Ejemplo práctico en clase

VAMOS A RESOLVER MÉTODO SIMPLEX Compilación y adaptación: Deizi De Jesús

Apreciados estudiantes a estas alturas, cada uno de ustedes debe haber leído, interpretado y tal vez resuelto alguno de los ejercicios propuestos en las actividades presenciales. Sin embargo, entendiendo que el contenido es denso, quisiera apoyarles señalándoles paso a paso la secuencia de acciones a seguir para resolver el Método Simplex. Recuerden que las dudas las aclaramos en la Sección de Aprendizaje Colaborativo del Aula Virtual, por mensajería interna cuando lo requieran al igual que en la clase presencial… Atentamente, Su Tutora Cómo comenzar

Ejemplo de Simplex: Vamos a resolver el siguiente problema: Maximizar Z = f(x 1 ,x 2 ) = 3x 1 + 2x 2 Sujeto a: 2x 1 + x 2 ≤ 18 2x 1 + 3x 2 ≤ 42 3x 1 + x 2 ≤ 24 x 1 ≥ 0 , x 2 ≥ 0

Se consideran los siguientes p asos: 1. Convertir las desigualdades en igualdades: Se introduce una variable de holgura por cada una de las restricciones, este caso s 1 , s 2 , s 3 para convertirlas en igualdades y formar el sistema de ecuaciones estandar. Usando en simplex el siguiente criterio: Signo: Introducir ≤ s n

FORMA ESTANDAR: FORMA ESTANDAR: con la cual voy a trabajar en lo adelante 2x 1 + x 2 + s 1 = 18 2x 1 + 3x 2 + s 2 = 42 3x 1 + x 2 + s 3 = 24

2 . Igualar la función objetivo a cero y despues agregar la variables de holgura del sistema anterior: Z - 3 x 1 - 2 x 2 = 0 Para este caso en particular la funcion objetivo ocupa la ultima fila del tablero, pero de preferencia siempre se devera de colocar como la primer fila Cuando minimizamos se toma el valor (+) positivo de Fo para convertirlo en negativo y cuando maximizamos tomamos el valor (+) negativo de Fo para convertirlo en positivo. 3. Escribir el tablero inicial simplex: En las columnas aparecerán todas las variables del problema y, en las filas, los coeficientes de las igualdades obtenidas, una fila para cada restricción y la última fila con los coeficientes de la función objetivo:

Tablero Inicial Base Variable de decisión Variable de holgura Solución X 1 X 2 S 1 S 2 S 3 S 1 2 1 1 0 0 18 S 2 2 3 0 1 0 42 S 3 3 1 0 0 1 24 Z -3 -2 0 0 0 0

4. Encontrar la variable de decisión que entra en la base y la variable de holgura que sale de la base Para escoger la variable de decisión que entra en la base, (FLECHA ROJA PARTE SUPERIOR), observamos la ultima fila, la cual muestra los coeficientes de la función objetivo y escogemos la variable con el coeficiente más negativo (en valor absoluto). En este caso, la variable x 1 de coeficiente - 3. Si existiesen dos o más coeficientes iguales que cumplan la condición anterior, entonces se elige cualquiera de ellos. Si en la última fila no existiese ningún coeficiente negativo, significa que se ha alcanzado la solución óptima. Por tanto, lo que va a determinar el final del proceso de aplicación del método del simplex, es que en la última fila no haya elementos negativos. La columna de la variable que entra en la base se llama columna pivote (en color azulado ).

B. Para encontrar la variable de holgura que tiene que salir de la base, (FLECHA ROJA COSTADO IZQUIERDO) se divide cada término de la última columna (valores solución) por el término correspondiente de la columna pivote, siempre que estos últimos sean mayores que cero. Si hubiese algún elemento menor o igual que cero no se hace dicho cociente. En el caso de que todos los elementos fuesen menores o iguales a cero, entonces tendríamos una solución no acotada y no se puede seguir. El término de la columna pivote que en la división anterior dé lugar al menor cociente positivo, el 3, ya 8 es el menor, indica la fila de la variable de holgura que sale de la base, S 3 . Esta fila se llama fila pivote (en color azulado ).

Iteración No. 1 Base Variable de decisión Variable de holgura Solución Operación X 1 X 2 S 1 S 2 S 3 S 1 2 1 1 0 0 18 18/2 = 9 S 2 2 3 0 1 0 42 42/2 = 21 S 3 3 1 0 0 1 24 24/3 = 8 Z -3 -2 0 0 0 0

Si al calcular los cocientes, dos o más son iguales, indica que cualquiera de las variables correspondientes pueden salir de la base. En la intersección de la fila pivote y columna pivote tenemos el elemento pivote operacional, 3, este indica que la variable de decisión X 1 entra y la variable de holgura S 3 sale. 5. Encontrar los coeficientes para el nuevo tablero de simplex. Los nuevos coeficientes de la fila pivote se obtienen dividiendo todos los coeficientes de la fila por el pivote operacional “3”, ya que este se debe convertir en 1. A continuación mediante la reducción gaussiana hacemos ceros los restantes términos de la columna pivote, con lo que obtenemos los nuevos coeficientes de las otras filas incluyendo los de la función objetivo Z.

Resultado de Iteración No. 1 Base Variable de decisión Variable de holgura Solución Operación X 1 X 2 S 1 S 2 S 3 S 1 0 1/3 1 0 -2/3 2 f( S 1 ) – 2 f(X 1 ) S 2 0 7/3 0 1 -2/3 26 f( S 2 ) – 2 f(X 1 ) X 1 1 1/3 0 0 -1/3 8 (1/3) X 1 Z 0 -1 0 0 1 24 f( Z) + 3 f(X 1 )

Como en los elementos de la última fila hay un numero negativo, -1, significa que no hemos llegado todavía a la solución óptima. Hay que repetir el proceso: La variable que entra en la base es x 2 , por ser la columna pivote que corresponde al coeficiente -1 B. Para calcular la variable que sale o la fila pivote, dividimos los términos de la columna solución entre los términos de la nueva columna pivote: y como el menor cociente positivo es 6, tenemos que la fila pivote y la variable de holgura que sale es S 1 . C. El elemento pivote, que ahora hay que hacer 1, es 1/3. Y se opera de forma análoga a la anterior iteración

Iteración No. 2 Base Variable de decisión Variable de holgura Solución Operación X 1 X 2 S 1 S 2 S 3 S 1 0 1/3 1 0 -2/3 2 2/(1/3) = 6 S 2 0 7/3 0 1 -2/3 26 26/(7/3) = 78/7 X 1 1 1/3 0 0 -1/3 8 8/(1/3) = 24 Z 0 -1 0 0 1 24

Resultado de Iteración No. 2 Base Variable de decisión Variable de holgura Solución Operación X 1 X 2 S 1 S 2 S 3 X 2 0 1 3 0 -2 6 3X 2 S 2 0 0 -7 0 4 12 f( S 2 ) – (7/3) f(X 2 ) X 1 1 0 -1 0 1 6 f( X 1 ) – (1/3) f(X 2 ) Z 0 0 3 0 -1 30 f( Z) + f(X 2 )

Como en los elementos de la última fila hay uno negativo, -1, significa que no hemos llegado todavía a la solución óptima. Hay que repetir el proceso: La variable que entra en la base es S 3 , por ser la variable que corresponde al coeficiente -1 Para calcular la variable que sale, dividimos los términos de la última columna entre los términos correspondientes de la nueva columna pivote: 6/(-2) [=-3] , 12/4 [=3], y 6:1 [=6] y como el menor cociente positivo es 3, tenemos que la variable de holgura que sale es S 2 . C. El elemento pivote, que ahora hay que hacer 1, es 4. Obtenemos la tabla:

Iteración No. 3 Base Variable de decisión Variable de holgura Solución Operación X 1 X 2 S 1 S 2 S 3 X 2 0 1 3 0 -2 6 No se toma por ser negativo S 2 0 0 -7 0 4 12 12/4 = 3 X 1 1 0 -1 0 1 6 6/1 = 6 Z 0 0 3 0 -1 30

Resultado de Iteración No. 3 Base Variable de decisión Variable de holgura Solución Operación X 1 X 2 S 1 S 2 S 3 X 2 0 1 -1/2 0 0 12 f( X 2 ) + 2 f(S 3 ) S 3 0 0 -7/4 0 1 3 (1/4) S 3 X 1 1 0 -3/4 0 0 3 f( X 1 ) – f(S 3 ) Z 0 0 5/4 0 0 33 f( Z) + f(S 3 )

Tablero Final Base Variable de decisión Variable de holgura Solución X 1 X 2 S 1 S 2 S 3 X 2 0 1 -1/2 0 0 12 S 3 0 0 -7/4 0 1 3 X 1 1 0 -3/4 0 0 3 Z 0 0 5/4 0 0 33

Como todos los coeficientes de la fila de la función objetivo son positivos, hemos llegado a la solución óptima. Los solución óptima viene dada por el valor de Z en la columna de los valores solución, en nuestro caso: 33 .

Para complementar este contenido les invito a visualizar el siguiente Video

Castillo, Conejo, Pedregal, García y Alguacil (2002):Formulación y resolución de Modelos de Programación Matemática en ingeniería y Ciencias, España. Francisco Chediak. Investigacion de Operaciones I. Frederick S. Hillier, Gerald J. Lieberman (1993). Introducción a la Investigación de Operaciones. Editorial: Mc. Graw Hill Taha, Hamdy A. Investigación de operaciones. Editorial: Pearson. Referencias Bobliográficas

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