第7章-系统决策

系统工程SystemsEngineering2020/4/23北京物资学院信息学院1本章主要内容2020/4/23北京物资学院信息学院27.1概述7.2决策论7.3决策树7.4风险型决策和不确定型决策第7章系统决策2020/4/23北京物资学院信息学院37.1概述7.2决策论7.3决策树7.4风险型决策和不确定型决策“决策”就是人们为达到某一目标，从若干可能的方案（或措施、途径、行动）中经过分析，选出最佳（或满意）方案的行为；理查德•施奈德将决策界定为：“决策是一个过程，它是指决策者为达到想象中未来事务的状态，从社会所限制的各种途径中，选择一个行动计划的过程。”决策过程由一系列分析与综合、认识与判断的环节组成。2020/4/23北京物资学院信息学院47.1概述7.1概述7.1.1决策的环节1.提出决策问题、探查环境条件、确定决策目标阶段发现需要做出决策的问题，对决策问题的性质、特点、范围有清楚的了解，尽量以差距的形式把问题的症结所在表达出来，找到产生差距的真正原因就为确切地确定决策目标提供了重要的情报、线索和依据。2.创造、制定和分析可能采取的行动方案阶段第一步是轮廓设想阶段——保证备选方案的多样性；第二步是精致设计阶段——确定方案的细节并估计方案的实施结果。2020/4/23北京物资学院信息学院57.1概述7.1.1决策的环节3根据多各方案的后果的预估和评价，选出一个特定的行动方案阶段行动方案的选择是在分析、估计各备选方案执行后果的基础上进行的。行动方案要选择好，一是要有合理的选择标准，二是要有科学的选择方法。4.对决策的执行结果进行评审阶段实施选定的方案并在此过程中对原有的方案进行跟踪调查，收集新信息，改进决策，改善系统运行。2020/4/23北京物资学院信息学院67.1概述7.1.2决策的原则1.信息原则——全面、准确；2.预测原则——发展方向与趋势；3.可行性原则——方案在政策、资源、技术、经济等方面要合理可行；4.系统原则——整体思考、全局观念；5.反馈原则——及时获得反馈，并作相应的调整。2020/4/23北京物资学院信息学院7第7章系统决策2020/4/23北京物资学院信息学院87.1概述7.2决策论7.3决策树7.4风险型决策和不确定型决策7.2决策论7.2.1决策模型的组成要素1.方案集（策略集）：为到达预期目标而采取的行动方案称为方案或策略，全体方案构成方案集。2.状态集：决策问题所处的外部环境称为状态，所有可能的状态构成的集合称为状态集。状态是不可控因素，可以看作随机变量，状态出现的概率记作。2020/4/23北京物资学院信息学院97.2决策论7.2.1决策模型的组成要素3.损益值（效益值）采取不同方案在不同自然状态下所对应的收益或损失值。损益值是一个函数值，可正可负也可以为零，正值表示收益，负值表示损失。4.决策准则与最优值决策准则是综合计量科学和行为科学等方法所确定的选择方案的一种规则。最优值是相对决策准则而言的。是根据决策预定目标而确定的数量标志。2020/4/23北京物资学院信息学院107.2决策论7.2.2决策模型的表示方法决策模型常用表格形式表示，风险型决策也常用决策树方法表示。1.决策表将各种方案列在最左列，将各种状态及状态概率排在最上面，中间部分填上相应的损益值，就得到一个决策表。2.决策树法这是一种图形和计算相结合的决策方法。它采用树状图表示决策分析的过程，将在第三节中详细介绍。2020/4/23北京物资学院信息学院117.2决策论7.2.2决策模型的表示方法表7-1决策表2020/4/23北京物资学院信息学院12状态损益值状态概率方案s1s2…smP（s1）P（s2）…P（sm）a1v11v12v1ma2v21v22v2manvn1vn2vnm最优方案7.2决策论7.2.3决策问题的分类1.按决策的时间长短看，长期决策、中期决策和短期决策。2.按性质的重要性分类看，战略决策、战术决策和业务决策。（1）战略性决策是指关系到组织的生存发展的全局性、长远性问题的决策。（2）战术性决策又称为策略决策或管理决策，这类决策是为了保证战略决策的实现所作的决策（3）业务性决策业务性决策是指在日常业务活动中为了提高效率所作的决策。2020/4/23北京物资学院信息学院137.2决策论7.2.3决策问题的分类3.按决策的结构看，程序决策和非程序决策；（1）程序性决策程序性决策，也称例行决策、常规决策，它是指经常发生的能按规定的程序和标准进行的决策，多指对例行公事所作的决策。（2）非程序性决策非程序性决策，它通常要处理的是那些偶然发生、无先例可循的、非常规性的问题。2020/4/23北京物资学院信息学院147.2决策论7.2.3决策问题的分类4.按决策人参与情况，个人决策和群体决策；（1）个人决策个人决策是决策权限集中于个人的决策，受个人知识、经验、心理、能力、价值观等个人因素的影响较大，决策过程带有强烈的个性色彩。（2）群体决策群体决策是决策权由集体共同掌握的决策，虽然受个人因素的影响较小，但受群体结构的影响较大。2020/4/23北京物资学院信息学院157.2决策论7.2.3决策问题的分类5.按问题的信息的多少，确定型、不确定型、风险型和竞争型决策。（1）确定型决策未来环境完全可以预测，人们知道将来会发生什么情况，可以获得精确、可靠的数据作为决策基础。（2）风险型决策未来环境有几种可能的状态和相应后果，可以观测每种状态和后果出现的概率。（3）不确定型决策未来环境出现某种状态的概率难以估计，甚至连可能出现的状态和相应的后果都不知道。2020/4/23北京物资学院信息学院16第7章系统决策2020/4/23北京物资学院信息学院177.1概述7.2决策论7.3决策树7.4风险型决策和不确定型决策7.3决策树决策树用分支结构显示所有可能的决策选项和机会事件。可以直接在决策树上进行决策分析。7.3.1决策树的结构1.决策树的结构是由方框和圆圈作为结点，并由直线连接而成的一种树状结构方框结点□是决策结点，由决策点引出若干条树枝，每枝代表一个方案，成为方案枝。在方案枝的末端画上圆圈节点○，是状态结点，由状态结点引出若干条树枝，表示不同的自然状态即可能出现的概率，这些树枝称为状态枝，或者叫概率枝。在状态枝的末端画上一个结点△，称作结果点，结束节点没有树枝跟随，列出不同状态下收益值（或损失值）。2020/4/23北京物资学院信息学院187.3决策树7.3.1决策树的结构2020/4/23北京物资学院信息学院19决策点方案枝结果点状态点状态枝7.3决策树7.3.1决策树的结构2.决策树的构建要尽可能精确地描绘所有可能事件，使决策模型尽可能的完整。在决策树的构建中要注意以下两个问题。（1）定义决策节点，每个节点上只选择一个选项，并描述每个可能的选项。（2）定义机会节点，要注意相互排斥，并完全没有遗漏。在所有的机会节点中只有一个结果是可能发生的，不能出现多于一个结果同时发生的可能，并且要求描述所有可能性。2020/4/23北京物资学院信息学院207.3决策树7.3.1决策树的结构图7-2状态节点定义示例一如图7-2所示这两个状态就不是互斥的，因为有可能周一下雨同时周二晴天，两个状态有可能同时发生。2020/4/23北京物资学院信息学院21周一下雨周二晴天7.3决策树7.3.1决策树的结构图7-3状态节点定义示例二而7-3图中的两个状态没有将所有可能全部列出，没有做到完全没有遗漏。2020/4/23北京物资学院信息学院22周一下雨周一晴天7.3决策树7.3.1决策树的结构应用决策树进行决策的过程是由右向左，逐步后退，其决策准则可以是收益（损失）期望值或经过变换的其它指标值。根据右端的收益值（或损失值）和概率枝上的概率，计算出同一方案不同状态下的期望收益值（或期望损失值），然后根据不同方案的期望收益值的大小进行选择。方案的舍弃叫做修枝，即在落选的方案枝上画“//”符号，最后在决策点留下一条树枝，即为最优方案。2020/4/23北京物资学院信息学院237.3决策树7.3.2单阶段决策对一个决策问题，如果只需进行一次决策就可以选出最优方案，达到决策的目的，这种决策称作单阶段决策，举例加以说明2020/4/23北京物资学院信息学院247.3决策树7.3.2单阶段决策例：某土建工程施工中使用一台大型施工设备，现在考虑雨季到来时的设备处理问题。已知资料如下：发生一般洪水，大洪水和特大洪水的概率分别为0.73，0.25和0.02。若设备搬走，需支付20万元，不管洪水大小，设备不受损失；若设备就地放置，筑堤保护，需支付5万元，一般洪水和大洪水时，设备不受损失，若出现特大洪水造成设备损失500万元；若就地放置，不筑堤保护，在出现一般洪水时不受损失，但出现大洪水时损失100万元，出现特大洪水造成设备损失500万元。试用决策树法做出合理的决策。2020/4/23北京物资学院信息学院257.3决策树7.3.2单阶段决策第一步，根据题意，画出决策树，如图7-4所示；2020/4/23北京物资学院信息学院26搬走20不筑堤筑堤50000050010005000.730.250.020.730.250.020.730.250.021237.3决策树7.3.2单阶段决策第二步，计算各方案点的期望损失：（1）方案点1（搬走）：20+0.73×0+0.25×0+0.02×0=20（万）；（2）方案点2（筑堤保护）5+0.73×0+0.25×0+0.02×500=15（万）；（3）方案点3（不筑堤）0+0.73×0+0.25×100+0.02×500=35（万）；2020/4/23北京物资学院信息学院277.3决策树7.3.2单阶段决策第三步，进行决策：将方案1、2、3的期望损失进行比较，可知最优决策方案是筑堤保护，并可知此时的期望损失为15万，将方案枝1和方案枝3剪枝。2020/4/23北京物资学院信息学院287.3决策树7.3.3多阶段决策对于一个决策问题，如果需要进行多次、有序的决策才能达到决策的目的，则这种决策问题就称为多阶段决策问题。这类决策运用决策收益表不易表达，而用决策树就比较形象直观。应用决策树法进行多阶段决策分析称为多级决策树。2020/4/23北京物资学院信息学院297.3决策树7.3.3多阶段决策例：某工厂由于生产工艺落后产品成本偏高。在产品销售价格高时才能盈利；在产品价格中等时持平，企业无利可图；在产品价格低时，企业要亏损。现在工厂的高级管理人员准备将这项工艺加以改造，用新的生产工艺来代替。新工艺的取得有两条途径，一个是自行研制，成功的概率是0.6；另一个是购买专利技术，预计谈判成功的概率是0.8。但是不论研制还是谈判成功，企业的生产规模都有两种方案，一个是产量不变，另一个是增加产量。如果研制或者谈判均告失败，则按照原工艺进行生产，并保持产量不变。按照市场调查和预测的结果，预计今后几年内这种产品价格高的概率是0.4，价格中等的概率是0.5，价格低的概率是0.1。通过计算得到各种价格下的收益值，如下表7-2所示。要求通过决策分析，确定企业选择何种决策方案最为有利。2020/4/23北京物资学院信息学院307.3决策树7.3.3多阶段决策表7-2收益表（单位：万元）2020/4/23北京物资学院信息学院31方案收益状态原工艺生产买专利成功0.8自行研制成功0.6产量不变增加产量产量不变增加产量价格低0.1-100-200-300-200-300价格中等0.5050500-250价格高0.41001502502006007.3决策树7.3.3多阶段决策解析：根据题意，这个问题显然是一个多阶段决策问题。第一步，画出决策树，如图7-5所示。2020/4/23北京物资学院信息学院327.3决策树2020/4/23北京物资学院信息学院33产量不变82-1001000价格低0.1价格中0.5价格高0.4价格低0.1价格中0.5价格高0.4价格低0.1价格中0.5价格高0.4价格低0.1价格中0.5价格高0.4价格低0.1价格中0.5价格高0