← Ünite 5
Yöneylem Araştırması

Ünite 5: Dualite ve Duyarlılık Analizi

Duo ve Lite Kelime Kökeni
Dualite kelimesi Latince kökenli olup 'Duo' ikilik, 'lite' ise zıtlık anlamına gelir. Doğrusal programlamada bu iki zıt yapının birbirini tamamlayarak aynı optimal sonucu vermesini ifade eder.
Primal-Dual Değişken İlişkisi
Primal modelde m adet kısıt ve n adet karar değişkeni varsa, bunun dual modelinde tam tersi olarak n adet kısıt ve m adet karar değişkeni yer alır.
Sınırsızlık ve Uygunsuzluk Teoremi
Eğer bir doğrusal programlama modelinde primal problemin çözümü sınırsız çıkarsa, dual problemin hiçbir uygun çözümü yoktur. Bu durumun tersi de matematiksel olarak geçerlidir.
Eğim Karşılaştırması Örneği
Metindeki örnekte 1. kısıt eğimi -1.5, 2. kısıt eğimi -0.5 iken amaç doğrusunun eğimi -1.25 olarak hesaplanmış ve en iyi çözümün bu iki kısıtın kesişim noktasında olduğu gösterilmiştir.

Anahtar Kavramlar

Gölge FiyatBir kısıtın sağ taraf sabitindeki (kapasitesindeki) 1 birimlik değişimin, amaç fonksiyonu değerinde meydana getireceği birimlik değişim miktarıdır.
İndirgenmiş MaliyetTemel olmayan bir değişkenin en iyi çözüme girebilmesi için amaç fonksiyonu katsayısında yapılması gereken minimum iyileştirme miktarıdır.
Aylak DeğişkenKüçük-eşit (≤) yönlü kısıtları eşitlik haline getirmek için eklenen ve kullanılmayan kaynak miktarını temsil eden değişkendir.
Transpoze MatrisBir matrisin satırlarının sütun, sütunlarının ise satır haline getirilmesiyle elde edilen yeni matristir.
Sınırsız ÇözümPrimal modelin çözüm değerinin sonsuza gitmesi durumudur; bu durumda dual modelin uygun çözümü bulunmaz.
Amaç Doğrusunun EğimiAmaç fonksiyonu katsayılarının birbirine oranıyla belirlenen ve en iyi çözüm noktasını bulmada kullanılan geometrik doğrultudur.
Kapasite VektörüModel kısıtlarının sağ tarafında yer alan ve eldeki mevcut kaynak sınırlarını gösteren sabit değerler kümesidir.
Optimum Simpleks TabloSimpleks algoritmanın son adımında elde edilen, en iyi çözüm değerlerini ve duyarlılık analizine ait tüm parametreleri içeren tablodur.
Alternatif ÇözümAynı en iyi amaç fonksiyonu değerini veren birden fazla farklı karar değişkeni kombinasyonunun bulunması durumudur.
Primal ProblemDoğrusal programlamada başlangıçta kurulan, eldeki kaynaklarla kârı maksimize etmeyi veya maliyeti minimize etmeyi amaçlayan birincil matematiksel modeldir.
Dual ProblemPrimal modelin parametreleri ve kısıt yapısı kullanılarak simetrik kurallarla türetilen, kaynakların değerlemesini ve fırsat maliyetlerini analiz eden ikincil modeldir.
Kanonik FormBir doğrusal programlama modelinin dualinin alınabilmesi için kısıtlarının maksimizasyonda '≤', minimizasyonda ise '≥' yönünde eşitsizliklerle ifade edilmiş standart halidir.
Gölge Fiyat (Shadow Price)Bir kısıtlayıcı kaynağın sağ taraf sabitindeki (kapasitesindeki) 1 birimlik artışın, optimal amaç fonksiyonu değerinde yarattığı değişim miktarıdır.
İndirgenmiş Maliyet (Reduced Cost)Temel olmayan bir değişkenin optimal çözüme girebilmesi için amaç fonksiyonu katsayısında yapılması gereken minimum iyileştirme miktarını gösteren fırsat maliyeti değeridir.
Duyarlılık AnaliziModel parametrelerindeki (katsayılar, kapasiteler) olası değişimlerin, elde edilen optimal çözüm ve amaç fonksiyonu değeri üzerindeki etkilerini inceleyen analiz sürecidir.
Teknolojik Katsayılar MatrisiPrimal modeldeki kısıt denklemlerinde yer alan karar değişkenlerinin önündeki katsayılardan oluşan ve duale geçerken transpozesi alınan matristir.
Sağ Taraf SabitleriKısıt denklemlerinin sağ tarafında yer alan ve eldeki kaynak sınırlarını veya asgari gereksinimleri gösteren kapasite değerleridir.
Aylak (Gevşek) DeğişkenEşitsizlik kısıtlarını eşitlik haline getirmek için modele eklenen ve kullanılmayan kaynak miktarını temsil eden yardımcı değişkendir.
Yapay DeğişkenBaşlangıç temel uygun çözümü bulabilmek amacıyla modele eklenen, fiziksel bir anlamı olmayan ve optimal çözümde sıfır olması gereken değişkendir.
TranspozePrimal modeldeki teknolojik katsayılar matrisinin satır ve sütunlarının yer değiştirilerek dual modelin kısıt katsayılarına dönüştürülmesi işlemidir.
Sınırsız Çözüm (Unbounded)Primal problemin amaç fonksiyonu değerinin sonsuza gidebilmesi durumudur; bu durumda dual problemin uygun çözümü bulunmaz.
Uygun Çözüm AlanıModeldeki tüm kısıtlayıcı koşulları ve negatif olmama koşullarını aynı anda sağlayan tüm noktaların oluşturduğu geometrik bölgedir.
Optimal ÇözümUygun çözüm alanı içindeki noktalar arasından amaç fonksiyonunu en büyük (maksimizasyon) veya en küçük (minimizasyon) yapan en iyi noktadır.
Z_j - C_j SatırıSimpleks tablonun en alt kısmında yer alan, değişkenlerin çözüme girmesi durumunda amaç fonksiyonundaki net değişimi gösteren indeks satırıdır.
Serbest DeğişkenNegatif olmama koşuluna tabi olmayan, yani pozitif, negatif veya sıfır değerini alabilen, dualinde ise eşitlik kısıtına karşılık gelen değişkendir.
Temel DeğişkenSimpleks tabloda sıfırdan farklı (genellikle pozitif) değerler alarak mevcut çözüm kümesinde yer alan karar değişkenleridir.
Temel Olmayan DeğişkenMevcut optimal çözümde değeri sıfır olan ve üretime/çözüme dahil edilmeyen karar değişkenleridir.
Fırsat MaliyetiBir kaynağın başka bir alternatifte kullanılması durumunda vazgeçilen en yüksek getiriyi ifade eden ekonomik kavramdır.

Diğer Önemli Bilgiler

x1 Değişkeninin Kar Aralığı

Metindeki sayısal analizde, ikinci ürünün birim karı sabitken birinci ürünün birim karı (c1) [2, 6] aralığında kaldığı sürece mevcut optimal çözüm noktasının değişmeyeceği bulunmuştur.

x2 Değişkeninin Kar Aralığı

Birinci ürünün birim karı 5 olarak sabit tutulduğunda, ikinci ürünün birim karının (c2) [10/3, 10] aralığında kalması durumunda optimal çözüm noktasının korunacağı hesaplanmıştır.

Kısıt 1'in Gölge Fiyatı

Örnek problemde 1. kısıtın sağ taraf sabiti olan 24 değeri 25'e çıkarıldığında, amaç fonksiyonu değerinin (karın) tam olarak 3/4 birim artacağı hesaplanmıştır.

Kısıt 2'nin Gölge Fiyatı

Örnek problemde 2. kısıtın sağ taraf sabiti olan 6 değeri 1 birim artırıldığında, toplam karda 1/2 birimlik bir artış meydana geleceği belirlenmiştir.

Kısıt 1'in Sağ Taraf Sınırları

Birinci kısıtın mevcut sağ taraf sabiti 24 iken, gölge fiyatın (3/4) geçerli olduğu minimum değer 12, maksimum değer ise 36 olarak tespit edilmiştir.

Kısıt 2'nin Sağ Taraf Sınırları

İkinci kısıtın mevcut sağ taraf sabiti 6 iken, gölge fiyatın (1/2) geçerli olduğu minimum değer 4, maksimum değer ise 12 olarak hesaplanmıştır.

WinQSB Yazılımı Kullanımı

Metinde sunulan 3 değişkenli ve 2 kısıtlı karmaşık modelin duyarlılık analizi tabloları WinQSB bilgisayar programı çıktısı kullanılarak elde edilmiş ve yorumlanmıştır.

Üretim Azalış Katsayısı

WinQSB analizinde, x1 değişkeninin çözüme girmesi durumunda x3 değişkeninde meydana gelecek azalma miktarının tam olarak 1 birim olacağı katsayılar üzerinden gösterilmiştir.

Aylak Kapasite Durumu

Metindeki ikinci örnek çözümünde s1 = 0 ve s2 = 0 olarak bulunmuştur. Bu durum, 1. ve 2. kısıtlara ait kaynakların tamamının tükendiğini ve aylak kapasite kalmadığını gösterir.

Gölge Fiyat Değerleri

İkinci örnekte s1 değişkeninin gölge fiyatı 5/7, s2 değişkeninin gölge fiyatı ise 18/7 olarak hesaplanmış ve kaynak artışının kâra etkisi somutlaştırılmıştır.

Dualite Kelimesinin Kökeni

Dualite kelimesi Latince kökenli olup, iki anlamına gelen 'duo' ve zıtlık anlamına gelen 'lite' kelimelerinin birleşmesiyle oluşmuştur. Felsefede ve matematiksel modellemede zıt kavramların birbirini tamamlayıcılığını ifade eder.

Optimal Çözüm Eşitliği İlkesi

Doğrusal programlama teorisine göre, bir primal model ile onun dual modelinin optimal amaç fonksiyonu değerleri birbirine tam olarak eşittir. Primal model kârı 2600 birim olarak buluyorsa, dual model de minimum maliyeti 2600 birim olarak hesaplar.

Kanonik Formda Yön Kuralları

Problemin dualinin alınabilmesi için kanonik formda olması şarttır. Maksimizasyon problemlerinde kısıtların yönü '≤' şeklinde, minimizasyon problemlerinde ise '≥' şeklinde olmalıdır.

Değişken ve Kısıt Sayısı İlişkisi

Primal modelde 3 karar değişkeni ve 2 kısıt bulunuyorsa, bu modelin dualinde tam tersi şekilde 2 karar değişkeni ve 3 kısıtlayıcı denklem oluşur.

Eğim Analizi ile Duyarlılık Sınırları

Z = 5x1 + 4x2 amaç fonksiyonunda, kısıt eğimleri -1.5 ve -0.5 arasındayken x1'in kâr katsayısının optimal çözümü değiştirmeden kalabileceği geçerli aralık [2, 6] olarak hesaplanmıştır.

Gölge Fiyat ve Kar İlişkisi

Örnek problemde birinci kısıtın sağ taraf sabiti 24'ten 25'e çıkarıldığında, gölge fiyatı olan 3/4 birim kadar kâr artışı elde edilir. İkinci kısıtın 1 birimlik artışı ise kârı 1/2 birim artırır.

Sınırsız Çözüm ve Uygunsuzluk Durumu

Eğer bir primal modelin çözümü sınırsız (unbounded) çıkarsa, dual modelin hiçbir uygun çözümü (feasible solution) yoktur. Bu durum iki model arasındaki matematiksel zıtlık ilişkisinin bir sonucudur.

İndirgenmiş Maliyet Sıfırlama Etkisi

Mevcut çözümde yer almayan bir değişkenin indirgenmiş maliyeti kadar amaç katsayısı iyileştirilirse, problemde tek bir en iyi çözüm yerine birden fazla alternatif optimal çözüm ortaya çıkar.

Transpoze Matris Dönüşümü

Primal modelden dual modele geçişte, teknolojik katsayılar matrisinin transpozesi alınır. Bu işlemle primal kısıtların sütun katsayıları, dual kısıtların satır katsayılarına dönüşür.

Serbest Değişkenlerin Eşitlik Karşılığı

Primal modelde işareti sınırlandırılmamış (serbest) bir değişken varsa, dual modelde bu değişkene karşılık gelen kısıtlayıcı denklem eşitsizlik değil, doğrudan eşitlik (=) halinde yazılır.

Gölge Fiyatın Geçerlilik Sınırları

Birinci kısıtın sağ taraf sabiti olan 24 değerinin, gölge fiyatı olan 3/4 değerini koruyarak değişebileceği minimum değer 12, maksimum değer ise 36 olarak belirlenmiştir.

WinQSB Programı Analiz Çıktısı

Duyarlılık analizi sorularında ve uygulamalarında, değişkenlerin minimum-maksimum kâr sınırları ile kısıtların gölge fiyat aralıkları genellikle WinQSB gibi paket program çıktıları üzerinden okunur.

Aylak Kapasite ve Gölge Fiyat İlişkisi

Eğer bir kısıtın optimal çözümde kullanılmayan aylak kapasitesi varsa (gevşek değişken > 0), o kısıtın gölge fiyatı sıfırdır. Çünkü zaten artan kaynak kullanılmamaktadır.

Kâr Katsayısı Değişim Aralığı Örneği

Z = 320x1 + 320x2 modelinde, x1'in katsayısının mevcut optimal çözümü değiştirmeden alabileceği güvenli değişim aralığı 48 ile 80 birim arası olarak hesaplanmıştır.

Sınavda Dikkat Et

  • Primalden duale geçerken amaç yönünün tersine döndüğünü (Maks ise Min, Min ise Maks olduğunu) asla unutmayın.
  • Dual modelin kısıt sayısının, primal modelin karar değişkeni sayısına eşit olduğunu kontrol ederek sınavda hızlıca eleme yapabilirsiniz.
  • Gölge fiyatların sadece aylak (gevşek) değişkenlerin altındaki Z_j - C_j satırından okunabileceğini unutmayın; bu bilgi doğrudan soru çözdürür.
  • Eğer bir kaynağın gölge fiyatı sıfırdan büyükse, o kaynağın tamamının tükendiğini ve ek kapasitenin kârlılığı artıracağını bilin.
  • Sınavda dual kısıtların yönünü belirlerken, dual model minimizasyon ise kısıtların '≥', maksimizasyon ise '≤' olması gerektiğini hatırlayın.
  • İndirgenmiş maliyetin, çözüme girmemiş (değeri sıfır olan) bir değişkeni çözüme dahil etmek için gereken minimum katsayı iyileştirmesi olduğunu unutmayın.
  • Primalden duale geçerken amaç yönünün tersine döndüğünü asla unutma; maksimizasyon ise mutlaka minimizasyon yapmalısın.
  • Kanonik form kontrolünü sınavda ilk adım olarak yap; eğer maksimizasyon sorusunda '≥' kısıtı varsa önce -1 ile çarpıp '≤' haline getirmelisin.
  • Gölge fiyat sorularında, kısıtın gevşek (aylak) değişkeninin değerine bak; eğer aylak değişken tabloda temel değişkense gölge fiyatı kesinlikle sıfırdır.
  • İndirgenmiş maliyet sorularında, tabloda halihazırda üretilen (temel) değişkenlerin indirgenmiş maliyetlerinin sıfır olduğunu bilmek sana zaman kazandırır.
  • Duyarlılık aralığı hesaplarken, katsayıların sadece belirlenen sınırlar (örneğin [2, 6] kâr aralığı) içinde kaldığı sürece mevcut üretim miktarlarının değişmeyeceğini unutma.
  • Primal ve dual modellerin optimal amaç fonksiyonu değerleri her zaman birbirine eşittir; birini çözerek diğerinin de optimal kâr/maliyet değerini bulmuş olursun.