← Ünite 3
Yöneylem Araştırması

Ünite 3: Simpleks Yöntem ( Maksimizasyon Problemi )

George Bernard Dantzig (1947)
Simpleks Yöntem, 1947 yılında Amerikalı matematikçi George Bernard Dantzig tarafından geliştirilmiştir. Bu yöntem, doğrusal programlama modellerinin bilgisayarlar yardımıyla hızlıca çözülmesinin önünü açmıştır.
Büyük M Metodu
Simpleks yöntemin kısıtlarındaki yapay değişkenleri cezalandırmak amacıyla amaç fonksiyonunda çok büyük bir negatif katsayı (-M) kullanılması esasına dayanan yöntemdir.
Kombinasyon Formülü ile Çözüm Sayısı
4 değişkenli ve 2 denklemli bir sistemde olası temel çözüm sayısı C(4, 2) formülü ile 6 olarak hesaplanır. Bu durum, sistemin 6 farklı köşe noktası adayı olduğunu gösterir.
Aylak Değişken Katsayısı
Aylak değişkenler amaç fonksiyonuna dahil edilirken katsayıları her zaman 0 (sıfır) olarak alınır. Bu durum, kullanılmayan kapasitenin doğrudan bir kar getirisinin olmadığını gösterir.

Anahtar Kavramlar

Temel Olmayan Değişken (Nonbasic Variable)Simpleks tabloda temel sütununda bulunmayan ve başlangıçta veya iterasyon adımlarında değerleri sıfıra eşitlenen değişkenlerdir.
Anahtar SütunMaksimizasyon problemlerinde Zj - Cj satırındaki en küçük negatif sayının bulunduğu sütun olup, temele girecek yeni değişkeni belirler.
Anahtar Sayı (Pivot Eleman)Anahtar satır ile anahtar sütunun kesişim noktasında yer alan ve sonraki tabloda elemanter işlemlerle 1 yapılması gereken sayıdır.
Maksimizasyon ProblemiKısıtlayıcı şartlar altında kar, verimlilik veya gelir gibi amaç fonksiyonu değerlerini en üst düzeye çıkarmayı hedefleyen doğrusal programlama problemidir.
Minimizasyon ProblemiMaliyet, zaman veya fire gibi amaç fonksiyonu değerlerini en alt düzeye indirmeyi hedefleyen doğrusal programlama problemidir.
Simpleks YöntemDoğrusal programlama problemlerinin optimum çözümünü bulmak için George Dantzig tarafından geliştirilen, uygun çözüm bölgesinin köşe noktalarını sistematik olarak test eden yinelemeli bir cebrik algoritmadır.
Aylak Değişken (Slack Variable)Küçük eşittir (<=) biçimindeki kısıtları eşitlik haline getirmek için denklemin sol tarafına eklenen ve üretim modelinde kullanılmayan atıl kapasiteyi temsil eden değişkendir.
Artık Değişken (Surplus Variable)Büyük eşittir (>=) biçimindeki kısıtları eşitlik haline getirmek için denklemin sol tarafından çıkarılan ve sınır değerin ne kadar aşındığını gösteren değişkendir.
Yapay Değişken (Artificial Variable)Eşitlik kısıtlarında veya büyük eşittir kısıtlarında başlangıç temel çözümünü (birim matrisi) oluşturabilmek amacıyla modele eklenen, gerçekte fiziksel bir anlamı olmayan matematiksel yardımcı değişkendir.
Temel Çözüm (Basic Solution)n değişkenli ve m denklemli bir sistemde, n - m adet değişkene sıfır değeri verilerek geriye kalan m değişkenin sistemden çözülmesiyle elde edilen çözümdür.
Temel Değişken (Basic Variable)Simpleks tablosunda temel değişken sütununda yer alan, sıfırdan farklı (genellikle pozitif) değerler alabilen ve o anki çözüme dahil olan değişkendir.
Anahtar SatırÇözüm sütunundaki değerlerin anahtar sütundaki pozitif değerlere bölünmesiyle elde edilen en küçük pozitif orana sahip satırdır ve temelden çıkacak değişkeni belirler.
Anahtar Sayı (Anahtar Eleman)Simpleks tablosunda anahtar satır ile anahtar sütunun kesiştiği noktada yer alan ve bir sonraki tablonun satır işlemlerinde bölen olarak kullanılan sayıdır.
İndeks Satırı (Zj - Cj)Simpleks tablosunun en altında yer alan, mevcut çözümün optimal olup olmadığını denetleyen ve temele girecek değişkenin seçiminde kullanılan satırdır.
Birim MatrisSimpleks tablosunda temel değişkenlerin altındaki katsayıların oluşturduğu, köşegen elemanları 1 ve diğer elemanları 0 olan kare matris yapısıdır.
Elemanter Satır İşlemleriSimpleks tablosunda yeni bir temel değişken girdiğinde, onun sütunundaki anahtar elemanı 1 ve diğer elemanları 0 yapmak için uygulanan matematiksel satır dönüştürme işlemleridir.
Atıl KapasiteÜretim sürecinde kullanılmadan kalan hammadde, işçilik veya makine saati gibi kaynakların miktarını gösteren ve aylak değişken değeriyle ölçülen büyüklüktür.
Optimal ÇözümDoğrusal programlama probleminde tüm kısıtları sağlayan ve amaç fonksiyonunu en iyi (en büyük veya en küçük) yapan çözüm kümesidir.

Diğer Önemli Bilgiler

Giriş Değişkeni Seçim Kriteri

Maksimizasyon problemlerinde Zj - Cj satırındaki en büyük negatif değer seçilir. Bu seçim, birim başına kar artışı en yüksek olan değişkenin üretime öncelikle dahil edilmesini sağlar.

Oran Testi Sınırlandırması

Anahtar satır seçimi için yapılan oran testinde, anahtar sütundaki sıfır veya negatif değerler bölme işlemine dahil edilmez. Sadece pozitif değerlere bölüm yapılır.

Birim Matris Oluşumu

Simpleks algoritmasının her adımında, temel değişkenlerin sütunlarında mutlaka birim matris (1 ve 0'lardan oluşan yapı) korunmak zorundadır.

Zj - Cj Optimallik Sınırı

Maksimizasyon problemlerinde Zj - Cj satırındaki tüm değerler >= 0 olduğunda optimal çözüme ulaşılmıştır. Bu aşamadan sonra yeni bir iterasyon yapılmaz.

Minimizasyon Optimallik Sınırı

Minimizasyon problemlerinde Zj - Cj satırındaki tüm değerler <= 0 olduğunda optimal çözüme ulaşılmış kabul edilir ve iterasyonlar durdurulur.

Yapay Değişkenlerin Katsayısı

Yapay değişkenler modele eklendiğinde amaç fonksiyonunda maksimizasyon için -M, minimizasyon için +M katsayısını alarak çözüm kümesinden hızla uzaklaştırılmaya çalışılır.

Uç Nokta Ziyaretleri

Simpleks yöntem, grafik çözümdeki uygun bölgenin köşe noktalarını cebirsel olarak ziyaret eder. Her iterasyonda amaç fonksiyonu değeri ya iyileşir ya da aynı kalır.

George Bernard Dantzig ve 1947 Yılı

Simpleks Yöntem, 1947 yılında Amerikalı matematikçi George Bernard Dantzig tarafından geliştirilmiştir. Bu yöntem, İkinci Dünya Savaşı sırasındaki askeri lojistik ve planlama problemlerini çözmek amacıyla ortaya çıkmış ve modern yöneylem araştırmasının temel taşı olmuştur.

Büyük M Metodu İlişkisi

Simpleks algoritması kısıtların yapısına göre farklılaşır. Eşitlik veya büyük eşittir kısıtları içerdiğinde yapay değişkenlerin elenmesi için George Dantzig tarafından geliştirilen 'Büyük M Metodu' (Big M method) kullanılır.

Sonsuz Çözüm Durumu

Doğrusal denklem sisteminde rank katsayılar matrisi ile genişletilmiş matrisin rankı eşit (rank(A) = rank(A;b) = 2) ve değişken sayısı denklem sayısından fazla (n=4, m=2) olduğunda sistemin sonsuz çözümü vardır.

Kombinasyon Formülü ile Çözüm Sayısı

4 değişkenli ve 2 denklemli bir doğrusal modelde olası temel çözüm sayısı C(4,2) = 4! / (2! * (4-2)!) = 6 farklı kombinasyon olarak hesaplanır. Bu durum tablonun köşe noktalarını temsil eder.

Aylak Değişken Katsayısı

Amaç fonksiyonuna eklenen aylak değişkenlerin (S1, S2) katsayıları her zaman sıfır (0) olarak belirlenir. Çünkü bu değişkenler üretime doğrudan kâr veya maliyet katkısı sağlamayan atıl kaynakları gösterir.

Oran Testi Sınırlandırması

Çıkacak değişkeni belirlemek için yapılan oran testinde, çözüm sütunundaki değerler sadece anahtar sütundaki pozitif (>0) değerlere bölünür. Sıfır ve negatif değerler kesinlikle bölme işlemine dahil edilmez.

Atıl Kapasite Örneği

Simpleks çözümünde S1 = 0 ve S2 = 0 çıkması, birinci ve ikinci kısıtlardaki tüm kaynakların (kapasitelerin) son birimine kadar tam olarak kullanıldığını ve hiç atıl kapasite kalmadığını gösterir.

Grafik ve Simpleks Karşılaştırması

Grafik yöntemiyle çözülen iki değişkenli bir modelde köşe noktaları (0,16), (28,0) ve (20,6) olarak bulunurken, Simpleks yöntem de aynı optimal noktayı (20,6) değeriyle 1480 kâr seviyesinde bulur.

Sandalye ve Koltuk İmalatı Örneği

Günde 92 m3 tahta ve 20 kg boya kısıtı altında, sandalye başına 300 TL ve koltuk başına 400 TL kâr bırakan bir işletmenin amaç fonksiyonu Z = 300X1 + 400X2 olarak modellenir.

SUHA İşletmesi Buzdolabı Örneği

A ve B tipi buzdolabı üreten işletmede 1200 entegre ve 800 dijital ekran sınırı vardır. Modelin kısıtları 5X1 + 3X2 <= 1200 ve 2X1 + 4X2 <= 800 şeklinde doğrusal olarak kurulur.

Optimal Tablo Kriteri

Bir maksimizasyon probleminde optimal çözüme ulaşıldığının kanıtı, Zj - Cj satırındaki tüm değerlerin sıfır veya pozitif (>= 0) olmasıdır. Negatif değer kalmadığında iterasyon sonlandırılır.

Yapay Değişken Katsayısı

Simpleks algoritmasında yapay değişkenler (a) amaç fonksiyonunda maksimizasyon problemlerinde çok büyük bir negatif katsayı olan '-M' ile cezalandırılarak çözümden çıkmaya zorlanır.

Sınavda Dikkat Et

  • Kısıtların yönüne dikkat edin: <= kısıtlarına aylak değişken eklenirken, >= kısıtlarından artık değişken çıkarılır.
  • Maksimizasyon problemlerinde optimallik testini yaparken Zj - Cj satırında hiç negatif sayı kalmadığından emin olun.
  • Oran testi yaparken anahtar sütundaki sıfır veya negatif değerleri kesinlikle bölme işlemine dahil etmeyin.
  • Aylak değişkenlerin amaç fonksiyonundaki katsayılarının her zaman sıfır (0) olduğunu unutmayın.
  • Temel değişkenlerin sütunlarında her zaman bir birim matris yapısı (1 ve 0'lar) oluşması gerektiğini aklınızda bulundurun.
  • Yapay değişkenlerin sadece matematiksel bir zorunluluktan dolayı eklendiğini ve üretimde bir karşılığı olmadığını bilin.
  • Kısıtların yönüne dikkat edin: '<=' kısıtlarına aylak değişken eklenirken (S), '>=' kısıtlarından artık değişken (S) çıkarılıp yapay değişken (A) eklenir.
  • Oran testinde sıfır ve negatif sayıları kesinlikle bölmeyin: Çıkacak değişkeni belirlerken sadece anahtar sütundaki pozitif (>0) değerleri oran testine dahil edin.
  • Zj - Cj satırını kontrol edin: Maksimizasyon sorularında bu satırda negatif sayı kalmadığında optimal çözüme ulaştığınızı unutmayın.
  • Başlangıç tablosunda aylak değişkenlerin katsayılarını amaç fonksiyonunda her zaman sıfır (0) olarak yazın.
  • Anahtar sayı ile bölme işlemini unutmayın: Yeni tabloya geçerken anahtar satırdaki tüm elemanları mutlaka anahtar sayıya bölerek başlayın.