1、環(huán)境系統(tǒng)工程第十講：環(huán)境系統(tǒng)決策1第一節(jié) 決策基本概念一、決策概念 就是決策者為達(dá)到某種目標(biāo)，從若干個(gè)可以替代的可行方案中選取理想或滿意的方案。這里包含三個(gè)主要內(nèi)容： 一是決策者有一個(gè)預(yù)期目標(biāo)，即想要達(dá)到某種目的或期望的某種經(jīng)濟(jì)效果。 二是決策者主觀上想選擇某一方案； 三是客觀上有多個(gè)可行方案可供選擇，且可依據(jù)某一評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，從這些方案中選擇滿意的方案，并要付諸實(shí)施。2第一節(jié) 決策基本概念一、決策概念 正確的決策，將導(dǎo)致正確的行動，獲得最佳效果。決策科學(xué)是一門綜合性很強(qiáng)的新興交叉學(xué)科，橫跨了自然科學(xué)、社會科學(xué)和人類思維領(lǐng)域的多個(gè)方面，尤其是數(shù)學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、管理科學(xué)、行為科學(xué)和思維科學(xué)。盡管決策是以

2、人類的思維活動為主要表現(xiàn)形式，但決策仍然有科學(xué)性可循。決策分析就是研究如何才能作出科學(xué)決策的一門科學(xué)。 3第一節(jié) 決策基本概念一、決策概念 從系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)來說，系統(tǒng)決策就是根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)選取可能的策略（方案），并對這些策略（方案）所產(chǎn)生的效果進(jìn)行綜合研究，以便按照某種評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)選擇一個(gè)最優(yōu)策略（方案）。 4第一節(jié) 決策基本概念一、決策概念 40年代：決策分析隨著現(xiàn)代效用理論的提出而形成和發(fā)展起來的。 50年代：提出統(tǒng)計(jì)決策理論。 60年代：提出了將系統(tǒng)分析方法和統(tǒng)計(jì)決策理論相結(jié)合的隨機(jī)性決策分析方法。 60年代后：出現(xiàn)了多目標(biāo)決策、序貫決策、群決策。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，決策已經(jīng)從一種純粹憑

3、個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和能力的運(yùn)籌技術(shù)，變成一門建立在嚴(yán)格邏輯論證和精確計(jì)算基礎(chǔ)上的一門科學(xué)。 5第一節(jié) 決策基本概念6第一節(jié) 決策基本概念二、環(huán)境治理工程中決策應(yīng)遵循的準(zhǔn)則 1、信息準(zhǔn)則：決策應(yīng)以掌握大量、準(zhǔn)確的信息，高質(zhì)量的資料為基礎(chǔ)。 2、可行性準(zhǔn)則：分析現(xiàn)有的人力、物力、財(cái)力、技術(shù)能力，實(shí)施以后的利弊。 3、預(yù)測準(zhǔn)則：為決策者提供有關(guān)未來的信息。 4、對比選優(yōu)準(zhǔn)則：決策時(shí)要進(jìn)行多種方案比較，從中選優(yōu)。 5、集團(tuán)決策準(zhǔn)則：決策時(shí)要貫徹民主集中制的集體領(lǐng)導(dǎo)原則。發(fā)揮咨詢參謀機(jī)構(gòu)的作用。 6、反饋準(zhǔn)則：通常決策不可能十全十美，應(yīng)將實(shí)踐所檢驗(yàn)出的不足及時(shí)反饋給決策者，以便據(jù)此做出相應(yīng)調(diào)整。7第二節(jié) 決策分類

4、與損益矩陣一、決策分類 1、決策者地位：高層、中層和基層決策。 2、作出決策的先后次數(shù)：一次決策、多階段決策 3、決策目標(biāo)個(gè)數(shù)：單目標(biāo)決策、多目標(biāo)決策 4、決策內(nèi)容：戰(zhàn)略決策、戰(zhàn)術(shù)決策8第二節(jié) 決策分類與損益矩陣 5、根據(jù)對未來狀態(tài)掌握的可靠程度 （1）確定型決策 決策者對每個(gè)可行方案未來可能發(fā)生各種自然狀態(tài)及其結(jié)果掌握比較清楚，這時(shí)可以從可行方案中選擇一個(gè)最有利的方案。 （2）風(fēng)險(xiǎn)型決策 決策問題存在著多種自然狀態(tài)，每種狀態(tài)都可能發(fā)生，而且發(fā)生的可能性為某一概率值。如降雨預(yù)測：依據(jù)氣象云圖、氣象雷達(dá)等，但仍存在空報(bào)、漏報(bào)、錯報(bào)等風(fēng)險(xiǎn)。 （3）不確定型決策 針對新的決策項(xiàng)目，由于自然變化的隨機(jī)

5、性，或缺乏可利用信息，只估測到可能發(fā)生的幾種狀態(tài)，但每種狀態(tài)發(fā)生的可能性無法確定。決策是憑個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)和估計(jì)作出。 9第二節(jié) 決策分類與損益矩陣（1）確定型決策例2-1 農(nóng)田總面積：100hm2； 種農(nóng)作物A:農(nóng)藥流失量0.9kg/hm2，收入300美元/hm2，成本 160美元/hm2 種農(nóng)作作B:農(nóng)藥流失量0.5kg/hm2，收入150美元/hm2，成本 50美元/hm2 總農(nóng)藥不允許超過632.5kg，收益最大的種值組合？ 建模：假設(shè)x1,x2分別為作物A和B的種植面積 Z=(300-160)x1+(150-50)x2 0.9x1+0.5x2=0 10第二節(jié) 決策分類與損益矩陣二、決策程序

6、 1、確定目標(biāo)和價(jià)值準(zhǔn)則 目標(biāo)必須具體、明確，在時(shí)間、地點(diǎn)和數(shù)量方面都有所要求，而且要有一個(gè)衡量目標(biāo)的準(zhǔn)則。目標(biāo)系統(tǒng)：分清主次、先后、關(guān)鍵 2、擬定多個(gè)可行性方案 可行性方案是實(shí)現(xiàn)決策目標(biāo)的途徑和手段，決策的核心問題就在于對多種可行性方案的優(yōu)選。從經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會等方面綜合、系統(tǒng)的研究，對實(shí)施后的效果進(jìn)行預(yù)測。強(qiáng)調(diào)三個(gè)效益。 3、決策模型，分析評價(jià) 對模擬結(jié)果進(jìn)行分析評價(jià)，依靠可行性分析和各種決策技術(shù)（決策矩陣、決策樹）使各種方案的利弊得以表達(dá)。 4、綜合分析，方案選優(yōu) 對各個(gè)可供選擇的可行性方案權(quán)衡利弊，從中選一或綜合為一。11第二節(jié) 決策分類與損益矩陣三、損益矩陣 損益矩陣實(shí)際上是對決策問

7、題的一種描述，并以此為基礎(chǔ)，運(yùn)用不同的分析標(biāo)準(zhǔn)和方法，從若干個(gè)可行方案中選出最佳方案。損益矩陣一般由三部分組成： 可行性方案di 自然狀態(tài)Sm及其發(fā)生的概率 Pm 損益值（各種行動方案的可能結(jié)果 ）qij 把以上三部分內(nèi)容在一個(gè)表上表現(xiàn)出來，該表就稱為損益矩陣表12第二節(jié) 決策分類與損益矩陣13第二節(jié) 決策分類與損益矩陣D=（d1, d2, dn）為可行性方案集合（策略空間）S=（S1, S2, Sm）為各方案可能遇到的情況（狀態(tài)空間）P=（P1, P2, Pm）為每種自然狀態(tài)可能發(fā)生的概率Q=qij為損益矩陣。為方案di在自然狀態(tài)Sj下所產(chǎn)生的收益或損失 損失值是可行性方案、自然狀態(tài)的函數(shù)。

8、Q=f(D, S)D決策者所控制的因素，即可以采用的可行方案S-決策者不能控制的因素，即自然狀態(tài)14第二節(jié) 決策分類與損益矩陣 某電視機(jī)廠打算生產(chǎn)一種新產(chǎn)品，現(xiàn)有三種方案可供選擇。d1：改造原有的生產(chǎn)線； d2 ：新建一條生產(chǎn)線；d3 ：與其他企業(yè)合作生產(chǎn)。根據(jù)以往的市場經(jīng)驗(yàn)信息，產(chǎn)品投入市場后可能有三種自然狀態(tài)，S1：暢銷； S2 ：銷路適中； S3 ：滯銷。各自然狀態(tài)發(fā)生的概率分別為：P1=0.3，P2=0.4，P3 =0.315第三節(jié) 確定型決策一、確定性決策 是指不同方案的未來自然狀態(tài)和信息完全已知的情況下，決策者可根據(jù)完全確定的情況比較選擇，或者建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行運(yùn)算，并能得到確定結(jié)論

9、的決策。二、常用的方法 線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、非線性規(guī)劃、費(fèi)用分析三、例5-1（106頁）有問題？16第三節(jié) 確定型決策17第三節(jié) 確定型決策18第三節(jié) 確定型決策19第四節(jié) 不確定型決策一、確定性決策 是指決策者對環(huán)境狀況一無所知，即不僅狀態(tài)發(fā)生是隨機(jī)的，而且狀態(tài)發(fā)生的概率由于缺乏經(jīng)驗(yàn)和資料也是未知的。二、常用的方法 悲觀決策法 樂觀決策法 折中決策法 等可能法 后悔值法20第四節(jié) 不確定型決策（1）悲觀決策法 它是一種比較小心、謹(jǐn)慎的所謂“保守型”決策者常用的方法。對客觀情況持悲觀態(tài)度，從壞處著想，在各種最壞的情況下選擇好一點(diǎn)的結(jié)果。 首先從每一個(gè)方案中選擇一個(gè)最小的收益值。然后再從這些最小

10、收益值所代表的不同方案中，選擇一個(gè)收益最大的方案。21第四節(jié) 不確定型決策自然狀態(tài)損益可行方案22第四節(jié) 不確定型決策（2）樂觀法 該法多被一些敢想敢干，敢承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)的所謂“進(jìn)取型”決策者采用，其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)方案選擇中的樂觀原則。23第四節(jié) 不確定型決策自然狀態(tài)損益可行方案24第四節(jié) 不確定型決策（3）折中法 對客觀條件的估計(jì)既然不樂觀，也不悲觀，介于樂觀與悲觀之間的一個(gè)折中標(biāo)準(zhǔn)。在應(yīng)用時(shí)，決策者確定一個(gè)折中系數(shù)，對未來的估計(jì)樂觀時(shí)大于0.5，悲觀時(shí)小于0.5。25第四節(jié) 不確定型決策（3）折中法 仍以例5-2為例：如果決策者傾向樂觀估計(jì)，將值定為0.7，根據(jù)上式，可計(jì)算每一可行方案的折中收益值。

11、26第四節(jié) 不確定型決策（4）等可能法 該法以所謂無充分理由原則為依據(jù)。由于各種自然狀態(tài)出現(xiàn)的概率未知，故沒有足夠的信息說明其發(fā)生概率是不同的。因此，可認(rèn)為各種自然狀態(tài)出現(xiàn)的概率可能性相等。27第四節(jié) 不確定型決策（4）等可能法 A. 若損益矩陣為收益值，則按下式計(jì)算 B. 若損益矩陣為損失值，則按下式計(jì)算28第四節(jié) 不確定型決策（5）后悔值法 當(dāng)某一自然狀態(tài)發(fā)生時(shí)，已明確某一行動方案最好，但決策者由于某種原因沒有采用該方案而采用了其它方案，必將后悔。因此將每種自然狀態(tài)下的最優(yōu)損益值作為該狀態(tài)的理想目標(biāo)，再將該狀態(tài)下其余損益值與最優(yōu)值之差稱為未達(dá)到理想的后悔值。 29第五節(jié) 風(fēng)險(xiǎn)型決策 風(fēng)險(xiǎn)型

12、決策是指決策者在進(jìn)行決策時(shí)并不確切知道哪一個(gè)條件（自然狀態(tài)）將一定發(fā)生，而只是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、已有資料推算出事件發(fā)生的概率，并據(jù)此進(jìn)行決策。最大期望收益標(biāo)準(zhǔn)最小期望損失值標(biāo)準(zhǔn)最大可能決策標(biāo)準(zhǔn)矩陣法靈敏度分析法 30第五節(jié) 風(fēng)險(xiǎn)型決策（1）最大期望收益標(biāo)準(zhǔn) 該法以決策矩陣為基礎(chǔ)，分別計(jì)算各個(gè)方案在不同自然狀態(tài)下的損益期望值，并從中選擇收益期望值最大或損失期望值最小的方案作為最優(yōu)方案。 見110例5-331第五節(jié) 風(fēng)險(xiǎn)型決策例5-3 某工廠擬生產(chǎn)A1, A2兩種產(chǎn)品，不同季節(jié)產(chǎn)品銷量不同，依據(jù)以往對市場需求統(tǒng)計(jì)，在旺季、平季、淡季銷售產(chǎn)品比例分別為0.2、0.5、0.3，如果生產(chǎn)A1產(chǎn)品在三個(gè)季中分別獲

13、4萬元、3萬元和2萬元，A2產(chǎn)品在三個(gè)季節(jié)分別獲利7萬元，2萬元和0萬元。問該工廠應(yīng)如何安排生產(chǎn)，方能獲得最大利潤？32第五節(jié) 風(fēng)險(xiǎn)型決策 自然狀態(tài)S 概率P可行方案DS1（旺季）S2（平季）S3（淡季）0.20.50.3A1432A2720生產(chǎn)A1產(chǎn)品獲利EA1=0.2*4+0.5*3+0.3*2=2.9萬元生產(chǎn)A2產(chǎn)品獲利EA2=0.2*7+0.5*2+0.3*0=2.4萬元33第五節(jié) 風(fēng)險(xiǎn)型決策（2）最小期望損失值標(biāo)準(zhǔn) 該標(biāo)準(zhǔn)與最大期望收益標(biāo)準(zhǔn)相反，是以選擇期望損失值最小的方案為最優(yōu)方案： 見111表5-734第五節(jié) 風(fēng)險(xiǎn)型決策 自然狀態(tài)S 概率P可行方案DS1（旺季）S2（平季）S3（

14、淡季）0.20.50.3A1300A2012生產(chǎn)A1產(chǎn)品損失EA1=0.2*3+0.5*0+0.3*0=0.6萬元生產(chǎn)A2產(chǎn)品損失EA2=0.2*0+0.5*1+0.3*2=1.1萬元35第五節(jié) 風(fēng)險(xiǎn)型決策 （3）最大可能決策標(biāo)準(zhǔn) 最大可能決策標(biāo)準(zhǔn)就是選擇概率值最大的一種自然狀態(tài)，然后從該自然狀態(tài)中挑選一個(gè)收益最大的方案作為最優(yōu)方案。這種決策比較簡單，應(yīng)用較廣，主要應(yīng)用于各個(gè)狀態(tài)的概率值中一個(gè)值突出地比其他要大，而高的收益值又相差不大。 見111表5-836第五節(jié) 風(fēng)險(xiǎn)型決策 自然狀態(tài)S 概率P可行方案DS1（旺季）S2（平季）S3（淡季）0.20.50.3A1432A272037第五節(jié) 風(fēng)險(xiǎn)

15、型決策 （4）矩陣法 所謂矩陣法就是通過矩陣運(yùn)算來求方案的效益期望值。112頁 例5-438第五節(jié) 風(fēng)險(xiǎn)型決策 （5）靈敏度分析法 在決策分析中，自然狀態(tài)的概率和損益值往往由預(yù)測或估計(jì)得到，不可能十分精確，加之實(shí)際情況也在不斷變化，這就需要分析決策所用的數(shù)據(jù)在多大范圍內(nèi)變動時(shí)，原決策的最優(yōu)方案繼續(xù)有效。如最優(yōu)方案允許概率值和損益值的變動范圍大，則方案就比較穩(wěn)定。 具體見例5-5。39第五節(jié) 風(fēng)險(xiǎn)型決策例5-5：某工業(yè)局為生產(chǎn)某一新產(chǎn)品，規(guī)劃設(shè)計(jì)了兩個(gè)方案，即興建一個(gè)大廠或興建一個(gè)小廠，經(jīng)研究計(jì)算后編制損益表: (a) 應(yīng)用最大期望值標(biāo)準(zhǔn)確定確定最優(yōu)方案 建大廠方案為最優(yōu)方案。40第五節(jié) 風(fēng)險(xiǎn)型

16、決策 （b）靈敏度分析 現(xiàn)對兩種銷售狀態(tài)的概率做些變動，以探求敏感范圍。假設(shè)銷路好的概率由0.7變到0.8，則兩個(gè)方案期望收益： E1(1)=100*0.8+(1-0.8)*(-20)=76萬元 E2(1)=40*0.8+(1-0.8)*(30)=38萬元假設(shè)銷路好的概率由0.7變到0.5，則兩個(gè)方案期望收益： E1(2)=100*0.5+(1-0.5)*(-20)=40萬元 E2(2)=40*0.5+(1-0.5)*(30)=35萬元41第五節(jié) 風(fēng)險(xiǎn)型決策 （c）轉(zhuǎn)折概率 假設(shè)由于概率值的變化使最優(yōu)方案發(fā)生轉(zhuǎn)折時(shí)的概率 為P0，這時(shí)兩方案的期望收益值相等。 100* P0 +(1- P0)*(-20)=40* P0 +(1- P0)*(30)= 即P0=5/11=0.45 即當(dāng)P00.45時(shí)，興建大廠方案仍為最優(yōu)方案；當(dāng)P0E2 故選建大廠為最優(yōu)方案。 48第六節(jié) 決策樹 四、多級決策 多級決策是對決策問題比較復(fù)雜，而要進(jìn)行多次序列的決策。 上例提供的建廠方案，其預(yù)測年限是10年，實(shí)際上對10年進(jìn)行產(chǎn)品銷路狀況預(yù)測是難以準(zhǔn)確的，為避免出現(xiàn)預(yù)測失誤，通常將規(guī)劃期分為幾個(gè)階段而分別預(yù)測其概率。因