operations_research/OR_HTML_04/programme/Dualitaet_Nachweis.py

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2.6 KiB
Python
Raw Normal View History

Version 04 als eigenes Repository Erster Commit des Strangs "Optimierte Entscheidungsfindung mit Python" (Version 04). Die Historie der 71 Commits bis zur Trennung bleibt im uebergeordneten Repository OR_mit_Python liegen, das ab jetzt nur noch Version_03 (eingefroren) verwaltet und Version_04/ ignoriert. Bewusst kein "git subtree split": Der Pfad Version_04/ existiert erst seit der Verzeichnistrennung, ein Split braechte daher nur 7 der 41 einschlaegigen Commits - eine Teilhistorie, die vollstaendig aussieht und es nicht ist. Stand: 5 Teile, 23 Kapitel, 5 Anhaenge, 292 Abschnitte, 703 Querverweise, 325 Indexmarken, 73 Beispielprogramme, 32 SVGs, 4 Plotly-Figuren, 25 Notebooks, PDF mit 715 Seiten. Zusaetzlich in diesem Commit: * pyproject.toml mit Abhaengigkeitsgruppen finance, large-scale, api, figures, dev, empfehlungen. Die abgedruckte requirements.txt bleibt unveraendert daneben bestehen. ortools steht in der Grundausstattung, highspy erst in [large-scale] - so kann der HiGHS-Symbolkonflikt bei der schlanken Installation gar nicht erst auftreten. * Dabei zwei Funde: graphviz wird von erzeuge_architektur_diagramme.py importiert, fehlt aber in requirements.txt (jetzt in [figures]); pymoo steht in requirements.txt, wird aber von keinem Programm importiert, sondern nur im Kapitel Metaheuristiken empfohlen (jetzt in [empfehlungen]). * NEUER_TITEL.md nach Kritik_und_Verbesserungsvorschlaege/ verschoben - es ist die Vorlage des Titelblatts, kein Bestandteil des Werks. Die beiden Fundstellen in PROGRESS.md und erzeuge_titelseite.py nachgezogen. * PROGRESS.md nannte noch den Untertitel der ersten Fassung; auf den tatsaechlichen aus erzeuge_titelseite.py korrigiert. Co-Authored-By: Claude Opus 5 <noreply@anthropic.com>
2026-09-08 01:20:09 +02:00
#!/usr/bin/env python3
# Dualitaet_Nachweis.py
"""
Kapitel LP: Primales und duales Problem unabhaengig loesen und den starken
Dualitaetssatz sowie den komplementaeren Schlupf numerisch nachweisen.
Modell aus der Simplex-Handrechnung (Bot-Allokation, LP-Relaxation):
max 150*x1 + 250*x2 u.d.N. 2*x1+5*x2<=40, 4*x1+6*x2<=60, x1<=8, x>=0
"""
import numpy as np
from scipy.optimize import linprog
# --- Primales Problem --------------------------------------------------------
C_PRIMAL = np.array([150.0, 250.0])
A_PRIMAL = np.array([[2.0, 5.0], [4.0, 6.0], [1.0, 0.0]])
B_PRIMAL = np.array([40.0, 60.0, 8.0])
# --- Duales Problem: min b^T y u.d.N. A^T y >= c, y >= 0 ------------------
# linprog kennt nur <=, also A^T y >= c <=> -A^T y <= -c
C_DUAL = B_PRIMAL
A_DUAL = -A_PRIMAL.T
B_DUAL = -C_PRIMAL
def loese():
primal = linprog(c=-C_PRIMAL, A_ub=A_PRIMAL, b_ub=B_PRIMAL,
bounds=[(0, None)] * 2, method="highs")
dual = linprog(c=C_DUAL, A_ub=A_DUAL, b_ub=B_DUAL,
bounds=[(0, None)] * 3, method="highs")
if not primal.success or not dual.success:
raise SystemExit("Primal oder Dual nicht loesbar.")
return primal, dual
if __name__ == "__main__":
primal, dual = loese()
x = primal.x
y = dual.x
z_primal = -primal.fun
z_dual = dual.fun
print("=" * 78)
print(" PRIMALES PROBLEM")
print("=" * 78)
print(f"x* = ({x[0]:.4f}, {x[1]:.4f})")
print(f"Z* = {z_primal:.4f}")
print("\n" + "=" * 78)
print(" DUALES PROBLEM")
print("=" * 78)
print(f"y* = ({y[0]:.4f}, {y[1]:.4f}, {y[2]:.4f})")
print(f"W* = {z_dual:.4f}")
print("\n" + "=" * 78)
print(" STARKER DUALITAETSSATZ: c^T x* == b^T y* ?")
print("=" * 78)
print(f" Primal Z* = {z_primal:.6f}")
print(f" Dual W* = {z_dual:.6f}")
differenz = abs(z_primal - z_dual)
print(f" Differenz = {differenz:.2e} -> "
f"{'BESTAETIGT' if differenz < 1e-6 else 'VERLETZT!'}")
print("\n" + "=" * 78)
print(" KOMPLEMENTAERER SCHLUPF: s_i * y_i == 0 fuer alle i ?")
print("=" * 78)
schlupf = B_PRIMAL - A_PRIMAL @ x
ressourcen = ["vCPU (s1)", "RAM (s2)", "Marktlimit (s3)"]
for name, s, yi in zip(ressourcen, schlupf, y):
produkt = s * yi
print(f" {name:<16} Schlupf s={s:6.4f} Schattenpreis y={yi:6.4f} "
f"s*y={produkt:.2e} {'OK' if abs(produkt) < 1e-6 else 'VERLETZT!'}")
print("\nFazit: Das dual geloeste y* stimmt exakt mit den Schattenpreisen")
print("überein, die die Simplex-Rechnung von Hand in der Z-Zeile")
print("ablas - unabhaengig voneinander berechnet, identisches Ergebnis.")
print("=" * 78)