运筹学——数据、模型与决策数据、模型与决策

兰州大学管理学院 1 兰州大学管理学院何丽红博士运筹学运筹学数据、模型与决策数据、模型与决策兰州大学管理学院 2 第一章管理决策方法兰州大学管理学院 3 1. 决策的定义 2. 决策的属性和特点 3. 决策要素 4. 决策分类 5. 决策程序 6. 科学决策方法 7. 运筹学概述主要内容兰州大学管理学院 4 决策是人们生活和工作中普遍存在的一种活动，以解决当前或未来可能发生的问题。可以说自人类诞生以来，一直都经历着作出决策的过程。一、决策的定义兰州大学管理学院 5 • 穿衣吃饭 • 选择学校 • 职业选择 • 成家立业 • 家庭理财 • 经营公司兰州大学管理学院 6 吃饭米饭面食家饭店吃饭朋友独自一人方式地点食物种类费用兰州大学管理学院 7 一个大学毕业生面临工作的选择，现有四个工作可供其选择，每个工作的条件如下：职业选择备选方案年薪(元) 发展潜力工作地点兰州 LZ 28000 一般一般深圳 SZ 36000 非常好好上海 SH 36000 一般非常好北京 BJ 32000 一般好兰州大学管理学院 8 齐王要与大臣田忌赛马，双方各出上、中、下马各一匹，对局三次，每次胜负1000 金。田忌在好友、著名的军事谋略家孙膑的指导下，以如下安排：齐王上中下田忌下上中最终净胜一局，赢得1000金。田忌赛马兰州大学管理学院 9 曹操中了诸葛亮和周瑜之计，在赤壁大败，仓皇逃命，来到一个三岔路口。前方有大路和小路各一条。且小路上有几个地方冒烟，大路上却无动静。曹操命士兵走华容道，径奔荆州。结果又一次中了诸葛亮之计。曹操走华容道兰州大学管理学院 10 z 决策是为了按预期的目的去完成某项任务或解决某个问题，运用各种方法，在系统地分析了主客观条件之后，考虑到未来的状态，根据决策准则，对提出的多种可行方案进行优选评比，选择合理方案的一种分析过程。 z 决策的含义，简单地讲，就是在至少2个以上的方案中选择其一。 z 强调了决策的目标性和对实现目标的各种可能方案的选择性，这是决策概念的核心和本质。兰州大学管理学院 11 • Decision making. • 美国管理学者Ch. Baruard & E. Stene首先采用的，用以说明组织管理中的分权问题。 • 美国著名管理学家发展了组织理论，强调决策在组织管理中的重要地位，提出了“管理就是决策”的著名观点。兰州大学管理学院 12 二、决策的属性和特点 • 决策的主观性 • 决策的目的性 • 决策的选择性 • 决策的风险性 • 决策的科学性 • 决策的实践性 • 决策的时间性 • 决策的经济性 • 决策的动态性 • 决策优化准则的模糊性兰州大学管理学院 13 决策思维过程图决策思维过程图感觉知觉过程外界信息认识过程选择控制长期记忆意识注意思维推理抽象化过程决策过程行动程序信息输出兰州大学管理学院 14 三、决策要素三、决策要素决策者决策者决策者决策目标决策目标决策目标可行方案可行方案可行方案结局结局结局效用效用效用决策效益决策效益决策效益兰州大学管理学院 15 1. 决策者：一个或几个人。 • 分析者：只提出、分析、评价方案，而不作出决断的人。 • 领导者：有责有权，能作出最后决断拍板的人。兰州大学管理学院 16 2. 决策目标：必须至少有一个希望达到的既定目标，这个目标一般都是优化目标，不追求优化，决策是没有意义的。 3. 决策效益：必须讲究决策的效益，在一定的条件下寻找优化目标，不追求优化，决策是没有意义。兰州大学管理学院 17 4. 可行方案：必须至少有2个可行方案可供选择，一个方案，无从选择，也就无从优化。 5. 结局：又称自然状态，每个方案选择之后可能发生的一个或几个可能结局，如果每个方案都只有一个结局，就称为“确定型”决策，否则就称为“不确定型”决策。 6. 效用：每一个方案各个结局的价值评估称为效用。兰州大学管理学院 18 四、决策分类 ¾根据决策者多少分类： • 单人决策——这是决策者只有一人，或是利害关系完全一致的几个人组成的一个群体。 • 多人决策——决策者至少2个人，且他们的目标，利益不完全一致，甚至相互冲突和矛盾。如果几个决策者的利益和目标互相对抗，就称为“对策”；如果几个决策者的利益和目标不完全一致，又必须相互合作，共同决策，则称为“群体决策”。兰州大学管理学院 19 ¾ 根据决策目标的多少分类： • 单目标决策——只有一个明确的目标，方案的优劣，完全由其目标值的大小决定，在追求经济效益的目标中，目标值越大，方案就越好。 • 多目标决策——至少有2个目标；这些目标往往有不同的度量单位，且相互冲突，不可兼而得之，这时，仅比较一个目标值的大小已无法判断方案的优劣。兰州大学管理学院 20 ¾根据决策方案的明确与否分类： • 规划问题——如果只说明产生方案的条件，这一类决策称为规划问题，例LP、NLP、DP等。 • 决策问题——如果只有有限个明确的具体方案，这一类决策称为决策问题。兰州大学管理学院 21 假定有一工程需要确定开工时间。如果开工后天气好，可获利润10万元；若开工后天气坏将造成经济损失3万元；假如不开工，不论天气好坏都要付出基本损失1万元。现在需要管理人员做出决定，确定下月是否开工，以使施工队能获得最多的利润或使损失为最小。决策问题举例状态方案天气好天气不好开工 10 -3 不开工 -1 -1 兰州大学管理学院 22 根据以往的资料，一家面包店需要订购的面包数（即面包当天的需求量）可能为下面各个数量中的一个：120，180，240，300，360。假设每个面包的购买成本为元，售价为元；如果订购的面包当天没有销售掉，则在当天结束时以元处理给饲养场。现在需要面包店主做出决定，每天应该订购多少面包，以使自己的利润最大。决策问题举例兰州大学管理学院 23 规划问题举例 • M&D公司决定生产两种产品：产品A和产品B。 • 生产产品A和B所用的时间和成本如下：产品制造时间成本客户要求 A 2 2 ≥ 125 B 1 3 总时间≤600 总产量≥ 350 在满足客户要求前提下成本最小的生产计划应如何制定? 兰州大学管理学院 24 ¾ 根据决策结局的多少分类： • 确定型决策——事先可以确定决策的后果。 • 风险型决策——又称“随机型决策”“统计型决策”，事先可以知道决策的所有可能后果及各种后果出现的概率。 • 不确定型决策——事先不知道决策可能出现的各种后果，或虽然知道决策的所有可能后果，但不知道出现各种后果的概率。兰州大学管理学院 25 • 将一笔钱存入银行 • 投硬币游戏 • 购买股票 • 寻找石油决策问题举例兰州大学管理学院 26 ¾根据决策问题是否重复分类： • 常规决策——重复性决策，是指企业生产经营中经常出现的问题的处理。 • 非常规决策——一次性决策，往往是企业中的重大战略性问题的决策。兰州大学管理学院 27 ¾安东尼模式战略决策战术决策(管理决策) 业务决策高层决策中期决策基层决策 ¾西蒙模式程序化决策(结构化决策) 非程序化决策(非结构化决策) 兰州大学管理学院 28 五、决策程序 1. 明确问题 2. 寻求备选方案 3. 确定评估目标及方案的标准 4. 评估备选方案 5. 选择最优方案：决策 6. 方案实施：回到实践中 7. 分析结果：检验问题是否达到预期的结果构造问题分析问题兰州大学管理学院 29 定性分析定量分析制定决策决策过程构造问题分析问题决策方法决策方法兰州大学管理学院 30 六、管理决策方法定性分析定量分析 PERT/CPM 决策分析运筹学线性规划决策方法兰州大学管理学院 31 运用运筹学方法分析和解决问题，作为一个过程实际上就是一个科学决策的过程，为决策者提供科学决策的依据。兰州大学管理学院 32 • 运筹学是一种科学决策的方法 • 运筹学是依据给定目标和条件从众多方案中选择最优方案的最优化技术 • 在管理领域，运筹学就是运用数学方法，对需要进行管理的问题统筹规划，作出决策的一门应用科学。是管理系统的人为了获得关于系统运行的最优解而必须使用的一种科学方法。运筹学的定义兰州大学管理学院 33 运筹学分析问题的主要步骤兰州大学管理学院 34 • 运筹学研究和解决问题的核心是正确建立和使用运筹学模型; ••• 不仅要建立运筹学模型，而且对该模型能进行分析不仅要建立运筹学模型，而且对该模型能进行分析不仅要建立运筹学模型，而且对该模型能进行分析和求解。和求解。和求解。兰州大学管理学院 35 • 运筹学模型主要是抽象模型——数学模型数学关系数学方程逻辑关系被研究对象的实际关系描述兰州大学管理学院 36 例1. 用x代表产品数量，用p代表总利润，卖出一件产品的利润是10美元，制造每件产品需要5小时，每周工作时间为40小时。问每周生产多少产品才能实现利润最大化这个目标？如何建立运筹学模型？数学模型：目标函数: max p=10 x 约束条件: . 5 x ≤40 x ≥0 运筹学模型兰州大学管理学院 37 针对实际问题所建立的运筹学模型，一般应满足的基本要求： • 能完整地描述所研究的系统； • 在适合问题的前提下，模型应尽量简单。兰州大学管理学院 38 ••• 运筹学研究和解决问题的核心是正确建立和使用运运筹学研究和解决问题的核心是正确建立和使用运运筹学研究和解决问题的核心是正确建立和使用运筹学模型筹学模型筹学模型;;; • 不仅要建立运筹学模型，而且对该模型能进行分析和求解。兰州大学管理学院 39 运筹学的分支 • 线性规划 • 非线性规划 • 整数规划 • 图与网络模型 • 存储模型 • 排队论 • 统筹方法 • 决策分析 • 动态规划 • 预测多目标规划、随机规划、模糊规划等兰州大学管理学院 40 七、运筹学概述 • 1938年, A. P. Rowe 提出了Operational Research一词, 直译“运作研究”。 • 在美国多用Operations Research (OR)。 • 在中国称之为运筹学。 • 《史记》：夫运筹策帷幄之中，决胜于千里之外，吾不如子房兰州大学管理学院 41 军事管理经济三个来源 ———— 推动力推动力兰州大学管理学院 42 军事：运筹学的主要发源地 • 古代军事运筹学思想 – 中国古代的“孙子兵法”在质的论断中渗透着量的分析（1981年美国军事运筹学会出版了一本书，书中第一句话就是说孙武子是世界上第一个军事运筹学的实践家），中国古代运筹学思想的例子还有：田忌赛马、围魏救赵、行军运粮，等等。兰州大学管理学院 43 • 古代军事运筹学思想 – 国外历史上的阿基米德、伽利略研究过作战问题；第一次世界大战时，英国的兰彻斯特（Lanchester）提出了战斗方程，指出了数量优势、火力和胜负的动态关系；美国的爱迪生为美国海军咨询委员会研究了潜艇攻击和潜艇回避攻击的问题。兰州大学管理学院 44 •运筹学的正式产生：第二次世界大战 ——鲍德西（Bawdsey）雷达站的研究 1935年，英国科学家 R. Watson-Wart 发明了雷达。丘吉尔命令在英国东海岸的Bawdsey建立了一个秘密雷达站。当时，德国已拥有一支强大的空军，起飞17分钟即到达英国本土。在如此短的时间内，如何预警和拦截成为一大难题。1939年，以Blackett为首的一个研究小组（代号“Blackett 马戏团”），研究如何改进英国的空防系统，提高英国本土防空能力。兰州大学管理学院 45 1939年由曼彻斯特大学物理学家、英国战斗机司令部顾问、战后获得诺贝尔奖金的. Blackett为首，组织了一个代号“Blackett 马戏团” 的小组，包括心理学家2 人、数学家2人、应用数学家2人、天文物理学家1人、普通物理学家1人、海军军官、陆军军官和测量员各1人。研究的问题是：设计将雷达信息传送到指挥系统和武器系统的最佳方式以及雷达与武器的最佳配置。通过系统的研究，最后获得成功。兰州大学管理学院 46 • 运筹学的正式产生：第二次世界大战 ——Blackett备忘录 1941年12月， Blackett应盟国政府的要求，写了五份题为“Scientists at the Operational Level”的简短备忘录，建议在各大指挥部建立运筹学小组，此建议被迅速采纳。据不完全统计，二战期间，仅在英、美和加拿大，参加运筹学工作的科学家超过700名。兰州大学管理学院 47 管理 • 泰勒的时间动作研究、甘特的用于生产计划与控制的“甘特图”、吉尔布雷思夫妇的动作研究等 • 爱尔朗（Erlong）的排队论公式 1909－1920年间，丹麦哥本哈根电话公司工程师爱尔朗陆续发表了关于电话通路数量等方面的分析与计算公式。尤其是1909年的论文“概率与电话通话理论”，开创了运筹学的重要分支－－排队论。兰州大学管理学院 48 经济（数理经济学） • Von Neumann 与对策论 – 1932年，Von Neumann提出一个广义经济平衡模型；1939年，提出了一个属于宏观经济优化的控制论模型；1944年，与Morgenstern共著的《对策论与经济行为》开创了对策论分支。兰州大学管理学院 49 • 康托洛维奇与“生产组织与计划中的数学方法” – 30年代，苏联数理经济学家康托洛维奇从事生产组织与管理中的定量化方法研究，取得了很多重要成果。1939年，出版了堪称运筹学的先驱著作－－《生产组织与计划中的数学方法》，其思想和模型被归入线性规划范畴。兰州大学管理学院 50 实例分析之一——都江堰水利工程战国时期(大约公元前250年)，秦国蜀郡太守李冰父子在岷江流域主持修建的大型水利工程。其目标是：利用岷江上游的水资源灌溉川西平原，追求的效益还有防洪与航运。三大工程鱼嘴飞沙堰宝瓶口 120多项配套工程都江堰水利工程兰州大学管理学院 51 兰州大学管理学院 52 1.“鱼嘴”岷江分水工程：使岷江水从两边分流，东边的内江用于灌溉，西边的外江用于分洪。 2.“飞沙堰”分洪排沙工程：将泥沙排入外江。 3.“宝瓶口”引水工程：在鱼嘴下游，凿开玉垒山，将除沙后的江水引入水网干道，用来灌溉农田。兰州大学管理学院 53 它们巧妙结合，完整而严密，相得益彰，代表了我国当时水利工程的先进水平。两千多年来，这项工程一直发挥着巨大的效益，可灌溉土地上千万亩，是全世界至今为止，年代最久、唯一留存、以无坝引水为特征的宏大水利工程。2000年，都江堰被联合国教科文组织列入“世界文化遗产”名录。《史记》说：“都江堰建成，使成都平原“水旱从人，不知饥懂，时无荒年，天下谓之‘天府’也”。兰州大学管理学院 54 取材、生产运输废墟物的处理一沟三用实例分析之二——丁谓的皇宫修复工程北宋年间，丁谓负责修复火毁的开封皇宫。他的施工方案是：先将工程皇宫前的一条大街挖成一条大沟，将大沟与汴水相通。使用挖出的土就地制砖，令与汴水相连形成的河道承担繁重的运输任务；修复工程完成后，实施大沟排水，并将原废墟物回填，修复成原来的大街。兰州大学管理学院 55 美国和苏联从六十年代起就展开了激烈的核武器竞争。六十年代初期，苏联主张武器往大型化方向发展，其理由是武器的威力越大，杀伤力越强。但美国有人认为：虽然武器的威力越大，杀伤力越强，但武器的杀伤力还与准确度有关。实例分析之三——战略核武器杀伤力模型 K = Y2/3 / C2 经过大量的模拟试验，将有关数据经过处理和分析，利用蒙特卡洛拟合而得到杀伤力K、威力Y、精度C的函数关系：兰州大学管理学院 56 K=Y2/3/C2 由这个模型，容易得到： ¾当Y*=8Y时，K*=4K，即威力提高8倍，杀伤力仅提高4倍。 ¾当C*=C/8时，K*=64K，即精度提高8倍，杀伤力可以提高64倍。这说明提高精度合理，因而美国走提高武器精度的道路。兰州大学管理学院 57 运筹学的应用领域能源：能源总体规划、运输、产供销；石油如何分配、水电、核电发展规划军事：武器论证、反坦克系统、高炮系统、坦克系统、作战模拟、陆海空军作战农业：农业规划、农业施肥交通：全国交通网、城市交通网、出租车、公交路线规划、港口选址、驳运、河运（航道堵塞）、空运（空中交通管制ATC）、物流工业企业：企业发展规划、生产计划、库存问题、新设备可行性、下料问题、全面质量管理、投入产出、生产调度问题、投资问题。管理信息系统：决策支持系统（企业计划、财务、人事、材料、银行……）区域发展规划教育：人才预测、人才结构、师资、设备、职称提升、成人教育、毕业生考核…… 兰州大学管理学院 58 运筹学在工商管理中的具体应用 • 生产计划：生产作业的计划、日程表的编排、合理下料、配料问题、物料管理等； • 库存管理：多种物资库存量的管理，库存方式、库存量等； • 运输问题：确定最小成本的运输线路、物资的调拨、运输工具的调度以及建厂地址的选择等； • 人事管理：对人员的需求和使用的预测，确定人员编制、人员合理分配，建立人才评价体系等；兰州大学管理学院 59 • 市场营销：广告预算、媒介选择、定价、产品开发与销售计划制定等； • 财务和会计：预测、贷款、成本分析、定价、证券管理、现金管理等； • 其它：设备维修、更新，项目选择、评价，工程优化设计与管理等。兰州大学管理学院 60 • 运筹学在国内或国外的推广前景是非常广阔的. • 工商企业对运筹学应用和需求是很大的. • 在工商企业推广运筹学方面有大量的工作要做. 兰州大学管理学院 61 案例讨论1 兰州大学出版社正在考虑出版《运筹学》的平装版教科书。估计原稿准备、教科书设计以及生产设备的固定成本是80000元，每本书可变的生产和原料成本估计是6 元，对书的需求估计是4000 册。该出版社想以每本20 元的价格卖给大学和学院的书店。试问该方案是否可行？请大家对此问题进行分析并提出解决方案。哪种分析方法？兰州大学管理学院 62 盈亏平衡分析法例： CD-50的制造成本为3000美元，每件产品的劳动力和材料成本是2美元，假设CD-50的售价是5美元，试对该问题进行盈亏平衡分析。兰州大学管理学院 63 解：成本模型为：C(x)=3000+2x 收益模型为：R(x)=5x 则利润模型为： P(x) = R(x)-C(x) = 5x-(3000+2x) = 3x-3000 兰州大学管理学院 64 4000 8000 10000 6000 2000 总成本 400 800 1200 1600 固定成本亏损盈亏平衡点利润总收益兰州大学管理学院 65 思考题 1. 结合自己的工作岗位，分析你所面临的决策问题是属于什么类型的？ 2. 盈亏平衡分析方法在工商管理实践中的应用价值和范围？