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定理已证明

线性规划的强对偶定理

命题陈述

考虑原始线性规划 min⁡ c⊤x\min\ c^\top x,约束为 Ax≥b, x≥0Ax \ge b,\ x \ge 0,及其对偶问题 max⁡ b⊤y\max\ b^\top y,约束为 A⊤y≤c, y≥0A^\top y \le c,\ y \ge 0。若其中一个问题有最优解,则另一个也有,且它们的最优值相等:c⊤x∗=b⊤y∗c^\top x^* = b^\top y^*。

为什么成立?

弱对偶性总是成立:对偶问题的任意可行值都是原始问题任意可行值的下界,就像买家出价永远不会超过资源的真实价值。强对偶定理指出这个差距在最优点恰好消失——对偶变量就像每种受限资源的公平『影子价格』,按影子价格给所有资源定价,恰好重现原始问题的最优成本,不多不少。

证明思路

标准证明通过法卡斯引理进行:假设原始问题最优值为 z∗z^*,但对偶可行域无法达到该值;那么『对偶可行且 b⊤y>z∗b^\top y > z^*』这一系统无解,于是由法卡斯引理可知这会迫使存在一个目标值低于 z∗z^* 的原始可行点,矛盾。等价地,可用一个超平面将原始价值函数的上境图与原点分离,其法向量即给出对偶最优解 y∗y^*。

提出者

用到此定理的主题

相关定理

分步证明

该定理暂无分步证明。

参考文献

  1. George B. Dantzig (1963). Linear Programming and Extensions
  2. John von Neumann, Oskar Morgenstern (1944). Theory of Games and Economic Behavior