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Metodo Simplex de 2 Fases
Metodo Simplex de 2 Fases
Metodo Simplex de 2 Fases
OBJETIVO:
maximizar las utilidades
totales, sujetas a las
restricciones impuestas
por las capacidades de
produccin disponibles en
las tres plantas
Tiempo de
produccin
por lote hrs
Productos
Tiempo de
produccin
RESTRICCIONES:
horas de produccion
disponible a la semana
Planta
disponible a la
semana hora
12
VARIABLES DE
DECISION:
18
X1=lotes de produccin 1
X2=lotes de produccin 2
FUNCION OBJETIVO:
Max Z=3000X1 + 5000X2
SUJETO A:
Ganancia por
lote
$3000
$5000
X1
3X1
<4
2X2
< 12
+2X2
< 18
CONDICIONES NO
NEGATIVAS:
X1, X2 > 0
http://www.investigacion-operaciones.com/SIMPLEX_analitico.htm
proceso de eliminacin de
Gauss-Jordan para
resolver un sistema de
ecuaciones lineales
constituyen la base del
mtodo simplex.
Z= f(x,y)= 3x +
2y
2x + y 18
2x + 3y 42
3x + y 24
x 0,y 0
2
Coeficiente
2
x
Nueva fila pivote 1
=
Nueva fila de s
0
3
2
x
1/3
=
7/3
0
2
x
0
=
0
1
2
x
0
=
1
0
2
x
1/3
=
-2/3
42
2
x
8
=
26
Tabla II . Iteracin n 2
Base Variable de decisin Variable de holgura Valores solucin
h
s
x
Z
x
0
0
1
0
y
1/3
7/3
1/3
-1
h
1
0
0
0
s
0
1
0
0
d
-2/3
-2/3
1/3
1
2
26
8
24
Como en los elementos de la ltima fila hay uno negativo, -1, significa que no
hemos llegado todava a la solucin ptima. Hay que repetir el proceso:
A. La variable que entra en la base es y, por ser la variable que
corresponde al coeficiente -1
B. Para calcular la variable que sale, dividimos los trminos de la ltima
columna entre los trminos correspondientes de la nueva columna
pivote:
2:1/3 [=6] , 26:7/3 [=78/7] y 8:1/3 [=8]
y como el menor cociente positivo es 6, tenemos que la variable de
holgura que sale es h.
C. El elemento pivote, que ahora hay que hacer 1, es 1/3.
Operando de forma anloga a la anterior obtenemos la tabla:
Tabla III . Iteracin n 3
Base Variable de decisin Variable de holgura Valores solucin
x
y
H
s
d
y
0
1
3
0
-2
6
s
0
0
-7
0
4
12
x
1
0
-1
0
1
6
Z
0
0
3
0
-1
30
Como en los elementos de la ltima fila hay uno negativo, -1, significa que no
hemos llegado todava a la solucin ptima. Hay que repetir el proceso:
A. La variable que entra en la base es d, por ser la variable que
corresponde al coeficiente -1
B. Para calcular la variable que sale, dividimos los trminos de la ltima
columna entre los trminos 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.
C. El elemento pivote, que ahora hay que hacer 1, es 4.
Obtenemos la tabla:
Tabla IV . Final del proceso
Base Variable de decisin Variable de holgura Valores solucin
x
y
h
s
d
y
d
x
Z
0
0
1
0
1
0
0
0
-1/2
-7/4
-3/4
5/4
0
0
0
0
0
1
0
0
12
3
3
33
Luego la variable X2 entra a la base (costo reducido negativo) y claramente "y" deja la
base. Se actualiza la tabla utilizando el mtodo simplex:
Con esta tabla finaliza la Fase 1. Notar que el valor de la funcin objetivo al finalizar la
Fase 1 es cero, por tanto podemos continuar la Fase 2.
FASE 2: Se elimina la columna asociada a la variable artificial "y" y se actualiza el
vector de costos reducidos considerando la funcin objetivo original. De esta forma se
obtiene la tabla inicial de la Fase 2.
Dado que X2 es variable bsica al finalizar la Fase 1 buscamos dejar esta misma
variable como bsica al iniciar la Fase 2. Para ello multiplicamos por -3 la fila 1 y luego
la sumamos a la fila 2.
Las variables artificiales son tiles para formar la primera base del simplex, pero si se
logra que toda Wi=0, entonces Z=0 representa lo deseable u ptimo, pues lo contrario
significa un problema que no tiene solucin factible, en tal caso no aplica la segunda
fase. Si todo va bien, las variables artificiales Wi deben salir de la base, excepto en
algn caso degenerado en que Wi=cero, es bsica, vea en el programa CaVa (prximo
a liberarse) los ejemplos Artbs0deg3v4r(16), Artabs02f(2), Ciclodeg(27). La solucin
ptima de fase 1 se identifica, con variables artificiales cero que implica Z=0 para la
funcin.
Segunda fase.- Se contina con sta slo si ocurre la optimizacin del problema en la
fase anterior. Para ello sirve la tabla simplex ptima de la primera, que se ajusta
eliminando las columnas de las variables artificiales Wi; adems, el rengln Z se cambia
a los coeficientes de la funcin Z original. El procedimiento contina con el arreglo de
la tabla simplex inicial para cumplir los requisitos necesarios de una solucin bsica
factible; es decir, coeficientes cero para las variables bsicas en el rengln Z de la tabla.
A veces esto es suficiente para lograr el ptimo del problema; si no es as, se aplican los
criterios del simplex para el objetivo original del problema. En resumen, la fase1
intenta lograr un punto extremo factible; la fase 2, el punto extremo ptimo:
Ejemplo 2-5. Aplica mtodo Simplex Dos Fases, PL mximo y mnimo, 3 tipos de
restriccin (MAXMIN2F1).
En este ejemplo se aprovecha la circunstancia de que en el mtodo simplex de dos fases,
la primera fase es igual con ambos objetivos; por lo tanto, slo para mayor
conocimiento, la tabla ptima de la 2a fase que contiene el valor mximo de la funcin,
se utiliza para obtener el mnimo . Con el objetivo de mximo en este ejemplo, se
esperan los mismos resultados del primer ejemplo FACTIRECTA) de simplex penal
pues se trata el problema otra vez, con el propsito de que el estudiante tenga la misma
referencia de comparacin del penal y el de 2 fases.
Primera fase.- Se construye una funcin objetivo Z con la suma de las variables
artificiales y se arregla al formato de restriccin, tal como se muestra antes de las tablas
de la primera fase. Se construye la tabla a partir de las variables bsicas: la holgura H1 y
las artificiales W2 y W3, ordenadas de arriba hacia abajo en la base; el rengln Z, se
llena conforme a los coeficientes de la ecuacin Z - W2 - W3 = 0, escribiendo ceros en
los espacios vacos de las variables Xj, las holguras Hi y las supervit Si; en el mismo
rengln Z se ubican los coeficientes -1, caracterstico de las variables artificiales con el
mtodo de dos fases. El resto de los coeficientes de esta primera tabla, corresponde a la
forma estndar ya obtenida. Anote la diferencia respecto al simplex penal: los
coeficientes M de las variables artificiales en rengln Z no se usan, pero s
coeficientes -1 en la primera fase; adems, las artificiales deben aportar el vector
columna unitario para la base I; aunque no cumplen para variable bsica, pues el -1 en
el rengln Z debe anularse para el inicio. Con este propsito se hacen operaciones fila
de Gauss-Jordan para conseguir ceros que sustituyan los coeficientes mencionados. En
el lado izquierdo de la primera tabla se escriben las frmulas que se usan para el clculo
de los renglones Z' y Z''; en el ltimo se pueden ver los ceros sustituyendo los -1. Con el
clculo del rengln Z'' se completa la primera solucin bsica de esta primera fase y
se procede a la aplicacin de los criterios del simplex con el objetivo de mnimo; para
optimalidad, se observa que X1 es la nica variable no bsica con coeficiente + en el
rengln Z, (recuerde que con objetivo de mnimo, debe elegirse para VE la que tenga el
coeficiente ms positivo), entonces se declara a X1 como VE a la base. En factibilidad,
segn los cocientes a la derecha de la tabla, se identifica a la variable artificial W2 como
saliente (VS) de la base, le toca actuar como pivote al coeficiente 2 colocado en el
cruce de la columna X1 y el rengln W2, recin elegidos con los dos criterios. Entonces
se procede al cambio de base calculando la segunda tabla de la primera fase, empezando
por establecer a las variables bsicas: H1 que se mantiene dentro, la nueva X1 que se
hace bsica, sustituye a W2 que se convierte en no bsica, W3 que tambin permanece en
la base. Se comienza el clculo de la segunda tabla con el rengln RE que se fija como
pivote para calcular el resto de los coeficientes mediante operaciones fila elementales de
Gauss-Jordan; en el lado izquierdo de la tabla se anotan, como gua de clculo, las
frmulas para cada fila.
Los coeficientes indicadores en la fila Z, muestran todava nmeros positivos para las
variables no bsicas X2 y S2, lo cual significa que son candidatas para entrar a la base y
la necesidad de continuar la aplicacin del algoritmo; adems, an existe una variable
artificial dentro de la base. Los coeficientes de X2 y S2 estn empatados con valor de
1/2, de acuerdo a la recomendacin dada antes, de preferir como entrante variables de
decisin, as X2 = VE. Aplicando la factibilidad, tambin se tiene un empate en los
cocientes que se presentan a la derecha de la tabla; aqu se elige a la variable W3 como
saliente VS, pues ya se mencion en prrafo anterior, la procuracin del mtodo para
que las artificiales salgan lo ms pronto posible de la base. Con la definicin del pivote
1/2 y las frmulas a la izquierda, se tiene lo suficiente para calcular la siguiente solucin
en la ltima tabla de la primera fase la cual muestra el valor cero en la columna
solucin, esto significa, que al sacar todas las variables artificiales de la base se anulan y
con ello Z = 0. El resultado confirma que el problema s tiene solucin factible y
procede la segunda fase.
Segunda fase.- La ltima tabla de la primera fase sirve para iniciar la primera tabla
simplex de la segunda fase, pero se eliminan las columnas de las variables artificiales
W2 y W3; tambin se eliminan los coeficientes del rengln Z y se sustituyen con los
coeficientes de la funcin objetivo original:
La primera tabla muestra el arreglo de coeficientes mencionado, pero se observa que las
variables bsicas H1, X1, X2, as ordenadas en la columna base, cumplen el requisito de
tener su vector columna unitario para formar la base I, pero no cumplen con el
coeficiente cero en el rengln Z para una bsica, porque se acaban de escribir los
coeficientes de la ecuacin original. Con el propsito de corregir el planteamiento
tabular de esta primera tabla se hacen las operaciones fila necesarias, las que se definen
segn las frmulas construidas a la izquierda de la segunda tabla de esta fase, resultando
un rengln Z' para conseguir el coeficiente cero en la variable X1 y un rengln Z'' para
conseguir el cero en la variable X2. Como este rengln Z'' muestra coeficientes
indicadores no negativos, el criterio de optimalidad para mximo que es el objetivo
original, ya no se puede aplicar para elegir variable entrante, los indicadores cero para
las variables de decisin X1 y X2, significan que tales variables ya no pueden aportar
ms al valor de Z. En consecuencia, sin necesidad de aplicar los criterios del simplex
en esta segunda fase, ya se tiene la solucin ptima en el punto extremo:
Este Ejemplo 2-5 ya conocido, con el Ejemplo 2-2 del simplex penal y tambin con el
Ejemplo 1-16 de mtodo grfico, se puede aprovechar para comprobar el potencial del
mtodo de dos fases, pues la tabla ptima de la segunda fase mostrando la solucin de
mximo, tambin sirve para el clculo de la solucin mnima. Los indicadores del
rengln Z slo tienen coeficientes cero y uno positivo (2), ste ltimo coeficiente
muestra que es candidata a entrar a la base, la variable no bsica S2 que se declara VE;
con el criterio de factibilidad resulta que debe salir de la base la variable X2, que se
define VS; con el coeficiente pivote 1 se procede al clculo de la solucin de la ltima
tabla que muestra la solucin ptima mnima para el mismo problema con el punto
extremo:
Como ya se mencion, el mtodo simplex de dos fases se presta para la obtencin de los
objetivos mnimo y mximo ( esto debe tomarse slo en sentido terico con fines de
enseanza, pues para la mayora de los problemas reales, sera absurdo y conflictivo).
Con tal propsito, en la misma tabla ptima de solucin mnima, se aplican los criterios
para el cambio de base hacia una solucin mxima como se aprecia en la tabla de la
Figura 2-13:
Figura 2-13. Tabla simplex de la 2 fase para mximo del ejemplo MINMAX2F.
Ejemplo 2-7. Aplica mtodo Simplex Dos Fases, PL mnimo y mximo
(MAXMIN2F2).
Figura 2-14. Tabla simplex inicial para 1a fase del ejemplo MAXMIN2F2.
Para el lector que as lo prefiera, se presenta ahora la aplicacin del simplex dos fases
mostrando en tablas separadas el progreso del clculo. Como las variables W2 y W3 son
bsicas, es necesario calcularles el coeficiente de valor cero en el rengln Z con las
operaciones fila: RW2(1)+RZ; RW3(1)+RZ.
Figura 2-18. Tabla simplex ptima de 2 fase, para mnimo, ejemplo MAXMIN2F2.