运筹系列9:混合整数非线性规划扩展割平面法

1. 混合整数非线性规划

混合整数非线性规划,英文为Mixed-Integer NonLinear Programming (MINLP) ,指的是既包含整数约束,也包含非线性约束的优化问题。

2. 扩展割平面法

扩展割平面(Extended cutting plane,ECP)的思路是:使用线性约束来代替逐步代替非线性约束进行求解。
假设求解问题是:
min f(x,y) f ( x , y )
s.t. g1(x,y)0 g 1 ( x , y ) ≤ 0 (混合整数约束)
g2(x,y)0 g 2 ( x , y ) ≤ 0 (非线性约束)

扩展割平面法的求解的步骤是:
1. 求解去除非线性约束的松弛子问题
min f(x,y) f ( x , y )
s.t. g1(x,y)0 g 1 ( x , y ) ≤ 0
2. 假设上面结果为 (x,y) ( x ′ , y ′ ) ,对 g2(x,y)0 g 2 ( x , y ) ≤ 0 中不满足的约束条件,添加割平面:
g2(x,y)+g2|x(x,y)(xx)+g2|y(x,y)(yy)0 g 2 ( x ′ , y ′ ) + g 2 ′ | x ( x ′ , y ′ ) ∗ ( x − x ′ ) + g 2 ′ | y ( x ′ , y ′ ) ∗ ( y − y ′ ) ≤ 0
然后再进行求解。添加了之后,约束条件还是一次的混合整数约束。
3. 不断迭代,直到 g2(x,y)0 g 2 ( x , y ) ≤ 0 所有约束条件都满足。

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