交通运输系统工程 第七章 系统决策

1、第7章 运输系统决策 管理就是决策！ 赫伯特西蒙 (Herbert Alexander Simon 1916- 2001)Representative works:Administrative Behavior 19471引言 决策通常是人们在政治、经济、技术和日常生活中普遍存在的一种选择方案的行为。决策是管理中经常发生的一种活动。 关于决策的重要性，诺贝尔奖获得者西蒙有一句名言“管理就是决策”,这就是说管理的核心就是决策。 决策是一种选择行为，研究决策的方法，并将现代科学技术成就应用于决策，称之为决策科学。 决策科学包括的内容十分广泛：决策心理学、决策的数量化方法、决策的评价以及决策支持系统

2、，决策自动化等。2第7章 运输系统决策第1节 概述第2节 确定型运输决策问题第3节 不确定型运输决策问题第4节 风险型运输决策问题3第1节 概述一、概念 系统决策是指在一定条件下，根据系统的状态，在可采取的各种策略中，依据系统目标选取一个最优策略并付诸实施的过程。 科学决策不同于经验决策，它是对系统目标选取一个最优策略并付诸实施的过程，运用科学的思维方法，采用科学的决策技术作出决策的过程。4二、决策的基本要素决策者、方案、结局、价值和效果、偏好1、决策者2、方案决策过程中可供选择的行动方案或策略，可以是有限的，也可以是无限的，表示为： A=a1，a2，am=ai （i=1，2，m）3、结局方案

3、选择以后所造成的结果。包括单一结局和多种结局（状态），可以表示为： S=s1，s2，sn=sj （j=1，2，n）第1节 概述5第1节 概述二、决策的基本要素4、价值及效用是对结局所作出的评价。在决策分析中，无风险下对结局的评价称为价值；有风险下称为效用，效用取值0，1。益损值矩阵C：其中：单目标决策问题：决策目标唯一，益损值矩阵唯一；多目标决策问题：决策目标多个，益损值矩阵也为多个。6第1节 概述二、决策的基本要素5、偏好偏好是指人们对各种方案、目标、风险的爱好倾向。可以定量表示偏好，也可以用排序的方式表示。决策就是要在给定状态s的条件下，从方案中选取一个最优方案，使其可能的收益最大或损失最

4、小。企关系可以表示为：7第1节 概述三、决策的程序1、提出问题，确定目标2、调查研究，拟定可行方案3、方案的评价和选择4、方案的贯彻实施提出问题、确定目标调查研究、拟定方案调查研究、拟定方案调查研究、拟定方案8第1节 概述四、决策的准则1、信息准则2、预测准则3、科学准则4、系统准则5、可行准则6、选优准则7、行动准则8、反馈准则9第1节 概述五、决策的分类1、按决策的重要性分：战略决策、策略决策、执行决策2、按决策的结构分：程序决策、非程序决策3、按决策的方式分：定性决策、定量决策4、按决策环境和条件分：确定型决策、风险型决策、不确定型决策5、按决策过程的连续性分：单项决策、序贯决策10第1

5、节 概述六、运输系统决策 运输系统决策是指在运输系统中与运输活动有关的决策问题。如运输经济决策、运输科技决策、运输发展决策，等。 从运输企业的长远发展方向来看，要不要增加新的投资，扩大运输规模；要不要引进新技术、新工艺、新设备；从运输企业的日常管理工作来看，运输价格应该如何确定，运输设备何时更新、如何更新等所有这些都要求决策者能够做出合理、适时、科学、正确的决策。11第2节 确定型运输决策问题一、确定型决策的主要特征 确定型决策是指决策环境是完全确定的，做出选择的结果也是确定的，能够确定计算出各方案的益损值的决策问题。确定型决策的主要特征1、存在决策者希望达到的一个明确的目标（最大或最小）2、

6、存在一个确定的自然状态；3、存在可供决策者选择的两个或两个以上的行动方案；4、不同的行动方案在确定状态下的益损值可以计算出来。12第2节 确定型运输决策问题二、确定型决策的方法常用的决策方法包括： 单目标决策问题线性规划、非线性规划、动态规划、目标规划、整数规划、投入产出模型、确定型库存模型等 多目标决策问题多目标规划13第2节 确定型运输决策问题 假设在企业的经营管理中，要求实现的目标有K个，行动方案有L个，对于第i个可行方案第j个目标所得到的效益值为Cij，令第j个目标的权数位Wj，则有： 第i个方案达到K个目标时，其总的效益值是: 最优方案为：max A1，A2，Ai，AL 各个目标的权

7、数是根据在整个总的任务中个目标占据的重要程度来决定的，可以采取专家打分法或平均数法。14第3节 不确定型运输决策问题 不确定型决策指决策者对环境情况一无所知，但可以通过分析对决策事件变化的各种因素，估计出几种可能发生的自然状态，以及各个方案在各种状态下的益损值。不确定型决策的主要特征：1、存在决策者希望达到的一个明确目标（最大或最小）；2、存在两个或两个以上的自然状态；3、存在可供决策者选择的两个或两个以上的行动方案；4、不同的行动方案在不同自然状态下的益损值可以计算出来。 不确定型决策主要取决于决策准则的主观愿望和要求。常用的方法有：乐观准则、悲观准则、折衷准则和遗憾值准则。15第3节 不确

8、定型运输决策问题一、乐观准则（极大极大决策标准maxmax） 乐观准则决策者在进行决策时，不放弃任何一个获得好结果的机会，争取大中取大，充满乐观冒险精神。1、决策步骤编制决策效益值表；从每一个方案中选择一个最大的收益值；再从各方案最大收益值的选择结果中选出最大者作为备选方案。2、决策原则大中取大16第3节 不确定型运输决策问题二、悲观准则（极大极小决策标准maxmin） 悲观准则决策者在进行决策时，唯恐由于决策失误带来的损失，因而，在做决策时小心谨慎，总是抱着悲观的态度，从最坏的结果中争取最好的结果。1、决策步骤编制决策效益值表；从每一个方案中选择一个最小的收益值；再从各方案最小收益值的选择结

9、果中选出最大者作为备选方案。2、决策原则小中取大17第3节 不确定型运输决策问题三、折衷准则 折衷准则是介于乐观和悲观准则之间的一个决策标准，在进行决策时，要求决策者确定一个系数，即折衷系数： 折衷系数接近于1，说明决策者接近悲观；折衷系数接近于0，说明决策者接近乐观。1、决策步骤编制益损值表；计算每个方案折衷决策收益值，即：选择最大的折衷收益值对应的方案为备选方案，即：18第3节 不确定型运输决策问题四、遗憾准则 遗憾准则是一种使遗憾值最小的准则，所谓遗憾值是指决策者在某种自然状态下本应选择收益最大的方案时却选择了其它方案而造成的机会损失值。该准则要求决策者先计算各方案在不同状态下的遗憾值，

10、再分别找出各方案的最大遗憾值，最后在这些最大遗憾值中找出最小者对应的方案，即将最小的最大遗憾值对应的方案作为最有决策方案。1、决策步骤编制决策益损值表；用每个状态下的最大收益值减去其它方案的收益值，得出每个方案遗憾值，即：找出每个方案的最大遗憾值，即：从每个方案的最大遗憾值中找出最小的遗憾值对应的方案作为备选方案，即：19第3节 不确定型运输决策问题【决策应用举例】 某货运中心需贷款修建一个仓库，初步考虑了三个建库方案：（1）建大型仓库a1；（2）建中型仓库a2；（3）建小型仓库a3。由于缺乏相关资料背景，对货物量的多少不能确定，只能估计大s1、中s2、小s3三种自然状态，而且每种状态出现的概

11、率也无法预测。经初步估算得到每个方案在不同状态下的益损值如下表： 20 风险型决策也称随机性决策或概率决策，是指决策问题中决策者除了知道未来可能出现哪些状态外，还知道出现这些状态的概率分布。 第4节 风险型运输决策问题风险型决策的主要特征：存在决策者希望达到的一个明确目标(最大或最小)；存在两个或两个以上的自然状态；出现各种自然状态的概率可以预先估计或计算出来；存在可供决策者选择的两个或两个以上的行动方案；不同行动方案在不同自然状态下的损益值可以计算出来。21 风险型决策主要应用于远期目标的战略决策或随机因素较多的非程序化决策。决策者往往通过调查，根据过去的经验或主观估计等途径获得这些概率。在

12、风险决策中一般采用期望值作为决策准则，常用的有: 1、期望收益值法（最大期望收益决策准则） 2、期望损失值法（最小机会损失决策准则） 3、最大可能法 4、决策树法第4节 风险型运输决策问题227.4.1 期望收益值法 期望收益值法是应用概率论中计算离散随机变量数学期望的方法分别计算各种方案在各种自然状态下的期望收益值 ，再根据期望值的大小选出最优方案。（最大期望收益决策准则）决策步骤：(1)编制决策收益值表；(2)计算每个方案的期望收益值，即：(3)选择期望收益值最大的方案为备选方案，即：23 某货运中心需贷款修建一个仓库，初步考虑了三个建库方案：(1)建大型仓库a1；(2)建中型仓库a2；(

13、3)建小型仓库a3。由于缺乏相关资料背景，对货物量的多少不能确定，只能估计大s1、中s2、小s3三种自然状态，每种状态出现的概率分别为0.3、0.5、0.2。经初步估算得到每个方案在不同状态下的益损值如下表，试用期望收益值法进行决策。 【期望收益值法应用举例】247.4.2 期望损失值法 期望损失值法是应用概率论中计算离散随机变量数学期望的方法分别计算各种方案在各种自然状态下的期望损失值(遗憾值) ，最后选择最小期望损失值对应的方案为最优方案的方法。 （最大期望收益决策准则）决策步骤：(1)编制不同方案在不同自然状态下的损失值表；(2)计算不同方案的期望损失值，即：(3)选择期望损失值最小的方

14、案为最优方案，即：25 某货运中心需贷款修建一个仓库，初步考虑了三个建库方案：(1)建大型仓库a1；(2)建中型仓库a2；(3)建小型仓库a3。由于缺乏相关资料背景，对货物量的多少不能确定，只能估计大s1、中s2、小s3三种自然状态，每种状态出现的概率分别为0.3、0.5、0.2。经初步估算得到每个方案在不同状态下的益损值如下表，试用期望收益值法进行决策。 【期望损失值法应用举例】267.4.3 最大可能法 最大可能法要求决策者首先找出概率明显最大的自然状态，然后在这一状态下选取收益最大的方案作为最优决策方案。（最大概率最大收益准则）决策步骤：(1)编制决策效益值表；(2)确定明显最大概率所对

15、应的自然状态，即：(3)在选定的自然状态下，选取收益值最大的方案为最优方案，即：27【最大可能法应用举例】287.4.4 决策树法 期望损失值法是应用概率论中计算离散随机变量数学期望的方法分别计算各种方案在各种自然状态下的期望损失值(遗憾值) ，最后选择最小期望损失值对应的方案为最优方案的方法。 （最大期望收益决策准则）决策步骤：(1)编制不同方案在不同自然状态下的损失值表；(2)计算不同方案的期望损失值，即：(3)选择期望损失值最小的方案为最优方案，即：293031例题：为生产某种新型港口装卸机械提出了两个建厂方案：一是投资300万元建大厂；一是投资160万元建小厂，均考虑10年经营期，据预

16、测，在这10年经营期内，前三年该产品销路好的概率为0.7；而若前三年销路好，则后七年销路好的概率为0.9；若前三年小销路差，则后七年销路差肯定差。另外，估计每年两个建厂方案的益损值如表所示，要求用决策树法确定最优的建厂方案。32多级决策问题举例以上例已知条件为基础，先假定两个方案中，除了建大厂的方案以外，另一个方案是先投资160万建小厂，若产品销路好，则三年后考虑是否扩建成大厂，扩建投资为140万元。扩建后产品的经营期为7年，每年的收益情况与大厂相同，此时，应选择哪种建厂方案？3334359.5 决策树 有些决策问题，当进行决策后又产生一些新情况，并需要进行新的决策，接着又有一些新情况，又需要

17、进行新的决策。这样决策、情况、决策构成一个序列，这就是序列决策。描述序列决策的有力工具之一是决策树，决策树是由决策点，事件点及结果构成的树形图。一般选用最大收益期望值和最大效用期望值或最大效用值为决策准则，下面用例子说明。36例3 设有某石油钻探队，在一片估计能出油的荒田钻探。可以先做地震试验，然后决定钻井与否。或不做地震试验，只凭经验决定钻井与否。做地震试验的费用每次3000元，钻井费用为10000元。若钻井后出油，这井队可收入40000元，若不出油就没有任何收入。各种情况下估计出油的概率已估计出，并标在图上。问钻井队的决策者如何作出决策使收入的期望值为最大。37解：用决策树来求解上述决策问

18、题，并将有关数据标在图上，见图。 表示决策点；()表示事件点；表示收益点；负值表示支付。 38采用逆决策顺序方法求解， 图表明这是两级随机决策问题，计算步骤是： 第1步 计算各事件点的收入期望值 事件点收入期望值(2) 400000.85+00.15=34000(3) 400000.10+00.90=4000(4) 400000.55+00.46=22000 将收入期望值标在相应的各点处，这时可将原决策树简化为下图。 3940第2步按最大收入期望值决策准则在图15-8(a)上给出各决策点的抉择。在决策点2按max (34000-10000)，0=24000所对应的策略为应选策略，即钻井，在决策

19、点3按max (4000-10000)，0=0所对应的策略为应选策，即不钻井，在决策点4按max (22000-10000)，0=12000所对应的策略为应选策略，即钻井。41第3步在决策树上保留各决策点的应选方案，把淘汰策略去掉，得到图15-8(b)，这时再计算事件点(1)的收入期望值。240000.60+00.40=14400将它标在(1)旁。42第4步决策点1有两个方案：做地震试验和不做地震试验，各自的收入期望值为(14400-3000)和12000。按max (14400-3000)，12000=12000所对应的策略为应选策略，即不做地震试验。这个决策问题的决策序列为：选择不做地震试

20、验，直接判断钻井，收入期望值为12000元。439.7 灵敏度分析 灵敏度分析的意义 通常在决策模型中自然状态的概率和损益值往往由估计或预测得到，不可能十分正确，此外实际情况也在不断地变化，现需分析为决策所用的数据可在多大范围内变动，原最优决策方案继续有效，进行这种分析称为灵敏度分析. 下面用例来说明。 44例5 假设有外表完全相同的木盒100只，将其分为两组，一组内装白球，有70盒，另一组内装黑球，有30盒。现从这100盒中任取一盒，请你猜，如这盒内装的是白球，猜对了得500分，猜错了罚200分；如这盒内装的是黑球，猜对了得1000分，猜错了罚150分。为使期望得分最多，应选那一方案。 有关数据