系统工程：现代管理的系统思维与系统分析方法.ppt

系统工程系统工程（Systems Engineering,SE）现代管理的系统思维与系统分析方法现代管理的系统思维与系统分析方法西安交通大学管理学院西安交通大学管理学院袁治平袁治平 第七章 决策分析方法第一节：管理决策概述第二节：风险型决策分析第三节：冲突分析第七章 决策分析方法一、基本概念 决策是管理的重要职能，它是决策者对系统方案所做决定的过程和结果，决策是决策者的行为和职责。按照H.A.西蒙(H.A.Simon)的观点，“管理就是决策”。因此，决策分析的一般过程也即管理系统分析的过程。第一节管理决策概述二、决策问题的基本模式和常见类型 W ij=f(Ai，j)i=1,m，j=1,n 其中：Ai决策者的第i种策略或第i种方案。属于决策变量，是决策者的可控因素。j决策者和决策对象(决策问题)所处的第j种环境条件或第j种自然状态。属于状态变量，是决策者不可控制的因素。Wij决策者在第j种状态下选择第i种方案的结果，是决策问题的价值函数值，一般叫益损值、效用值。根据决策问题的基本模式，可划分决策问题的类型，其结果如图71所示。其中依照j的不同所得到的四种类型是最基本和最常见的划分。决策问题的要素决策问题的类型 完全把握 确定性决策.不完全把握 风险性决策 完全不把握 对自然不确定 不确定性决策 对人的不确定 对抗性决策（对策）.A A 政治、经济、军事、能源、人口、教育等决策 战略、战术等决策.W W 定性、定量、模糊决策 单目标、多目标决策 隐式、显式决策.决策者决策者 个人、群体决策图71 决策问题类型划分示意图 三、几类基本决策问题的分析 1.确定型决策 条件：(1)存在决策者希望达到的明确目标(收益大或损失小等)；(2)存在确定的自然状态；(3)存在着可供选择的两个以上的行动方案；(4)不同行动方案在确定状态下的益损值可以计算出来。方法：在方案数量较大时，常用运筹学中规划论等方法来分析解决，如线性规划、目标规划。严格地来讲，确定型问题只是优化计算问题，而不属于真正的管理决策分析问题。2.风险型决策 条件：(1)(同确定型)；(2)存在两个以上不以决策者主观意志为转移的自然状态，但决策者或分析人员根据过去的经验和科学理论等可预先估算出自然状态的概率值P(j)；(3)(同确定型)；(4)(同确定型)。方法：期望值、决策树法。风险型决策问题是一般决策分析的主要内容。在基本方法的基础上，应注意把握信息的价值及其分析和决策者的效用观等重要问题。3.不确定型决策 条件：(1)(同确定型)；(2)自然状态不确定，且其出现的概率不可知；(3)(同确定型)；(4)(同确定型)。方法：乐观法(最大最大原则)、悲观法(最小最大原则)、等概率法(Laplace准则；也是一种特殊的风险型决策)、后悔值法(Savage准则或后悔值最大最小原则)。对于不确定型决策分析问题，若采用不同求解方法，则所得的结果也会有所不同，因为这些决策方法是各自从不同的决策准则出发来选择最优方案的。而具体采用何种方法，又视决策者的态度或效用观而定，在理论上还不能证明哪种方法是最为合适的。4.对抗型决策 Wij=f(Ai，Bj)i=1,m,j=1,n 其中：A决策者的策略集；B竞争对手的策略集 可采用对策论及其冲突分析等方法来分析解决。这类决策分析问题是当前管理、经济界比较关注的问题。5.多目标决策第七章:决策分析方法第二节风险型分析决策一、风险型决策分析的基本方法一、风险型决策分析的基本方法1.1.期望值法期望值法 期期望望值值法法就就是是利利用用概概率率论论中中随随机机变变量量的的数数学学期期望望公公式式算算出出每每个个行行动动方方案案的的益益损损期期望望值值并并加加以以比比较较。若若采采用用决决策策目目标标(准准则则)是是期期望望收收益益最最大大，则则选选择择收收益益期期望望值值最最大大的的行行动动方方案案为为最最优优方方案案；反反之之，若若决决策策目目标标是是期期望望费费用用最最小小，则则采采用用费费用用期望值最小的方案为最优方案。期望值最小的方案为最优方案。2.2.决策树法决策树法 所所谓谓决决策策树树法法就就是是利利用用树树形形图图模模型型来来描描述述决决策策分分析析问问题题，并并直直接接在在决决策策树树图图上上进进行行决决策策分分析析。其其决决策策目目标标(准准则则)可可以以是是益益损损期期望望值值或或经经过过变变换换的其它指标值。的其它指标值。3.3.多级决策树多级决策树 如如果果只只需需作作一一次次决决策策，其其分分析析求求解解即即告告完完成成，则则这这种种决决策策分分析析问问题题就就叫叫做做单单级级决决策策。反反之之，有有些些决决策策问问题题需需要要经经过过多多次次决决策策才才告告完完成成，则则这这种种决决策策问问题题就就叫叫做做多多级级决决策策问问题题。应应用用决决策策树树法法进进行多级决策分析叫做多级决策树。行多级决策分析叫做多级决策树。二、信息的价值二、信息的价值 决策所需的信息一般可以分为两类。一类是决策所需的信息一般可以分为两类。一类是完全信息完全信息，即据此可以得到完全肯定的自然状态，即据此可以得到完全肯定的自然状态信息，这样就有助于正确的决策，从而使决策结信息，这样就有助于正确的决策，从而使决策结果能获得较大的收益，但为获得完全信息的代价果能获得较大的收益，但为获得完全信息的代价也相当可观，而且在现实中和在多数情况下，要也相当可观，而且在现实中和在多数情况下，要获得这种完全信息也较为困难或根本不可能做到；获得这种完全信息也较为困难或根本不可能做到；另一类是另一类是抽样信息抽样信息，这是一类不完全可靠的信息。，这是一类不完全可靠的信息。通过抽样所获得的信息，用统计方法来推断自然通过抽样所获得的信息，用统计方法来推断自然状态出现的概率，据此来选择行动方案。抽样信状态出现的概率，据此来选择行动方案。抽样信息虽不十分可靠，但为获得此类信息的代价也较息虽不十分可靠，但为获得此类信息的代价也较小，且在实际中和在多数情况下，也只可能获得小，且在实际中和在多数情况下，也只可能获得这类信息以供决策之需。这类信息以供决策之需。三、效用曲线的应用三、效用曲线的应用第七章:决策分析方法第三节冲突分析一、对策论与冲突分析一、对策论与冲突分析 冲冲突突分分析析(Conflict Conflict Analysis)Analysis)是是国国外外近近年年来来在在经经典典对对策策论论(Game Game Theory)Theory)和和偏偏对对策策理理论论(MetagameMetagame Theory)Theory)基基础础上上发发展展起起来来的的一一种种对对冲冲突突行行为为进进行行正正规规分分析析(Formal Formal Analysis)Analysis)的的决决策策分析方法。分析方法。其其主主要要特特点点是是能能最最大大限限度度地地利利用用信信息息，通通过过对对许许多多难难以以定定量量描描述述的的现现实实问问题题的的逻逻辑辑分分析析，进进行行冲冲突突事事态态的的结结果果预预测测和和过过程程分分析析(预预测测和和评评估估、事事前前分分析析和和事事后后分分析析)，帮帮助助决决策策者者科科学学周周密密地地思思考考问问题题。它它是是分分析析多多人人决决策策和和解解决决多多人人竞竞争争问问题题的的有有效效工工具具之之一一。国国外外已已在在社社会会、政政治治、军军事事、经经济济等等不不同同领领域域的的纠纠纷纷谈谈判判、水水力力资资源源管管理理、环环境境工工程程、运运输输工工程程等等方方面面得得到到了了应应用用，我我国国也也已已在在社社会会经经济济、企企业业经经营营和和组组织织管理等领域开始应用。管理等领域开始应用。对对策策(Game)Game)是是决决策策者者在在某某种种竞竞争争场场合合下下作作出出的的决决策策，是是一一种种人人为为的的不不确确定定型型决决策策(竞竞争争或或对对抗抗型型决决策策)。作作为为一一类类特特殊殊的的决决策策问问题题，对对策策的基本模式的基本模式(概念模型概念模型)如图如图7 71010所示。所示。一般决策：Vij=f(Aj,j)Aj:决策者第I中选择，I=I,m(行动方案、可控因素、决策变量)j：决策对象所处的第j种环境条件，j=I,n(自然状态、不可控因素、状态变量)Vij：决策系统状态的价值函数（益损函数）人为不确定性决策：Vij(A)=f(Aj,Bj)Aj:决策者第I中选择，Bj：竞争对手第j种选择Vij(A)：决策者的益损（赢得、支付）函数对策：G=N,A,VG-GAME，N-局中人集合A-局中人策略集合V-赢得、支付或益损值图710 对抗型决策的概念模型 对对策策论论起起源源于于2020世世纪纪2020年年代代初初，4040年年代代中中和和6060年年代代中中均均得得到到了了很很大大发发展展，7070年年代代以以来来在在许许多多方面又取得了丰硕成果。方面又取得了丰硕成果。7070年年代代初初，N.Howard(N.Howard(英英)提提出出了了一一种种以以现现实实生生活活中中最最容容易易出出现现 的的情情况况为为基基础础的的对对策策理理论论MetagameMetagame Theory(Theory(偏偏对对策策理理论论)。其其基基本本思思想想是是认认为为在在选选择择策策略略时时要要考考虑虑其其他他局局中中人人可可能能的的反反应应，即即将将各各局局中中人人的的策策略略作作为为一一种种函函数数，使使其其构构成成更更高高一一级级的的对对策策，即即偏偏对对策策。另另外外，在在该该理理论论描描述述中中，主主张张用用结结局局的的优优先先序序代代替替其其赢赢得得值值，从从而使得对策模型的可实现性大大增强。而使得对策模型的可实现性大大增强。到到了了8080年年代代，M.FraserM.Fraser和和W.W.HipelHipel(加加拿拿大大)在在偏偏对对策策的的基基础础上上，提提出出了了一一种种研研究究冲冲突突事事态态的的方方法法冲冲突突分分析析方方法法，从从而而使使得得对对策策理理论论更更加加实实用用化化。该该方方法法的的提提出出也也迎迎合合了了近近一一、二二十十年年来来对对策策化化(gaming)gaming)或或通通过过模模拟拟手手段段来来研研究究对对策策问问题题的趋势。的趋势。冲突分析方法的主要特色是：冲突分析方法的主要特色是：(1)(1)能能最最大大限限度度地地利利用用信信息息，尤尤其其对对许许多多难难以以定定量量分分析析的的问问题题，用用冲冲突突分分析析解解决决起起来来更更显显得得得得心心应应手手，因因而而较较适适于于解解决决工工程程系系统统中中考考虑虑社社会会因因素素影影响响时时的的决决策策问问题题和和社社会会系系统统中中的的多多人人决决策问题。策问题。(2)(2)具具有有严严谨谨的的数数学学(集集合合论论)和和逻逻辑辑学学基基础础，是是在在一一般般对对策策论论基基础础上上发发展展起起来来的的偏偏对对策策理理论的实际应用。论的实际应用。(3)(3)冲冲突突分分析析既既能能进进行行冲冲突突事事态态的的结结果果预预测测(事事前前分分析析)，又又能能进进行行事事态态的的过过程程描描述述和和评评估估(事事后后分分析析)，从从而而可可为为决决策策者者提提供供多多方方面面有有价价值值的决策信息，并可进行政策和决策行为的分析。的决策信息，并可进行政策和决策行为的分析。(4)(4)分分析析方方法法在在使使用用中中几几乎乎不不需需任任何何的的数数学学理理论论和和复复杂杂的的数数学学方方法法，很很容容易易被被理理解解和和掌掌握握。主主要要分分析析过过程程还还可可用用计计算算机机、通通过过人人机机对对话话解解决决，因因而而具具有有很很强强的的实实用用性性。目目前前，使使用用较较多多的的冲冲 突突 分分 析析 软软 件件 是是 CAP(Conflict CAP(Conflict Analysis Analysis Program)Program)或或DM(Decision Maker)DM(Decision Maker)。(5)(5)冲冲突突分分析析用用结结局局的的优优先先序序代代替替了了效效用用值值，并并认认为为对对结结局局比比较较判判断断时时可可无无传传递递性性，从从而而在在实实际际应应用用中中避避开开了了经经典典对对策策论论关关于于效效用用值值和和传传递递性性假设等障碍。假设等障碍。二、冲突分析的程序及要素二、冲突分析的程序及要素 1 1、冲突分析的一般过程、冲突分析的一般过程 冲突分析的一般过程或程序如图冲突分析的一般过程或程序如图7 71111所示。所示。冲突问题对冲突事件背景的认识与描述建模稳定性分析决策结 果分 析与 评价YN图711 冲突分析过程示意图 (1)(1)对对冲冲突突事事件件背背景景的的认认识识与与描描述述以以对对事事件件有有关关背背景景材材料料的的收收集集和和整整理理为为基基本本内内容容。整整理理和和恰恰当的描述是分析人员的主要工作。主要包括：当的描述是分析人员的主要工作。主要包括：冲冲突突发发生生的的原原因因(起起因因)及及事事件件的的主主要要发发展展过程；过程；争论的问题及其焦点；争论的问题及其焦点；可可能能的的利利益益和和行行为为主主体体及及其其在在事事件件中中的的地地位及相互关系；位及相互关系；有有关关各各方方参参与与冲冲突突的的动动机机、目目的的和和基基本本的的价值判断；价值判断；各方在冲突事态中可能独立采取的行动。各方在冲突事态中可能独立采取的行动。对对背背景景的的深深刻刻了了解解和和恰恰当当描描述述，是是对对复复杂杂的的冲突问题进行正规分析的基础。冲突问题进行正规分析的基础。(2)(2)冲冲突突分分析析模模型型(建建模模)是是在在初初步步信信息息处处理理之之后后，对对冲冲突突事事态态进进行行稳稳定定性性分分析析用用的的冲冲突突事事件件或或冲冲突突分分析析要要素素间间相相互互关关系系及及其其变变化化情情况况的的模模拟拟模模型，一般用表格形式比较方便。型，一般用表格形式比较方便。(3)(3)稳稳定定性性分分析析是是使使冲冲突突问问题题得得以以“圆圆满满”解解决决的的关关键键，其其目目的的是是求求得得冲冲突突事事态态的的平平稳稳结结局局(局局势势)。所所谓谓平平稳稳局局势势，是是指指对对所所有有局局中中人人都都可可接接受受的的局局势势(结结果果)，也也即即对对任任一一局局中中人人i i，更更换换其其策策略略后后得得到到新新局局势势，而而新新局局势势的的效效用用值值(赢赢得得)或或偏偏好好度度都都较较原原局局势势为为小小，则则称称原原来来的的局局势势为为平平稳稳局局势势。因因在在平平稳稳状状态态下下，没没有有一一个个局局中中人人愿愿意意离离开开他他已已经经选选定定的的策策略略。故故平平稳稳结结局局亦亦为为最最优优结结局局(最最优优解解)。稳稳定定性性分分析析必必须须考考虑虑有有关关各各方方的的优优先选择和相互制约。先选择和相互制约。(4)(4)结结果果分分析析与与评评价价 主主要要是是对对稳稳定定性性分分析析的的结结果果(即即各各平平稳稳局局势势)做做进进一一步步的的逻逻辑辑分分析析和和系系统统评评价价，以以便便向向决决策策者者提提供供有有实实用用价价值值的的决决策策参参考考信息。信息。2 2、冲突分析的基本要素、冲突分析的基本要素 冲冲突突分分析析的的要要素素(也也叫叫冲冲突突事事件件的的要要素素)是是使使现现实实冲冲突突问问题题模模型型化化、分分析析正正规规化化所所需需的的基基本本信信息，也是对原始资料处理的结果。主要有：息，也是对原始资料处理的结果。主要有：(1)(1)时时间间点点：是是说说明明“冲冲突突”开开始始发发生生时时刻刻的的标标志志；对对于于建建模模而而言言，则则是是能能够够得得到到有有用用信信息息的的终终点点。因因为为冲冲突突总总是是一一个个动动态态的的过过程程，各各种种要要素素都都在在变变化化，这这样样很很容容易易使使人人认认识识不不清清，所所以以需需要要确确定定一一个个瞬瞬间间时时刻刻，使使问问题题明明朗朗化化。但但时时间间点点不直接进入分析模型。不直接进入分析模型。(2)(2)局局中中人人(Players)Players)：是是指指参参与与冲冲突突的的集集团团或或个个人人(利利益益主主体体)，他他们们必必须须有有部部分分或或完完全全的的独独立立决决策策权权(行行为为主主体体)。冲冲突突分分析析要要求求局局中中人人至至少少有两个或两个以上。局中人集合记作有两个或两个以上。局中人集合记作N N，N|=n2N|=n2。(3)(3)选选择择或或行行动动(Options)Options)：是是各各局局中中人人在在冲冲突突事事态态中中可可能能采采取取的的行行为为动动作作。冲冲突突局局势势正正是是由由各各方方局局中中人人各各自自采采取取某某些些行行动动而而形形成成的的。每每个个局局中中人人一一组组行行动动的的某某种种组组合合称称为为该该局局中中人人的的一一个个策策略略(Strategy)Strategy)。第第i i个个局局中中人人的的行行动动集集合合记记作作OiOi ,|,|OiOi|=|=kiki。(4)(4)结结局局(Outcomes)Outcomes)。各各局局中中人人冲冲突突策策略略的的组组合合共共同同形形成成冲冲突突事事态态的的结结局局。全全体体策策略略的的组组合合(笛笛卡卡尔尔乘乘积积或或直直积积)为为基基本本结结局局集集合合，记记作作T T，|T|=|T|=？。结局是冲突分析问题的解。结局是冲突分析问题的解。(5)(5)优优先先序序或或优优先先向向量量(Preference Preference Vector)Vector)。各各局局中中人人按按照照自自己己的的目目标标要要求求及及好好恶恶标标准准，对对可可能能出出现现的的结结局局(可可行行结结局局)排排出出优优劣劣次次序序，形形成成各各自的优先序自的优先序(向量向量)。三、CA基本方法举例CubanMissileCrisis(CMC)1.背景1956年末至19591961年4月及1961年中1962年10月14日美苏 维持现状 维持现状 实施空袭 撤除导弹基地 设置封锁圈 加剧局势紧张化本分析的类型和目的2.建模（1）明确基本要素时间点：1962年10月中旬局中人：美、苏行动：美 空袭 封锁苏 撤除 升级（2）表达及综合结局 1.空袭0101010101010101202.封锁001100110011001121基本结局可行结局美：3.撤除0000111100001111224.升级000000001111111123十进制数0123456789101112131415苏：（3）确定优先序美：46572130119108苏：04625173119108 3.稳定性分析基本假设：每个局中人都将不断朝着对自己最有利的方向改变其策略；局中人在决定自己的选择时，都会考虑到其他局中人可能的反应及对本人的影响；全局平稳结局首先对每个局中人来说都是个体平稳的。（1）确 定 单 方 面 改 进 结 局 UI（UnilateralImprovement）（2）确定个体稳定状态 合理稳定（Rational stableR）连 续 处 罚 稳 定（Sequentially sanctioned stableS）非稳定（UnstableU）（3）确定全局平稳结局（EquilibriumE）全局平稳EE个体稳定rsuuruuuruuu美:46572130119108UI4442221111116611995310个体稳定rsrururuuuuu苏:04625173119108UI065775603124 4.结果分析“0”“2”“6”美苏 四、冲突分析一般方法 不可行结局的类型（Type）Type在逻辑推理上不可能形成在策略的优先选择上不可能出现在合作可能上不可行在递阶要求上不可行局中人自身12局中人相互之间3456n人冲突中第i个局中人稳定性分析的程序开始对于局中人i,结局q有UI吗？对于局中人i,由q的UI结局q0其他局中人是否有UI？吗？其他局中人由q0其造成的一切结局q/，对于局人i而言，全都比q更优吗？对于局中人i,由结局q的UI结局还有吗？q是合理稳定性结局，记作rq是非稳定性结局，记作u（检查同时处罚性稳定，若是记作u）q是连续处罚性稳定结局，记作sq是全局平稳结局，记作E结束YNNYYN思考与练习题（略）本章讲义