上次提到了强对偶定理,说的是一对线性规划问题的两个最优解其最优值一定是相等的。而这两个最优解之间除了各自的函数值相等,他俩之间还有一个有趣的关系,所谓的——对偶松弛。
啥是对偶松弛?首先看以看成是一个判断最优解的一个条件,比如我们有了一对可行解,然后试试两者是否满足这个关系,如果满足的话那么这对解就是最优解了。反过来也是可以的,如果已经知道两个解是各自的最优解,那么一定满足这个关系。
对偶松弛定理是的证明尽管不是很复杂,但是我们这里并不讨论,随便找个课本上都有,咱们这里只是观察一个例子,然后咱来理解一下对偶松弛这四个字的直观含义。
还是看上次的例子,吃货及店老板的一对对偶问题,这里把这对问题列一下:
原问题:
min 5*x1 + 8*x2
subject to 3*x1 >= 6
2x1 + 4x2 >= 10
2x1 + 5x2 >= 8
x1, x2 >= 0
对偶问题:
max 6*p1 + 10*p2 + 8*p3
subject to 3*p1 + 2*p2 + 2*p3 <= 5
4*p2 + 5*p3 <= 8
p1 , p2 , p3 >= 0
这次需要把最优解求出来,分别是:
x1 = 2, x2 = 3/2 和 p1= 1/3 , p2=2 , p3 = 0。最优值都是22。
OK,现在咱们就来看一下对偶松弛在哪里。首先要明确一个概念,就是对偶问题的一个变量对应着原问题的一个约束。比如这里原问题有三个约束,对偶问题相应的就有三个变量。
比如对于原问题有(对于对偶问题同理):
3*x1 >= 6 和 p1 对应;
2x1 + 4x2 >= 10 和 p2 对应;
2x1 + 5x2 >= 8 和 p3 对应;
稍微整理一下:
3*x1 -6 >= 0 和 p1 >= 0 对应;
2x1 + 4x2 - 10 >= 0 和 p2 >= 0 对应;
2x1 + 5x2 - 8 >= 0 和 p3 >= 0 对应;
然后我们把各自的最优值代入(x1 = 2, x2 = 3/2 和 p1= 1/3 , p2=2 , p3 = 0),就可以看到所谓的对偶松弛了:
3*2 - 6 = 0 和 p1= 1/3 > 0
2*2 + 4*3/2 - 10 = 0 和 p2= 2 > 0
2*2 + 5*3/2 - 8 > 0 和 p3 = 0
我们可以看到,如果左边的代表约束的式子等于0,那么其对偶的变量值就大于0;而如果式子大于0,则后面的变量就等于0。也就是说每对数值一定有一个是等于0的。
所以说我们可以把对偶松弛这样理解,每个对偶约束和变量,如果一个是松的(大于0),那么其对偶一定是紧的(等于0).
是不是特别像跷跷板,一个起来另外一个一定下去。或者像拉锯,一边拉远另外一边就被拉近。这种自然中的无处不在的平衡的确有些奇妙。