← Ünite 4
Yöneylem Araştırması

Ünite 4: Simpleks Yöntem (Minimizasyon Problemi)

MEYPA Örneği Kısıt Yapısı
Metinde geçen MEYPA örneğinde minimizasyon amaçlı modelin kısıtları '5*x1 + 10*x2 ≤ 1000', 'x1 ≥ 50' ve 'x2 ≥ 50' olarak verilmiştir. Bu kısıtlar hem küçük-eşit hem de büyük-eşit yönlü kısıtların bir arada bulunduğu karmaşık bir yapıyı örneklemektedir.
Kanonik Hammadde Kısıtı Dönüşümü
Kanonik formdaki 'x1 + 2*x2 ≤ 5' hammadde kısıtı, standart forma dönüştürülürken sol tarafına 'S1' aylak değişkeni eklenerek 'x1 + 2*x2 + S1 = 5' eşitliğine dönüştürülmüştür.
Büyük Eşit Kısıtının Standart Hali
Metindeki '3*x1 + 4*x2 ≥ 12' kısıtı standart forma dönüştürülürken, 'S1' artık değişkeni çıkarılmış ve 'a1' yapay değişkeni eklenerek '3*x1 + 4*x2 - S1 + a1 = 12' haline getirilmiştir.
Eşitlik Kısıtına Yapay Değişken Ekleme
Metindeki '5*x1 + 2*x2 = 15' kısıtı doğrudan eşitlik olmasına rağmen, başlangıç birim matrisini oluşturmak amacıyla 'a1' yapay değişkeni eklenerek '5*x1 + 2*x2 + a1 = 15' şeklinde yazılmıştır.

Anahtar Kavramlar

Büyük M Katsayısı (e)Yapay değişkenlerin optimal çözümde sıfır olmasını zorlamak amacıyla amaç fonksiyonunda kullanılan, teorik olarak sonsuz büyüklükteki pozitif sayıdır.
Standart FormSimpleks yönteminin uygulanabilmesi için tüm kısıtların eşitlik (=) haline getirildiği ve negatif olmama koşulunun sağlandığı model biçimidir.
Anahtar SatırSimpleks tablosunda temelden çıkacak değişkeni belirlemek için seçilen, çözüm değerlerinin anahtar sütun değerlerine oranının en küçük pozitif olduğu satırdır.
Temel DeğişkenSimpleks tablosunda birim matris sütunlarına karşılık gelen ve sıfırdan farklı (genellikle pozitif) değerler alabilen değişkendir.
Temel Olmayan DeğişkenSimpleks tablosunda temel değişken listesinde yer almayan ve değeri otomatik olarak sıfıra eşitlenen değişkendir.
Zj - Cj SatırıSimpleks tablosunda her bir değişkenin çözüme girmesi durumunda amaç fonksiyonunda yaratacağı net değişimi gösteren değerlendirme satırıdır.
Gölge Fiyat (Dual Değer)Kısıtların sağ taraf sabitlerindeki bir birimlik değişimin amaç fonksiyonu değerinde yaratacağı marjinal değişim miktarını ifade eden değerdir.
Simpleks YöntemDoğrusal programlama modellerinin optimal çözümlerini bulmak için kullanılan, köşe noktaları boyunca sistematik olarak ilerleyen iteratif bir cebirsel algoritmadır.
Minimizasyon ProblemiMaliyet, zaman, fire veya risk gibi en aza indirilmesi istenen bir amaç fonksiyonuna sahip doğrusal programlama modelidir.
Aylak Değişken (Slack Variable)'≤' biçimindeki kısıtları eşitlik haline getirmek için eklenen, kullanılmayan atıl kaynak miktarını veya kapasiteyi temsil eden pozitif değerli değişkendir.
Artık Değişken (Surplus Variable)'≥' biçimindeki kısıtları eşitlik haline getirmek için çıkarılan, kısıt sınırının üzerinde ne kadar üretim veya kaynak kullanıldığını gösteren değişkendir.
Yapay Değişken (Artificial Variable)Simpleks algoritmasında başlangıç birim matrisini oluşturabilmek için sisteme eklenen, gerçekte fiziksel anlamı olmayan ve optimal çözümde sıfır olması gereken değişkendir.
Büyük M Yöntemi (M Metodu)Yapay değişkenlerin optimal çözümde sıfır olmasını sağlamak amacıyla, amaç fonksiyonunda yapay değişkenlere çok büyük bir 'M' ceza katsayısı atayan yöntemdir.
Kanonik FormDoğrusal programlama modelinin tüm kısıtlarının eşitsizlikler (≤ veya ≥) şeklinde ifade edildiği ilk ve standart dışı biçimidir.
Anahtar SütunSimpleks tabloda Zj - Cj satırındaki en büyük pozitif (minimizasyon için) değerin bulunduğu ve çözüme girecek yeni temel değişkeni belirleyen sütundur.
Anahtar ElemanSimpleks tabloda anahtar sütun ile anahtar satırın kesiştiği hücrede yer alan ve sonraki tabloda elemanter işlemlerle 1 yapılacak olan katsayıdır.
Temel DeğişkenlerSimpleks tablosunda o anki bazda (temelde) yer alan, değerleri sıfırdan farklı olabilen ve birim matris sütunlarına karşılık gelen değişkenlerdir.
Temel Olmayan DeğişkenlerO anki çözüm bazında yer almayan, değerleri Simpleks algoritması gereği sıfıra eşitlenen değişkenlerdir.
Gölge Fiyat (Shadow Price)Kısıtların sağ taraf sabitlerindeki bir birimlik değişimin amaç fonksiyonu değerinde yaratacağı değişimi gösteren dual değişken değeridir.
Elemanter Satır İşlemleriSimpleks tabloları arasında geçiş yaparken, anahtar elemanı 1 ve sütunundaki diğer elemanları 0 yapmak için uygulanan doğrusal cebir işlemleridir.

Diğer Önemli Bilgiler

Örnek Minimizasyon Modeli Çözümü

Minimizasyon örneğinde 'Zmin = 2*x1 + x2' amaç fonksiyonu, '3*x1 + x2 = 3', '4*x1 + 3*x2 ≥ 6' ve 'x1 + x2 ≤ 4' kısıtları altında çözülerek optimal noktaya ulaşılmıştır.

Optimal Çözüm Değerleri

Çözülen örnek problemde optimal değişken değerleri 'x1 = 0.6', 'x2 = 1.2' ve aylak değişken 'S3 = 2.2' olarak bulunmuş, yapay değişkenler sıfırlanmıştır.

Minimum Maliyet Değeri

Örnek minimizasyon probleminin optimal çözümünde elde edilen en küçük amaç fonksiyonu değeri 'Zmin = 2.4' olarak hesaplanmıştır.

Uygulama 1 Model Yapısı

Uygulama 1'de verilen 'Zmin = 30*x1 + 18*x2' modelinde, '2*x1 + 2*x2 ≥ 3' ve '3*x1 + x2 ≥ 2' kısıtları kullanılarak iki adet yapay değişken (a1, a2) modele dahil edilmiştir.

Uygulama 2 Başlangıç Tablosu

Uygulama 2'de 'Zmin = 2*x1 - x2' modeli için başlangıç tablosunda anahtar eleman '5' olarak belirlenmiş ve ilk adımda bu eleman üzerinden işlem yapılmıştır.

Uygulama Sorusu Katsayıları

Uygulama sorusunda 'Zmin = 3*x1 + 2*x2' fonksiyonu için başlangıç tablosunda 'Zj - Cj' satırındaki en büyük değer '7e - 3' olarak bulunmuş ve anahtar sütun bu değerle seçilmiştir.

Dual Model Kısıt Sayısı İlişkisi

Metindeki 10. soruda verilen primal modelde 3 adet değişken (x1, x2, x3) bulunduğundan, bu modelin dual modelinde tam olarak 3 adet kısıt yer almaktadır.

MEYPA Örneği Kısıt Yapısı

Metinde geçen MEYPA örneğinde amaç fonksiyonu Zmin = 7x1 + 9x2 olarak verilmiş olup, kısıtlar x1 + 10x2 ≤ 1000, x1 ≥ 50, x2 ≥ 50 ve x1, x2 ≥ 0 şeklindedir. Bu model, hem küçük eşit hem de büyük eşit kısıtlarını bir arada bulunduran karmaşık bir minimizasyon yapısı sunar.

M Katsayısının Matematiksel Rolü

Büyük M yönteminde 'M' (veya 'e') sayısı, modeldeki diğer tüm katsayılardan teorik olarak sonsuz kat daha büyük pozitif bir sayıyı temsil eder. Bu sayede yapay değişkenlerin amaç fonksiyonuna getirdiği yük o kadar büyük olur ki, algoritma bunları ilk fırsatta sıfırlamak zorunda kalır.

Standart Formda Katsayı Değişimleri

Kanonik formdaki '3x1 + 4x2 ≥ 12' kısıtı standart forma dönüştürülürken, bir artık değişken çıkarılıp bir yapay değişken eklenerek '3x1 + 4x2 - S1 + A1 = 12' halini alır. Burada S1'in katsayısı -1, A1'in katsayısı ise +1'dir.

Eşitlik Kısıtlarında Yapay Değişken Kullanımı

Kanonik formda '5x1 + 2x2 = 15' şeklinde verilen doğrudan eşitlik kısıtlarında, herhangi bir aylak veya artık değişken kullanılmaz; ancak birim matris kurulumu için sadece 'h1' yapay değişkeni eklenerek '5x1 + 2x2 + h1 = 15' yazılır.

MEYPA Örneğinin Optimal Çözüm Değerleri

Çözülen örnek problemde optimal değerler x1 = 0,6, x2 = 1,2 ve S3 = 2,2 olarak bulunmuştur. Bu değerler doğrultusunda elde edilen minimum maliyet (Zmin) değeri ise tam olarak 2,4 birim olarak hesaplanmıştır.

Yapay Değişkenlerin Sıfırlanma Koşulu

Örnek problemin optimal tablosunda h1 = 0 ve h2 = 0 olarak bulunmuştur. Bu durum, yapay değişkenlerin temel dışı kalarak sıfırlandığını ve elde edilen Zmin = 2,4 değerinin gerçek ve geçerli bir optimal çözüm olduğunu kanıtlar.

Maksimizasyona Dönüştürerek Çözüm Alternatifi

Minimizasyon problemlerini çözmek için alternatif bir yol, amaç fonksiyonu katsayılarını -1 ile çarparak problemi maksimizasyon modeline dönüştürmektir. Bu durumda standart maksimizasyon adımları uygulanarak aynı optimal karar değişkeni değerlerine ulaşılır.

Uygulama 1 Başlangıç Tablosu Oran Testi

Uygulama 1'de verilen Zmin = 30x1 + 18x2 modelinde, başlangıç oran testi sonucunda h2 satırı için 2/3 oranı elde edilmiş ve bu satır en küçük negatif olmayan oran olduğu için anahtar satır olarak seçilmiştir.

Uygulama 2 Anahtar Eleman Tespiti

Uygulama 2'de verilen modelin başlangıç tablosunda, Zj - Cj satırındaki en büyük değer '5e - 2' ile x1 sütununda bulunmuş, oran testinde ise en küçük değer 30/5 ile h1 satırında çıkmıştır. Kesişimdeki '5' sayısı anahtar eleman olmuştur.

Optimal Tablodan Dual Çözüm Okuma

Optimal Simpleks tablonun Zj - Cj satırında, başlangıçta eklenen aylak ve artık değişkenlerin sütunlarındaki değerler, primal problemin dual modeline ait gölge fiyatları (y1 = 0 ve y2 = 5) doğrudan verir.

Aylak Değişkenin Sıfırdan Büyük Olma Durumu

Optimal tabloda S1 aylak değişkeninin 24 değerini alması, birinci kısıt kaynağının tamamen tüketilmediğini, aksine 24 birimlik kullanılmayan atıl kapasitenin kaldığını gösterir.

Sınavda Dikkat Et

  • Minimizasyon problemlerinde Zj - Cj satırında en büyük pozitif değeri seçtiğinizden emin olun, çünkü maksimizasyonun aksine burada pozitif değerler temele giriş kriteridir.
  • Büyük eşit (≥) kısıtlarında hem artık değişkeni çıkarıp (-S) hem de yapay değişkeni eklemeyi (+a) unutmayın, aksi takdirde başlangıç tablosu hatalı kurulur.
  • Yapay değişkenlerin amaç fonksiyonundaki katsayısının minimizasyonda '+M', maksimizasyonda ise '-M' olduğunu ezberleyin; işaret hatası tüm tabloyu bozar.
  • Optimal tabloda yapay değişkenlerin (a) değerlerinin sıfır olup olmadığını kontrol edin; eğer sıfır değillerse problemin uygun çözümü yoktur seçeneğine yönelin.
  • Dual model kısıt sayısının, primal model karar değişkeni sayısına eşit olduğunu unutmayın; bu bilgi sınavda kısıt sayılarını hızlıca bulmanızı sağlar.
  • Oran testi yaparken sadece anahtar sütundaki pozitif değerlere bölme yapın; sıfır veya negatif değerlere bölme işlemi yapılmaz.
  • Minimizasyon problemlerinde anahtar sütun seçerken Zj - Cj satırındaki en büyük pozitif değeri seçtiğinizden emin olun; maksimizasyon ile karıştırmayın.
  • Büyük M yönteminde yapay değişkenlerin katsayısını minimizasyon için '+M', maksimizasyon için '-M' olarak amaç fonksiyonuna ekleyin.
  • Oran testi yaparken sadece anahtar sütundaki pozitif (>0) değerleri bölün; sıfır veya negatif değerleri oran testine dahil etmeyin.
  • Optimal tabloda yapay değişkenlerin (h) değerlerini kontrol edin; eğer sıfır değillerse problemin uygun çözümü yoktur seçeneğini işaretleyin.
  • Aylak değişkenlerin (S) optimal değerleri sıfırdan büyükse, o kısıtın atıl kapasiteye sahip olduğunu ve tam kullanılmadığını unutmayın.
  • Zj - Cj satırında hiç pozitif değer kalmadığında tablonun optimal olduğunu ve iterasyonların sona erdiğini fark edin.