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1、贝叶斯决策模型及实例分析一、贝叶斯决策的概念贝叶斯决策，是先利用科学试验修正自然状态发生的概率，在采用期望效用最大等准那么来确定最优方案的决策方法。风险型决策是根据历史资料或主观判断所确定的各种自然状态概率称为先验概率，然后采用期望效用最大等准那么来确定最优决策方案。这种决策方法具有较大的风险，因为根据历史资料或主观判断所确定的各种自然状态概率没有经过试验验证。为了降低决策风险，可通过科学试验如市场调查、统计分析等等方法获得更多关于自然状态发生概率的信息，以进一步确定或修正自然状态发生的概率；然后在利用期望效用最大等准那么来确定最优决策方案，这种先利用科学试验修正自然状态发生的概率，在采用期望
2、效用最大等准那么来确定最优方案的决策方法称为贝叶斯决策方法。二、贝叶斯决策模型的定义贝叶斯决策应具有如下内容贝叶斯决策模型中的组成局部：。概率分布表示决策者在观察试验结果前对自然发生可能的估计。这一概率称为先验分布。一个可能的试验集合E，无情报试验e0通常包括在集合E之内。一个试验结果Z取决于试验e的选择以Z0表示的结果只能是无情报试验e0的结果。概率分布P(Z/e,)，表示在自然状态的条件下，进行e试验后发生z结果的概率。这一概率分布称为似然分布。一个可能的后果集合C，以及定义在后果集合C的效用函数u(e,Z,a,)。每一后果c=c(e,z,a,)取决于e,z,a和。.故用u(c)形成一个复
3、合函数u(e,z,a,)，并可写成u(e,z,a,)。三、贝叶斯决策的常用方法层次分析法(AHP)在社会、经济和科学管理领域中，人们所面临的常常是由相互关联，相互制约的众多因素组成的复杂问题时，需要把所研究的问题层次化。所谓层次化就是根据所研究问题的性质和要到达的目标，将问题分解为不同的组成因素，并按照各因素之间的相互关联影响和隶属关系将所有因素按假设干层次聚集组合，形成一个多层次的分析结构模型。层次分析模型最高层：表示解决问题的目的，即层次分析要到达的目标。中间层：表示为实现目标所涉及的因素，准那么和策略等中间层可分为假设干子层，如准那么层，约束层和策略层等。最低层：表示事工程标而供选择的各
4、种措施，方案和政策等。层次分析法的根本步骤(l) 建立层次结构模型在深入分析研究的问题后，将问题中所包括的因素分为不同层次，如目标层、指标层和措施层等并画出层次结构图表示层次的递阶结构和相邻两层因素的附属关系。(2) 构造判断矩阵判断矩阵元素的值表示人们对各因素关于目标的相对重要性的认识。在相邻的两个层次中，高层次为目标，低层次为因素。(3) 层次单排序及其一致性检验判断矩阵的特征向量W经过归一化后即为各因素关于目标的相对重要性的排序权值。利用判断矩阵的最大特征根，可求CI和CR值，当CR0.1时，认为层次单排序的结果有满意的一致性；否那么，需要调整判断矩阵的各元素的取值。(4) 层次总排序计
5、算某一层次各因素相对上一层次所有因素的相对重要性的排序权值称为层次总排序。由于层次总排序过程是从最高层到最低层逐层进行的，而最高层是总目标，所以，层次总排序也是计算某一层次各因素相对最高层总目标的相对重要性的排序权值。设上一层次A包含m个因素A1,A2,Am其层次总排序的权值分别为a1,a2,am；下一层次B包含n个因素B1,B2,Bn，它们对于因素Aj(j=1,2,m)的层次单排序权值分别为：b1j,b2j,bnj当Bk与Aj无联系时，bkj=0，那么B层次总排序权值可按下表计算。层次总排序权值计算表层次BA1AmB层次总排序权值a1amB1Bnb11.bn1b1mbnmajb1jajbnj
6、层次总排序的一致性检验，这一步也是从高到低逐层进行的。如果B层次假设干因素对于上一层次某一因素Aj的单排序一致性检验指标为CIj，相应的平均随机一致性指标为RIj，那么B层总排序随机一致性比率为类似地，当CR=0，i=0，其概率pi=0(i=1,2,m;j=1,2)。且设问题有解，即b0存在。在不失一般性的情况下，又为表达方便，还设m1m2否那么可调换两行为顺序标号，那么必有b1m2所以有以下结论：当；当；当两行为期望收益额相等二者之差值为零，故它们等价，无优劣之分。费用型决策依此类推，结论正好同收益型决策问题相反：设行为j(j=1,2)在状态i发生时的费用支付函数Vij=mji+bj (i=
7、1,2,m;j=1,2)，且设i0，b0存在和m1m2等其它条件不便，那么当时，有当当行为1.和2.同等优劣。3.3 后验分析法如果获得了一些新的有关状态概率的情报，例如从市场信息中心购置某商品的下一年需求量信息，由专家调查、抽样检验等途径得到状态如次品率的样本概率等，并用它来修正原来的状态概率即修正先验概率，就得到后验概率。用后验概率进行贝叶斯决策，这就是后验分析法。修正概率过程中需要消耗人力、物力和财力。为了考虑这些因素，后验分析法增加了“抽样情报期望金额(EVSI)和“抽样情况净收益(ENGS)两个指标。3.4 决策树法为了使决策方法形象化，把计算过程画成树形结构，称之为决策树。它由节点
8、和分支组成，它可适用于任何一种决策方法形象化。其中节点分条件节点、决策节点和状态节点。分别用菱形、正方形和圆形标记。条件节点表示需要的条件费用其值等于菱形内部的数字。决策节点生成各行动方案，并将最优方案的期望金额收益或费用值记入其内部。状态节点生成各状态，其内数字表示某一方案期望金额收益或费用值。决策节点和状态节点分别引出决策分支和状态分支，旁边的数字分别表示决策方案和状态概率。四、实例分析 层次分析法在个人理财方面的应用 问题的提出假设某个体有余款2万元，现理财方式有储蓄和投资两大方向，投资又分为购置股票、债券和开放式基金，分别用xi(i=1,2,3,4)表示。对于理财来说最终目的是收入增加
9、而风险最小。而影响收益的因素有利率，经营者素质及企业收益能力，影响风险的主要因素主要有政治、政策风险、通货膨胀以及其它风险。P(yi)是每种因素发生的概率，并设它们相互独立。决策的后果是在未来一年后余款的改变，试选择一种最正确理财方案并证明你的有关结论。问题分析及建模每个决策者对收益和风险大小有不同的考虑，对于求稳的决策者来说，其首先考虑的是风险大小带来的损失问题，然后才考虑收益的问题，一般来说，高风险常常伴着高收益。有的决策者追求高收益是其考虑的首要目标，对于风险却存在冒险心理，鉴于此，在投资2万元情况下，出现五种可能：al：表示可能造成2千元的损失a2：a3：表示收益甚微，可视为无收益也无
10、损失a4：a5：表示可收益2千元其中对于利率带来的两种影响：，不变为0.9，当利率改变时造成收益的概率为0.4，造成损失的概率为0.6。如下示：综上考虑：*0；*0同理，政治及政策造成的两种影响的概率分别为：不造成收益损失概率为：*0；造成收益损失概率为：*0其它风险造成的两种影响的概率分别为：不造成收益损失的概率为：；造成收益损失的概率为：将各种因素对投资收益和损失列表表1如下：单位：万元利率政治政策通货膨胀其他收益风险p(y1)p(y11)p(y2)p(y22)p(y3)p(y32)p(y4)p(y42)储蓄000股票0债券0-0.05基金0 建立层次结构对于yl，y2 Saty等人提出的
11、一种有效地处理这类问题的实用方法，即层次分析法层次分析如下：目标层A合理分配资金准那么层B利率Bl政治政策B2通货膨胀B3其它收益风险B4措施层C储蓄C1股票C2债券C3开放式基金C4 形成判断矩阵依据Saty等人提出的1-9作为尺度的方法通过两两比拟得到正互反阵为：表2 判断矩阵标度说明1Ai与Aj同等重要3Ai与Aj稍微重要5Ai与Aj非常重要7Ai与Aj强烈重要9Ai与Aj极其重要倒数Aij=1/Aji2、4、6、8重要性介于上述数之间 计算矩阵的特征向量和最大特征值利用软件Matlab计算出w0特征向量：w0=(0.8744，0.2670，0.0613，0.1179，0.3870)，最
12、大特征。 一致性检验为保证得到的权重的合理性，通常要对每一个判断矩阵进行一次一致性检验，以观察其是否具有满意的一致性(CR0.1)。否那么，应修改判断矩阵，直到满足一致性要求为止。对矩阵w0中求出的最大特征值检验其值一致性指标比率值一致性比率以及RI随机一致性指标表3 RI系数表阶数3456789RI此时CR=0.1，所以矩阵w0是一致性的正互反阵。现考虑较低层次对较高层次的影响，a1-b表示利率、政治政策、通货膨胀、其他收益风险对可能造成2千元的损失这一因素构成的正互反阵。用同样方法构造矩阵，求出特征值和特征向量并进行一致性检验。 合成权重的计算对表1加权处理，计算平均收益和平均损失：收益：
13、pi=p(y).dij ；损失：qi=p(y).dij，根据风险尽可能小而收益尽可能大的投资的投资原那么就有如下的两目标函数：投资模型： 模型求解通过计算，正互反阵为w0对应的权向量的模型是max:Z=0.0919xl-0.0233x2+0.0178x3+0.3347x4 实例分析我们可以根据各自不同的投资理念，合理取储蓄、股票、债券、基金相互之比的比重，利用上述层次分析法就可以得到相应的投资决策。例如：当取权重为W=(1,2,3,4,5)=w0w1w2=,0.4488)时，利用软件Lindo计算得xl=0，x2=0，x3=0，x4=1，这一结果与保守型人们心理一致。 决策树在风险决策中的应用。 问题的提出某建筑企业对于扩大生产的方案有两个，一个为建大厂，投资600万元，另一个为建小厂，投资为280万元，使用期限均为10年。在时间上分为前3年和后7年，假设前3年需求高其概率为0.7，那么后7年需求高概率为0.9；假设前3年需求量低，那么后7年需求量肯定低。对建小厂假设前3年需求量高，那么扩建，需再投资400万元，使用7年，损益值与建大厂金时间价值的概念相同。损益值如表4：表4 损益值列表(万元/年)自然状态
