21
ECS716/QMT710: Operations Research Pn Pa’ezah Hamzah 1

2 Linear Programming Part 1

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: 2 Linear Programming Part 1

7/29/2019 2 Linear Programming Part 1

http://slidepdf.com/reader/full/2-linear-programming-part-1 1/21

ECS716/QMT710:  Operations Research

Pn Pa’ezah Hamzah

1

Page 2: 2 Linear Programming Part 1

7/29/2019 2 Linear Programming Part 1

http://slidepdf.com/reader/full/2-linear-programming-part-1 2/21

Part 1:

What is Linear Programming (LP)?

General form of  LP model

Assumptions

 of 

 LP

 model

Formulation of  LP model

Graphical Solution ‐ only for LP problems in 2 variables

Part 2:

Simplex Solution

Computer Solution

2

Page 3: 2 Linear Programming Part 1

7/29/2019 2 Linear Programming Part 1

http://slidepdf.com/reader/full/2-linear-programming-part-1 3/21

At the end of  this class, students should be able 

to: describe the basic approach of  LP

explain the

 types

 of 

 problems

 that

 can

 be

 solved using LP formulate LP problems solve LP problems in 2 varibles by the 

graphical method

3

Page 4: 2 Linear Programming Part 1

7/29/2019 2 Linear Programming Part 1

http://slidepdf.com/reader/full/2-linear-programming-part-1 4/21

Explain the meaning of  the terms:▪ Linear   programming

▪ Objective  function

Constraints▪ Feasible solutions

▪ Optimal  solution

▪ Equality  and  inequality ▪ Graphical  method 

▪ Isoprofit/isocost   function

▪ Corner   point  (extreme  point)

4

Page 5: 2 Linear Programming Part 1

7/29/2019 2 Linear Programming Part 1

http://slidepdf.com/reader/full/2-linear-programming-part-1 5/21

Linear programming is a mathematical programming

 and

 an

 optimization

 technique

 

that has been widely used by business and 

industry for

 many

 years.

It involves allocating scarce resources on the 

basis of  a given criterion of  optimality.  Most often, this criterion is either maximum profit 

or minimum

 cost.

5

Page 6: 2 Linear Programming Part 1

7/29/2019 2 Linear Programming Part 1

http://slidepdf.com/reader/full/2-linear-programming-part-1 6/21

Examples of  problems solved by LP:  allocation

 of 

 production

 facilities,

 production

 mix

 determination, blending, manpower allocation and 

assignment, personnel allocation, transportation 

planning, scheduling, advertising budget allocation.

LP uses mathematical model to describe the 

problem of  concern. The

 word

 linear implies

 that

 all

 mathematical

 relationships in the model are linear. The word  programming does not refer to 

computer programming;

 it

 refers

 to

  planning.

6

Page 7: 2 Linear Programming Part 1

7/29/2019 2 Linear Programming Part 1

http://slidepdf.com/reader/full/2-linear-programming-part-1 7/21

Every LP problem consists of:

decisions that must be made

an objective to be achieved

a set

 of 

 restrictions (or  constraints) to

 consider

7

Page 8: 2 Linear Programming Part 1

7/29/2019 2 Linear Programming Part 1

http://slidepdf.com/reader/full/2-linear-programming-part-1 8/21

The general LP model in variables  X i for allocating mresources with n constraints can be formulated as follows:

MAXIMIZE (or MINIMIZE) Z =  c1 X 1 + c2 X 2 + … + cn X n

subject to:  a11 X 1 + a12 X 2 + … + a1n X n ≤  b1

a21 X 1 + a22 X 2 + … + a2n X n ≤  b2ak1 X 1 + ak2 X 2 + … + akn X n ≤  bk …am1 X 1 + am2 X 2 + … + amn X n ≤ bm

 X i ≥ 0 where i  =1,…,n

constraints

non‐negativity constraints

the objective  function

Note: 

All mathematical relationships are linear. “ >”  and “ < “ relationships are not allowed (since LP model  is deterministic.)

8

Page 9: 2 Linear Programming Part 1

7/29/2019 2 Linear Programming Part 1

http://slidepdf.com/reader/full/2-linear-programming-part-1 9/21

If  

all 

the 

functions in 

the 

model 

are 

linear 

⇒ Linear Programming (LP) problem.

If  all

 the

 variables in

 the

 LP

 model

 are

 integer

⇒ Integer Linear Programming (ILP) problem.

If  some

 of 

 the

 variables are

 integer

⇒Mixed Integer Linear Programming (MILP) problem.

9

Page 10: 2 Linear Programming Part 1

7/29/2019 2 Linear Programming Part 1

http://slidepdf.com/reader/full/2-linear-programming-part-1 10/21

1. Certainty ‐ all parameters of  the model are known with certainty.

2. Additivity ‐the

 total

 consumption

 of 

 each

 resource,

 as

 well

 as

 the

 overall

 objective value are the aggregates of  the resource consumptions and the contributions to the problem objective, resulted from 

carrying out each activity independently.

3. Proportionality ‐ the contribution of  each variable in the objective function or its 

usage of   the resources are directly proportional to the value of  the variable.

4. Divisibility ‐ the decision variables can take on any fractional values.

5. Nonnegativity ‐the

 decision

 variables

 can

 take

 on

 any

 value

 greater

 than

 or

 equal

 

to zero. 

10

Page 11: 2 Linear Programming Part 1

7/29/2019 2 Linear Programming Part 1

http://slidepdf.com/reader/full/2-linear-programming-part-1 11/21

Step 1:  Identify and define the decision variables 

(unknowns) of 

 the

 problem.

Step 2:  Write the objective function to be optimized 

(maximize/minimize) as a linear function of  

the decision

 variables.

Step 3:  Translate the requirements, restrictions, or 

wishes, 

that 

are 

in 

narrative 

form 

to 

linear 

equations or inequalities in terms of  the 

decision variables.

Step 4:

 Add

 the

 non

‐negativity

 constraints.

11

Page 12: 2 Linear Programming Part 1

7/29/2019 2 Linear Programming Part 1

http://slidepdf.com/reader/full/2-linear-programming-part-1 12/21

ABC Inc. produces two types of  chandelier: Design 1 and  Design 2. The critical resources are available labor hours, crystals and 

switches for the next production cycle. The following table outlines 

usage factors

 and

 unit

 profit:

There are 200 switches, 1566 hours of  labor, and 2880 pieces of  crystals available. 

Formulate an

 LP

 model

 to

 determine

 the

 quantity

 of 

 each

 type

 of 

 chandelier to produce in order to maximize profit.

12

Design 1 Design 2Switch 1 1

Labor 9 hours 6 hours

Crystal 12 pieces 16 pieces

Unit Profit RM350 RM300

Page 13: 2 Linear Programming Part 1

7/29/2019 2 Linear Programming Part 1

http://slidepdf.com/reader/full/2-linear-programming-part-1 13/21

Maxi Design Sdn. Bhd. has been awarded a contract to design a label for a new 

computer produced by KC Computer Company.  Maxi Design estimates that at least 160 hours will be required to complete the project. Three of  the firm’s 

graphic designers

 are

 available

 for

 assignment

 to

 this

 project.

 Aida,

 a senior

 team

 leader; Bakri, a senior designer; and Carol, a  junior designer.

Since Aida has worked on several projects for KC, the management has specified 

that Aida must be assigned with at least 45% of  the total number of  hours 

assigned to

 the

 two

 senior

 designers.

 To

 provide

 label

‐designing

 experience

 for

 Carol, Carol must be assigned at least 20% of  the total project time.  However, the 

number of  hours assigned to Carol must not exceed 25% of  the total number of  hours assigned to the two senior designers.  Due to other project commitments, Aida has a maximum of  50 hours available to work on this project.

Hourly salary rates are RM40 for Aida, RM30 for Bakri, and RM20 for Carol.

Formulate an LP model to determine the number of  hours each graphic designer should be assigned to the project in order to minimize the total salary.

13

Page 14: 2 Linear Programming Part 1

7/29/2019 2 Linear Programming Part 1

http://slidepdf.com/reader/full/2-linear-programming-part-1 14/21

There are TWO methods to solve by graphing:

A. Isoprofit /Isocost Line Method 

▪isoprofit line

 method

 for

 maximization

 problems.

▪ isocost line method for minimization problems.

B. Corner (Extreme)Point Method▪ for both maximization and minimization problems.

14

Page 15: 2 Linear Programming Part 1

7/29/2019 2 Linear Programming Part 1

http://slidepdf.com/reader/full/2-linear-programming-part-1 15/21

Step 1:  Formulate the problem.

Step 2:  For each

 constraint,

 draw

 a graph

 of 

 the

 feasible

 solutions.

 

The solution set of  the LP problem is that region (or set of  ordered pairs), which satisfies ALL the constraints 

simultaneously. This region is called the area of  feasible solution (or feasible 

region.)

Step 3:  Draw an

 objective

 function

 line.

Step 4:  Determine the optimum point.

15

Page 16: 2 Linear Programming Part 1

7/29/2019 2 Linear Programming Part 1

http://slidepdf.com/reader/full/2-linear-programming-part-1 16/21

Step 4:  Determine the optimum point. For  maximization  problems:

Move parallel objective function lines toward 

larger objective function values without entirely 

leaving the

 feasible

 region.

 

For  

minimization 

 problems:Move parallel objective function lines toward 

smaller objective function values without entirely 

leaving 

the 

feasible 

region.16

Page 17: 2 Linear Programming Part 1

7/29/2019 2 Linear Programming Part 1

http://slidepdf.com/reader/full/2-linear-programming-part-1 17/21

17

Objective Function

x

Feasible

Region

Optimum point

Page 18: 2 Linear Programming Part 1

7/29/2019 2 Linear Programming Part 1

http://slidepdf.com/reader/full/2-linear-programming-part-1 18/21

Step 1:  Graph the constraints.

Step 2:

  Locate all

 the

 corner

 points

 of 

 the

 graph.

The coordinates of  the corners will be determined algebraically.

It is important to note that the optimal point is obtained at the 

boundary 

of  

the 

feasible 

region 

and 

furthermore 

at 

the 

corner 

points. 

For linear programs, it can be shown that the optimal point will always be obtained at corner points.

Step 3:  Determine the optimal value.Test all the corner points to see which one yields the optimum 

value for the objective function.

18

Page 19: 2 Linear Programming Part 1

7/29/2019 2 Linear Programming Part 1

http://slidepdf.com/reader/full/2-linear-programming-part-1 19/21

Solve the ABC Co. problem by graphing.a. If  the company can sell all the chandeliers it can 

produce, how many of  each design should it make in 

order to maximize the profit?

b. Determine the quantity of  each resource used at the 

optimal production

 level.

 Identify

 all

 resources

 that

 are

 fully utilized.

19

Page 20: 2 Linear Programming Part 1

7/29/2019 2 Linear Programming Part 1

http://slidepdf.com/reader/full/2-linear-programming-part-1 20/21

A dietician is considering a simple breakfast menu (excluding beverages) 

consisting of 

 scrambled

 egg

 and

 curry

 puffs,

 for

 participants

 of 

 an

 orientation program. An adequate amount of  the following nutrients in 

the breakfast:  vitamin A, vitamin B, and iron must be included. Each 

small scoop of  scrambled egg contains 3 milligrams of  vitamin A, 4 

milligrams of 

 vitamin

 B,

 and

 1 milligram

 of 

 iron.

 Each

 curry

 puff 

 contains

 3 milligrams of  vitamin A, 2 milligrams of  vitamin B, and 2 milligram of  

iron.  The minimum requirements for vitamin A, vitamin B and iron are 30 

milligrams, 24 milligrams and 12 milligrams respectively.  Each scoop of  

scrambled egg

 costs

 30

 sen

 and

 each

 curry

 puff 

 costs

 35

 sen.

 The

 

dietician would like to determine how much of  each type of  food to serve 

in order to meet the nutrient requirements and also to minimise the total 

cost.  The following table summarises the relevant information. 

20

Page 21: 2 Linear Programming Part 1

7/29/2019 2 Linear Programming Part 1

http://slidepdf.com/reader/full/2-linear-programming-part-1 21/21

a. Formulate a linear

 programming

 model

 for

 this

 problem.

b. Determine the optimal solution.  What is the lowest cost that meets the nutrient requirements?

c. Determine the quantity of  each nutrient in the optimal solution.

21

Nutrient Content (mg.) Nutrient Requirement (mg.)

Nutrient Scrambled Egg Curry Puff 

Vitamin A 3 3 30

Vitamin B 4 2 24

Iron 1 2 12

Unit Cost 30 sen 35 sen