整数规划

解决整数约束的优化问题

整数编程算法最小化或最大化的函数受到相等,不相等,和整数约束。整数约束限制部分或全部的优化问题的变量来只取整数值。这使得涉及离散量(如股股票),或者是或否的决策问题的精确建模。当存在于仅一些变量整数约束,这个问题被称为混合整数规划(MIP)。例如整数规划问题包括投资组合优化在金融学中,能源生产中发电机组的最优调度(机组承诺);优化设计在工程中,以及在运输和供应链应用中的调度和路由。

整数规划的数学问题是找到一个向量\(x\),使函数最小化:

\ [\ min_x f (x) \]

受以下限制:

\ [\ {开始} eqnarray的G(X)\ 0当量&\四&\文本{(不等式约束)} \\ H(X)= 0&\四&\文本{(等式约束)} \\ X_I \在\ mathbb {Z}&\四&\文本{(整数约束)} \ {端eqnarray的} \]

这是整数规划的最普遍形式,被称为混合整数非线性规划(MINLP)。

许多问题可以只用线性目标和约束来表述。在这种情况下,整数规划称为混合整数线性规划(MILP),写成:

\ [\ min_ {x} \左\ {f ^ {\ mathsf {T}} x \ \} \]

受以下限制:

\[begin{eqnarray}Ax \leq b & quad & text{(不等式约束)}\\A_{eq}x = b_{eq} & \quad & text{(等式约束)}\lb \leq x \leq ub & quad & text{(边界约束)}\ x_i \in \mathbb{Z} & quad & text{(整数约束)}\end{eqnarray}\]

整数规划算法可以在MATLAB等软件中实现®.通常求解MILPs需要使用多种技术的组合来缩小解空间,找到整数可行解决方案,并在解空间不包含更好整数可行解的丢弃的部分。金宝搏官方网站对于整数规划常用的技术包括:

  • 减少飞机:为问题添加额外的限制条件,减少搜索空间。
  • 启发式:搜索整数可行的解决方案。金宝搏官方网站
  • 分支界限法:系统地寻找最优解。该算法解决了线性规划整数变量可能值的限制范围的松弛。

优化工具箱™中的MILP求解器实现了这些技术。

一些MINLPs可以通过调整这些整数编程技术非线性函数或线性化非线性函数和解决MILPs的序列来解决。当非线性函数只能在整点进行评估,需要其他技术。适用于这些类型的整数规划两种算法在全局优化工具箱实现:

  • 遗传算法:模仿自然的选择过程中反复修改被限制为整数值个性化解决方案的一个群体。金宝搏官方网站
  • 代理优化:自动构建问题的代理模型,该模型可以放松,然后通过将MILP技术调整到MINLP来解决。

有关整数编程的更多信息,请参见优化工具箱全局优化工具箱



用例


混合整数线性规划的例子



参见:优化工具箱全局优化工具箱线性规划二次规划非线性规划遗传算法投资管理能源交易规范的分析