离散优化模型的松弛模型

在分支定界算法中(常用来求解离散优化问题),我们求节点问题的最优界时,往往需要求解节点问题的松弛问题的最优解,那么这个所谓的松弛问题是什么呢?

顾名思义,就是将原问题的部分约束条件进行丢弃或放宽,而对离散优化模型而言,口头上的松弛问题常常指的是线性松弛问题,即将整数规划问题中的约束条件中的整数要求放宽,整数变量改为实数变量,将原整数规划问题转化为一个线性规划问题。

min ⁡ c x s . t . A x = b x ∈ Z → R \min cx\\s.t. Ax=b\\ x\in Z\rightarrow R mincxs.t.Ax=bxZR

此时的松弛问题的可行解集虽然扩大了,但包含了原问题中的所有的可行解,因此也包含了原问题的最优解,此时松弛问题的最优解不会比原问题的最优解更差,此时其就作为原问题的一个最优界。假若松弛问题的最优界同时满足原问题已被松弛掉的约束(即整数解要求),则松弛问题的最优界同时为原问题的最优解。

同时我们可以发现,松弛问题是原问题的一个更有可能找到更优解的问题,因此,如果松弛问题不可行,或者松弛问题的最优解不能令人满意,那原问题也将不可行,或者得到的解不会比松弛问题更令人满意(这也是B&B当中的减支逻辑)。

相对于整数规划而言,线性规划的求解复杂度大大降低,由于其可行域的凸性,使得问题的最优解一定在可行域边界上,这节省了大量的内部搜索,或者说从内部开始的算法会非常快地逼近最优解(内点法)。

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