Un modelo de programación lineal (PL) se compone de cuatro elementos: función objetivo lineal (maximizar o minimizar), variables de decisión, restricciones lineales y condiciones de no negatividad. Se sustenta en cuatro supuestos: proporcionalidad, aditividad, divisibilidad y certidumbre. El método símplex, desarrollado por George B. Dantzig (1947), resuelve la PL mediante una tabla de iteraciones; para la forma estándar, las restricciones ≤ se convierten en igualdades sumando variables de holgura y las ≥ restando variables de excedente. El método gráfico aplica solo a dos variables: se trazan las restricciones y se evalúa la función objetivo en las coordenadas de los vértices de la región factible.
Todo problema primal tiene un dual: el número de variables duales es igual al de restricciones del primal, y el de restricciones duales igual al de variables del primal. Por el teorema de dualidad fuerte, si el primal tiene óptimo finito, el dual también lo tiene y ambos valores óptimos coinciden. En el análisis de sensibilidad, el precio sombra es la tasa de mejora de Z por unidad adicional del lado derecho, válida dentro del rango de factibilidad.
El diseño de la red de suministro se apoya en matrices de flujos y costos y en programación entera resuelta por ramificación y acotamiento (branch and bound). El teorema de flujo máximo–corte mínimo (algoritmo de Ford-Fulkerson) iguala el flujo máximo a la capacidad del corte mínimo. Bajo enfoque sistémico, Chopra y Meindl definen seis directrices: instalaciones, inventario, transporte, información, aprovisionamiento y precios; la falta de coordinación genera el efecto látigo, amplificación de la variabilidad aguas arriba. El EOQ minimiza costos de ordenar y mantener (Q* = √(2DS/H)) y el punto de reorden es ROP = d·L + inventario de seguridad.
La teoría de sistemas concibe la cadena como partes interdependientes con entradas, procesos, salidas y retroalimentación. La simulación imita el comportamiento del sistema para evaluar escenarios cuando un modelo analítico resulta intratable.
1. Un modelo de programación lineal completo debe incluir, además de las restricciones lineales y las condiciones de no negatividad de las variables, ¿qué otros dos elementos?
Todo modelo de PL se integra por función objetivo, variables de decisión, restricciones y no negatividad; los otros elementos citados pertenecen a otras técnicas (cadenas de Markov, programación entera). (Hillier, F. S. y Lieberman, G. J., Introducción a la Investigación de Operaciones, McGraw-Hill, cap. 3)
2. ¿Cuáles son los cuatro supuestos fundamentales en los que se basa un modelo de programación lineal?
La PL se sustenta en proporcionalidad, aditividad, divisibilidad y certidumbre de los parámetros; los otros términos mezclan conceptos de sensibilidad o de programación entera que no son supuestos de la PL. (Hillier y Lieberman, Introducción a la Investigación de Operaciones, McGraw-Hill, cap. 3)
3. El método símplex, algoritmo estándar para resolver problemas de programación lineal mediante tablas de iteraciones sucesivas, fue desarrollado en 1947 por:
Dantzig desarrolló el método símplex en 1947; Kuhn es el autor del método húngaro (distractor cruzado del tema de asignación) y von Neumann se asocia a la teoría de dualidad y de juegos. (Taha, H. A., Investigación de Operaciones, Pearson, cap. 3; Hillier y Lieberman, cap. 4)
4. Un analista formula un modelo de programación lineal para un problema de mezcla de producción con una restricción de materia prima disponible (tipo menor o igual que) y una restricción de demanda mínima de mercado (tipo mayor o igual que). Al convertir el modelo a la forma estándar para resolverlo con la tabla símplex, ¿qué debe hacerse con la restricción de demanda mínima?
Las restricciones de tipo mayor o igual se igualan restando una variable de excedente; la de tipo menor o igual (materia prima) se iguala sumando una variable de holgura, criterio que suele confundirse. (Taha, H. A., Investigación de Operaciones, Pearson, cap. 3, forma estándar del modelo de PL)
5. Un ingeniero resuelve mediante tabla símplex un problema de maximización de utilidades y, en cierta iteración, la fila de indicadores (cj - zj) muestra los valores 3, -2 y 5 para las variables no básicas x1, x2 y x3, respectivamente. ¿Qué variable debe entrar a la base en la siguiente iteración?
En maximización entra a la base la variable no básica con el coeficiente cj - zj más positivo (x3 = 5); tomar el más negativo es el criterio de minimización, error típico al confundir ambos casos. (Taha, H. A., Investigación de Operaciones, Pearson, cap. 3, regla de entrada de variables del método símplex)
6. En una tabla símplex, la columna pivote tiene los coeficientes 2, 4 y -1 en las filas de las variables básicas x3 = 20, x4 = 16 y x5 = 10, respectivamente. Al aplicar la prueba de la razón mínima para determinar qué variable sale de la base, ¿cuál es el resultado correcto?
Solo los coeficientes positivos de la columna pivote participan en la prueba (2 y 4); la razón mínima es 16/4 = 4, por lo que x4 sale de la base, mientras el coeficiente negativo de x5 se excluye por regla del método. (Taha, H. A., Investigación de Operaciones, Pearson, cap. 3, prueba de la razón mínima)
7. Si un problema primal de programación lineal tiene 5 restricciones funcionales y 3 variables de decisión, su problema dual asociado tendrá:
El número de variables duales es igual al número de restricciones del primal (5) y el número de restricciones duales es igual al número de variables primales (3). (Hillier y Lieberman, Introducción a la Investigación de Operaciones, McGraw-Hill, cap. 6, teoría de la dualidad)
8. De acuerdo con el teorema de dualidad fuerte, cuando un problema primal de programación lineal tiene una solución óptima finita, ¿qué relación existe entre los valores óptimos de las funciones objetivo del primal y del dual?
El teorema de dualidad fuerte establece que, si el primal alcanza un óptimo finito, el dual también lo alcanza y ambos valores óptimos coinciden exactamente. (Hillier y Lieberman, Introducción a la Investigación de Operaciones, McGraw-Hill, cap. 6, teorema de dualidad fuerte)
9. En el plan de producción de una fábrica resuelto mediante programación lineal, el precio sombra de la restricción de horas-máquina resulta ser 45 pesos por hora. Dentro del rango de factibilidad, esto significa que si se dispusiera de una hora-máquina adicional, la utilidad óptima:
El precio sombra mide la tasa de mejora del valor óptimo de Z por cada unidad adicional del recurso, dentro del rango de factibilidad; confundirlo con un porcentaje es un error común. (Hillier y Lieberman, Introducción a la Investigación de Operaciones, McGraw-Hill, cap. 6-7, análisis de sensibilidad y precios sombra)
10. El problema de asignación, en el que se debe asociar de manera óptima un conjunto de n trabajadores con n tareas (asignación uno a uno), es un caso especial del problema de transporte en el que:
En el problema de asignación cada oferta y cada demanda valen uno (un trabajador, una tarea), lo que permite resolverlo eficientemente con el método húngaro. (Taha, H. A., Investigación de Operaciones, Pearson, cap. 5, modelo de asignación)
11. El método húngaro, algoritmo eficiente para resolver el problema de asignación, fue formulado en 1955 por:
Kuhn formuló el método húngaro en 1955; Dantzig desarrolló el símplex y Edmonds es conocido por otros algoritmos de optimización combinatoria y de flujos, no por el húngaro. (Taha, H. A., Investigación de Operaciones, Pearson, cap. 5, método húngaro)
12. Una empresa debe asignar 4 operarios a 3 máquinas disponibles buscando minimizar el tiempo total de operación, y desea resolver el problema con el método húngaro, el cual requiere una matriz cuadrada de costos. ¿Qué debe hacer antes de aplicar el algoritmo?
Cuando el problema no está balanceado, se agrega una fila o columna ficticia con costos cero para completar la matriz cuadrada que exige el método húngaro, en vez de eliminar operarios reales. (Taha, H. A., Investigación de Operaciones, Pearson, cap. 5, variantes no balanceadas del modelo de asignación)
13. En el primer paso del método húngaro para un problema de asignación de minimización, se debe:
El algoritmo húngaro inicia reduciendo cada fila (restando su valor mínimo) y después cada columna, para generar los ceros que permiten identificar la asignación óptima. (Taha, H. A., Investigación de Operaciones, Pearson, cap. 5, algoritmo húngaro)
14. Al aplicar el método húngaro a una matriz de costos de 5 por 5, después de reducir filas y columnas se requieren únicamente 4 líneas, horizontales y verticales, para cubrir todos los ceros de la matriz. Esto indica que:
La solución óptima se logra solo cuando el número mínimo de líneas de cobertura es igual al orden n de la matriz (5); con 4 líneas se debe generar más ceros restando el menor valor no cubierto. (Taha, H. A., Investigación de Operaciones, Pearson, cap. 5, criterio de optimalidad del método húngaro)
15. Para resolver con el método húngaro un problema de asignación cuyo objetivo es maximizar las utilidades, como asignar vendedores a zonas para maximizar ventas, es necesario primero:
El método húngaro está diseñado para minimizar; para maximizar se transforma la matriz restando cada elemento del valor máximo, generando una matriz de costo de oportunidad que preserva la asignación óptima. (Taha, H. A., Investigación de Operaciones, Pearson, cap. 5, conversión de problemas de maximización a minimización)
16. Debido a que la matriz de coeficientes del problema de asignación, caso especial del problema de transporte, es totalmente unimodular, cuando los datos de oferta y demanda son enteros, la solución óptima obtenida es garantizadamente:
La unimodularidad total de la matriz garantiza que la solución óptima de PL sea entera cuando los datos son enteros, sin recurrir a ramificación y acotamiento. (Winston, W. L., Investigación de Operaciones: Aplicaciones y Algoritmos, Cengage, cap. 7, problemas de transporte y asignación)
17. ¿Cuál de los siguientes procedimientos NO forma parte del método húngaro para resolver el problema de asignación?
Las variables de holgura y de excedente son propias de la forma estándar del método símplex; el método húngaro opera directamente sobre la matriz de costos mediante reducciones y líneas de cobertura. (Taha, H. A., Investigación de Operaciones, Pearson, cap. 5 (contrastado con cap. 3, método símplex))
18. En investigación de operaciones, la simulación se define principalmente como una técnica que permite:
La simulación es una técnica descriptiva que imita el comportamiento de un sistema a través de un modelo; a diferencia de la PL, no busca ni garantiza un óptimo matemático. (Hillier, F. S. y Lieberman, G. J., Introducción a la Investigación de Operaciones, McGraw-Hill, capítulo de Simulación de sistemas)
19. La simulación resulta especialmente útil frente a los modelos analíticos de investigación de operaciones, como la programación lineal, cuando:
La simulación se emplea cuando la complejidad o la incertidumbre del sistema, como colas o demandas aleatorias, impide un tratamiento analítico exacto; si el sistema es lineal y determinista, la PL es preferible por garantizar el óptimo. (Taha, H. A., Investigación de Operaciones, Pearson, capítulo de Simulación)
20. El método de Monte Carlo, base de muchas simulaciones estocásticas, consiste esencialmente en:
El método de Monte Carlo utiliza números pseudoaleatorios para muestrear valores de variables aleatorias del modelo y estimar su comportamiento probabilístico, sin resolver el sistema de forma determinista. (Taha, H. A., Investigación de Operaciones, Pearson, capítulo de Simulación, método de Monte Carlo)
21. En una simulación de Monte Carlo del inventario de un almacén, la demanda diaria y su probabilidad acumulada son: 0 unidades con probabilidad acumulada 0.20; 1 unidad con probabilidad acumulada 0.55; 2 unidades con probabilidad acumulada 0.85; y 3 unidades con probabilidad acumulada 1.00. Si el número aleatorio generado, en escala de 0.00 a 0.99, es 0.62, ¿qué valor de demanda debe asignarse en esa iteración?
El número aleatorio 0.62 cae en el intervalo de probabilidad acumulada de 0.55 a 0.85, correspondiente a una demanda de 2 unidades; asignar 1 unidad sería usar por error el intervalo previo (0.20 a 0.55). (Taha, H. A., Investigación de Operaciones, Pearson, capítulo de Simulación, asignación de números aleatorios por intervalos de probabilidad acumulada)
22. En el desarrollo de un modelo de simulación, la etapa de validación consiste en:
La validación evalúa si el modelo refleja fielmente la realidad del sistema; la verificación, en cambio, comprueba que el modelo esté correctamente programado y libre de errores de código. (Law, A. M., Simulation Modeling and Analysis, McGraw-Hill; Hillier y Lieberman, capítulo de Simulación, verificación y validación de modelos)
23. Una simulación en la que el estado del sistema cambia solo en instantes específicos asociados a la ocurrencia de eventos, por ejemplo la llegada o salida de un cliente en un sistema de colas, se clasifica como simulación:
La simulación de eventos discretos actualiza el estado del sistema únicamente cuando ocurre un evento, a diferencia de la simulación continua, donde el estado cambia de manera continua en el tiempo. (Hillier y Lieberman, Introducción a la Investigación de Operaciones, McGraw-Hill, capítulo de Simulación de eventos discretos)
24. Un analista simula el funcionamiento de un centro de llamadas durante 8 horas para estimar el tiempo promedio de espera en estado estable. Al iniciar la corrida, el sistema está vacío, sin llamadas en cola, condición que no representa la operación típica. Para obtener estimaciones representativas del estado estable, el analista debe:
Cuando el sistema inicia vacío, sus condiciones iniciales están sesgadas; se debe eliminar el periodo transitorio o de calentamiento para que las estadísticas reflejen el comportamiento en estado estable. (Law, A. M., Simulation Modeling and Analysis, McGraw-Hill, periodo de calentamiento en simulaciones de estado estable)
25. Una limitación importante de la simulación, en comparación con los modelos analíticos de optimización, es que:
A diferencia de la PL, la simulación no busca ni garantiza el óptimo matemático; solo estima el desempeño de las políticas o escenarios que se decide probar, por lo que su calidad depende de las alternativas evaluadas. (Hillier y Lieberman, Introducción a la Investigación de Operaciones, McGraw-Hill, capítulo de Simulación, ventajas y desventajas)
26. En la teoría de dualidad de la programación lineal, si un problema primal tiene 5 restricciones funcionales y 3 variables de decisión, ¿cuántas variables tendrá el problema dual correspondiente?
El número de variables del problema dual es igual al número de restricciones funcionales del primal (5); confundir este dato con el número de variables primales (3) es un error común. (Hillier, F. S. y Lieberman, G. J., Introducción a la Investigación de Operaciones, McGraw-Hill, cap. 6 (Teoría de la dualidad).)
27. De acuerdo con el teorema de dualidad fuerte, cuando el problema primal de programación lineal tiene una solución óptima finita, ¿qué relación se cumple entre el valor óptimo del primal y el del dual?
El teorema de dualidad fuerte establece que si el primal alcanza un óptimo finito, el dual también lo alcanza y ambos valores óptimos coinciden exactamente. (Hillier y Lieberman, Introducción a la Investigación de Operaciones, McGraw-Hill, cap. 6, teorema de dualidad fuerte.)
28. Una empresa resuelve con el método símplex un problema primal de maximización de utilidades y obtiene la solución óptima. Al revisar el reporte de sensibilidad, el analista observa que la restricción de disponibilidad de materia prima tiene holgura positiva en el óptimo (no se consume toda la materia prima disponible). Según la teoría de la dualidad, ¿qué valor debe tener la variable dual (precio sombra) asociada a esa restricción?
Por el principio de holgura complementaria, si una restricción primal no está activa (holgura positiva), su variable dual asociada debe valer cero. (Hillier y Lieberman, Introducción a la Investigación de Operaciones, McGraw-Hill, cap. 6 (holgura complementaria y precios sombra).)
29. En la solución óptima de un problema de maximización, el precio sombra de la restricción de horas de mano de obra es de $12 por hora, válido dentro de un rango de factibilidad de 80 a 150 horas disponibles. Si la disponibilidad actual de 100 horas se incrementa a 120 horas, ¿en cuánto aumenta el valor óptimo de la función objetivo?
El precio sombra se aplica solo al incremento marginal del recurso (120−100=20 horas) y sigue siendo válido porque 120 está dentro del rango de factibilidad; 12×20=$240. Usar las 100 o las 120 horas totales en vez del incremento es un error frecuente. (Hillier y Lieberman, Introducción a la Investigación de Operaciones, McGraw-Hill, cap. 6-7 (análisis de sensibilidad, precio sombra y rango de factibilidad).)
30. En el análisis de sensibilidad de un problema de maximización, el precio sombra de una restricción de recurso es válido dentro de un rango de factibilidad de 50 a 90 unidades. Si la disponibilidad del recurso se incrementa de 70 a 110 unidades, ¿qué puede afirmarse sobre el uso de ese precio sombra para estimar el cambio en la función objetivo?
El precio sombra solo es válido dentro del rango de factibilidad reportado (50 a 90 unidades); más allá de 90 la base óptima cambia y se requiere reoptimizar el modelo. (Hillier y Lieberman, Introducción a la Investigación de Operaciones, McGraw-Hill, cap. 6-7, rango de factibilidad del análisis de sensibilidad.)
31. Al formular el problema dual a partir de un primal de maximización con restricciones de tipo 'menor o igual' y variables no negativas, ¿qué forma adopta el problema dual estándar correspondiente?
La forma simétrica de dualidad convierte un primal de maximización con restricciones ≤ en un dual de minimización con restricciones ≥, ambos con variables no negativas. (Hillier y Lieberman, Introducción a la Investigación de Operaciones, McGraw-Hill, cap. 6 (forma simétrica primal-dual).)
32. Un problema primal de programación lineal resulta infactible. De acuerdo con las relaciones de dualidad, ¿qué puede afirmarse sobre el problema dual correspondiente?
Si el primal es infactible, el dual no puede tener un óptimo finito: solo puede ser infactible o no acotado, nunca alcanzar una solución óptima acotada. (Hillier y Lieberman, Introducción a la Investigación de Operaciones, McGraw-Hill, cap. 6, relaciones de factibilidad y acotamiento primal-dual.)
33. Si un problema primal de programación lineal tiene 6 variables de decisión, ¿cuántas restricciones tendrá su problema dual asociado?
El número de restricciones del dual es igual al número de variables del primal; con 6 variables primales, el dual tendrá 6 restricciones. (Hillier y Lieberman, Introducción a la Investigación de Operaciones, McGraw-Hill, cap. 6, teoría de la dualidad.)
34. El gerente de producción de una planta desea saber cuánto estaría dispuesto a pagar, como máximo, por una hora adicional de tiempo en la máquina cuello de botella, sin que cambie la base óptima actual. ¿Qué valor de la solución dual del modelo de programación lineal debe consultar para tomar esa decisión?
El precio sombra indica la tasa marginal de mejora del valor óptimo por cada unidad adicional del recurso, y es el dato relevante para decidir cuánto pagar por más capacidad dentro del rango de factibilidad. (Hillier y Lieberman, Introducción a la Investigación de Operaciones, McGraw-Hill, cap. 6-7 (interpretación del precio sombra).)
35. En el reporte de sensibilidad de un problema de minimización, una variable de decisión que permanece fuera de la base óptima (con valor cero) presenta un costo reducido de $8. ¿Qué interpretación es correcta para la toma de decisiones?
El costo reducido indica cuánto tendría que mejorar (disminuir, en minimización) el coeficiente de costo de una variable no básica para que resulte atractivo incluirla en la base óptima; no debe confundirse con el precio sombra, que corresponde a restricciones, no a variables. (Hillier y Lieberman, Introducción a la Investigación de Operaciones, McGraw-Hill, cap. 6-7 (costo reducido en el análisis de sensibilidad).)