← Ünite 2
Yöneylem Araştırması

Ünite 2: Doğrusal Programlama ve Model Kurma

MEYPAZ Meyvecilik Örneği
Avrupa'ya elma ve armut ihraç eden firmanın birim stoklama maliyetleri sırasıyla 7 TL ve 9 TL'dir. Elma 5 metrekare, armut ise 10 metrekare alan kaplamakta olup, toplam depolama kapasitesi 1000 metrekaredir. Firma pazar talebi nedeniyle her iki meyveden de en az 50'şer kasa güven stoku bulundurmak zorundadır.
İşçilik ve Hammadde Kısıtı Örneği
Haftalık 100 saat işçilik ve 500 kg hammadde kapasitesi olan bir atölyede, x ürünü için 4 saat işçilik ve 20 kg hammadde, y ürünü için 5 saat işçilik ve 10 kg hammadde harcanmaktadır. Bu durum modelde 4x + 5y <= 100 ve 20x + 10y <= 500 kısıtlarıyla temsil edilir.
Grafik Yöntemde Değişken Sınırı
Grafik yöntem, iki boyutlu veya en fazla üç boyutlu kartezyen koordinat sisteminde çizim yapılmasına izin verdiği için sadece 2 veya 3 değişken içeren doğrusal programlama problemlerinin çözümünde kullanılabilir.
Olursuz Problem Nedir?
Kısıtların parametrelerinin yanlış girilmesi veya birbiriyle çelişen kısıtların tanımlanması sonucunda, tüm kısıtları sağlayan ortak bir uygun çözüm bölgesinin oluşmaması durumudur.

Anahtar Kavramlar

Amaç FonksiyonuKarar değişkenlerinin bir fonksiyonu olarak ifade edilen, işletmenin maksimize etmek istediği toplam karı veya minimize etmek istediği toplam maliyeti gösteren doğrusal denklemdir.
Karar DeğişkenleriDeğerleri karar verici tarafından belirlenecek olan, problemde ne kadar üretilmesi veya kaynak ayrılması gerektiğini gösteren bilinmeyenlerdir (x, y gibi).
Kantitatif DeğişkenSayısal olarak ölçülebilen ve matematiksel işlemlere tabi tutulabilen, doğrusal programlamada kullanılması zorunlu olan değişken türüdür.
Kalitatif DeğişkenRakamla ifade edilemeyen, nitel özellikler taşıyan ve doğrusal programlama modellerinde doğrudan kullanılamayan değişken türüdür.
Optimum ÇözümUygun çözüm bölgesi içindeki noktalar arasından amaç fonksiyonunu en büyük (maksimizasyon) veya en küçük (minimizasyon) yapan en iyi çözümdür.
Eş Kar DoğrusuAmaç fonksiyonuna rastgele değerler verilerek çizilen ve karın artış yönünü belirlemede kullanılan doğrusal çizgilerdir.
Grafik Yöntemİki veya en fazla üç karar değişkeni içeren doğrusal programlama modellerinin koordinat düzleminde çizilerek çözülmesini sağlayan görsel yöntemdir.
Sağ Taraf SabitiKısıt eşitsizliklerinin sağ tarafında yer alan ve mevcut maksimum kaynak miktarını veya kapasite sınırını gösteren sabit değerlerdir.
Birim KarÜretilen ve satılan bir birim ürün başına işletmenin elde edeceği net kazancı gösteren ve amaç fonksiyonunda katsayı olarak yer alan değerdir.
Birim MaliyetÜretilen veya depolanan bir birim ürün başına katlanılması gereken ve minimizasyon problemlerinde amaç fonksiyonu katsayısı olan değerdir.
Kesişim Noktasıİki veya daha fazla kısıt doğrusunun ortak noktası olup, denklem sistemlerinin ortak çözümüyle koordinatları belirlenen köşe noktasıdır.
Doğrusal ProgramlamaBelirli bir amacı gerçekleştirmek için sınırlı kaynakların en etkin şekilde kullanılmasını ve alternatif seçenekler arasında en uygun dağılımını sağlayan deterministik bir matematiksel modelleme tekniğidir.
Matematiksel ModelBir karar problemindeki değişkenlerin, kısıtların ve amacın matematiksel denklemler, eşitlikler ve eşitsizlikler şeklinde ifade edilmiş halidir.
Kısıtlar (Constraints)İşletmenin elindeki hammadde, işgücü, makine kapasitesi gibi sınırlı kaynakları ve pazar koşullarını temsil eden, matematiksel olarak eşitlik veya eşitsizlik şeklinde yazılan sınırlayıcı koşullardır.
Negatif Olmama KoşuluKarar değişkenlerinin sıfırdan küçük olamayacağını ifade eden ve matematiksel olarak x_i >= 0 şeklinde gösterilen, gerçekçi üretim miktarlarını garanti altına alan koşuldur.
OptimizasyonBir sistemin veya modelin eldeki kısıtlar altında en iyi (en yüksek kar veya en düşük maliyet) sonuca ulaştırılması sürecidir.
Deterministik ModelModelde kullanılan tüm parametrelerin, katsayıların ve kaynak miktarlarının kesin olarak bilindiğini ve zamanla değişmediğini varsayan model türüdür.
Duyarlılık AnaliziModel parametrelerindeki (fiyatlar, kapasiteler vb.) olası değişimlerin mevcut optimum çözümün geçerliliği üzerindeki etkilerini inceleyen analiz yöntemidir.
MaksimizasyonAmaç fonksiyonunun temsil ettiği kar, gelir veya fayda gibi değerleri eldeki kısıtlar altında en büyük seviyeye çıkarma işlemidir.
MinimizasyonAmaç fonksiyonunun temsil ettiği maliyet, zaman veya fire gibi istenmeyen değerleri en düşük seviyeye indirme işlemidir.
Uygun Çözüm BölgesiModeldeki tüm kısıtları ve negatif olmama koşulunu aynı anda sağlayan, koordinat sisteminde taranarak gösterilen noktalar kümesidir.
Eş-Kar DoğrusuMaksimizasyon problemlerinde amaç fonksiyonuna rastgele değerler verilerek çizilen ve karın artış yönünü belirlemeye yarayan paralel doğrular kümesidir.
Eş-Maliyet DoğrusuMinimizasyon problemlerinde maliyet fonksiyonuna farklı değerler verilerek çizilen ve maliyetin azalış yönünü gösteren doğrulardır.
Köşe NoktasıUygun çözüm bölgesinin sınır çizgilerinin kesiştiği, doğrusal programlamanın temel teoremine göre optimum çözümü barındıran uç noktalardır.
Olursuz ProblemModeldeki kısıtların birbiriyle çelişmesi veya yanlış tanımlanması nedeniyle tüm kısıtları aynı anda sağlayan hiçbir ortak çözüm noktasının bulunamaması durumudur.
Sağ Taraf SabitleriKısıt eşitsizliklerinin sağ tarafında yer alan ve işletmenin sahip olduğu maksimum kaynak miktarını veya minimum gereksinimleri gösteren sabit değerlerdir.
Birim Katkı KatsayısıAmaç fonksiyonunda her bir karar değişkeninin önünde yer alan ve o değişkenden bir birim üretildiğinde elde edilecek karı veya katlanılacak maliyeti gösteren katsayıdır.
Teknik KatsayılarKısıt denklemlerinde karar değişkenlerinin önünde yer alan ve bir birim ürün üretmek için ilgili kaynaktan ne kadar tüketilmesi gerektiğini gösteren değerlerdir.
Gereksiz KısıtUygun çözüm bölgesinin sınırlarını etkilemeyen, modelden çıkarıldığında dahi çözüm alanında ve optimum çözümde hiçbir değişiklik yaratmayan kısıtlardır.

Diğer Önemli Bilgiler

Eşitlik Kısıtlarının Grafik Gösterimi

2x + 3y = 6 gibi eşitlik kısıtları, grafik düzleminde sadece o doğrunun üzerindeki noktaları kapsar. Doğrunun altı veya üstü çözüm alanına dahil edilmez.

Büyük-Eşit Kısıtlarının Grafik Gösterimi

2x + 3y >= 6 kısıtı, grafik düzleminde ilgili doğrunun üst tarafında kalan noktaların kümesini ve doğrunun kendisini çözüm alanına dahil eder.

Küçük-Eşit Kısıtlarının Grafik Gösterimi

2x + 3y <= 6 kısıtı, grafik düzleminde ilgili doğrunun alt tarafında kalan noktaların kümesini ve doğrunun kendisini çözüm alanına dahil eder.

A, B ve C Ürünleri Üretim Örneği

A, B ve C ürünlerini sırasıyla 10 TL, 13 TL ve 20 TL'ye satan bir şirkette, ürünlerin birim üretimi için sırasıyla 1, 2 ve 3 saat işçilik gerekmektedir. Toplam kullanılabilir işçilik süresi ise 70 saattir.

Optimum Noktanın Belirlenmesi

Grafik yöntemde amaç fonksiyonunun eğimi ile kısıt doğrularının eğimleri karşılaştırılarak, amaç fonksiyonunun uygun çözüm bölgesini en son hangi köşe noktasından terk edeceği belirlenir.

Doğrusal İlişki Varsayımı

Doğrusal programlamada girdiyi oluşturan değişkenler ile çıktı değeri arasında doğrusal bir ilişki vardır. Bu durum değişkenlerin birbiriyle çarpılamayacağı anlamına gelir.

Kısa Dönem Varsayımı

Doğrusal programlama modelleri doğası gereği statik ve kısa dönemli kararlar için tasarlanmıştır; uzun dönemli dinamik değişimleri doğrudan modelleyemez.

Negatif Olmama Koşulunun Grafik Etkisi

x >= 0 ve y >= 0 koşulları, uygun çözüm bölgesinin her zaman kartezyen koordinat sisteminin pozitif olan 1. bölgesinde yer almasını zorunlu kılar.

Üç Boyutlu Çözüm Sınırı

Grafik yöntem teorik olarak 3 değişken için üç boyutlu uzayda çizilebilir olsa da, çizim zorluğu nedeniyle pratikte neredeyse tamamen 2 değişkenli problemlerle sınırlıdır.

Deterministik Yapının Esnetilmesi

DP modelleri deterministik kabul edilse de, parametrelerdeki kesikli veya sürekli değişimlerin etkisini ölçmek için parametrik analizler ve duyarlılık testleri uygulanır.

Doğrusal Programlamanın Diğer Adı

Doğrusal Programlama tekniği, uluslararası literatürde ve akademik çalışmalarda sıklıkla Lineer Programlama (LP) ismiyle de anılmaktadır.

MEYPAZ Meyvecilik Örneği

Avrupa'ya elma ve armut ihraç eden firmanın birim stoklama maliyetleri sırasıyla 7 TL ve 9 TL'dir. Elma 5 metrekare, armut ise 10 metrekare alan kaplamakta olup toplam depo kapasitesi 1000 metrekaredir. Firma her iki meyveden de en az 50'şer kasa güven stoku bulundurmak zorundadır.

İşçilik ve Hammadde Kısıtı Örneği

1 birim x ürünü için 4 saat işçilik ve 20 kg hammadde, 1 birim y ürünü için 5 saat işçilik ve 10 kg hammadde harcanmaktadır. Haftalık toplam işçilik kapasitesi 100 saat, hammadde stoku ise 500 kg ile sınırlıdır. Bu durum 4x + 5y <= 100 ve 20x + 10y <= 500 kısıtlarıyla modellenir.

İki Değişkenli Grafik Çözüm Sınırı

Grafik yöntem, iki boyutlu kağıt düzlemi veya kartezyen koordinat sistemi üzerinde çizim yapmayı gerektirdiğinden, sadece iki veya en fazla üç karar değişkeni içeren modellerin çözümü için uygundur.

Doğrusal Denklem Grafiği (2x + 3y = 6)

Eşitlik kısıtları grafik düzleminde sadece bir doğruyu temsil eder. Bu kısıtın çözümü, kartezyen koordinat sisteminde çizilen doğrunun tam üzerindeki noktalardan oluşur.

Büyük-Eşit Eşitsizlik Grafiği (2x + 3y >= 6)

Büyük-eşit kısıtları grafik düzleminde ilgili doğrunun üst tarafında kalan bölgeyi temsil eder. Eşitlik de dahil olduğu için doğrunun kendisi ve üst bölgesi çözüm alanına katılır.

Küçük-Eşit Eşitsizlik Grafiği (2x + 3y <= 6)

Küçük-eşit kısıtları grafik düzleminde ilgili doğrunun alt tarafında kalan bölgeyi temsil eder. Doğrunun kendisi ve alt bölgesi çözüm alanına dahildir.

Haftalık İşçilik ve Hammadde Örneği 2

Birim karları 2 TL ve 5 TL olan iki üründen birincisi için 3 saat işçilik ve 4 ton hammadde, ikincisi için 5 saat işçilik ve 7 ton hammadde harcanmaktadır. Haftalık işçilik kapasitesi 300 saat, hammadde stoku ise 350 tondur.

Uygulama Sorusu 1: Üç Ürünlü Şirket

A, B ve C ürünlerini sırasıyla 10 TL, 13 TL ve 20 TL'ye satan bir şirkette, ürünlerin birim üretimi için sırasıyla 1, 2 ve 3 saat işçilik gerekmektedir. Toplam kullanılabilir işçilik süresi ise 70 saattir.

Uygulama Sorusu 2: Minimizasyon Çözümü

Zmin = 5x + 6y amaç fonksiyonu ve verilen üç kısıt altında yapılan grafik çözüm sonucunda optimum nokta x = 6, y = 3 olarak bulunmuş ve minimum maliyet 48 olarak hesaplanmıştır.

Eğrilerin Eğimi Karşılaştırması

Bir maksimizasyon probleminde amaç fonksiyonunun eğimi, kısıt doğrularının eğimleri arasında kaldığında, amaç doğrusu bu kısıtların kesişim noktasından uygun bölgeyi terk eder ve optimum çözüm bu kesişim noktası olur.

Olursuz Problem Nedenleri

Gereksiz veya çelişen kısıtların tanımlanması ya da parametrelerin yanlış girilmesi durumunda, karar değişkenlerinden bir veya birkaçının negatif çıkması problemi olursuz (çözümsüz) hale getirir.

Negatif Olmama Koşulunun Grafik Etkisi

x >= 0 ve y >= 0 kısıtları, uygun çözüm bölgesinin koordinat düzleminin her zaman pozitif olan 1. bölgesinde (sağ üst çeyrekte) yer almasını zorunlu kılar.

Eş-Kar Doğruları Çizim Pratiği

Pratikte amaç fonksiyonuna rastgele iki farklı değer (örneğin 10 ve 15) verilerek iki paralel doğru çizilir. Bu doğruların gidiş yönü, karın hangi yönde arttığını görsel olarak ortaya koyar.

2x2 Boyutlu Standart Maksimizasyon Modeli

Maks Z = c1.x1 + c2.x2 amaç fonksiyonu ile a11.x1 + a12.x2 <= b1 ve a21.x1 + a22.x2 <= b2 kısıtlarından oluşan standart model yapısıdır.

2x2 Boyutlu Standart Minimizasyon Modeli

Min Z = c1.x1 + c2.x2 amaç fonksiyonu ile a11.x1 + a12.x2 >= b1 ve a21.x1 + a22.x2 >= b2 kısıtlarından oluşan standart model yapısıdır.

Sınavda Dikkat Et

  • Sınavda kısıtların yönlerine (<= veya >=) çok dikkat edin; çünkü bu işaretler grafik yönteminde taranacak bölgenin doğrunun altında mı yoksa üstünde mi olacağını belirler.
  • Negatif olmama koşulunu (x, y >= 0) asla unutmayın; bu koşul nedeniyle uygun çözüm bölgesi her zaman koordinat sisteminin birinci (sağ üst) bölgesinde yer alır.
  • Köşe noktalarının koordinatlarını bulurken hata yapmamak için, o köşede kesişen iki kısıt doğrusunun denklemlerini iki bilinmeyenli denklem sistemi çözümüyle dikkatlice hesaplayın.
  • Soruda maksimizasyon mu yoksa minimizasyon mu istendiğini mutlaka kontrol edin; maksimizasyonda amaç fonksiyonunu en büyük yapan köşe noktası, minimizasyonda ise en küçük yapan köşe noktası seçilir.
  • Doğrusal programlama varsayımlarından 'kantitatif olma' özelliğini unutmayın; nitel (kalitatif) verilerle doğrusal programlama modeli kurulamaz.
  • Eğer tüm kısıtları aynı anda sağlayan ortak bir taralı alan (uygun çözüm bölgesi) oluşmuyorsa, bu problemin 'olursuz problem' olduğunu ve çözümünün bulunmadığını bilin.
  • Sınavda kısıtların yönlerine (<= veya >=) çok dikkat edin; çünkü küçük-eşit kısıtları doğrunun altını, büyük-eşit kısıtları ise doğrunun üstünü taratır ve bu durum uygun çözüm bölgesini tamamen değiştirir.
  • Negatif olmama koşulu (x, y >= 0) nedeniyle uygun çözüm bölgesinin her zaman koordinat sisteminin 1. bölgesinde (sağ üst çeyrek) yer alması gerektiğini unutmayın.
  • Grafik yöntemde optimum çözümün her zaman uygun çözüm bölgesinin köşe noktalarında veya sınırlarında oluşacağını bilmek, sınavda hızlıca köşe noktalarını deneyerek doğru cevaba ulaşmanızı sağlar.
  • Eşitlik (=) kısıtlarının grafik üzerinde alan değil sadece bir doğru belirttiğini ve çözümün bu doğrunun üzerinde olması gerektiğini aklınızda bulundurun.
  • Olursuz problem kavramı sorulduğunda, kısıtların birbiriyle çelişmesi sonucu hiçbir ortak taralı alanın (uygun çözüm bölgesinin) oluşmadığı durumu arayın.
  • Kar maksimizasyonu sorularında amaç fonksiyonunu en büyük yapan köşe noktasını, maliyet minimizasyonu sorularında ise en küçük yapan köşe noktasını seçmeye özen gösterin.