Sıfır-Bir (0-1) Tamsayılı Programlama Modelleri

10 soru

Soru 1Soru

Bir yatırım planlama probleminde değerlendirilen x1,x2,x3x_1, x_2, x_3 ve x4x_4 projeleri için (proje seçilirse 1, seçilmezse 0 değerini alan karar değişkenleri) aşağıdaki kısıtlar belirlenmiştir:

- Proje 1 (x1x_1) seçilirse, Proje 2 (x2x_2) de mutlaka seçilmelidir.
- Proje 3 (x3x_3) ve Proje 4 (x4x_4) arasından en fazla biri seçilebilir.

Buna göre, bu mantıksal kısıtları temsil eden doğrusal eşitsizlik takımı aşağıdakilerden hangisidir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: x1x2x_1 \leq x_2 ve x3+x41x_3 + x_4 \leq 1

Cevap

Doğru modelleme x1x2x_1 \leq x_2 ve x3+x41x_3 + x_4 \leq 1 şeklinde olmalıdır.
Mantıksal olarak 'A ise B' koşulu xAxBx_A \leq x_B eşitsizliği ile modellenir. Çünkü xA=1x_A=1 olduğunda xBx_B değerinin de 1 olması matematiksel olarak zorunlu kılınır. 'En fazla biri' kısıtı ise toplamın 1 değerini aşamayacağını gösteren x3+x41x_3 + x_4 \leq 1 ifadesi ile doğru bir şekilde temsil edilir.

Adım Adım Çözüm

1
Koşullu kısıtın (x1x2x_1 \rightarrow x_2) analizi
x1x2x_1 \leq x_2
Eğer x1=1x_1 = 1 ise eşitsizlik 1x21 \leq x_2 halini alır ve x2x_2 değerini 1 olmaya zorlar. Eğer x1=0x_1 = 0 ise 0x20 \leq x_2 olur, bu durumda x2x_2 hem 0 hem de 1 değerini alabilir. Bu durum tam olarak '1 seçilirse 2 de seçilmeli' mantığını karşılar.
2
Seçim kısıtının ('en fazla k') analizi
x3+x41x_3 + x_4 \leq 1
'En fazla biri' ifadesi, seçilen projelerin toplam sayısının 1'den büyük olamayacağını belirtir. Bu durumda toplam ya 0 (hiçbiri seçilmedi) ya da 1 (yalnızca biri seçildi) olabilir.

Anahtar Kavram

0-1 Tamsayılı Programlamada Mantıksal Koşulların Modellenmesi

İpuçları

1
Karar değişkenlerinin sadece 0 veya 1 değerini alabildiğini unutmayın ve mantıksal cümleleri deneme yanılma yoluyla test edin.
2
'x1x_1 seçilirse' demek x1=1x_1=1 demektir. Bu durumda eşitsizliğin x2x_2'yi de 1 yapıp yapmadığını kontrol edin.
3
'En fazla k tane' kısıtı her zaman 'Toplam k\leq k' şeklinde ifade edilir.

Daha Fazla Pratik

Benzer şekilde 'A seçilmezse B de seçilmemelidir' veya 'A ve B aynı anda seçilemez' gibi kısıtların modelleme farklarını inceleyebilirsiniz.

Alternatif Yöntem

Mantıksal kısıtları doğrulamak için her bir durum (0,0), (0,1), (1,0), (1,1) için eşitsizliğin sağlanıp sağlanmadığını gösteren bir tablo oluşturulabilir.
Tahmini Süre:1m 30s
Soru 2Soru

Bir belediye, gelecek yıl için planladığı 5 farklı altyapı projesi (x1,x2,x3,x4,x5x_1, x_2, x_3, x_4, x_5) arasından seçim yapacaktır. Karar değişkenleri, ilgili proje seçilirse 1, seçilmezse 0 değerini almaktadır. Belediye yönetimi projelerle ilgili şu kısıtlamaları belirlemiştir:

* x1x_1 ve x2x_2 projelerinden tam olarak biri seçilmelidir.
* x3x_3 projesi seçilirse, x4x_4 projesi de mutlaka seçilmelidir.
* x3,x4x_3, x_4 ve x5x_5 projeleri arasından en fazla iki proje seçilebilir.

Buna göre, bu mantıksal koşulları ifade eden kısıtlar kümesi aşağıdakilerden hangisidir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: x1+x2=1;x3x4;x3+x4+x52x_1 + x_2 = 1; \quad x_3 \leq x_4; \quad x_3 + x_4 + x_5 \leq 2

Cevap

Doğru modelleme x1+x2=1,x3x4x_1 + x_2 = 1, x_3 \leq x_4 ve x3+x4+x52x_3 + x_4 + x_5 \leq 2 şeklindedir.
Doğru cevap olan kısıtlar kümesi, problemin tüm mantıksal önermelerini karşılamaktadır. 'Tam olarak biri' ifadesi için eşittir (= 1), 'Eğer 3 ise 4' bağımlılığı için x3x4x_3 \leq x_4 ve 'En fazla iki' sınırı için küçük-eşittir (\leq 2) operatörleri kullanılmıştır.

Adım Adım Çözüm

1
Karşılıklı dışlayan ve zorunlu seçim (Tam olarak biri) kısıtını belirleme
x1+x2=1x_1 + x_2 = 1
İki projeden sadece birinin seçilmesi gerektiğinde toplamları 1'e eşitlenir.
2
Koşullu seçim (Eğer-ise) kısıtını modelleme
x3x4x_3 \leq x_4
x3x_3 seçildiğinde (x3=1x_3=1), x4x_4 değişkeninin 1 olmasını zorunlu kılar (1x41 \leq x_4). x3x_3 seçilmezse (x3=0x_3=0), x4x_4 serbest kalır (0 veya 1).
3
n proje arasından en fazla k tanesinin seçimi kısıtını yazma
x3+x4+x52x_3 + x_4 + x_5 \leq 2
Seçilen projelerin toplamı, üst sınır olan k değerinden (2) küçük veya eşit olmalıdır.

Anahtar Kavram

Sıfır-Bir (0-1) Tamsayılı Programlamada Mantıksal Kısıtların Modellenmesi

İpuçları

1
'Tam olarak biri' kısıtı, değişkenlerin toplamının 1 olması gerektiğini hatırlatır.
2
Eğer xAxBx_A \rightarrow x_B koşulu varsa, xAx_A seçildiğinde xBx_B de 1 olmaya zorlanmalıdır. Bu xAxBx_A \leq x_B ile sağlanır.

Daha Fazla Pratik

Karşılıklı bağımlı projeler için xA=xBx_A = x_B kısıtının nasıl kullanıldığını inceleyebilirsiniz.
Tahmini Süre:1m 30s
Soru 3Soru

Bir kamu kurumu, siber güvenlik altyapısını güçlendirmek amacıyla 5 farklı güvenlik modülü (x1,x2,x3,x4,x5x_1, x_2, x_3, x_4, x_5) arasından seçim yapacaktır. Karar değişkenleri, ilgili modül seçilirse 1, seçilmezse 0 değerini almaktadır. Kurumun projeye yönelik belirlediği kısıtlar şunlardır:

- 1 numaralı modül seçilirse, 2 numaralı modülün de mutlaka seçilmesi gerekmektedir.
- İlk dört modül arasından en fazla 3 tanesi seçilebilmektedir.
- 3 ve 5 numaralı modüllerden tam olarak birinin seçilmesi zorunludur.

Bu şartları sağlayan tamsayılı programlama kısıt kümesi aşağıdakilerden hangisidir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: x1x2;x1+x2+x3+x43;x3+x5=1x_1 \leq x_2; \quad x_1 + x_2 + x_3 + x_4 \leq 3; \quad x_3 + x_5 = 1

Cevap

x1x2x_1 \leq x_2, x1+x2+x3+x43x_1 + x_2 + x_3 + x_4 \leq 3 ve x3+x5=1x_3 + x_5 = 1 ifadelerini içeren kısıt kümesi doğrudur.
Doğru cevap, problemin tüm mantıksal şartlarını karşılayan kısıt kümesidir. '1 ise 2' şartı x1x2x_1 \leq x_2 ile sağlanır (eğer x1=1x_1=1 ise x2x_2 en az 1 olmalıdır, yani 1 olur). 'En fazla 3' şartı toplamın 3\leq 3 olmasıyla, 'tam olarak bir' şartı ise toplamın 1'e eşitlenmesiyle ifade edilir.

Adım Adım Çözüm

1
Koşullu önermeyi modelle
x1x2x_1 \leq x_2
'1 seçilirse 2 de seçilmeli' ifadesi, x1=1x_1=1 olduğunda x2x_2'nin 0 olamayacağını garanti etmelidir.
2
Kapasite/sayı kısıtını modelle
x1+x2+x3+x43x_1 + x_2 + x_3 + x_4 \leq 3
'En fazla' kısıtı, ilgili değişkenlerin toplamının belirlenen sayıdan küçük veya eşit olması gerektiğini ifade eder.
3
Tamamlayıcı/seçim kısıtını modelle
x3+x5=1x_3 + x_5 = 1
'Tam olarak birinin seçilmesi' durumu, iki değişkenden birinin 1, diğerinin 0 olmasını gerektiren bir eşitlik kısıtıdır.

Anahtar Kavram

0-1 Tamsayılı Programlamada Mantıksal Kısıtlar
Tahmini Süre:1m 30s
Soru 4Soru

Bir kamu kurumunda kurulacak olan bir çalışma komisyonu için belirlenen 3 aday (x1,x2x_1, x_2 ve x3x_3) arasından bütçe kısıtları nedeniyle en fazla iki adayın seçilmesine karar verilmiştir.

Adayların seçilmesi durumunda karar değişkenlerinin 1, seçilmemesi durumunda 0 değerini aldığı varsayıldığında; bu mantıksal kısıtı ifade eden matematiksel model aşağıdakilerden hangisidir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: x1+x2+x32x_1 + x_2 + x_3 \leq 2

Cevap

En fazla iki adayın seçilmesini sağlayan x1+x2+x32x_1 + x_2 + x_3 \leq 2 kısıtıdır.
Sıfır-bir tamsayılı programlama modellerinde, belirli bir küme içerisinden seçilecek eleman sayısına üst sınır getirilmek istendiğinde (en fazla k kadar), değişkenlerin toplamının bu sınıra küçük-eşit (\leq) olması sağlanır. Bu soruda toplam 3 aday arasından en fazla 2 kişi seçilebileceği için toplam 2'den büyük olamaz.

Adım Adım Çözüm

1
Karar değişkenlerinin tanımlanması
xi{0,1}x_i \in \{0, 1\} (1: Seçildi, 0: Seçilmedi)
0-1 tamsayılı programlama modellerinde seçim durumları ikili değişkenlerle ifade edilir.
2
Mantıksal koşulun matematiksel dile çevrilmesi
Seçilenlerin toplamı \leq İzin verilen üst sınır
'En fazla' (at most) ifadesi matematikte küçük-eşit (\leq) sembolü ile gösterilir.
3
Kısıtın yazılması
x1+x2+x32x_1 + x_2 + x_3 \leq 2
Toplam seçilecek kişi sayısının 2'yi aşmaması gerektiği için toplam 2'den küçük veya 2'ye eşit olmalıdır.

Anahtar Kavram

Sıfır-Bir (0-1) Tamsayılı Programlamada 'n içerisinden en fazla k' kısıtı

Alternatif Yöntem

Değişkenlere değer vererek test edilebilir: Eğer üçü de seçilirse (1+1+1=31+1+1=3) kısıt 323 \leq 2 olur ki bu yanlıştır; bu da kısıtın doğru çalıştığını kanıtlar.
Tahmini Süre:45s
Soru 5Soru

Bir kamu kurumu, dijital dönüşüm süreci kapsamında "Elektronik Belge Yönetimi" (x1x_1) ve "Dijital Arşiv" (x2x_2) projelerinden en az birini hayata geçirmek zorundadır. Projelerin seçilmesi durumunda karar değişkeninin 1, seçilmemesi durumunda 0 değerini aldığı varsayıldığında; bu mantıksal zorunluluğu ifade eden kısıt denklemi aşağıdakilerden hangisidir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: x1+x21x_1 + x_2 \geq 1

Cevap

İki projeden en az birinin seçilmesi durumunu ifade eden matematiksel kısıt x1+x21x_1 + x_2 \geq 1 şeklindedir.
Toplamın 1'den büyük veya eşit olması (x1+x21x_1 + x_2 \geq 1), projelerden birinin seçilmesi (toplamın 1 olması) veya her ikisinin birden seçilmesi (toplamın 2 olması) durumlarını kapsar. Bu durum, 'en az bir' ifadesinin matematiksel karşılığıdır.

Adım Adım Çözüm

1
Karar değişkenlerinin olası değerlerini analiz etme
İki adet 0-1 değişkeni için (x1,x2)(x_1, x_2) kombinasyonları: (0,0),(0,1),(1,0),(1,1)(0,0), (0,1), (1,0), (1,1) şeklindedir.
Mantıksal kısıtın hangi durumları dışlaması gerektiğini belirlemek için tüm olasılıklar görülmelidir.
2
"En az bir" koşulunu uygulama
Sadece (0,0)(0,0) durumu (hiçbirinin seçilmemesi) istenmemektedir. Diğer üç durum (0,1),(1,0),(1,1)(0,1), (1,0), (1,1) uygundur.
Soruda belirtilen zorunluluk, sistemin tamamen boş (seçimsiz) kalmasını engeller.
3
Uygun durumları matematiksel eşitsizliğe dökme
0+1=10+1=1, 1+0=11+0=1 ve 1+1=21+1=2 değerleri her durumda 1'den büyük veya eşittir. Bu nedenle x1+x21x_1 + x_2 \geq 1.
Toplamın 1 veya daha fazla olması, en az bir projenin seçildiğini garanti eder.

Anahtar Kavram

Sıfır-bir tamsayılı programlamada 'en az k' tane seçim yapma mantığı, değişkenlerin toplamının k değerinden büyük veya eşit olmasıyla (xik \sum x_i \geq k ) modellenir.

Daha Fazla Pratik

Üç proje arasından tam olarak ikisinin seçilmesi gereken durumu modellemeyi deneyin.
Tahmini Süre:45s
Soru 6Soru

Bir kamu kurumu, tesis güvenliğini artırmak amacıyla 4 farklı elektronik güvenlik sistemi (x1,x2,x3,x4x_1, x_2, x_3, x_4) yatırımını değerlendirmektedir. Değerlendirme komisyonu, bütçe ve uyumluluk kriterleri doğrultusunda yatırımlarla ilgili şu kuralı belirlemiştir:

'Eğer 1. sistem (x1x_1) kurulursa, 2. sistem (x2x_2) ve 3. sistemden (x3x_3) en fazla biri kurulabilir. Ancak 1. sistem kurulmazsa, 2. ve 3. sistemlerin kurulumunda herhangi bir kısıtlama aranmayacaktır.'

Sistemlerin kurulması durumunda karar değişkenleri 1, aksi halde 0 değerini almaktadır.

Buna göre, komisyonun belirlediği bu koşulu sağlayan matematiksel model kısıtı aşağıdakilerden hangisidir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: x1+x2+x32x_1 + x_2 + x_3 \leq 2

Cevap

Komisyonun belirlediği koşulu sağlayan model kısıtı x1+x2+x32x_1 + x_2 + x_3 \leq 2'dir.
Verilen mantıksal yapı bir 'eğer-ise' koşuludur. Modelin, x1=1x_1=1 olduğunda x2+x31x_2+x_3 \leq 1 sonucunu, x1=0x_1=0 olduğunda ise x2+x32x_2+x_3 \leq 2 (yani hiçbir kısıtlayıcılığı olmayan, serbest) sonucunu vermesi gerekir. Doğru seçenek incelendiğinde; x1=1x_1=1 konulduğunda 1+x2+x32x2+x311 + x_2 + x_3 \leq 2 \Rightarrow x_2 + x_3 \leq 1 eşitsizliğine dönüşerek koşulu tam olarak sağlar. x1=0x_1=0 konulduğunda ise 0+x2+x32x2+x320 + x_2 + x_3 \leq 2 \Rightarrow x_2 + x_3 \leq 2 olur, 0-1 değişkenlerin toplamı zaten en fazla 2 olabileceği için sistemi hiçbir şekilde kısıtlamaz. Dolayısıyla mantıksal koşulu kusursuz olarak temsil eden eşitsizlik budur.

Adım Adım Çözüm

1
Mantıksal koşulu matematiksel eşitsizliğe çevirmek için durum analizi yapın.
1. Durum: x1=1x_1 = 1 ise x2+x31x_2 + x_3 \leq 1 olmalıdır. 2. Durum: x1=0x_1 = 0 ise x2+x32x_2 + x_3 \leq 2 olmalıdır (iki değişkenin toplamı en fazla 2 olabileceği için kısıtlama yoktur).
Sıfır-bir tamsayılı programlamada 'eğer-ise' (if-then) yapılarının alabileceği tüm olası durumları belirlemek, doğru denklemi kurmanın ilk adımıdır.
2
Bu iki durumu tek bir kısıt altında birleştirmek için Büyük-M (Big-M) tekniği mantığını kullanın.
x2+x31+M(1x1)x_2 + x_3 \leq 1 + M(1 - x_1) denklemini kurun.
Koşullu kısıtlarda sağ taraf sabiti, koşulun gerçekleşip gerçekleşmemesine göre esneklik kazanmalıdır. 1x11-x_1 ifadesi, x1=1x_1=1 olduğunda 0, x1=0x_1=0 olduğunda 1 değerini üreterek anahtarlama görevi görür.
3
MM değerini belirleyerek denklemi sadeleştirin.
x1=0x_1 = 0 iken kısıtın x2+x31+Mx_2 + x_3 \leq 1 + M olması ve x2+x3x_2 + x_3'ün alabileceği maksimum değerin 2 olması nedeniyle 1+M21 + M \geq 2, yani en dar sınırla M=1M=1 seçilir. Denklem x2+x31+1(1x1)x2+x32x1x1+x2+x32x_2 + x_3 \leq 1 + 1(1 - x_1) \Rightarrow x_2 + x_3 \leq 2 - x_1 \Rightarrow x_1 + x_2 + x_3 \leq 2 olarak elde edilir.
M değeri kısıtı geçersiz kılacak kadar büyük, ancak çözüm uzayını gereksiz genişletmeyecek kadar küçük (sıkı) seçilmelidir.

Anahtar Kavram

Sıfır-Bir (0-1) Tamsayılı Programlamada Mantıksal Kısıtların Modellenmesi
Tahmini Süre:1m 15s
Soru 7Soru

Ulusal bir lojistik şirketi, 5 farklı bölgeye (sırasıyla x1,x2,x3,x4x_1, x_2, x_3, x_4 ve x5x_5) yeni dağıtım merkezleri kurmayı planlamaktadır. Merkezlerin açılıp açılmama durumları sıfır-bir (0-1) tamsayılı değişkenler ile modellenecektir (xi=1x_i = 1 ise ii. merkez açılır, xi=0x_i = 0 ise açılmaz).

Yönetimin belirlediği stratejik kurallar şunlardır:
I. 1 numaralı veya 2 numaralı dağıtım merkezinden en az biri kesinlikle açılmalıdır.
II. 3 numaralı dağıtım merkezin açılabilmesi için, 4 ve 5 numaralı merkezlerin her ikisinin birden açılmış olması zorunludur.
III. 2 numaralı merkezin açılması durumunda, 4 numaralı merkez açılamaz.

Buna göre, bu kuralları tam ve doğru olarak yansıtan doğrusal kısıtlar aşağıdakilerden hangisidir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: x1+x21x_1 + x_2 \geq 1, 2x3x4+x5\quad 2x_3 \leq x_4 + x_5, x2+x41\quad x_2 + x_4 \leq 1

Cevap

Birinci kural için x1+x21x_1 + x_2 \geq 1, ikinci kural için 2x3x4+x52x_3 \leq x_4 + x_5, üçüncü kural için x2+x41x_2 + x_4 \leq 1 eşitsizliklerini içeren seçenektir.
Doğru kısıt modellemesinde; birinci kural 'en az biri' şartını karşılayacak şekilde x1+x21x_1 + x_2 \geq 1 olarak ifade edilmiştir. İkinci kural, 3 numaralı merkezin açılmasını (x3=1x_3=1) ancak 4 ve 5'in her ikisinin birden açılmasına (x4+x5=2x_4+x_5=2) bağlayabilmek için 2x3x4+x52x_3 \leq x_4 + x_5 eşitsizliği ile hatasız modellenmiştir. Üçüncü kural olan karşılıklı dışlama (biri varsa diğeri yok) şartı ise toplamların en fazla 1 olması gerektiğinden x2+x41x_2 + x_4 \leq 1 olarak doğru şekilde yazılmıştır.

Adım Adım Çözüm

1
Birinci stratejik kuralı matematiksel kısıta dönüştürme.
x1+x21x_1 + x_2 \geq 1
'En az biri kesinlikle açılmalıdır' ifadesi, bu iki değişkenin toplamının 1'e eşit veya 1'den büyük olmasını gerektirir.
2
İkinci stratejik kuralı matematiksel kısıta dönüştürme.
2x3x4+x52x_3 \leq x_4 + x_5 (veya eşdeğer olarak x3x4x_3 \leq x_4 ve x3x5x_3 \leq x_5)
3'ün açılması (x3=1x_3=1), 4 ve 5'in her ikisinin de açılmasına bağlıdır. Formülde x3x_3 yerine 1 konduğunda, eşitsizliğin sağlanması için karşı tarafın en az 2 olması gerekir ki bu da x4=1x_4=1 ve x5=1x_5=1 olmasını zorunlu kılar.
3
Üçüncü stratejik kuralı matematiksel kısıta dönüştürme.
x2+x41x_2 + x_4 \leq 1
Karşılıklı dışlayan (mutually exclusive) olaylardır. Biri açılırsa diğeri açılamayacağı için ikisinin aynı anda 1 değerini alamaması, toplamlarının en fazla 1 olabileceği şeklinde modellenir.

Anahtar Kavram

Sıfır-Bir (0-1) Tamsayılı Programlama Modellerinde Mantıksal Kısıtlar
Soru 8Soru

Bir araştırma enstitüsü, altyapı geliştirme programı kapsamında 5 farklı ileri düzey laboratuvarın (x1,x2,x3,x4,x5x_1, x_2, x_3, x_4, x_5) kurulumunu değerlendirmektedir. Kurulum kararları sıfır-bir (0-1) tamsayılı değişkenler ile tanımlanmıştır (i=1,2,3,4,5i = 1, 2, 3, 4, 5 için laboratuvar kurulursa xi=1x_i = 1, kurulmazsa xi=0x_i = 0).

Yönetim kurulunun laboratuvar kurulumlarına ilişkin belirlediği stratejik kurallar şunlardır:
I. Eğer 1. laboratuvar kurulacaksa, 2. ve 3. laboratuvarlardan en az biri mutlaka kurulmalıdır.
II. 4. ve 5. laboratuvarlar aynı anda kurulamaz; ancak her ikisinin de kurulmaması mümkündür.
III. Eğer 2. laboratuvar kurulursa, 4. laboratuvarın da kurulması zorunludur.

Buna göre, yönetim kurulunun belirlediği bu kuralları doğru şekilde modelleyen matematiksel kısıt seti aşağıdakilerden hangisidir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: x1x2x30x_1 - x_2 - x_3 \leq 0, x4+x51\quad x_4 + x_5 \leq 1, x2x40\quad x_2 - x_4 \leq 0

Cevap

Doğru kısıt seti: x1x2x30x_1 - x_2 - x_3 \leq 0, x4+x51\quad x_4 + x_5 \leq 1, x2x40\quad x_2 - x_4 \leq 0 ifadelerini içeren seçenektir.
Verilen kurallar analiz edildiğinde: I. kural için x1x2+x3x_1 \leq x_2 + x_3, II. kural için x4+x51x_4 + x_5 \leq 1 ve III. kural için x2x4x_2 \leq x_4 eşitsizlikleri gereklidir. Eşitsizliklerdeki değişkenler eşitsizliğin sol tarafına toplandığında, doğru modellemeyi veren eşitsizlik sistemi elde edilir.

Adım Adım Çözüm

1
I. Kuralın matematiksel olarak modellenmesi
x1x2+x3x1x2x30x_1 \leq x_2 + x_3 \Rightarrow x_1 - x_2 - x_3 \leq 0
Eğer 1. laboratuvar kurulacaksa (x1=1x_1=1), 2. ve 3. laboratuvarlardan en az biri (x2+x31x_2+x_3 \geq 1) kurulmalıdır. Eğer kurulmazsa (x1=0x_1=0), sağ taraf için bir kısıtlama olmaz. Değişkenler aynı tarafa toplanarak eşitsizlik elde edilir.
2
II. Kuralın matematiksel olarak modellenmesi
x4+x51x_4 + x_5 \leq 1
4 ve 5 aynı anda kurulamaz (dışlayan kısıt). Toplamları maksimum 1 olabilir. İkisi birden 0 da olabileceği için küçük eşit işareti kullanılır.
3
III. Kuralın matematiksel olarak modellenmesi
x2x4x2x40x_2 \leq x_4 \Rightarrow x_2 - x_4 \leq 0
2. laboratuvar kurulursa (x2=1x_2=1), 4. laboratuvar da kurulmak zorundadır (x4=1x_4=1). Ancak 4 tek başına kurulabilir. Değişkenler aynı tarafa toplandığında x2x40x_2 - x_4 \leq 0 eşitsizliğine ulaşılır.

Anahtar Kavram

Sıfır-Bir (0-1) Tamsayılı Modellerde Mantıksal Kısıtlar
Soru 9Soru

Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı, bölgesel teşvik programı kapsamında 5 farklı ihtisas organize sanayi bölgesi (OSB) projesini (x1,x2,x3,x4,x5x_1, x_2, x_3, x_4, x_5) değerlendirmektedir. Her bir xix_i karar değişkeni, ii. projenin yatırım programına alınması durumunda 11, aksi halde 00 değerini almaktadır.

Bölgesel kalkınma dengelerini gözetmekle görevli planlama komisyonu şu stratejik kuralı belirlemiştir:

'Kuzey bölgesinde planlanan 1, 2 ve 3 numaralı OSB projelerinden hiçbiri yatırım programına alınmazsa, Güney bölgesindeki 4 ve 5 numaralı OSB projelerinin her ikisinin de kesinlikle yatırım programına alınması zorunludur. Ancak Kuzey bölgesindeki projelerden en az biri onaylanırsa, Güney bölgesindeki projelerin seçimi tamamen serbest bırakılacaktır.'

Buna göre, komisyonun bu stratejik kararını tek başına ve eksiksiz olarak ifade eden en uygun sıfır-bir (0-1) tamsayılı programlama kısıtı aşağıdakilerden hangisidir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 2x1+2x2+2x3+x4+x522x_1 + 2x_2 + 2x_3 + x_4 + x_5 \geq 2

Cevap

İstenen stratejik durumu sağlayan doğru eşitsizlik 2x1+2x2+2x3+x4+x522x_1 + 2x_2 + 2x_3 + x_4 + x_5 \geq 2 kısıtıdır.
Mantıksal modellemelerde 'A durumu gerçekleşmezse B durumu olmalıdır' koşulu, değişkenler arasına cezalandırıcı (veya dengeleyici) bir katsayı eklenerek çözülür. Doğru kısıtta (2x1+2x2+2x3+x4+x522x_1 + 2x_2 + 2x_3 + x_4 + x_5 \geq 2), Kuzey projelerinin toplamı 00 olduğunda eşitsizlik x4+x52x_4 + x_5 \geq 2 halini alarak 44 ve 55 numaralı projeleri zorunlu kılar. Kuzey projelerinden herhangi biri 11 değerini aldığında ise sol taraftaki toplam en az 22 olacağından, x4x_4 ve x5x_5 değişkenleri sıfır dahi olsa eşitsizlik (2+0+022+0+0 \geq 2) sağlanır ve böylece Güney projelerinin seçimi serbest kalmış olur.

Adım Adım Çözüm

1
Koşulun bağlayıcı olduğu durumu matematiksel olarak ifade et.
Kuzey projelerinden hiçbiri seçilmezse durumu: x1+x2+x3=0x_1 + x_2 + x_3 = 0.
Bu durumda Güney projelerinin ikisi de zorunludur: x4=1x_4 = 1 ve x5=1x_5 = 1, yani x4+x52x_4 + x_5 \geq 2 olmalıdır.
2
Koşulun serbest bıraktığı durumu analiz et.
Kuzey projelerinden en az biri seçilirse durumu: x1+x2+x31x_1 + x_2 + x_3 \geq 1.
Bu durumda x4x_4 ve x5x_5 için hiçbir kısıtlama (zorunluluk) olmamalıdır, yani eşitsizliğin sağladığı minimum değer x4+x50x_4 + x_5 \geq 0 (veya daha küçük bir sayı) olmalıdır.
3
İki durumu tek bir 'Big-M' benzeri mantıksal eşitsizlikte birleştir.
Genel form: x4+x52M(x1+x2+x3)x_4 + x_5 \geq 2 - M(x_1 + x_2 + x_3).
Buradaki MM katsayısı, x1+x2+x31x_1+x_2+x_3 \geq 1 olduğunda eşitsizliğin sağ tarafını 00 veya altına düşürecek kadar büyük olmalıdır.
4
En uygun MM katsayısını belirle ve denklemi düzenle.
M=2M=2 seçilirse: x4+x522(x1+x2+x3)x_4 + x_5 \geq 2 - 2(x_1 + x_2 + x_3).
Terimleri aynı tarafa topladığımızda doğru kısıt olan 2x1+2x2+2x3+x4+x522x_1 + 2x_2 + 2x_3 + x_4 + x_5 \geq 2 elde edilir.

Anahtar Kavram

Sıfır-Bir Tamsayılı Modellerde Şartlı (Mantıksal) Kısıtların Modellenmesi
Tahmini Süre:2m 0s
Soru 10Soru

Bir büyükşehir belediyesi, kısıtlı bütçesiyle 5 farklı sosyal donatı projesini değerlendirmektedir. Projeler sırasıyla Kütüphane (x1x_1), Spor Salonu (x2x_2), Yüzme Havuzu (x3x_3), Gençlik Merkezi (x4x_4) ve Kreş (x5x_5) olarak belirlenmiş olup, her bir karar değişkeni xj{0,1}x_j \in \{0, 1\}'dir (j=1,2,3,4,5j=1,2,3,4,5).

Belediye meclisinin aldığı yatırım kararları şöyledir:
I. Kreş projesi hayata geçirilmezse, Kütüphane ve Spor Salonu projelerinin hiçbirisi yapılamaz.
II. Yüzme Havuzu projesi inşa edilmediği takdirde, Kütüphane ve Gençlik Merkezi projelerinden en fazla bir tanesi inşa edilebilir.

Buna göre, belediye meclisi kararlarını doğru bir şekilde ifade eden 0-1 tamsayılı programlama kısıtları aşağıdakilerden hangisinde birlikte verilmiştir?

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: I. x1+x22x5x_1 + x_2 \leq 2x_5
II. x1+x4x31x_1 + x_4 - x_3 \leq 1

Cevap

Birinci karar için x1+x22x5x_1 + x_2 \leq 2x_5, ikinci karar için x1+x4x31x_1 + x_4 - x_3 \leq 1 eşitsizliklerini içeren seçenek doğrudur.
Doğru eşleşme, kısıtların x1+x22x5x_1 + x_2 \leq 2x_5 ve x1+x4x31x_1 + x_4 - x_3 \leq 1 olarak verildiği seçenektir. Birinci ifadede x5=0x_5=0 (Kreş yok) olduğunda x1+x20x_1+x_2 \leq 0 olur ve zorunlu olarak Kütüphane ile Spor Salonu yapılamaz (x1=0,x2=0x_1=0, x_2=0). İkinci ifadede x3=0x_3=0 (Havuz yok) olduğunda denklem x1+x41x_1+x_4 \leq 1 halini alır ve en fazla birinin yapılabileceği şartını tam olarak sağlar.

Adım Adım Çözüm

1
Birinci kararı mantıksal olarak analiz edip eşitsizliğe dönüştürmek.
x1+x22x5x_1 + x_2 \leq 2x_5 eşitsizliği elde edilir.
"Kreş (x5x_5) yapılmazsa (x5=0x_5=0), Kütüphane (x1x_1) ve Spor Salonu (x2x_2) yapılamaz" kuralı, x5=0x_5=0 için x1+x20x_1+x_2 \leq 0 olmasını gerektirir. x5=1x_5=1 için herhangi bir engel olmadığından denklem x1+x22x5x_1+x_2 \leq 2x_5 şeklinde veya x1x5x_1 \leq x_5 ve x2x5x_2 \leq x_5 olarak yazılabilir.
2
İkinci kararı mantıksal olarak analiz edip eşitsizliğe dönüştürmek.
x1+x4x31x_1 + x_4 - x_3 \leq 1 eşitsizliği elde edilir.
"Yüzme havuzu (x3x_3) yapılmazsa (x3=0x_3=0), Kütüphane (x1x_1) ve Gençlik Merkezi (x4x_4) en fazla 1 olabilir" kuralı, x3=0x_3=0 iken x1+x41x_1+x_4 \leq 1 olmasını gerektirir. x3=1x_3=1 iken kısıtlama yoktur (x1+x42x_1+x_4 \leq 2). Bu durum x1+x41+x3x_1+x_4 \leq 1 + x_3 denklemi ile genel formda ifade edilir ve düzenlenirse x1+x4x31x_1 + x_4 - x_3 \leq 1 bulunur.

Anahtar Kavram

0-1 tamsayılı programlamada koşullu (önermeli) durumların kısıt denklemlerine dönüştürülmesi.
Sıfır-Bir (0-1) Tamsayılı Programlama Modelleri Alıştırma Soruları — KPSS İstatistik | Examkin