环境系统工程决策方法

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1、环境系统工程环境系统工程第十讲：环境系统决策第十讲：环境系统决策1第一节第一节决策基本概念决策基本概念一、决策概念一、决策概念 就就是是决决策策者者为为达达到到某某种种目目标标，从从若若干干个个可可以以替替代代的的可可行行方案中选取理想或方案中选取理想或满意满意满意满意的方案。这里包含三个主要内容：的方案。这里包含三个主要内容：n 一一是是决决策策者者有有一一个个预预期期目目标标，即即想想要要达达到到某某种种目目的的或或期期望的某种经济效果。望的某种经济效果。n 二是决策者主观上想选择某一方案；二是决策者主观上想选择某一方案；n 三三是是客客观观上上有有多多个个可可行行方方案案可可供供选选择择

2、，且且可可依依据据某某一一评评价标准，从这些方案中选择满意的方案，并要付诸实施。价标准，从这些方案中选择满意的方案，并要付诸实施。2第一节第一节决策基本概念决策基本概念一、决策概念一、决策概念 正正确确的的决决策策，将将导导致致正正确确的的行行动动，获获得得最最佳佳效效果果。决决策策科科学学是是一一门门综综合合性性很很强强的的新新兴兴交交叉叉学学科科，横横跨跨了了自自然然科科学学、社社会会科科学学和和人人类类思思维维领领域域的的多多个个方方面面，尤尤其其是是数数学学、运运筹筹学学、管管理理科科学学、行行为为科科学学和和思思维维科科学学。尽尽管管决决策策是是以以人人类类的的思思维维活活动动为为主

3、主要要表表现现形形式式，但但决决策策仍仍然然有有科科学学性性可可循循。决决策策分分析析就就是是研研究究如如何何才才能能作作出科学决策的一门科学。出科学决策的一门科学。 3第一节第一节决策基本概念决策基本概念一、决策概念一、决策概念 从从系系统统工工程程的的观观点点来来说说，系系统统决决策策就就是是根根据据系系统统的的状状态态选选取取可可能能的的策策略略（方方案案），并并对对这这些些策策略略（方方案案）所所产产生生的的效效果果进进行行综综合合研研究究，以以便便按按照照某某种种评评价价标标准准选择一个最优策略（方案）。选择一个最优策略（方案）。 4第一节第一节决策基本概念决策基本概念一、决策概念一

4、、决策概念 40年年代代：决决策策分分析析随随着着现现代代效效用用理理论论的的提提出出而而形形成成和和发展起来的。发展起来的。 50年代：提出统计决策理论。年代：提出统计决策理论。 60年年代代：提提出出了了将将系系统统分分析析方方法法和和统统计计决决策策理理论论相相结结合的随机性决策分析方法。合的随机性决策分析方法。 60年代后：出现了多目标决策、序贯决策、群决策。年代后：出现了多目标决策、序贯决策、群决策。 随随着着计计算算机机技技术术的的发发展展，决决策策已已经经从从一一种种纯纯粹粹凭凭个个人人经经验验和和能能力力的的运运筹筹技技术术，变变成成一一门门建建立立在在严严格格逻逻辑辑论论证和

5、精确计算基础上的一门科学。证和精确计算基础上的一门科学。 5第一节第一节决策基本概念决策基本概念6第一节第一节决策基本概念决策基本概念二、环境治理工程中决策应遵循的准则二、环境治理工程中决策应遵循的准则 1、信信息息准准则则：决决策策应应以以掌掌握握大大量量、准准确确的的信信息息，高高质质量量的的资资料为基础。料为基础。 2、可可行行性性准准则则：分分析析现现有有的的人人力力、物物力力、财财力力、技技术术能能力力，实施以后的利弊。实施以后的利弊。 3、预测准则、预测准则：为决策者提供有关未来的信息。：为决策者提供有关未来的信息。 4、对比选优准则：、对比选优准则：决策时要进行多种方案比较，从中

6、选优。决策时要进行多种方案比较，从中选优。 5、集集团团决决策策准准则则：决决策策时时要要贯贯彻彻民民主主集集中中制制的的集集体体领领导导原原则则。发挥咨询参谋机构的作用。发挥咨询参谋机构的作用。 6、反反馈馈准准则则：通通常常决决策策不不可可能能十十全全十十美美，应应将将实实践践所所检检验验出出的不足及时反馈给决策者，以便据此做出相应调整。的不足及时反馈给决策者，以便据此做出相应调整。7第二节第二节决策分类与损益矩阵决策分类与损益矩阵一、决策分类一、决策分类 1 1、决策者地位：、决策者地位：、决策者地位：、决策者地位：高层、中层和基层决策。高层、中层和基层决策。 2 2、作出决策的先后次数

7、：、作出决策的先后次数：、作出决策的先后次数：、作出决策的先后次数：一次决策、多阶段决策一次决策、多阶段决策 3 3、决策目标个数：、决策目标个数：、决策目标个数：、决策目标个数：单目标决策、多目标决策单目标决策、多目标决策 4 4、决策内容：、决策内容：、决策内容：、决策内容：战略决策、战术决策战略决策、战术决策8第二节第二节决策分类与损益矩阵决策分类与损益矩阵 5 5、根据对未来状态掌握的可靠程度、根据对未来状态掌握的可靠程度、根据对未来状态掌握的可靠程度、根据对未来状态掌握的可靠程度 （1）确定型决策）确定型决策 决决策策者者对对每每个个可可行行方方案案未未来来可可能能发发生生各各种种自

8、自然然状状态态及及其其结结果果掌掌握比较清楚，这时可以从可行方案中选择一个最有利的方案。握比较清楚，这时可以从可行方案中选择一个最有利的方案。 （2）风险型决策）风险型决策 决决策策问问题题存存在在着着多多种种自自然然状状态态，每每种种状状态态都都可可能能发发生生，而而且且发发生生的的可可能能性性为为某某一一概概率率值值。如如降降雨雨预预测测：依依据据气气象象云云图图、气气象象雷达等，但仍存在空报、漏报、错报等风险。雷达等，但仍存在空报、漏报、错报等风险。 （3）不确定型决策）不确定型决策 针针对对新新的的决决策策项项目目，由由于于自自然然变变化化的的随随机机性性，或或缺缺乏乏可可利利用用信信

9、息息，只只估估测测到到可可能能发发生生的的几几种种状状态态，但但每每种种状状态态发发生生的的可可能能性性无法确定。决策是凭个人的经验和估计作出。无法确定。决策是凭个人的经验和估计作出。 9第二节第二节决策分类与损益矩阵决策分类与损益矩阵（1）确定型决策）确定型决策例例2-1 2-1 农田总面积：农田总面积：100hm2100hm2； 种农作物种农作物A:A:农药流失量农药流失量0.9kg/hm20.9kg/hm2，收入，收入300300美元美元/hm2/hm2，成本，成本 160160美元美元/hm2/hm2 种农作作种农作作B:B:农药流失量农药流失量0.5kg/hm20.5kg/hm2，收

10、入，收入150150美元美元/hm2/hm2，成本，成本 5050美元美元/hm2/hm2 总农药不允许超过总农药不允许超过632.5kg632.5kg，收益最大的种值组合？，收益最大的种值组合？ 建模：假设建模：假设x1,x2x1,x2分别为作物分别为作物A A和和B B的种植面积的种植面积 Z=(300-160)x1+(150-50)x2Z=(300-160)x1+(150-50)x2 0.9x1+0.5x2=632.5 0.9x1+0.5x2=0 x1,x2=0 10第二节第二节决策分类与损益矩阵决策分类与损益矩阵二、决策程序二、决策程序 1、确定目标和价值准则、确定目标和价值准则 目目

11、标标必必须须具具体体、明明确确，在在时时间间、地地点点和和数数量量方方面面都都有有所所要要求求，而而且要有一个衡量目标的准则。目标系统：分清主次、先后、关键且要有一个衡量目标的准则。目标系统：分清主次、先后、关键 2、拟定多个可行性方案、拟定多个可行性方案 可可行行性性方方案案是是实实现现决决策策目目标标的的途途径径和和手手段段，决决策策的的核核心心问问题题就就在在于于对对多多种种可可行行性性方方案案的的优优选选。从从经经济济、环环境境和和社社会会等等方方面面综综合合、系系统的研究，对实施后的效果进行预测。强调三个效益。统的研究，对实施后的效果进行预测。强调三个效益。 3、决策模型，分析评价、

12、决策模型，分析评价 对对模模拟拟结结果果进进行行分分析析评评价价，依依靠靠可可行行性性分分析析和和各各种种决决策策技技术术（决决策矩阵、决策树）使各种方案的利弊得以表达。策矩阵、决策树）使各种方案的利弊得以表达。 4、综合分析，方案选优、综合分析，方案选优 对各个可供选择的可行性方案权衡利弊，从中选一或综合为一。对各个可供选择的可行性方案权衡利弊，从中选一或综合为一。11第二节第二节决策分类与损益矩阵决策分类与损益矩阵三、损益矩阵三、损益矩阵 损益矩阵实际上是对决策问题的一种描述，并以此为基础，损益矩阵实际上是对决策问题的一种描述，并以此为基础，运用不同的分析标准和方法，从若干个可行方案中选出

13、最佳运用不同的分析标准和方法，从若干个可行方案中选出最佳方案。损益矩阵一般由三部分组成：方案。损益矩阵一般由三部分组成：l 可行性方案可行性方案dil 自然状态自然状态Sm及其发生的概率及其发生的概率 Pml 损益值（各种行动方案的可能结果损益值（各种行动方案的可能结果 ）qij 把以上三部分内容在一个表上表现出来，该表就称为损益把以上三部分内容在一个表上表现出来，该表就称为损益矩阵表矩阵表12第二节第二节决策分类与损益矩阵决策分类与损益矩阵13第二节第二节决策分类与损益矩阵决策分类与损益矩阵D=（d1, d2, dn）为可行性方案集合（策略空可行性方案集合（策略空间）S=（S1, S2, S

14、m）为各方案可能遇到的情况（状各方案可能遇到的情况（状态空空间）P=（P1, P2, Pm）为每种自然状每种自然状态可能可能发生的概率生的概率Q=qij为损益益矩矩阵。为方方案案di在在自自然然状状态Sj下下所所产生生的的收收益益或或损失失 损失失值是可行性方案、自然状是可行性方案、自然状态的函数。的函数。Q=f(D, S)D决策者所控制的因素，即可以采用的可行方案决策者所控制的因素，即可以采用的可行方案S-决策者不能控制的因素，即自然状决策者不能控制的因素，即自然状态14第二节第二节决策分类与损益矩阵决策分类与损益矩阵 某某电电视视机机厂厂打打算算生生产产一一种种新新产产品品，现现有有三三种

15、种方方案案可可供供选选择择。d1：改改造造原原有有的的生生产产线线； d2 ：新新建建一一条条生生产产线线；d3 ：与与其其他他企企业业合合作作生生产产。根根据据以以往往的的市市场场经经验验信信息息，产产品品投投入入市市场场后后可可能能有有三三种种自自然然状状态态，S1：畅畅销销； S2 ：销销路路适适中中； S3 ：滞滞销销。各各自自然然状状态态发发生生的的概概率分别为：率分别为：P1=0.3，P2=0.4，P3 =0.315第三节第三节确定型决策确定型决策一、一、确定性决策确定性决策 是是指指不不同同方方案案的的未未来来自自然然状状态和和信信息息完完全全已已知知的的情情况况下下，决决策策者

16、者可可根根据据完完全全确确定定的的情情况况比比较选择，或或者者建建立立数数学学模模型型进行行运运算算，并并能能得得到确定到确定结论的决策。的决策。二、常用的方法二、常用的方法 线性性规划、划、动态规划、非划、非线性性规划、划、费用分析用分析三、例三、例5-1（106页）有）有问题？16第三节第三节确定型决策确定型决策17第三节第三节确定型决策确定型决策18第三节第三节确定型决策确定型决策19第四节第四节不确定型决策不确定型决策一、一、确定性决策确定性决策 是是指指决决策策者者对环境境状状况况一一无无所所知知，即即不不仅状状态发生生是是随随机机的的，而而且且状状态发生生的的概概率率由由于于缺缺乏

17、乏经验和和资料料也也是是未未知知的。的。二、常用的方法二、常用的方法l 悲悲观决策法决策法l 乐观决策法决策法l 折中决策法折中决策法l 等可能法等可能法l 后悔后悔值法法20第四节第四节不确定型决策不确定型决策（1）悲）悲观决策法决策法 它它是是一一种种比比较小小心心、谨慎慎的的所所谓“保保守守型型”决决策策者者常常用用的的方方法法。对客客观情情况况持持悲悲观态度度，从从坏坏处着着想想，在在各种最坏的情况下各种最坏的情况下选择好一点的好一点的结果。果。 首首先先从从每每一一个个方方案案中中选择一一个个最最小小的的收收益益值。然然后后再再从从这些些最最小小收收益益值所所代代表表的的不不同同方方

18、案案中中，选择一一个个收益最大的方案。收益最大的方案。21第四节第四节不确定型决策不确定型决策自自然然状状态损益益可可行行方方案案22第四节第四节不确定型决策不确定型决策（2）乐观法法 该法法多多被被一一些些敢敢想想敢敢干干，敢敢承承担担风险的的所所谓“进取取型型”决策者采用，其特点是决策者采用，其特点是实现方案方案选择中的中的乐观原原则。23第四节第四节不确定型决策不确定型决策自自然然状状态损益益可可行行方方案案24第四节第四节不确定型决策不确定型决策（3）折中法）折中法 对客客观条条件件的的估估计既既然然不不乐观，也也不不悲悲观，介介于于乐观与与悲悲观之之间的的一一个个折折中中标准准。在在

19、应用用时，决决策策者者确确定定一一个个折折中中系系数数 ，对未未来来的的估估计乐观时大大于于0.5，悲悲观时小于小于0.5。25第四节第四节不确定型决策不确定型决策（3）折中法）折中法 仍仍以以例例5-2为例例：如如果果决决策策者者倾向向乐观估估计，将将值定定为0.7，根据上式，可，根据上式，可计算每一可行方案的折中收益算每一可行方案的折中收益值。26第四节第四节不确定型决策不确定型决策（4）等可能法）等可能法 该法法以以所所谓无无充充分分理理由由原原则为依依据据。由由于于各各种种自自然然状状态出出现的的概概率率未未知知，故故没没有有足足够的的信信息息说明明其其发生生概概率率是是不不同同的的。

20、因因此此，可可认为各各种种自自然然状状态出出现的的概概率可能性相等。率可能性相等。27第四节第四节不确定型决策不确定型决策（4）等可能法）等可能法 A. 若若损益矩益矩阵为收益收益值，则按下式按下式计算算 B. 若若损益矩益矩阵为损失失值，则按下式按下式计算算28第四节第四节不确定型决策不确定型决策（5）后悔）后悔值法法 当当某某一一自自然然状状态发生生时，已已明明确确某某一一行行动方方案案最最好好，但但决决策策者者由由于于某某种种原原因因没没有有采采用用该方方案案而而采采用用了了其其它它方方案案，必必将将后后悔悔。因因此此将将每每种种自自然然状状态下下的的最最优损益益值作作为该状状态的的理理

21、想想目目标，再再将将该状状态下下其其余余损益益值与最与最优值之差称之差称为未达到理想的后悔未达到理想的后悔值。 29第五节第五节风险型决策风险型决策 风险型型决决策策是是指指决决策策者者在在进行行决决策策时并并不不确确切切知知道道哪哪一一个个条条件件（自自然然状状态）将将一一定定发生生，而而只只是是根根据据经验、已有已有资料推算出事件料推算出事件发生的概率，并据此生的概率，并据此进行决策。行决策。l最大期望收益最大期望收益标准准l最小期望最小期望损失失值标准准l最大可能决策最大可能决策标准准l矩矩阵法法l灵敏度分析法灵敏度分析法 30第五节第五节风险型决策风险型决策（1）最大期望收益）最大期望

22、收益标准准 该法法以以决决策策矩矩阵为基基础，分分别计算算各各个个方方案案在在不不同同自自然然状状态下下的的损益益期期望望值，并并从从中中选择收收益益期期望望值最大或最大或损失期望失期望值最小的方案作最小的方案作为最最优方案。方案。 见110例例5-331第五节第五节风险型决策风险型决策例例5-3 某工厂拟生产某工厂拟生产A1, A2两种产品，不同季节产品销量不同，两种产品，不同季节产品销量不同，依据以往对市场需求统计，在旺季、平季、淡季销售产依据以往对市场需求统计，在旺季、平季、淡季销售产品比例分别为品比例分别为0.2、0.5、0.3，如果生产，如果生产A1产品在三个季产品在三个季中分别获中

23、分别获4万元、万元、3万元和万元和2万元，万元，A2产品在三个季节分产品在三个季节分别获利别获利7万元，万元，2万元和万元和0万元。问该工厂应如何安排生万元。问该工厂应如何安排生产，方能获得最大利润？产，方能获得最大利润？32第五节第五节风险型决策风险型决策 自然状自然状态S 概率概率P可行方案可行方案DS1（旺季）（旺季）S2（平季）（平季）S3（淡季）（淡季）0.20.50.3A1432A2720生产生产A1产品获利产品获利EA1=0.2*4+0.5*3+0.3*2=2.9万元万元生产生产A2产品获利产品获利EA2=0.2*7+0.5*2+0.3*0=2.4万元万元33第五节第五节风险型决

24、策风险型决策（2）最小期望）最小期望损失失值标准准 该标准准与与最最大大期期望望收收益益标准准相相反反，是是以以选择期望期望损失失值最小的方案最小的方案为最最优方案：方案： 见111表表5-734第五节第五节风险型决策风险型决策 自然状自然状态S 概率概率P可行方案可行方案DS1（旺季）（旺季）S2（平季）（平季）S3（淡季）（淡季）0.20.50.3A1300A2012生产生产A1产品损失产品损失EA1=0.2*3+0.5*0+0.3*0=0.6万元万元生产生产A2产品损失产品损失EA2=0.2*0+0.5*1+0.3*2=1.1万元万元35第五节第五节风险型决策风险型决策 （3）最大可能决

25、策）最大可能决策标准准 最最大大可可能能决决策策标准准就就是是选择概概率率值最最大大的的一一种种自自然然状状态，然然后后从从该自自然然状状态中中挑挑选一一个个收收益益最最大大的的方方案案作作为最最优方方案案。这种种决决策策比比较简单，应用用较广广，主主要要应用用于于各各个个状状态的的概概率率值中中一一个个值突突出出地地比比其其他他要要大大，而高的收益而高的收益值又相差不大。又相差不大。 见111表表5-836第五节第五节风险型决策风险型决策 自然状自然状态S 概率概率P可行方案可行方案DS1（旺季）（旺季）S2（平季）（平季）S3（淡季）（淡季）0.20.50.3A1432A272037第五节

26、第五节风险型决策风险型决策 （4）矩）矩阵法法 所所谓矩矩阵法法就就是是通通过矩矩阵运运算算来来求求方方案案的的效效益期望益期望值。112页 例例5-438第五节第五节风险型决策风险型决策 （5）灵敏度分析法）灵敏度分析法 在在决决策策分分析析中中，自自然然状状态的的概概率率和和损益益值往往往往由由预测或或估估计得得到到，不不可可能能十十分分精精确确，加加之之实际情情况况也也在在不不断断变化化，这就就需需要要分分析析决决策策所所用用的的数数据据在在多多大大范范围内内变动时，原原决决策策的的最最优方方案案继续有有效效。如如最最优方方案案允允许概概率率值和和损益益值的的变动范范围大大，则方方案案就

27、就比比较稳定。定。 具体具体见例例5-5。39第五节第五节风险型决策风险型决策例例5-5：某某工工业局局为生生产某某一一新新产品品，规划划设计了了两两个个方方案案，即即兴建建一一个个大大厂厂或或兴建建一一个个小小厂厂，经研研究究计算算后后编制制损益表益表: (a) 应用最大期望用最大期望值标准确定确定最准确定确定最优方案方案 建大厂方案建大厂方案为最最优方案。方案。40第五节第五节风险型决策风险型决策 （b）灵敏度分析）灵敏度分析 现对两种两种销售状售状态的概率做些的概率做些变动，以探求敏感范，以探求敏感范围。假假设销路好的概率由路好的概率由0.7变到到0.8，则两个方案期望收益：两个方案期望

28、收益： E1(1)=100*0.8+(1-0.8)*(-20)=76万元万元 E2(1)=40*0.8+(1-0.8)*(30)=38万元万元假假设销路好的概率由路好的概率由0.7变到到0.5，则两个方案期望收益：两个方案期望收益： E1(2)=100*0.5+(1-0.5)*(-20)=40万元万元 E2(2)=40*0.5+(1-0.5)*(30)=35万元万元41第五节第五节风险型决策风险型决策 （c）转折概率折概率 假假设由由于于概概率率值的的变化化使使最最优方方案案发生生转折折时的的概概率率 为P0，这时两方案的期望收益两方案的期望收益值相等。相等。 100* P0 +(1- P0)

29、*(-20)=40* P0 +(1- P0)*(30)= 即即P0=5/11=0.45 即即当当P00.45时，兴建建大大厂厂方方案案仍仍为最最优方方案案；当当P0E2 故故选建大厂建大厂为最最优方案。方案。 48第六节第六节决策树决策树 四、多四、多级决策决策 多多级决决策策是是对决决策策问题比比较复复杂，而而要要进行行多多次次序序列列的决策。的决策。 上上例例提提供供的的建建厂厂方方案案，其其预测年年限限是是10年年，实际上上对10年年进行行产品品销路路状状况况预测是是难以以准准确确的的，为避避免免出出现预测失失误，通通常常将将规划划期期分分为几几个个阶段段而而分分别预测其其概概率率。因因

30、而而建建厂厂方方案案也也因因其其产量量的的不不同同而而有有许多多种种，所所以以就需要就需要进行多行多级决策。决策。 假假设在在原原来来两两方方案案的的基基础上上再再考考虑第第三三个个方方案案，即即先先建建小小厂厂如如销路路好好，三三年年后后再再扩建建，扩建建需需投投资200万万元元，可可使使用用7年年，每每年年利利润95万万元元，问三三个个方方案案中中哪哪个个最最优？ 49第六节第六节决策树决策树 E1=100*0.7+(-20)*0.3*10-300=340万元万元 E3=1.0*95*7-200=465万元万元 E4=1.0*40*7=280万元万元 决策点决策点II： E2=0.7*40*3+0.7*465+0.3*30*10-14=359.5 E2E1，先建小厂，如，先建小厂，如销路好，路好，则三年后再三年后再扩建。建。50