Program linier bentuk standar Pengantar metode simpleks

  

Metode Simplex Program linier bentuk standar Pengantar metode simpleks Program Linier Bentuk Standar (1)

  • Program linier dapat memiliki
    • – Fungsi tujuan:

  • Maksimal atau minimum
    • – Fungsi kendala dengan bentuk pertidak samaan:

  • =, ≤, atau ≥
    • – Dan variable dapat memiliki batas atas maupun

      batas bawah

  • Program linier bentuk standar:
    • – Fungsi tujuan: maksimum
    • – Fungsi kendala: ≤
    • – Semua konstanta RHS (right hand side) positif

    • – Semua variable dibatasi pada nilai non-negative

  • – Fungsi tujuan:

  1 m1 2n 2 2n

  

11

b x a x a x a b x a x a x a b x a x a x a

  1

  12

  2

  

12

1n 1 1n

  1

  22

  2

  1 m n mn 2 m2

  1

  2

  2

  Z x c x c x c     ...

  • – m fungsi kendala:

  2 ≥ 0, …, x n ≥ 0. n n maks

  1 ≥ 0, x

  Program Linier Bentuk Standar (2) Bentuk aljabar untuk sebuah program linier yang memiliki m buah fungsi kendala dan n

buah variable, dapat dituliskan seperti berikut

ini:

                 

  • – n buah non-negatif, x

  

Metode-metode

  • Grafis/Garis
    • – Jumlah variable yang sedikit

  • Simpleks;
    • – Jumlah variable: small - large

  • Interior-point
    • – Jumlah variable: extra large

  • • Pembahasan difokuskan pada mekanisme

    metode simpleks:
    • – Terminologi-terminologi
    • – Mekanisme dasar metode simpleks

Definisi

  • Solution: semua titik yang berada di bidang variable, dapat merupakan titik yang feasible atau infeasible (paling tidak memenuhi satu fungsi kendala).
  • Corner point solution: terjadi jika dua atau lebih fungsi kendala saling berpotongan. Titik yang

    dihasilkan disebut sebagai corner point, bisa di

    dalam atau di luar feasible region.
  • • Feasible corner point: corner point yang berada di

    dalam feasible region.
  • • Adjacent corner point: dua buah corner point yang

    dihubungkan oleh bagian garis dari sebuah fungsi kendala.

  

Sifat-sifat penting Program linier

feasible corner

  • Titik optimum selalu ada di

  point

  • – hal ini merupakan hasil dari semua fungsi kendala dan fungsi tujuan bersifat linier

  feasible corner point memiliki

  • Jika sebuah nilai fungsi tujuan yang lebih besar dari semua

  , maka tiitk adjacent corner point tersebut dikatakan sebagai titik optimum.

  Feasible corner point terbatas.

  • ada dalam jumlah yang

  

Tahap-tahap metode simpleks (1)

feasible

  • Fase pertama (start-up): tentukan sembarang corner point .
    • – Untuk program linier bentuk standar, titik origin (0,0) selalu berada dalam feasible region . Jadi, titik (0,0) adalah titik dimana iterasi metode simpleks akan dimulai.
    • – Untuk program linier bentuk umum, penentuan titik dimana metode simpleks akan mulai sedikit lebih rumit.

  • Fase kedua (iterasi): secara berulang berpindah ke

  

feasible corner point yang berdekatan sampai tidak

ada nilai fungsi tujuan yang lebih baik pada feasibel

corner point . same

  • Catatan: dimungkinkan terjadi keadaan

  optimum value Tahap-tahap metode simpleks (2)

  • Titik (0,0) merupakan titik awal, dengan nilai Z = 0
  • Iteasi I, berpindah ke titik (2,0) dengan nilai Z = 30
  • Iterasi II, berpindah ke titik (2,2), dengan nilai Z = 50
  • Stop, dua buah

  feasible corner point yang tidak dikunjungi adalah (1,3) dan (0,3)

  

Penentuan Corner Point Secara

Aljabar

  • Dalam penerapannya, program linier dapat memiliki variable ratusan, ribuan bahkan lebih.

  corner

  • Program linier dengan skala besar, ditentukan secara aljabar.

  point

  • – Untuk program linier bentuk standar, dilakukan

    dengan cara mengkonversi bentuk pertidaksamaan menjadi bentuk persamaan
  • – Kemudian, dengan metode eliminasi gauss dapat

    ditentukan titik-titik perpotongan antara dua atau lebih fungsi kendala.

  

Konversi pertidaksamaan ke

bentuk persamaan (1)

  • Konversi dilakukan dengan cara menambahkan sebuah variable, disebut sebagai slack variable .

  slack variable akan selalu berubah untuk menghasilkan

  • – Nilai persamaan yang benar.
  • – Contoh:

  x x s  2   

  2

  1

  1

  1 slack variable bernilai positif jika sebuah

  • Catatan: fungsi kendala dalam keadaan tidak aktif (masih berada di dalam feasible region )

  Konversi pertidaksamaan ke bentuk persamaan (2)

  • Hasil konversi pertidaksamaan ke bentuk persamaan dari suatu program linier:

  Z x x  

  15

  10 max

  1

  2 x s

   

  2

  1

  1 x s

   

  3

  2

  2 x x s

    

  4

  1

  2

  3 x x s s s

   , , , ,

  1

  2

  1

  2

  3

  • Pada awalnya, program linier tersebut hanya

    memiliki dua buah variable yaitu ( dan ),

  x x

  1

  2 setelah dikonversi variable berjumlah 5 bauh, yaitu ( , , , , ) x x s s s

  1

  2

  1

  2

  3 Terminologi aljabar

  Augmented solution variable, baik variable original dan slack variable

  • : nilai dengan semua
  • Basic solution : merupakan sebuah augmented

  (bisa atau corner point solution feasible

  ) infeasible

  Basic feasible solution . augmented feasible corner point solution basic

  • : merupakan sebuah
  • Catatan: metode simpleks fokus pada .

  feasible solution

  

Setting nilai variable-variable (1)

  • Dengan memperhatikan bentuk program linier yang telah dikonversi menjadi persamaan;
    • – Terdapat 5 variable dengan 3 buah persamaan fungsi

      kendala
    • – Hal ini berarti, dua buah variable ditentukan nilai secara acak, dan variable yang lain dihitung menggunakan 3 persamaan fungsi kendala tersebut.

  • Jumlah variable yang nilainya dapat ditentukan secara acak disebut sebagai

  degree of freedom dari program linier tersebut, secara umum: df = (jumlah variable dalam bentuk persamaan)

  • – – (jumlah persamaan fungsi kendala)

  

Setting nilai variable-variable (2)

  • • Metode simpleks secara otomatis memberikan

    nilai pada variable-variable dan

  df menghitung nilai variable-variable yang lain. nol pada

  • Metode simpleks akan memberi nilai variable-variable df tersebut.

  Setting nilai variable-variable (3)

  Terminologi metode simpleks

  Nonbasic variable diberi nilai no l oleh metode simpleks.

  • : variable yang sedang

  Basic variable diberi nilai nol oleh metode simpleks.

  • : variable yang tidak sedang
  • Basis : variable yang selalu berada pada nonbasic variable atau basic variable selama proses metode simpleks.

  Nonbasic

kendala yang bersangkutan dalam keadaan

aktif .

  • , variable bernilai NOL , fungsi

  Iterasi perpindahan titik (1)

  • • Cara yang termudah untuk berpindah dari suatu

    titik basic feasible solution ke titik basic feasible

  

solution yang lain adalah dengan mencara titik

yang berdekatan.

  basic feasible solution yang berdekatan:

  • Sifat-sifat titik-titik

  nonbasic variable sama kecuali satu variable

  • – Himpunan

  basic variable sama kecuali satu variable

  • – Himpunan
    • Tiga kondisi yang harus dipenuhi dalam perpindahan ke titik basic feasible solution :

  • – Corner point harus berdekatan
  • Corner point harus berada di dalam feasible region

  • – Corner point yang baru harus memiliki nilai fungsi

  tujuan yang lebih baik

  

Iterasi perpindahan titik (2)

: entering basic variable

  • Penentuan

  nonbasic variable yang akan menjadi basic

  • – Menentukan variable .

  nonbasic variable

  • – Dilakukan dengan cara menentukan

    manakah yang memberikan pengaruh yang paling

    besar terhadap perubahan fungsi tujuan.

  leaving basic variable :

  • Penentuan
    • – Entering basic variable yang telah ditentukan akan

  

bertambah nilainya sampai sebuah basic variable

nilainya menjadi NOL .

  • Basic variable yang nilainya menjadi NOL tersebut berubah menjadi nonbasic variable .

Minimum Ratio Test (MRT) pada leaving basic variable

  • Untuk menentukan persamaan fungsi kendala tertentu:

  

rhs

coeffiecie nt of entering basic variable

  • Dua kasus untuk nilai MRT:

  entering basic variable NOL, berarti

  • – Jika koefisien fungsi kendala tersebut tidak berpotongan dengan fungsi kendala yang masih aktif.

  entering basic variable NEGATIF, bearti

  • – Jika koefisien fungsi kendala tersebut berpotongan dengan fungsi kendala yang aktif, tetapi arah kenaikan nilai entering

  basic variable semakin mejauh dari titik perpotongan tersebut.

  

Contoh : Metode Simplex

  • Ubah seluruh pertidaksamaan menjadi

  persamaan dengan menambahkan variabel slack pada kendala <= , dan mengurangi variabel slack dari kendala >= .

  Contoh : a X + a

  X X <= b

  • … + a

  k1 1 k2 2 kn n k Pengubahan : a X + a

  X X + S = b

  • … + a

  k1 1 k2 2 kn n k k Contoh : a X + a

  X X >= b

  • … + a

  k1 1 k2 2 kn n k Pengubahan : a X + a

  X X - S = b

  • … + a

  k1 1 k2 2 kn n k k

  • 300X
  • 1X
  • S
  • 6X
  • S

  1

  3

  , S

  2

  , S

  1

  , S

  2

  , X

  1

  X

  = 2880 } pipa

  3

  2

  12X

  = 1566 } jam kerja

  2

  2

  1

  9X

  = 200 } pompa

  1

  2

  1

  } keuntungan S.T.: 1X

  2

  1

  Contoh Kasus

  • 16X
  • S

  >= 0 } nonnegatif

  • Jika terdapat n variabel pd sebuah sistem dengan m persamaan (dimana n>m), kita dapat memilih beberapa variabel m dan menyelesaikan persamaan tsb. (mengatur sisa n-m variabel menjadi nol.)

  

Langkah Umum Metode Simplex

Identifikasi beberapa solusi layak basis (titik-titik 1. ekstrim) untuk sebuah PL, kemudian berpindah pd titik ekstrim yang berdekatan, jika perpindahan tsb. betul-betul meningkatkan nilai f. tujuan.

  Perpindahan titik ekstrim tsb. Terjadi dgn 2.

mengganti sebuah variabel basis dgn sebuah

var non-basis untuk membuat sebuah solusi layak basis yang baru.

  Ketika tak ada lagi titik-titik ekstrim yg 3.

berdekatan mempunyai nilai f. tujuan yg lebih

baik, proses dihentikan

  • – berarti titik ekstrim

Tujuan

  =0, S

  , S

  2 X

  2

  , S

  3 X

  1

  =240, X

  2

  1

  , S

  =-40, S

  2

  =-594, S

  3

  =0 84,000 8* X

  1

  , S

  2

  , S

  1

  1

  2

  , S

  3

  =0 54,000 6* X

  1

  , X

  2

  , S

  1 S

  2

  3 X

  =0 67,500 7* X

  1

  =108, X

  2

  =99, S

  1

  =-7, S

  2

  =0, S

  3

  3 X

  , S

  2

  X

  3

  =-320 60,000 10* X

  2

  , S

  1

  , S

  1

  , S2

  1

  2

  =0, X

  2

  =261, S

  1

  =-61, S

  2

  =0, S

  3

  =-1296 78,300

  =366, S

  =0, S

  1 X

  , S

  1

  =200, X2=0, S

  1

  =0, S

  2

  =-234, S

  3

  =480 70,000 9* X

  2

  2

  1

  , S

  3 X

  1

  , S

  1 X

  1

  =0, X

  2

  =200, S

  =486, S

  =20, S

  Proses Pencarian Kenungkinan Solusi Layak Basis Variabel Variabel

  =0, S

  , S

  3 X

  2

  , S

  2 X

  1

  =174, X

  2

  1

  , S

  =26, S

  2

  =0, S

  3

  =792 60,900

  3 X

  1

  , X

  2

  1

  1

  3 S

  2 X

  Nilai Basis Non-Basis Solusi

  1 S

  1

  , S

  2

  , S

  3 X

  1

  , X

  1

  2 X

  =0, X

  2

  =0, S

  1

  =200, S

  2

  =1566, S

  3

  =2880

  , S

  1

  1

  , S

  1

  =0, S

  2

  =126, S

  3

  =0 64,000

  5 X

  2

  1

  2

  , S

  2 X

  1

  , S

  3 X

  1

  =0, X

  2

  =180, S

  =120, S

  =80, X

  , S

  3

  2 X

  1

  =122, X

  2

  =78, S

  1

  =0, S

  2

  =0, S

  =168 66,100

  1

  4 X

  1

  , X

  2

  , S

  2 S

  1

  , S

  3 X

  • Solusi tak layak (mengandung nilai negatif)

  Solusi Layak Basis & Titik-Titik Ekstrim

  1

  2

  =78, S

  1

  =0, S

  2

  =0, S

  3

  =168

  4 X

  

1

  =80, X

  2

  =120, S

  =0, S

  

1

  2

  =126, S

  3

  =0

  5 X

  

1

  =0, X

  2

  =180, S

  1

  =20, S

  2

  =486, S

  3

  =122, X

  3 X

  X

  1

  1 250 200 150 100

   50

   50 100

150

200 250

  5

  2

  3

  4

  1

  1 X

  

1

  =0, X

  2

  =0, S

  =200, S

  =792

  2

  =1566, S

  3

  =2880

  2 X

  

1

  =174, X

  2

  =0, S

  1

  =26, S

  2

  =0, S

  3

  =0 Solusi Layak Basis Sambungan metode simplex… Berapa banyak solusi basis yang terjadi ?!!!

Kemungkinan Banyaknya Solusi Basis Yg Dapat Dibuat Mis. n = jumlah variabel m = jumlah kendala Sesudah penambahan variabel slack, terdapat :

  (n + m)! n! m! cara untuk mendapatkan kemungkinan solusi basis.

  Contoh: Jika n = 2 dan m = 3, maka 5!/(2! 3!) = 10.

Beberapa Istilah

  • Solusi Augmented : solusi masalah sesudah variabel slack ditambahkan.
  • Solusi Basis : solusi titik sudut augmented dengan mengatur sejumlah menjadi nol dan menyelesaikan sisa variabel lainnya.
  • Solusi Layak Basis (SLB) : solusi basis yang layak menjadi kandidat solusi optimal
  • Variabel Basis : variabel yang diselesaikan dalam solusi basis
  • Variabel Non-Basis : Variabel yg sama dengan nol pada solusi basis

  Outline Algoritma Simplex

  • Mulai pada Solusi Layak Basis (SLB) /

  basic feasible solution (BFS) (biasanya pd titik asal)

  • Pindah ke SLB yg lebih baik
    • – Mengembangkan fungsi tujuan

  • • Berhenti ketika bertemu SLB yg lebih baik

    dibandingkan seluruh SLB yg ada
    • – Solusi Optimal ditemukan
    • 4x

  x

  Subj. to:

  1

  2 = 0

  • x
  • x

  2

  1

  3 = 12 x

  2

  1

  • 2x
    • x

  • x

  1

  4 = 6 x

  2

  8 Max z - 6x

  1

  1

  5

  6 3 x

  4

  1 -2

  3

  Tabel Simplex Var Pers. Basis

  z x

  1

  x

  2

  x

  x

  1 12 2 x

  4

  x

  5 Solusi

  z 1 -6 -4 1 x

  3

  1

  1

  5 = 8

  • 4x

  1

  1

  Pilihlah variabel non-basis yg punya nilai negatif terbesar z = 6x

  8 Algoritma Simplex Step 1: Pilih sebuah variabel baru untuk masuk basis.

  1

  1

  5

  6 3 x

  1

  1 -2

  4

  1 12 2 x

  1

  Var Pers. Basis

  3

  z 1 -6 -4 1 x

  5 Solusi

  x

  4

  x

  3

  x

  2

  x

  1

  z x

  2 Var Pers. Basis

  z x

  1

  1

  1

  5

  6 3 x

  1

  1 -2

  4

  1 12 2 x

  1

  3

  1

  z 1 -6 -4 1 x

  5 Solusi

  x

  4

  x

  3

  x

  

2

  x

  8 Step 2a: Pilih sebuah variabel basis untuk meninggalkan basis Var Pers. Basis

  z x

  1

  Pilihlah variabel basis yg punya rasio paling kecil pd pembagian solusi terhadap koefisien positif dari variabel non-basis yg akan masuk

  8 Step 2b: Pilih sebuah variabel basis untuk meninggalkan basis

  1

  1

  5

  6 3 x

  1

  1 -2

  4

  1 12 2 x

  1

  1

  3

  z 1 -6 -4 1 x

  5 Solusi

  x

  4

  x

  3

  x

  2

  x

  Ratio 12/1 6/1

  • 2x
    • x

  1 12 2 x

  

2

  1

  1x

  Ratio 12/1 6/1 pivot point

  Pilihlah variabel basis yg punya rasio paling kecil pd pembagian solusi terhadap koefisien positif dari variabel non-basis yg akan masuk

  8 Step 2c: Select a basic variable to leave the basis.

  1

  1

  5

  6 3 x

  1

  1 -2

  4

  1

  Var Pers. Basis

  1

  3

  z 1 -6 -4 1 x

  5 Solusi

  x

  4

  x

  3

  x

  2

  x

  1

  z x

  4 = 6 Var Pers. Basis

  z x

  5

  z 1 -6 -4 1 x

  3

  1

  1

  1 12 2 x

  4

  1 -2

  1

  6 3 x

  1

  x

  1

  8 Step 3e: Gunakan operasi baris untuk menentukan solusi basis yg baru.

  1 -2

  1

  6

  3 1 -1

  6

  1 -16

  6

  5 Solusi

  4

  1

  3

  x

  2

  x

  3

  x

  4

  x

  5 Solusi

  z 1 x

  2 x

  x

  1

  3 x

  Var Pers. Basis

  z x

  1

  x

  2

  x

  3

  36

  • 4x

  2

  x

  • x

  1

  x

  6

  <= 8

  2

  <= 6 x

  2

  1

  <= 12 x

  1

  2

  x

  2 Subj. to:

  1

  Max z = 6x

  (10,2) z z

  12

  12

  • 2x

  8

  (4,8)

  • 3
  • 4x

  Var Pers. Basis

  3 1 -1

  1

  z = 6x

  8 Iterasi selanjutnya

  1

  1

  5

  6 3 x

  1

  1 -2

  1

  6 2 x

  3

  z x

  36 1 x

  6

  z 1 -16

  5 Solusi

  x

  4

  x

  3

  x

  2

  x

  1

  2 Sekarang kamu ambil lagi variabel baru yang akan masuk basis !

  • 4x

  3

  1

  z = 6x

  8 Iterasi selanjutnya Pilihlah variabel non-basis yg punya nilai negatif terbesar.

  1

  1

  5

  6 3 x

  1

  1 -2

  1

  6 2 x

  3 1 -1

  36 1 x

  Var Pers. Basis

  6

  z 1 -16

  5 Solusi

  x

  4

  x

  3

  x

  2

  x

  1

  z x

  2

  • 4x

  3 1 -1

  Ratio 6/3 8/1

  2

  1

  z = 6x

  8 Iterasi selanjutnya

  1

  1

  5

  6 3 x

  1

  1 -2

  1

  6 2 x

  3

  Var Pers. Basis

  36 1 x

  6

  z 1 -16

  5 Solusi

  x

  4

  x

  3

  x

  2

  x

  1

  z x

  Tentukan rasio minimum

  • 4x

  3 1 -1

  Ratio 6/3 8/1

  2

  1

  z = 6x

  8 Iterasi selanjutnya

  1

  1

  5

  6 3 x

  1

  1 -2

  1

  6 2 x

  3

  Var Pers. Basis

  36 1 x

  6

  z 1 -16

  5 Solusi

  x

  4

  x

  3

  x

  2

  x

  1

  z x

  Find minimum ratio Pivot point Var Pers. Basis

  z x

  1

  x

  5 Solusi

  z 1 -16

  6

  36 1 x

  3

  3 1 -1

  6 2 x

  1 -2

  x

  1

  6 3 x

  5

  1

  1

  8 1 2/3 1/3 10 1 1/3 -1/3

  2

  1 16/3 2/3

  4

  3

  1

  z 1 x

  x

  

2

  x

  3

  x

  4

  x

  5 Solusi

  2

  x

  2 x

  1

  3 x

  Var Pers. Basis

  z x

  1

  x

  

2

  68 Iterasi selanjutnya Iterasi selanjutnya Var

  z x x x x x Solusi

Pers. Basis

  1

  

2

  3

  4

  5 z

  68

  1 16/3 2/3 1 x

  2

  1 1/3 -1/3

  2

  2 x

  1

  1 2/3 1/3

  10

  3 x

  5

  • 1/3 1/3

  1

  6

  • 4x
  • x

  <= 12 x

  x

  1

  x

  6

  <= 8

  2

  <= 6 x

  2

  1

  2

  1

  x

  2 Subj. to:

  1

  Max z = 6x

  • 2x

  12 (10,2)

  12

  8

  (4,8)

  optimalnya adalah 68 Ini lho... Gambaran optimalmya…