguiente:

    Para qu compra todas estas materias primas si yo puedo ofrecerle los mismos

    nutrientes para preparar sus porciones de alimentos, en forma de concentrados listos

    para usar, arrojndolos a las piscinas?"

    El industrial salmonero entonces pregunta:

    A qu precio me ofrece los nutrientes en forma directa?"

    47

    INTERPRETACIN ECONMICA

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    Ejemplo:

    Paso siguiente, el farmacutico pide un poco de tiempo para pensarlo y descubre que

    debe formular unmodeloque le permita determinar los precios que debe cobrar por

    cada gramo de nutriente concentrado de modo de obtener la mxima ganancia, pero de

    modo que al salmonero le resulte igual o ms conveniente que comprar las materias

    primas para obtener de ellas los nutrientes.

    Cmo sera el modelo?

    Para formular el problema del farmacutico, definamos yicomo elprecio al cual debe

    ofrecer el nutriente i. Ahora pensemos: el farmacutico aspira a vender cantidades de

    nutrientes en las mismas proporciones de los requerimientos mnimosb1; ; bm.

    Ingreso por venta es igual

    48

    INTERPRETACIN ECONMICA

    1

    m

    i i

    i

    b y

    INTERPRETACIN ECONMICA

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    Ejemplo:

    Por otra parte, los precios que se definan deben ser convenientes para el industrial, y si

    ste quiere evaluar si le conviene ms comprar los nutrientes o materias primas, deber

    comparar el costo entre uno y otro.

    Recordemos que de un gramo de materia prima j el industrial obtiene a1j;a2j ;;amj

    gramos de los nutrientes. Esas son, entonces, las cantidades que aspirar a comprar si

    quiere reemplazar un gramo de la materia primal j. El costo de esas cantidades de

    nutrientes, si los comprara al farmacutico, ser:

    Para que convenga comprar al farmacutico se debe cumplir que este costo por gramo

    no debe ser mayor al costo por gramo de la materia prima:

    49

    INTERPRETACIN ECONMICA

    1 1 2 2 ....j j mj ma y a y a y

    1 1 2 2 ....j j mj m ja y a y a y c

    INTERPRETACIN ECONMICA

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    Ejemplo:

    Luego, para determinar los precios ptimos a cobrar al industrial, el farmacutico

    debiera resolver el problema:

    50

    INTERPRETACIN ECONMICA

    1

    1

    . . 1,...,

    0 1,...,

    m

    i i

    i

    m

    ij i j

    i

    i

    D Max w b y

    s a a y c j n

    y i m

    INTERPRETACIN ECONMICA

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    EjemploCaso particular:

    Si se resuelva el problema de la dieta para determinar la mezcla ptima de ingredientes, el

    resultado es que el costo de una porcin de alimentos es de $ 21,07. La solucin ptima indica

    que se deben usar 38,46 gr. de arroz y 47,69 gr. de grasa animal, generndose, en la porcin

    de alimento, 22 gramos de protenas, 19,46 gr. de lpidos, 2,4 gr. de Zinc y 13,38 gr. de hierro.

    Por otro lado, si se resuelve el problema de determinacin de precios del farmacutico, se

    obtiene que se debe cobrar $0,54 por gramo de protena y $3,85 por gramo de Zinc. Los

    precios de lpidos y hierro son, sorprendentemente, igual a 0. El valor de venta de la porcin

    equivalente para el farmacutico es de $21,07. Notemos que ese es precisamente el valor

    ptimo del problema del industrial.51

    INTERPRETACIN ECONMICA

    INTERPRETACIN ECONMICA

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    M.

    En nuestro ejemplo, podemos ver que las variables duales son precios de los

    requerimientos. En otros problemas tambin tienen una interpretacin similar y

    eso hace que se les llame, en Economa, precios sombra.

    Veremos ahora un significado ms formal de las variables duales. Para esto

    consideremos el dual del problema en forma estndar y supongamos que

    hemos resuelto este problema hasta el ptimo. El valor ptimo es:

    52

    INTERPRETACIN ECONMICA

    * *

    1

    m

    i i

    i

    z w b y

    INTERPRETACIN ECONMICA

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    M.

    Ahora, consideremos el lado derecho de la de la restriccin idel primal. En

    cunto cambia la funcin objetivo ptima si se cambia biabi+?

    Este anlisis lo podemos hacer de la siguiente manera:

    Esto significa que la variable dual de una restriccin mide cunto es el cambio

    marginal en el valor ptimo cuando se cambia el lado derecho en una cantidad

    (tambin marginal).

    53

    INTERPRETACIN ECONMICA

    *

    i

    i

    zy

    b

    INTERPRETACIN ECONMICA

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    Problema del carpintero

    Un carpintero fabrica 2 tipos de mesas mediante 2 procesos, de

    acuerdo a la informacin del cuadro.

    Ud. debe determinar el nmero de mesas de cada tipo que han de

    producirse diariamente para maximizar el beneficio obtenido.

    54

    INTERPRETACIN ECONMICA

    Tipodemesa Disponibilidad(hr/maq/da)1 2

    Preparacindepiezas 4 3 40

    Ensambladoybarnizado 4 7 56

    Beneficio(US$) 70 90

    INTERPRETACIN ECONMICA

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    Problema del carpintero

    55

    INTERPRETACIN ECONMICA

    2 4 6 8 10 12

    2

    46

    8

    10

    Cunto est dispuesto a pagar por

    una unidad adicional deb2?

    Solucin ptima:1 2

    1 2

    1 2

    1 2

    ) 70 90. . 4 3 40

    4 7 56

    , 0

    Max z x xs a x x

    x x

    x x

    *

    1

    *

    2

    *

    7

    4

    850

    x

    x

    z

    INTERPRETACIN ECONMICA

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    Problema del carpintero

    56

    *

    1

    *

    2

    *

    658

    758

    850

    y

    y

    w

    Solucin ptima:

    5 10 15 20 25 30

    5

    10

    15

    20

    25

    * 850w

    1 2

    1 2

    1 2

    1 2

    ) 40 56

    . . 4 4 70

    3 7 90

    , 0

    D Min w y y

    s a y y

    y y

    y y

    DUALIDAD

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    Problema del carpintero

    57

    1 0 7/16 -3/16 7

    0 1 -1/4 1/4 4

    0 0 -65/8 -75/8 850

    x1 x2 x3 x4 b

    1 2

    1 2

    1 2

    1 2

    ) 40 56

    . . 4 4 70

    3 7 90

    , 0

    D Min w y y

    s a y y

    y y

    y y

    1 2

    1 2

    1 2

    1 2

    ) 70 90

    . . 4 3 404 7 56

    , 0

    Max z x x

    s a x xx x

    x x

    1 0 7/16 -1/4 65/8

    0 1 -3/16 1/4 75/8

    0 0 7 4 850

    y1 y2 y3 y4 b

    DUALIDAD

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    M.

    Qu ocurre si uno de los problemas tiene mltiples

    soluciones?

    58

    Pconmltiplessoluciones Dconsolucindegenerada

    Pconsolucindegenerada Dconmltiplessoluciones

    RESUMEN DUALIDAD EN PL

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    M.

    Qu hemos visto de dualidad?

    Relaciones entre los dos problemas:

    Teorema dbil de dualidad soluciones factibles del dual entregan unacota al primal.

    Qu tipo de cota?

    Teorema fuerte de dualidad en el ptimo ambos valores ptimos son

    iguales!!

    Por lo tanto, ambos problemas se pueden utilizar de manera

    complementaria para obtener informacin de la solucin ptima si es

    que existe.

    El problema dual tiene una interpretacin econmica que entrega

    informacin relevante.59

    DUALIDAD EN PL

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    M.

    Qu hemos visto de dualidad?

    Otras relaciones posibilidades

    60

    PrimalfactiblePrimal

    infactiblePoseesolucinptima

    Noacotado

    DualFactible

    Posee

    solucin

    ptima

    No

    acotado

    Dual

    infactible

    DUALIDAD EN PL

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    M.

    Retomemos la siguiente pregunta cmo se deriva la solucin de un

    problema si se tiene la del otro problema?.

    Sea el siguiente par de problemas primaldual:

    Sea x* una solucin bsica ptima de P) y B* su base ptima

    asociada.

    Qu tenemos? factibilidad y optimalidadDual factible

    Variables duales en el ptimomultiplicadores del Simplex

    Teorema Fuerte de dualidad.61

    . .

    0

    TP Min z c x

    s a Ax b

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    DUALIDAD EN PL

  • 7/23/2019 06_IND2209_Alumno_15

    62/62

    IND2209.

    Prof.:

    Pamela

    lvarez

    M.

    Hay relacin entre los costos reducidos de las variables de holgura

    y las variables duales?

    Se puede determinar el valor de las variables duales asociadas a

    restricciones de desigualdad a partir del costo reducido de la

    variable de holgura (o exceso) de la misma restriccin.

    62

    *1

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    c c c B A

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