模型輔助決策支持

第二章模型輔助決策支持2.1決策概述2.2決策過程2.3決策體系2.4模型的決策支持2.5數(shù)學(xué)模型的決策支持2.6多模型輔助決策支持2.1決策概述一、決策概念：決策：是指?jìng)€(gè)人或集體為了達(dá)到或?qū)崿F(xiàn)某一目標(biāo)，借助一定的科學(xué)手段和方法，從若干備選方案中選擇或綜合成一個(gè)滿意合理的方案，并付諸實(shí)施的過程。決策定義的理解：找出制定決策的根據(jù)，即收集信息，并根據(jù)手頭上的信息制定可能的行動(dòng)方案。在諸行動(dòng)方案中進(jìn)行抉擇，即根據(jù)當(dāng)時(shí)的情況和對(duì)未來發(fā)展的預(yù)測(cè)，從各個(gè)備選方案中選定一個(gè)方案。對(duì)已選擇的方案及其實(shí)施進(jìn)行評(píng)價(jià)。2.1決策概述二、決策的特征：目的性超前性創(chuàng)造性管理性2.1決策概述三、科學(xué)決策：科學(xué)決策是決策者依據(jù)科學(xué)方法、科學(xué)程序、科學(xué)手段所進(jìn)行的決策工作?？茖W(xué)決策的主要特點(diǎn)是：有科學(xué)的決策體系和運(yùn)作機(jī)制。決策體系包括決策系統(tǒng)、參謀系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)和監(jiān)督系統(tǒng)。遵循科學(xué)的決策過程。決策過程包括：提出問題和確定目標(biāo)；擬定決策方案；決策方案的評(píng)估和優(yōu)選；決策的實(shí)施和反饋。重視“智囊團(tuán)”在決策中的參謀咨詢作用。運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和科學(xué)方法。2.1決策概述四、決策原則：在決策全過程中需要遵循的原則：實(shí)事求是原則：根據(jù)實(shí)際情況確定方針。“外腦”原則：重視發(fā)揮參謀、智囊作用。經(jīng)濟(jì)原則：力求節(jié)約財(cái)力、人力、物力等。在確定決策目標(biāo)時(shí)需遵循的原則差距原則：決策目標(biāo)與現(xiàn)實(shí)之間存在一定差距。緊迫原則：解決目標(biāo)與現(xiàn)實(shí)之間的差距具有緊迫性?！傲啊痹瓌t：達(dá)到目標(biāo)解決差距應(yīng)該是力所能及的，是主客觀條件所允許的，有解決的現(xiàn)實(shí)可能性。2.1決策概述四、決策原則：在制定備選方案時(shí)遵循的原則瞄準(zhǔn)原則：備選方案必須瞄準(zhǔn)決策目標(biāo)。差異原則：各備選方案之間必須有差異。在優(yōu)選方案時(shí)遵循的原則“兩最”原則：最優(yōu)方案應(yīng)是效益最大、可靠性最大，損失最小、風(fēng)險(xiǎn)性最小的決策方案。預(yù)后原則：選定的方案應(yīng)具有應(yīng)變能力和預(yù)防措施。時(shí)機(jī)原則：決策應(yīng)在信息充分或根據(jù)充分的時(shí)機(jī)作出，不能超前或拖后。在決策實(shí)施過程中需遵循的原則跟蹤原則：決策付諸實(shí)施后要隨時(shí)檢查驗(yàn)證。反饋原則：一旦發(fā)生決策與客觀情況不適應(yīng)之處，要及時(shí)采取措施，進(jìn)行必要修改和調(diào)整。2.2決策過程Ｈ.Ａ.西蒙將決策過程分為四大步驟：確定決策目標(biāo)；擬定各種被選方案；從各種被選方案中進(jìn)行選擇；執(zhí)行方案。設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)方案確定目標(biāo)實(shí)施方案環(huán)境信息的收集、加工、傳輸與利用貫穿著決策各階段的工作過程?，F(xiàn)代管理的核心是決策。決策的基礎(chǔ)是信息。2.2決策過程確定決策目標(biāo)擬定各種方案從各方案中選擇執(zhí)行方案調(diào)查研究預(yù)測(cè)技術(shù)環(huán)境分析創(chuàng)新技術(shù)模型技術(shù)可行性分析決策理論可靠性分析提出問題確定目標(biāo)價(jià)值準(zhǔn)則擬定方案分析評(píng)估選擇方案試驗(yàn)驗(yàn)證普遍實(shí)施追蹤決策修改決策2.3決策體系決策體系的定義：指決策整個(gè)過程中的各個(gè)層次、各個(gè)部門在決策活動(dòng)中的決策權(quán)限、組織形式、機(jī)構(gòu)設(shè)置、調(diào)節(jié)機(jī)制、監(jiān)督方法的整個(gè)體系。決策體系由決策系統(tǒng)、參謀（智囊）系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)和監(jiān)督系統(tǒng)組成的一個(gè)統(tǒng)一整體。2.3決策體系決策體系運(yùn)行過程：

參謀系統(tǒng)利用信息系統(tǒng)制定決策方案提供給決策系統(tǒng)，決策系統(tǒng)利用信息系統(tǒng)提供的信息對(duì)參謀系統(tǒng)提供的方案進(jìn)行決策。決策系統(tǒng)的決策指令，在監(jiān)督系統(tǒng)的監(jiān)督下，由執(zhí)行系統(tǒng)貫徹執(zhí)行，執(zhí)行的情況和結(jié)果，又經(jīng)過智囊系統(tǒng)和信息系統(tǒng)反饋到?jīng)Q策系統(tǒng)。智囊系統(tǒng)根據(jù)新情況給決策系統(tǒng)提供補(bǔ)充或修改方案，決策系統(tǒng)對(duì)修改方案進(jìn)行決策，作出修訂指示，再由執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行。決策體系的運(yùn)行圖決策系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)監(jiān)督系統(tǒng)信息系統(tǒng)DSS參謀（智囊）系統(tǒng)2.4模模型型的的決決策策支支持持一、、模模型型概概念念模型型是是對(duì)對(duì)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)實(shí)世世界界的的事事物物、、現(xiàn)現(xiàn)象象、、過過程程或或系系統(tǒng)統(tǒng)的的簡簡化化描描述述。。2.4模模型型的的決決策策支支持持二、、模模型型分分類類按模模型型的的表表現(xiàn)現(xiàn)可可分分為為：：物理理模模型型：：也也稱稱為為實(shí)實(shí)體體模模型型實(shí)物物模模型型類比比模模型型數(shù)學(xué)學(xué)模模型型：：是是用用數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)語語言言描描述述的的一一類類模模型型結(jié)構(gòu)構(gòu)模模型型：：是是反反映映系系統(tǒng)統(tǒng)的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)特特點(diǎn)點(diǎn)和和因因果果關(guān)關(guān)系系的的模模型型仿真真模模型型：：通通過過計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)運(yùn)運(yùn)行行程程序序所所表表達(dá)達(dá)的的模模型型2.4模模型型的的決決策策支支持持三、、數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)模模型型的的類類型型：：原理理性性模模型型（（如如，，牛牛頓頓力力學(xué)學(xué)三三定定律律））系統(tǒng)統(tǒng)學(xué)學(xué)模模型型（（如如，，系系統(tǒng)統(tǒng)動(dòng)動(dòng)力力學(xué)學(xué)、、灰灰色色系系統(tǒng)統(tǒng)、、最最優(yōu)優(yōu)控控制制等等））規(guī)劃劃模模型型（（如如，，線線性性規(guī)規(guī)劃劃、、非非線線性性規(guī)規(guī)劃劃、、動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)規(guī)規(guī)劃劃、、目目標(biāo)標(biāo)規(guī)規(guī)劃劃、、運(yùn)運(yùn)輸輸問問題題等等））預(yù)測(cè)測(cè)模模型型定性性預(yù)預(yù)測(cè)測(cè)法法有有：：專專家家調(diào)調(diào)查查法法、、情情景景分分析析法法、、主主觀觀概概率率法法等等。。定量量預(yù)預(yù)測(cè)測(cè)法法有有：：趨趨勢(shì)勢(shì)法法、、回回歸歸法法、、平平滑滑法法等等。。管理理決決策策模模型型（（關(guān)關(guān)鍵鍵路路徑徑法法CPM、、計(jì)計(jì)劃劃評(píng)評(píng)審審技技術(shù)術(shù)PERT、、風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)險(xiǎn)評(píng)評(píng)審審技技術(shù)術(shù)VERT、、層層次次分分析析法法））仿真真模模型型（（蒙蒙特特卡卡羅羅法法、、微微觀觀分分析析模模擬擬等等））計(jì)量量經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)模模型型（（經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)計(jì)計(jì)量量法法、、投投入入產(chǎn)產(chǎn)出出法法、、可可行行性性分分析析、、價(jià)價(jià)值值工工程程等等））2.4模模型型的的決決策策支支持持四、建建模模:用模型型來描描述系系統(tǒng)的的因果果關(guān)系系或相相互關(guān)關(guān)系的的過程程建模的的手段段和方方法多多種多多樣同一系系統(tǒng)可可用不不同的的模型型來描描述需要適適當(dāng)考考慮模模型簡簡化和和結(jié)果果的可可靠性性2.4模模型的的決策策支持持四、建建模數(shù)學(xué)模模型的的建模模步驟驟:模型準(zhǔn)準(zhǔn)備模型假假設(shè)建立模模型模型求求解模型分分析模型檢檢驗(yàn)2.4模模型的的決策策支持持五、模模型型求解解:模型的的解是某選選定方方案中中決策變變量的的一組組特定定值模型求求解是從已已找到到的行行動(dòng)方方案集集合中中，搜搜索適適當(dāng)?shù)牡男袆?dòng)動(dòng)方案案，用用于解解決問問題2.4模模型的的決策策支持持五、模模型求求解模型求求解方方法:分析技技術(shù):用數(shù)數(shù)學(xué)公公式直直接得得出最最優(yōu)解解或預(yù)預(yù)測(cè)結(jié)結(jié)果算法：是一一步一一步地地求得得最優(yōu)優(yōu)解的的搜索索過程程，產(chǎn)產(chǎn)生解解并檢檢驗(yàn)是是否有有可能能對(duì)其其進(jìn)行行改進(jìn)進(jìn)盲目搜搜索：盲目目搜索索是一一種任任意的的、沒沒有向向?qū)У牡乃阉魉鞣椒ǚ繕?biāo)：：在搜搜索中中需要要給出出期望望解的的描述述完全窮窮舉：：通過過比較較所有有方案案，發(fā)發(fā)現(xiàn)最最優(yōu)解解部分搜搜索：：一直直找到到足夠夠好的的解為為止啟發(fā)式式搜索索：在許許多應(yīng)應(yīng)用中中有可可能找找到指指導(dǎo)搜搜索過過程的的規(guī)則則，而而減少少不必必要的的搜索索次數(shù)數(shù)2.5數(shù)數(shù)學(xué)模模型的的決策策支持持一、數(shù)數(shù)學(xué)模模型的的決策策支持持問題題數(shù)學(xué)規(guī)規(guī)劃模模型的的決策策支持持線性規(guī)規(guī)劃模模型多模型型輔助助決策策支持持2.5數(shù)數(shù)學(xué)模模型的的決策策支持持二、線線性規(guī)規(guī)劃模模型線性規(guī)規(guī)劃是是用來來處理理線性目目標(biāo)函函數(shù)和線性約約束條條件的一種種頗有有成效效的最最優(yōu)化化方法法。解決的的兩類類典型型問題題：在給出出一定定的人人力、、物力力、財(cái)財(cái)力條條件下下，如如何合合理利利用它它們完完成最最多的的任務(wù)務(wù)或得得到最最大的的效益益；在完成成預(yù)定定目標(biāo)標(biāo)的過過程中中如何何以最最少的的人力力、物物力、、財(cái)力力等資資源去去實(shí)現(xiàn)現(xiàn)目標(biāo)標(biāo)。2.5數(shù)數(shù)學(xué)模模型的的決策策支持持二、線線性規(guī)規(guī)劃模模型線性規(guī)規(guī)劃模模型的的一般般形式式：目標(biāo)：：min(或或max)約束條條件（（s.t.）：：≤≤bixj≥0其中，，z為為目標(biāo)標(biāo)函數(shù)數(shù)；xj為為決策策變量量；aij、bi和和cj分別為消消耗系系數(shù)、、需求求系數(shù)數(shù)和收收益系系數(shù)。。線性規(guī)規(guī)劃模模型的的決策策支持持包括括兩方方面：：模型求求解的的最優(yōu)優(yōu)解的的決策策支持持模型的的what-if分分析的的決策策支持持2.5數(shù)數(shù)學(xué)模模型的的決策策支持持模型求求解的的最優(yōu)優(yōu)解的的決策策支持持線性規(guī)規(guī)劃模模型→→最最優(yōu)解解：單單純形形法，，這是是結(jié)構(gòu)化化決策策。實(shí)際的的決策策問題題→線線性規(guī)規(guī)劃模模型：：人選選定參參數(shù)、、建立立目標(biāo)標(biāo)函數(shù)數(shù)和約約束方方程，，這是是非結(jié)構(gòu)構(gòu)化決決策。實(shí)際的的決策策問題題→最最優(yōu)決決策：：人和和計(jì)算算機(jī)，，這是是半結(jié)構(gòu)構(gòu)化決決策。2.5數(shù)數(shù)學(xué)模模型的的決策策支持持模型的的what-if分分析的的決策策支持持what-if分析析：（（if）線性性規(guī)劃劃模型型中的的參數(shù)數(shù)變化化→最優(yōu)解解的怎怎樣改改變（（what）分析模模型中中參數(shù)的的精確確程度度對(duì)最最優(yōu)解解的影影響，有效效地指指導(dǎo)決決策者者作出出最終終的決決策。。2.5數(shù)數(shù)學(xué)模模型的的決策策支持持線性規(guī)規(guī)劃模模型的的決策策支持持實(shí)例例某公司司研制制了兩兩種新新產(chǎn)品品“玻玻璃門門”和和“鋁鋁框窗窗”。。工廠A每周周大約有4個(gè)個(gè)小時(shí)時(shí)用來來生產(chǎn)產(chǎn)玻璃璃門；；工廠廠B每每周大約有12個(gè)小小時(shí)用用來生生產(chǎn)鋁鋁框窗窗；工工廠C每周周大約有18個(gè)小小時(shí)用用來生生產(chǎn)玻玻璃門門和鋁鋁框窗窗。生產(chǎn)每每扇門門工廠廠A、、C分分別需需要1、3個(gè)小小時(shí)；；生產(chǎn)產(chǎn)每扇扇門工工廠B、C都需需要2個(gè)小小時(shí)。。玻璃門門的單單位利利潤估計(jì)為=300元元；玻玻璃窗窗的單單位利利潤估計(jì)為=500元元。2.5數(shù)數(shù)學(xué)模模型的的決策策支持持最優(yōu)解解：求在生生產(chǎn)能能力允允許的的條件件下，，達(dá)到到最大大利潤潤的最最優(yōu)解解。設(shè)每周周生產(chǎn)產(chǎn)新門門的數(shù)數(shù)量為為x，，生產(chǎn)產(chǎn)新窗窗的數(shù)數(shù)量為為y。。該問題題的線線性規(guī)規(guī)劃模模型的的數(shù)學(xué)學(xué)方程程為：：①利潤潤：P=300x+500y②工廠廠A約約束x≤≤4工廠B約束束2y≤≤12工廠C約束束3x+2y≤18x≥0y≥≥02.5數(shù)數(shù)學(xué)模模型的的決策策支持持利用線線性規(guī)規(guī)劃模模型的的求解解方法法可得得到最最優(yōu)解解是：：x=2,y=6,p=3600線性規(guī)規(guī)劃模模型為為決策策者提提供了了最優(yōu)優(yōu)決策策。它它是公公司領(lǐng)導(dǎo)層層是否否對(duì)新新產(chǎn)品品生產(chǎn)產(chǎn)的重重要決決策支支持。。2.5數(shù)數(shù)學(xué)模模型的的決策策支持持what-if分析析單個(gè)產(chǎn)產(chǎn)品的的單位位利潤潤的估估計(jì)值值不準(zhǔn)準(zhǔn)確時(shí)時(shí)，最最優(yōu)解解怎樣樣變化化？兩個(gè)產(chǎn)產(chǎn)品的的單位位利潤潤的估估計(jì)值值不準(zhǔn)準(zhǔn)確時(shí)時(shí)，最最優(yōu)解解怎樣樣變化化？單個(gè)工工廠生生產(chǎn)新新產(chǎn)品品時(shí)間間改變變后，，最優(yōu)優(yōu)解怎怎樣變變化？？三個(gè)工工廠生生產(chǎn)新新產(chǎn)品品時(shí)間間改變變后，，最優(yōu)優(yōu)解怎怎樣變變化？？2.5數(shù)數(shù)學(xué)模模型的的決策策支持持問題舉舉例：假設(shè)門門的單單位利利潤（（px）的的估計(jì)計(jì)不準(zhǔn)準(zhǔn)確，，最優(yōu)優(yōu)解怎怎樣變變化？？問題轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換：最優(yōu)優(yōu)解不不發(fā)生生改變變，門門的單單位利利潤（（px）參參數(shù)的的最優(yōu)域域（即可可能的的最大大值與與可能能的最最小值值)是是多少少？求解方方法：代入入不同同的px值值，求求解線線性規(guī)規(guī)劃模模型的的解，，得數(shù)數(shù)據(jù)如如下頁頁數(shù)據(jù)據(jù)表。。2.5數(shù)數(shù)學(xué)模模型的的決策策支持持PxXYp02630001002632002002634003002636004002638005002640006002642007002644008004347009004351001000435500從上表表可見見px的的改變變而不改變變最優(yōu)優(yōu)解（x，，y））的最最小值與與最大大值，，即最最優(yōu)域域?yàn)?0≤px≤≤700同樣方方法可可求出出py的最最優(yōu)域域值為為：py≥≥200其它what-if分析析的問問題在在此不不進(jìn)行行討論論。2.5數(shù)數(shù)學(xué)模模型的的決策策支持持利用模模型解解決決決策問問題，，即建建立決決策方方案，，有兩兩種情情況：：利用標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)數(shù)學(xué)模模型，，建立立決策策方案案。組合標(biāo)準(zhǔn)數(shù)數(shù)學(xué)模模型，，建立立決策策方案案。對(duì)于復(fù)復(fù)雜的的決策策問題題的方方案需需要考考慮用用多個(gè)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型型的組組合來來完成成。多模型型輔助助決策策支持持模型的的組合合分兩兩種：：并行行組合合與串串行組組合。。并行組組合：：各模型型所需需輸入入數(shù)據(jù)據(jù)是相相同的的，但但輸出出數(shù)據(jù)據(jù)的結(jié)結(jié)構(gòu)（（變量量、數(shù)數(shù)組等等）相相同、、數(shù)值值不同同。串行組組合：一個(gè)個(gè)模型型的輸輸出為為另一一個(gè)模模型的的輸入入。串并組組合：：模型型之間間既有有串行行組合合，也也有并并行組組合多模型型輔助助決策策支持持在對(duì)一一個(gè)實(shí)實(shí)際決決策問問題做做方案案時(shí)，，往往往會(huì)采采用對(duì)對(duì)同一一問題題的多個(gè)不不同模模型進(jìn)行計(jì)計(jì)算，，然后后對(duì)這這些模模型的的計(jì)算算結(jié)果果進(jìn)行行選擇擇或者者進(jìn)行行綜合合，得得到一一個(gè)比比較合合理的的結(jié)果果。這這是一一種采采用多多模型型并行行組合合的決決策方方案。。實(shí)例：：某縣對(duì)對(duì)糧食食產(chǎn)量量進(jìn)行行規(guī)劃劃，預(yù)預(yù)測(cè)2010年年的糧糧食總總產(chǎn)量量。為為此，，利用用該縣縣從1990年年到2000年年各年年的糧糧食產(chǎn)產(chǎn)量數(shù)數(shù)據(jù)，，按照照不同同預(yù)測(cè)測(cè)模型型的要要求，，分別別建立立了五五個(gè)不不同的的數(shù)學(xué)學(xué)模型型，并并分別別進(jìn)行行了預(yù)預(yù)測(cè)計(jì)計(jì)算:多模型型輔助助決策策支持持（1））灰色色模糊糊預(yù)測(cè)測(cè)模型型其中x1、、x2、x3、、x4分別別為：：良種種面積積、汗汗?jié)潮１Ｊ彰婷娣e、、化肥施用用量、、農(nóng)藥藥用量量。預(yù)測(cè)2010年年總產(chǎn)產(chǎn)量為為15.9億斤斤。（2））生長長曲線線預(yù)測(cè)測(cè)模型型預(yù)測(cè)2010年年總產(chǎn)產(chǎn)量為為15.4億斤斤。多模型型輔助助決策策支持持（3））時(shí)間間趨勢(shì)勢(shì)預(yù)測(cè)測(cè)模型型預(yù)測(cè)2010年年總產(chǎn)產(chǎn)量為為17.5億斤斤。（4））多元元回歸歸預(yù)測(cè)測(cè)模型型其中x1、、x2、x3、、x4、t、x6分分別為為：化化肥、、種子子、水、種種糧面面積、、時(shí)間間、政政策因因素。。預(yù)測(cè)2010年年總產(chǎn)產(chǎn)量為為16.9億斤斤。多模型型輔助助決策策支持持（5））三次次平滑滑預(yù)測(cè)測(cè)模型型預(yù)測(cè)2010年年總產(chǎn)產(chǎn)量17.5億億斤。。歸納各各模型型預(yù)測(cè)測(cè)結(jié)果果在如如下范范圍，，即：：2010年年糧食食總產(chǎn)產(chǎn)量：：14～17.5億億公斤斤。多模型型輔助助決策策支持持決策者者分析析影響響糧食食產(chǎn)量量的主主要因因素（（投入入水平平、科科技水水平、、生產(chǎn)產(chǎn)條件件，并并集體體討論論，共共同決決策該該縣在在2010年預(yù)預(yù)測(cè)值值：2010年年糧食食總產(chǎn)產(chǎn)量為為15億斤斤。多模型型輔助助決策策支持持模型串串行組組合方方案的的決策策支持持書上實(shí)實(shí)例（（略））模型串串并組組合多模型型輔助助決策策支持持2.灰灰色－－神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)組合合預(yù)測(cè)測(cè)模型型3.灰灰色預(yù)預(yù)測(cè)模模型灰色預(yù)預(yù)測(cè)模模型：：傳統(tǒng)GM(1,1)模型型：適適合對(duì)對(duì)按等等比遞遞增規(guī)規(guī)律變變化的的序列列進(jìn)行行建模模；無偏GM(1,1)模型型：適適合對(duì)對(duì)指數(shù)數(shù)序列列進(jìn)行行建模模；改進(jìn)的的GM(1,1)模模型：：多用用在噪噪聲多多、且且精度度要求求較高高的序序列預(yù)預(yù)測(cè)場(chǎng)場(chǎng)合，，但其其計(jì)算算代價(jià)價(jià)要大大得多多。改進(jìn)的的GM(1,1)模模型的的主要要改進(jìn)進(jìn)：選用Gauss-Legendre求求積公公式和和相鄰鄰最近近插值值法求求背景景值；；選用折折扣最最小一一乘法法和蟻蟻群優(yōu)優(yōu)化算算法來來擬合合參數(shù)數(shù)。4.神神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)預(yù)測(cè)