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) f(x,y)
s.t. g 1 ( x , y ) ≤ 0 g_1(x,y) ≤ 0 g1(x,y)0(线性约束)
g 2 ( x , y ) ≤ 0 g_2(x,y) ≤ 0 g2(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) f(x,y)
    s.t. g 1 ( x , y ) ≤ 0 g_1(x,y) ≤ 0 g1(x,y)0
  2. 假设上面结果为 ( x ′ , y ′ ) (x',y') (x,y),对 g 2 ( x , y ) ≤ 0 g_2(x,y) ≤ 0 g2(x,y)0中不满足的约束条件,添加割平面:
    g 2 ( x ′ , y ′ ) + g 2 ′ ∣ x ( x ′ , y ′ ) ∗ ( x − x ′ ) + g 2 ′ ∣ y ( x ′ , y ′ ) ∗ ( y − y ′ ) ≤ 0 g_2(x',y')+g_2'|_x(x',y')*(x-x') + g_2'|_y(x',y')*(y-y') ≤ 0 g2(x,y)+g2x(x,y)(xx)+g2y(x,y)(yy)0
    然后再进行求解。
  3. 不断迭代,直到 g 2 ( x , y ) ≤ 0 g_2(x,y) ≤ 0 g2(x,y)0所有约束条件都满足。

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