← Ünite 2
Yöneylem Araştırması

Ünite 2: Doğrusal Programlama Modelleri: Grafik Çözüm

George Stigler'in Diyet Problemi
1945 yılında tanımlanan bu problem, 77 yiyecek türünden 9 vitamin ihtiyacını en düşük maliyetle karşılamayı amaçlar. Stigler, o dönemde bir algoritma olmadığı için 39.93 dolarlık bir uygun çözüm bulmuştur.
Dantzig'in Simpleks Yöntemi
1947 yılında George Dantzig, Stigler'in diyet problemini doğrusal programlama olarak formüle etmiştir. Simpleks yöntemi kullanarak 120 adam/gün süren el hesaplamalarıyla maliyeti 39.69 dolara düşürmüştür.
George Stigler'in Nobel Ödülü
Ekonomist George Stigler, 1982 yılında endüstriyel kuruluşlar ve piyasa işlemleri üzerine yaptığı çalışmalar nedeniyle Nobel ödülüne layık görülmüştür.
Örnek 2.2 Araba Seçimi
Bir alıcının 90 beygir altı olmayan, 6 litre/100km yakıtı geçmeyen ve 1.5 litre motor hacmi altındaki araçları en düşük fiyata bulma problemidir; Fiat en iyi çözüm olarak seçilmiştir.

Anahtar Kavramlar

Doğrusal ProgramlamaAmaç fonksiyonu ve kısıtların doğrusal bağlantılarla ifade edildiği bir en iyileme yöntemidir. Örnek: Sosis ve salam üretiminde kârı en büyüklemek için kurulan model.
Karar DeğişkeniProblemin çözümünde değeri bulunmak istenen bilinmeyenlerdir. Örnek: A1 ve A2 tedarikçilerinden alınacak et miktarları.
Amaç FonksiyonuEn iyilenmesi (en büyük veya en küçük) istenen hedefi temsil eden matematiksel ifadedir. Örnek: Enb z = 6A1 + 7A2.
KısıtlarSistemin sahip olduğu kapasite, hammadde veya talep gibi sınırlamaların matematiksel ifadesidir. Örnek: 0.2A1 + 0.3A2 <= 1.6 (Sosis talebi).
Uygun ÇözümProblemin tüm kısıtlarını sağlayan karar değişkeni değerleridir. Örnek: Bir araba alımında motor gücü ve yakıt kısıtlarını sağlayan araçlar.
En İyi ÇözümUygun çözümler arasından amaç fonksiyonuna en iyi değeri sağlayan çözümdür. Örnek: En düşük fiyatlı aracı seçmek.
OrantılılıkHer bir faaliyetin katkısının, o faaliyetin düzeyi ile doğru orantılı olmasıdır. Örnek: 1 ton etten 0.2 ton sosis üretiliyorsa, A1 ton etten 0.2*A1 ton üretilir.
ToplanabilirlikToplam katkının, bireysel katkıların toplamına eşit olmasıdır. Örnek: Toplam kârın, her bir üründen elde edilen kârların toplamı olması.
BölünebilirlikKarar değişkenlerinin her türlü reel sayı değerini alabilmesidir. Örnek: Üretim miktarının tam sayı olması gerekmez, 6.5 ton gibi değerler alabilir.
BelirlilikModeldeki tüm parametrelerin sabit ve bilinen değerler olmasıdır. Örnek: Bir ürünün birim kârının 6000 TL olarak sabit kabul edilmesi.
İşaret KısıtlarıKarar değişkenlerinin negatif olamayacağını belirten kısıtlardır. Örnek: A1 >= 0 ve A2 >= 0.
Fonksiyonel KısıtlarKarar değişkenleri ve parametreler arasındaki doğrusal ilişkileri içeren sınırlamalardır. Örnek: Hammadde kullanımını sınırlayan eşitsizlikler.
Sistem AnaliziProblemin parametrelerinin, hedeflerinin ve kısıtlarının titizlikle belirlenmesi sürecidir. Örnek: Bir işletmede üretim birimleriyle yapılan görüşmeler.
Grafik ÇözümProblemin uygun çözüm alanının koordinat düzleminde çizilerek en iyi noktanın bulunmasıdır. Örnek: İki değişkenli bir problemin doğru grafikleriyle çözümü.
Artık KısıtUygun çözüm alanını etkilemeyen, fazlalık oluşturan kısıttır. Örnek: Diğer kısıtların altında kalan bir kısıt doğrusu.
Diyet ProblemiGerekli vitamin/enerji değerlerini en düşük maliyetle sağlayan besin karışımını bulma problemidir. Örnek: Çocuğun alması gereken vitaminleri en ucuz menüyle karşılamak.
Ulaştırma ProblemiFabrikalardan dükkânlara ürün gönderimini en düşük maliyetle planlama problemidir. Örnek: İki fabrikadan üç dükkâna masa taşıma planı.
Kanonik ŞekilDP probleminin tüm kısıtlarının eşitlik olduğu ve izole değişkenlerin bulunduğu özel formdur. Örnek: x1 - 3x3 + 3x4 = 6.
Temel Uygun ÇözümKanonik şekilde temel değişkenlerin sağ taraf sabitine eşitlendiği, diğerlerinin sıfır olduğu çözümdür. Örnek: x1=6, x2=4, x3=x4=0.
Temel DeğişkenKanonik formda her kısıtta sadece bir kez bulunan ve katsayısı +1 olan değişkendir. Örnek: x1 ve x2.
Temel Dışı DeğişkenKanonik formda temel değişkenler haricindeki diğer değişkenlerdir. Örnek: x3 ve x4.
Optimallik KriteriKanonik formda temel dışı değişkenlerin katsayıları negatifse çözümün en iyi olduğunu belirten kuraldır. Örnek: En büyükleme probleminde negatif katsayılar.
Sınırsızlık KriteriAmaç fonksiyonunun uygun çözüm alanında sonsuza gitmesidir. Örnek: Pozitif katsayılı bir değişkenin kısıtları ihlal etmeden artırılabilmesi.
Simpleks YöntemG. Dantzig tarafından geliştirilen, çok değişkenli DP problemlerini çözmek için kullanılan yöntemdir. Örnek: 1947 yılında geliştirilen algoritma.
Pivot İşlemiSimpleks yöntemde tablo üzerinde yapılan, temel değişkenleri değiştiren matematiksel işlemdir. Örnek: Bir değişkeni temel değişkenler arasına sokma işlemi.

Diğer Önemli Bilgiler

Örnek 2.3 Sosis-Salam Üretimi

Bir işletmenin iki farklı tedarikçiden et alarak sosis, salam ve kavurma üretmesi sürecidir. 1. tedarikçiden 6.5 ton, 2. tedarikçiden 1 ton et alımı en büyük kârı sağlamaktadır.

Örnek 2.4 Diyet Problemi

Bir annenin çocuğunun 1mg C, 5mg D vitamini ve 400 kalori ihtiyacını B ve Y besinleriyle en ucuz şekilde karşılaması problemidir; en iyi çözüm D(40/9, 20/9) noktasıdır.

Örnek 2.5 Ulaştırma Problemi

İki mobilya fabrikasından (F1, F2) üç dükkâna (D1, D2, D3) masa taşıma maliyetlerini minimize etme problemidir. Toplam maliyet 170 TL olarak hesaplanmıştır.

Simpleks Yöntemin Doğuşu

1947 yılında G. Dantzig tarafından geliştirilen bu yöntem, milyonlarca değişkenli problemlerin çözümüne olanak tanımıştır.

Fire Miktarları

Örnek 2.3'te her iki tedarikçiden alınan 1 ton etin 0.2 tonunun sinir ve kemik olarak fireye gittiği tespit edilmiştir.

Talep Sınırlamaları

Örnek 2.3'te sosis için 1.6 ton, salam için 1.4 ton ve kavurma için 3.6 ton günlük talep miktarları kısıt olarak belirlenmiştir.

Diyet Problemi Verileri

B besininin birim fiyatı 3.80 TL, Y besininin ise 4.20 TL olarak belirlenmiştir.

Ulaştırma Kapasiteleri

F1 fabrikasının aylık kapasitesi 11, F2 fabrikasının aylık kapasitesi 14 masa olarak verilmiştir.

Dükkân Talepleri

D1 dükkânı 10, D2 dükkânı 8, D3 dükkânı 7 masa talep etmektedir.

Örnek 3.1 Kanonik Model

x1 - 3x3 + 3x4 = 6 ve x2 - 8x3 + 4x4 = 4 kısıtları altında z = 20 değerini veren bir DP modelidir.

Sınırsızlık Örneği

Örnek 3.3'te amaç fonksiyonu z = 3x3 + 20 şeklinde tanımlandığında, x3 değişkeni artırılarak z değeri sonsuza götürülebilmektedir.

Sınavda Dikkat Et

  • Kısıtları çizerken her zaman eşitlik (denklem) halini kullanın; doğruyu çizmek için eksenleri kestiği noktaları (x=0 ve y=0) bulun.
  • En büyükleme ve en küçükleme problemlerinde amaç fonksiyonu vektörünün hareket yönüne dikkat edin; en büyüklemede artış yönü, en küçüklemede tersi yönü seçilmelidir.
  • Kanonik form sorularında temel değişkenlerin katsayılarının +1, amaç fonksiyonundaki katsayılarının ise 0 olduğunu unutmayın.
  • Sınırsızlık kriterini kontrol ederken, pozitif katsayılı değişkenin kısıtlardaki katsayılarının negatif veya sıfır olup olmadığına bakın.
  • Grafik çözümde 'artık kısıt' varsa, bu kısıdın çözüm alanını daraltmadığını hatırlayın; sınavda zaman kazanmak için bu kısıtları eleyebilirsiniz.
  • Karar değişkenlerinin negatif olamayacağını (işaret kısıtları) her zaman modelinize ekleyin; bu, uygun çözüm alanını birinci bölge ile sınırlar.