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【用python學數學建模】用scipy.optimize.linprog實現線性規劃

因為近期要參加一個建模比賽,沒有安裝MATLAB,所以熟悉下演算法的python實現,本篇為用scipy.optimize.linprog線性規劃。

線性規劃主要解決下面這種問題:

\underset{x}{min} c^{T}x \\ s.t. \begin{cases} & \ Ax\leq b\\ & \ Aeq\cdot x=beq \\ & \ lb \leq x \leq ub \end{cases}(第一次用LaTex,公式做的不好看,不是這樣要轉化一下,如求最大值)

scipy.optimize.linprog(c, A_ub=None, b_ub=None, A_eq=None, b_eq=None, bounds=None, method='simplex', callback=None, options=None)

其中,c是價值向量;A_ub和b_ub對應線性不等式約束;A_eq和b_eq對應線性等式約束;bounds對應公式中的lb和ub,決策向量的下界和上界;method是求解器的型別,如單純形法;其他的引數暫時不用。

例題1:

min f=-1\times x_{0} + 4\times x_{1}\\ s.t.\begin{cases} & -3\times x_{0} +1\times x_{1} \leq 6 \\ & 1\times x_{0} + 2\times x_{1} \leq 4 \\ & x_{1} \geq -3 \end{cases}

用scipy.optimize.linprog計算

from scipy.optimize import linprog
C = [-1,4] 
A = [[-3,1],[1,2]]
b = [6,4]
X0_bounds = [None,None]
X1_bounds = [-3,None]
res = linprog(C,A,b,bounds=(X0_bounds,X1_bounds))
print(res)
     fun: -22.0
 message: 'Optimization terminated successfully.'
     nit: 1
   slack: array([39.,  0.])
  status: 0
 success: True
       x: array([10., -3.])

最優解為-22,x0=10,x1=-3.

例題2:

如果是求最大值

max f=-1\times x_{0} + 4\times x_{1}\\ s.t.\begin{cases} & -3\times x_{0} +1\times x_{1} \leq 6 \\ & 1\times x_{0} + 2\times x_{1} \leq 4 \\ & x_{1} \geq -3 \end{cases}

我們轉化為

min -f=1\times x_{0} + -4\times x_{1}\\ s.t.\begin{cases} & -3\times x_{0} +1\times x_{1} \leq 6 \\ & 1\times x_{0} + 2\times x_{1} \leq 4 \\ & x_{1} \geq -3 \end{cases}

用scipy.optimize.linprog計算

from scipy.optimize import linprog
C = [1,-4] 
A = [[-3,1],[1,2]]
b = [6,4]
X0_bounds = [None,None]
X1_bounds = [-3,None]
res = linprog(C,A,b,bounds=(X0_bounds,X1_bounds))
print(res)
     fun: -11.428571428571429
 message: 'Optimization terminated successfully.'
     nit: 2
   slack: array([0., 0.])
  status: 0
 success: True
       x: array([-1.14285714,  2.57142857])

最優解為11.428571428571429,x0=-1.14285714,x1=2.57142857。