← Ünite 14
Matematik 2

Ünite 14: Doğrusal Programlama ve Grafik Yöntem

Doğrusal Programlama ve Grafik Yöntem - kaynak sayfa görseli
Kaynak: ders kitabı, sayfa 403
Süham Meyvecilik İhracat Örneği
Avrupa ülkelerine elma ve armut ihraç eden Süham Meyvecilik firmasında bir kasa elmanın stoklama maliyeti 7 TL, armudun ise 9 TL'dir. Elma 5 m2, armut 10 m2 alan kaplamakta olup toplam depo kapasitesi 1000 m2'dir ve her üründen en az 50'şer kasa güven stoku bulundurulmalıdır.
İşçilik ve Hammadde Kısıtlı Atölye Örneği
A ve B ürünleri üreten bir atölyede 1 birim A için 3 saat işçilik ve 4 ton hammadde, 1 birim B için 1 saat işçilik ve 2 ton hammadde harcanmaktadır. Haftalık toplam işçilik kapasitesi 400 saat, hammadde stoku ise 150 tondur.
Basit Grafik Çözüm Örneği Parametreleri
Zmaks = 5X1 + 4X2 amaç fonksiyonu ile 6X1 + 4X2 <= 24 ve X1 + 2X2 <= 6 kısıtlarının grafik çözümünde X1 = 3 ve X2 = 1.5 kesişim noktası bulunarak maksimum Z değeri 21 olarak hesaplanmıştır.
Üç Kısıtlı Maksimizasyon Örneği
Zmaks = 3X1 + 2X2 amaç fonksiyonu ve X1 + 3X2 <= 15, X1 + X2 <= 7, 2X1 + X2 <= 12 kısıtlarının grafikle çözümünde C(5, 2) köşe noktasında optimum kar 19 olarak elde edilmiştir.

Anahtar Kavramlar

Doğrusal Programlama (Lineer Programlama)Sınırlı kaynakların en etkin şekilde dağıtılmasını ve çeşitli seçenekler arasından en uygun planın seçilmesini sağlayan matematiksel bir optimizasyon tekniğidir. Örneğin, bir fabrikanın kısıtlı hammadde ve işgücüyle hangi üründen kaç adet üreteceğini hesaplamakta kullanılır.
Amaç FonksiyonuBir doğrusal programlama modelinde kısıtlar altında karın maksimize edilmesini veya maliyetin minimize edilmesini ifade eden matematiksel denklemdir. Örnek olarak Z = 3X1 + 2X2 ifadesi, ürünlerin birim karlarıyla çarpılıp toplam karı veren amaç fonksiyonudur.
Kısıtlar (Koşullar)İşletmenin sahip olduğu hammadde, işgücü, makine saati ve depolama alanı gibi kaynakların üst sınırlarını belirleyen eşitlik veya eşitsizliklerdir. Örneğin haftalık 96 saatlik işçilik kapasitesi bir işçilik kısıtını temsil eder.
Negatif Olmama KoşuluKarar değişkenlerinin değerlerinin sıfırdan küçük olamayacağını, yani üretim miktarının sıfır veya pozitif olması gerekliliğini belirten koşuldur. Matematiksel olarak X1, X2 >= 0 şeklinde gösterilir.
Grafik Yöntemİki veya üç değişkenden oluşan doğrusal programlama modellerinin iki boyutlu koordinat sisteminde doğrular çizilerek optimum çözümünün bulunmasını sağlayan görsel yöntemdir. Değişken sayısı az olduğunda oldukça pratik ve anlaşılırdır.
Karar DeğişkenleriModelde değeri aranan ve optimizasyonu doğrudan etkileyen bilinmeyen miktarlardır. Örneğin bir atölyede üretilecek A ürününün miktarı x, B ürününün miktarı y birer karar değişkenidir.
Deterministik AraçModel parametrelerinin ve katsayılarının kesin, belirli ve rastgele olmayan değerler kabul edildiği sistem yapılarıdır. Doğrusal programlama deterministik bir yapıya sahiptir.
Kantitatif DeğişkenRakamlarla, sayıyla ölçülebilir ve ifade edilebilir nitelikteki değişkenlerdir. Doğrusal programlamada kullanılan tüm değişkenler kantitatif olmalıdır.
Kalitatif DeğişkenRakamla ifade edilemeyen, niteliksel ve soyut özellikler taşıyan değişkenlerdir; doğrusal programlama modellerinde kullanılamazlar.
Sağ Taraf Sabitleri (b_j)Kısıt denklemlerinde eşitsizliğin sağ tarafında yer alan ve işletmenin sahip olduğu toplam kapasite veya maksimum stok miktarını gösteren değerlerdir. Örnek olarak 500 kg hammadde limiti bir sağ taraf sabitidir.
A_ij KatsayılarıBir birim j ürünü üretebilmek için i kısıtından (kaynağından) ne kadar harcandığını gösteren teknik katsayılardır. Örneğin 1 birim A ürünü için 4 saat işçilik harcanması bu katsayıyı ifade eder.
Uygun Çözüm BölgesiBir doğrusal programlama modelindeki tüm kısıtları ve negatif olmama koşulunu aynı anda sağlayan koordinat düzlemindeki noktalar kümesi (taralı alan)dir.
Eş-Kar DoğrusuAmaç fonksiyonuna rastgele değerler verilerek çizilen ve karın artış yönünü tespit etmeye yarayan doğrulardır. Z = 10 ve Z = 15 doğrularının çizilmesiyle optimum yön bulunur.
Olursuz ProblemTüm kısıtları aynı anda sağlayan herhangi bir karar değişkeni kümesinin (uygun çözüm bölgesinin) bulunamadığı durumdur. Yanlış kısıt tanımlamalarından kaynaklanır.
Temel Çözüm (Basic Solutions)n değişkenli m tane eşitlik sisteminde n-adet değişkenin sıfıra eşitlenmesiyle elde edilen çözüm kombinasyonlarıdır. Kombinasyon formülüyle sayısı hesaplanır.
Temel DeğişkenlerMatris çözümünde sıfırdan farklı değer alabilen ve çözüm matrisinin temelini oluşturan değişkenlerdir; örneğin gevşeme değişkenleri (S1, S2) gibi.
Temel Olmayan DeğişkenlerTemel çözüm elde edilirken sıfıra eşitlenen karar değişkenleridir (X1, X2 gibi).
Maksimizasyon Problemiİşletmenin karını, gelirini veya faydasını en yüksek düzeye ulaştırmayı hedefleyen doğrusal programlama modelleme türüdür.
Minimizasyon Problemiİşletmenin maliyetini, zararını veya stoklama giderlerini en düşük düzeye indirmeyi hedefleyen doğrusal programlama modelleme türüdür.
Güven StokuTalebin değişkenliğine karşı tedbir olarak işletmenin elinde bulundurmak zorunda olduğu minimum ürün veya hammadde stok miktarıdır.
Model FormülasyonuGerçek hayattaki karmaşık bir karar problemimin matematiksel dil olan amaç fonksiyonu ve kısıtlara dönüştürülmesi sürecidir.

Diğer Önemli Bilgiler

Kombinasyon ve Temel Çözüm Sayısı Hesabı

Metinde verilen örnekte C(4,2) kombinasyonu hesaplanarak 4 değişkenli 2 denklem için toplam 6 farklı temel çözümün türetilebileceği matematiksel olarak gösterilmiştir.

Üç Ürünlü İşçilik Süresi Uygulaması

A, B ve C ürünlerini sırasıyla 10 TL, 13 TL ve 20 TL'ye satan bir şirkette, ürün başına işçilik süreleri 1, 2 ve 3 saattir; kullanılabilir toplam işçilik süresi ise 70 saattir.

Minimizasyon Grafik Çözüm Uygulaması

Zmin = 5x + 6y amaç fonksiyonu ve 3x + y >= 5, x + 2y >= 12, 3x + 2y >= 24 kısıtlarının optimizasyonunda x = 6 ve y = 3 değerleri için minimum Z maliyeti 48 olarak bulunmuştur.

Atölye İşçilik Saati Kısıt Modeli

A ürünü için 4 işçilik saati ve B ürünü için 5 işçilik saati harcanan, haftalık işçilik kapasitesi 96 saat olan bir atölyede birinci kısıt 4X1 + 5X2 <= 96 şeklinde formüle edilmektedir.

Hammadde Stok Kapasite Modeli

A ve B ürünleri için harcanan hammadde miktarları sırasıyla 20 kg ve 10 kg olan, toplam haftalık hammaddesi 500 kg olan atölyede hammadde kısıtı 20X1 + 10X2 <= 500 olarak kurulur.

Matematiksel Model Kurulum Süreci Aşamaları

Doğrusal programlama modeli kurulurken ilk aşamada karar ortamı tam anlaşılır, ikinci aşamada karar değişkenleri açıkça tanımlanıp ölçülebilir birimler verilir, son aşamada ise kısıtlar ve amaç matematiksel olarak ifade edilir.

Doğrusal Programlamanın Diğer Adı

Metinde vurgulandığı üzere Doğrusal Programlama (DP) literatürde Lineer Programlama (LP) ismiyle de anılmaktadır ve ekonomik analizlerde yaygın olarak kullanılır.

Deterministik Model Yapısı

Doğrusal programlama tam anlamıyla deterministik bir araçtır; yani modelde yer alan tüm parametreler ve katsayılar belirgin, sabit ve kesin olarak kabul edilir.

Eşitsizlik Doğrularının Grafik Karakteristiği

İki boyutlu kartezyen koordinat sisteminde 2x + 3y = 6 denklemi bir doğruyu, 2x + 3y <= 6 eşitsizliği ise bu doğrunun alt tarafında kalan bölgeyi ifade eder.

Grafik Yöntemin Değişken Sınırı

Görsel ve pratik çözüm imkanı sunması nedeniyle grafik yöntem kural olarak üç ve daha az değişkenden oluşan doğrusal programlama modelleri için uygundur.

Temel ve Temel Olmayan Değişken Matrisi

S1 ve S2 değişkenlerinin temel değişken (Basic), X1 ve X2 değişkenlerinin ise temel olmayan değişken (Nonbasic) olduğu durumlarda B * XB + N * XN = b matris denklemi kurulur.

Sınavda Dikkat Et

  • Sınavlarda amaç fonksiyonunun maksimizasyon mu yoksa minimizasyon mu olduğuna dikkat edin; formülasyon sorularında katsayı işaretleri soruyu doğrudan değiştirir.
  • Negatif olmama koşulunun (Xi >= 0) tüm doğrusal programlama modellerinde zorunlu bir kural olduğunu ve grafik çözümde genelde 1. bölgeyi sınırladığını unutmayın.
  • Grafik çözüm sorularında eşitsizlik yönlerine (<= veya >=) çok dikkat edin; küçük eşittir doğrunun altını, büyük eşittir ise üstünü taramayı gerektirir.
  • Olursuz problem kavramının tanımını iyi kavrayın; tüm kısıtların aynı anda sağlanamadığı durumlar sınavda çeldirici olarak sıkça sorulur.
  • Temel çözüm sayısını hesaplayan kombinasyon formülünü [C(n,m)] ezberleyin; değişken ve denklem sayıları verildiğinde bu formül hayat kurtarır.
  • Amaç fonksiyonundaki Ci katsayılarının birim kar/maliyet olduğunu, kısıtlardaki bj sabitlerinin ise toplam kapasite stok sınırını ifade ettiğini karıştırmayın.
  • Grafik yöntemin sadece üç ve daha az değişkenden oluşan modeller için uygun olduğunu, değişken sayısı arttıkça grafik yöntemin yetersiz kalacağını unutmayın.