Przykłady zastosowań modeli decyzyjnych w działalnoœci przedsiębiorstwa
Modele decyzyjne w przygotowaniu działalnoœci przedsiębiorstwa
strategia wyboru produktu (co wytwarzać)
strategia wyboru technologii (ile produkować)
strategia wyboru miejsca lokalizacji (gdzie wytwarzać)
strategia rozmieszczenia obiektów
strategia organizacji zaopatrzenia (niezbędne czynniki produkcji i ich iloœć)
strategia wykorzystania czynnika ludzkiego
Modele decyzyjne w planowaniu działalnoœci produkcyjnej przedsiębiorstwa:
problem przydziału zadań w czasie
problem harmonogramowania zadań na urzšdzeniach
problem planowania i kontroli przedsięwzięć złożonych z wielu zadań elementarnych
Modele decyzyjne w planowaniu działalnoœci marketingowej
Modele decyzyjne w planowaniu działalnoœci finansowej przedsiębiorstwa
Cechy metody badań operacyjnych
ukierunkowanie na podejmowanie decyzji
interdyscyplinarny charakter badań operacyjnych - koniecznoœć tworzenia zespołów specjalistów z wielu dziedzin w celu formułowania i rozwišzywania modeli badań operacyjnych
podejmowanie decyzji na podstawie modelu analizowanych systemów, a nie bezpoœrednio na podstawie analizy systemów
koniecznoœć budowy modelu decyzyjnego i eksperymentowanie na nim według okreœlonych reguł
lepsze poznanie procesu decyzyjnego i jego specyfiki dzięki metodzie budowy modelu decyzyjnego
koniecznoœć wykorzystywania techniki komputerowej
Etapy procedury rozwišzujšcej problemy decyzyjne za pomocš badań operacyjnych
rozpoznanie sytuacji decyzyjnej i wynikajšcego z niej problemu decyzyjnego
budowa modelu decyzyjnego
rozwišzanie modelu decyzyjnego
ocena poprawnoœci i weryfikacja modelu
przygotowaniu decyzji i opracowanie systemu kontroli realizacji
Rodzaje modeli decyzyjnych
model konceptualny
model formalny (matematyczny)
model optymalizacyjny
model komputerowy
Klasyfikacja modeli decyzyjnych
według liczby kryteriów (jednokryteriowe, wielokryteriowe)
według postaci funkcji celu i ograniczeń (liniowe, nieliniowe)
według postaci zmiennych decyzyjnych (cišgłe, dyskretne)
według charakteru parametrów modelu (deterministyczne, stochastyczne)
według liczby etapów opisu procesu decyzyjnego
Działy badań operacyjnych
programowanie liniowe, optymalizacja dyskretna
zagadnienie transportowe
programowanie wielokryterialne
programowanie dynamiczne
teoria grafów i sieci
teoria gier strategicznych
teoria masowej obsługi
modele decyzyjne gospodarki zapasami
Układ wektorów liniowo niezależnych, liniowo zależnych
układ wektorów jest liniowo zależny, jeżeli chociaż jeden z nich jest kombinacjš pozostałych
w układzie wektorów niezależnych żadnego z tych wektorów nie można przedstawić jako kombinacji liniowej pozostałych
Czy wektory jednostkowe tworzš układ wektorów liniowo zależny, czy liniowo niezależny?
Wektory jednostkowe w przestrzeni Rn stanowiš układ liniowo niezależny
Liczba wektorów liniowo niezależnych w przestrzeni n-wymiarowej
Maksymalna liczba liniowo niezależnych wektorów w przestrzeni Rn wynosi n.
Baza zbioru, licznoœć wektorów liniowo niezależnych, tworzšcych bazę.
bazš zbioru S nazywamy liniowo niezależny układ wektorów b1..bk należšcych do S, rozpinajšcy zbiór S
liczba wektorów stanowišcych bazę zbioru S jest równa maksymalnej liczbie wektorów liniowo niezależnych należšcych do S.
Czy dowolny element zbioru można przedstawić w sposób jednoznaczny jako kombinację liniowš wektorów bazowych tego zbioru?
Dla ustalonej bazy B zbioru S dowolny element a należšcy do S można przedstawić w sposób jednoznaczny jako kombinację liniowš wektorów bazy.
Rozwišzanie bazowe układu równań
rozwišzaniem bazowym układu równań nazywamy takie rozwišzanie x(B) należšce do Rn w którym wszystkie zmienne niebazowe sš równe zeru (xR=0)
Wartoœci zmiennych niebazowych w rozwišzaniu bazowym
jw. = 0
Rozwišzanie bazowe zdegenerowane
rozwišzanie bazowe nazywamy zdegenerowanym, jeżeli chociaż jedna ze składowych częœci bazowej (tzn. xB) jest równa 0
Maksymalna liczba rozwišzań bazowych układu równań o macierzy m x n.
maksymalna liczba rozwišzań bazowych układu Ax = b, w którym A jest typu mx n, r (A) =m, m<=n, wynosi
m równań, n niewiadomych
Postać klasyczna zadania programowania liniowego
postać f-ji celu:
warunki ograniczajšce:
gdzie:
(x1, x2...xn) należšce do Rn - wektor zmiennych decyzyjnych
z należšce do R - wartoœć f-ji celu
(c1...cn) należšce do Rn - wektor kosztów (cen jednostkowych) ?????????????
A = |aij| macierz współczynników nakładów
B = |bi| wektor ograniczeń nakładów
Postać standardowa zdania programowania liniowego
postać f-ji celu:
warunki ograniczajšce:
gdzie:
(x1, x2...xn) należšce do Rn - wektor zmiennych decyzyjnych
z należšce do R - wartoœć f-ji celu
(c1...cn) należšce do Rn - wektor kosztów (cen jednostkowych) ??????
A = |aij| macierz współczynników nakładów
B = |bi| wektor ograniczeń nakładów
Rozwišzanie dopuszczalne zadania programowania liniowego
dowolny wektor spełniajšcy warunki ograniczajšce
Rozwišzanie bazowe zadania programowania liniowego
jw. - wszystkie zmienne niebazowe = 0
jeœli dla każdego
, to takie rozwišzanie nazywamy optymalnym
20. Rozwišzanie optymalne zadania programowania liniowego
dla dowolnego rozwišzania dopuszczalnego xo jeœli x<>x0 f(x)<=f(x0) ???????????
ich iloœć może być >1, może ich nie być w ogóle (nieograniczona wartoœć f-cji celu)
Kiedy zadanie programowania liniowego nazywamy sprzecznym
kiedy zadanie nie ma rozwišzań dopuszczalnych (metoda simpleks: w rozwišzaniu optymalnym występujš niezerowe zmienne sztuczne)
Liczba zmiennych bazowych rozwišzania bazowego dopuszczalnego zadania programowania liniowego
il. warunków ograniczajšcych?
Zbiory wypukłe, wierzchołki zbioru wypukłego
zbiór C należšcy do Rn nazywamy wypukłym, jeżeli dla dowolnych x1,x2 należšcych do C oraz dla dowolnego 0<=ë<=1 zachodzi: (ë *x1 + (1 - ë)*x2) należy do C.
Wierzchołkiem zbioru wypukłego nazywamy p-t, dla którego nie istniejš dwa różne p-ty x1<> x2<>x, że x=ax1+(1-a)x2
Jaki zbiór w przestrzeni (interpretacja geometryczna) tworzy zbiór rozwišzań dopuszczalnych zadania programowego liniowego?
figura geometryczne zawarta między wykresami funkcji ograniczajšcych - może być zbiorem pustym lub być nieograniczona ZBIÓR WYPUKŁY
Gdzie w zbiorze rozwišzań dopuszczalnych zadania programowania liniowego znajdujš się rozwišzania bazowe dopuszczalne?
Jest punktem wierzchołkowym zbioru rozwišzań dopuszczalnych.
Gdzie w przestrzeni należy poszukiwać rozwišzania optymalnego zadania programowania liniowego?
Rozwišzań optymalnych zadania programowania liniowego należy szukać wœród dopuszczalnych rozwišzań bazowych układu ograniczeń. (w wierzchołkach zbioru rozwišzań dopuszczalnych)
Liczba rozwišzań optymalnych zadania programowania liniowego.
zero - zadanie sprzeczne
1
wiele
brak skończonego rozwišzania optymalnego
Zmienne osłabiajšce w zadaniach programowania liniowego
Zmienne osłabiajšce (bilansujšce) służš do usunięcia nierównoœci < (dodanie zmiennej) lub > (odjęcie zmiennej) w ograniczeniach ZPL (podczas doprowadzania do postaci standardowej)
postać standardowš uzyskuje się poprzez wprowadzenie zmiennych osłabiajšcych (wektora zmiennych dodatkowych)
Ax+xd=b, b>=0
X>=0, xd>=0
Wtedy poczštkowym rozwišzaniem bazowym jest: x=0, xd=b ???????????????????????????????
Zmienne sztucznej bazy w zadaniach programowania liniowego
sš to sztuczne wektory jednostkowe, dodawane, gdy nie mamy wystarczajšcej iloœci wektorów, mogšcych być bazowymi (rozwišzaniem dopuszczalnym jest rozwišzanie, którym nie wstępujš niezerowe zmienne sztuczne)
Przyczyny i konsekwencje wprowadzania zmiennych osłabiajšcych i zmiennych sztucznej bazy do warunków ograniczajšcych zadania programowania liniowego
osłabiajšce: wprowadzane, gdy warunki ogr. sš wyrażone w postaci nierównoœci
sztuczna baza: wprowadzane. Gdy po uzyskaniu postaci standardowej nie mamy podmacierzy jednostkowej m-tego stopnia
konsekwencje: modyfikacja f-ji celu tylko w przypadku zmiennych sztucznej bazy
Idea algorytmu simplex
metoda simpleks po znalezieniu poczštkowego rozwišzania bazowego dopuszczalnego wyznacza następne (sšsiednie) dopuszczalne rozwišzania bazowe zależne od poprzedniego, polepszajšce wartoœć funkcji celu. Przez sšsiednie rozwišzanie bazowe przyjmuje się rozwišzanie różnišce się od niego tylko jednš zmiennš bazowš. (przeskakiwanie do sšsiedniego wierzchołka zbioru)
Wyznaczanie poczštkowego rozwišzania bazowego dopuszczalnego zadania programowania liniowego
sprowadzenie zadania do postaci standardowej
wyodrębnienie lub stworzenie podmacierzy jednostkowej (wprowadzenie wektorów sztucznej bazy)
Interpretacja elementów wektora wskaŸników optymalnoœci w tablicy simpleksowej
wskaŸniki optymalnoœci informujš nas:
czy dane rozwišzanie jest rozwišzaniem optymalnym
czy wprowadzenie danej zmiennej do bazy zwiększy czy zmniejszy wartoœć f-cji celu
Wyznaczanie elementu centralnego w tablicy simpleksowej
obliczenie wskaŸników optymalnoœci
sprawdzenie, czy dane rozwišzanie nie jest rozwišzaniem optymalnym
wybranie wskaŸnika optymalnoœci o najwyższej wartoœci. Element centralny znajduje się w kolumnie nad tym wskaŸnikiem. Sprawdzenie, czy nie mamy do czynienia z funkcjš celu o nieograniczonej wartoœci
kontrola, czy wszystkie elementy w wybranej kolumnie nie sš <=0
obliczenie ilorazu elementów xb / x, wybór najmniejszego dodatniego ilorazu. EC znajduje się w tym wierszu
Kiedy aktualne dopuszczalne rozwišzanie bazowe zadania programowania linowego jest rozwišzaniem optymalnym (opisz etap algorytmu simpleks)
wtedy, kiedy wskaŸniki optymalnoœci sš <=0
Kiedy zadanie programowania liniowego nie ma skończonego rozwišzania optymalnego (opisz etap algorytmu simpleks)
jeżeli istnieje j takie, że zj-cj>0 przy którym aij<=0 dla wszystkich i należšce do B to zadanie nie ma skończonego rozwišzania optymalnego
Zadanie pierwotne, a zadanie poszerzone w metodzie simpleks
funkcję celu modyfikujemy o współczynniki M przy dodatkowych wektorach sztucznej bazy
modyfikujemy ograniczenia o wektory sztucznej bazy i osłabiajšce
dodajemy kolejny wiersz w tabeli simpleksowej, obrazujšcy iloœć współczynników M w danej kolumnie K
Wyznaczanie rozwišzania optymalnego zadania pierwotnego na podstawie rozwišzania optymalnego zadania poszerzonego
gdy wœród zmiennych bazowych do rozwišzania optymalnego występujš niezerowe zmienne sztuczne - zadanie wyjœciowe jest sprzeczne
gdy wœród zmiennych bazowych do rozwišzania optymalnego występujšc zerowe zmienne sztuczne - odrzucamy je i otrzymujemy rozwišzanie pierwotne
gdy wœród zmiennych losowych nie ma zmiennych sztucznych - mamy rozwišzanie optymalne zadania wyjœciowego
Postępowanie w przypadku degeneracji rozwišzania zadania programowania liniowego - metoda perturbacji
występuje niezwykle rzadko w rzeczywistoœci
degeneracja może prowadzić do cyklicznoœci
Jeœli zachodzi alternatywa wyboru nr-u wiersza zmiennej do usunięcia, to obliczamy ilorazy dla pozostałych wierszy, poczynajšc od 1 szukamy ilorazów xi/xk o najmniejszej nieujemnej wartoœci. Jeœli znaleŸliœmy, to tę zmiennš usuwamy z bazy, jeœli nie, to liczymy tak aż do końca tablicy sympleksowej i załamujemy się, bo wtedy nie wiemy, którš zmiennš wprowadzić do bazy.
Istnieje jeszcze kilka innych metod postępowania w przypadku degeneracji
Symetryczne / niesymetryczne pierwotne / dualne zadania programowania liniowego
niesymetryczne zadanie dualne
zadanie pierwotne: min f(x)=cT X, AX=b, X>=0
zadanie dualne: max g(w)=bT X, AT W <=c, brak wymagań, aby wi>=0
symetryczne zadanie dualne
zadanie pierwotne: min f(x)=cT X, AX>=b. X>=0
zadanie dualne: max g(w)=bT X, AT W<=c, W>=0
Postać ogólna zagadnienia transportowego
Niech xij (i=1..m, j=1..n) oznacza wielkoœć przewozu od i-tego dostawcy do j-tego odbiorcy
Sformułowane zadanie można zapisać w następujšcej postaci:
Postać funkcji celu
Warunki ograniczajšce:
(warunki bilansowe dostawców): „suma od j=1..n” xij<=ai, i=1..m
(warunki bilansowe odbiorców) „suma od i=1 do m” xij=bj j=1..n
xij>=0, i=1..m, j=1.n
gdzie:
X - macierz zmiennych decyzyjnych
z - wartoœć f-ji celu
C - macierz kosztów
a - wektor dostawy
b - wektor odbioru
Interpretacja warunków ograniczajšcych zagadnienia transportowego
suma towarów wysyłanych do odbiorców musi być <= zasobom, które posiadajš
suma towarów przyjmowanych przez odbiorców musi być równa zapotrzebowaniu odbiorców
Zadanie transportowe zbilansowane, niezbilansowane.
Zadanie zbilansowane:
tj. suma zasobów towarów jest równa sumie zapotrzebowań
Zadanie niezbilansowane - sumy te nie sš sobie równe
Metody sprowadzania zadania transportowego do postaci zbilansowanej
wprowadzenie fikcyjnego odbiorcy lub fikcyjnego dostawcy:
fikcyjny odbiorca ma zapotrzebowanie
fikcyjny dostawca ma zapas
Czy zadanie transportowe zawsze posiada rozwišzanie optymalne?
Tak, jeœli jest to zadanie zbilansowane, a do takiej postaci możemy zawsze doprowadzić.
Czy zadanie transportowe zawsze posiada skończone rozwišzanie optymalne?
Jw - tak, jeœli jest to zadanie zbilansowane, a do takiej postaci możemy zawsze doprowadzić.
Warunki otrzymania rozwišzania zadania transportowego o wartoœciach całkowitych
Jeœli wszystkie ai i bj w zadaniu transportowym zbilansowanym sš liczbami całkowitymi, to każde rozwišzanie bazowe (także optymalne) jest utworzone z liczb całkowitych
Liczba wszystkich zmiennych decyzyjnych w zadaniu transportowym o m dostawcach i n odbiorcach
m*n
Liczba zmiennych bazowych w rozwišzaniu bazowym zadania transportowego
Z ogólnych własnoœci zadania programowania liniowego wynika, że rozwišzanie bazowe zadania transportowego składa się dokładnie z m+n-1 zmiennych bazowych.
Etapy procedury rozwišzywania zadania transportowego
wyznaczanie wstępnego rozwišzania bazowego (np. metodš kšta północno-zachodniego, metodš minimalnego elementu macierzy kosztów, metodš VAM)
wyznaczanie rozwišzania optymalnego (np. metodš potencjałów)
51. Metody wyznaczania wstępnego rozwišzania bazowego zadania transportowego.
- metoda kšta północno-zachodniego
Wybieramy za każdym razem zmiennš bazowš, stojšcš w rogu północno-zachodnim redukowanej macierzy przewozów X. Pierwszš zmiennš bazowš będzie zmienna x11, ostatniš zmienna xmn
- metoda minimalnego elementu macierzy kosztów
Jako pierwszš zmiennš bazowš wybieramy zmiennš, której odpowiada najmniejszy współczynnik kosztu jednostkowego. Redukujemy zbiór dostawców lub zbiór odbiorców oraz korygujemy zasoby dostawców i zapotrzebowania odbiorców. Po redukcji ponownie wybieramy zmiennš, której odpowiada najmniejszy współczynnik kosztu jednostkowego.
- metoda VAM
52. Postępowanie w przypadku degeneracji rozwišzania bazowego zadania transportowego.
Jeżeli rozwišzanie zadania transportowego ma mniej niż M+n-1 zmiennych bazowych (tzw. zdegenerowane rozwišzanie bazowe, w którym co najmniej jedna zmienna bazowa jest równa zeru), należy dołšczyć brakujšcš liczbę zmiennych bazowych z wartoœciami zerowymi. Wyboru dokonujemy tak, aby graf rozwišzania był grafem spójnym i bez cykli.
53. Interpretacja elementów tablicy wskaŸników optymalnoœci w metodzie potencjałów.
Sprawdzamy, czy macierz wskaŸników optymalnoœci C0 >=0. Jeœli tak, rozwišzanie jest optymalne.
54. Kryterium stopu w algorytmie rozwišzywania zadania transportowego metodš potencjałów.
Metoda z wykładu: wszystkie wskaŸniki optymalnoœci sš liczbami dodatnimi
Metoda z ćwiczeń: wszystkie wskaŸniki optymalnoœci sš elementami ujemnymi (jak w metodzie simpleks)
55. Przykłady problemów decyzyjnych formułowanych w postaci zadania transportowego.
zagadnienie transportowo-produkcyjne
zagadnienie wyboru lokalizacji produkcji
zagadnienie minimalizacji pustych przebiegów
56. Definicja gry.
Sytuacja decyzyjna między stronami grajšcymi o przeciwstawnych interesach, sformalizowanš matematycznie.
57. Elementy składowe gry.
Zbiór strategii
zbiór informacyjny
reguły
58. Gra o sumie zerowej, gra z naturš.
- gra o sumie zerowej występuje, gdy suma wypłat wygranych przez wygrywajšcych równa się sumie strat ponoszonych przez przegrywajšcych
- gra z naturš: natura jako druga strona nie jest zainteresowana końcowym wynikiem gry, a wykonywane przez niš ruchy majš charakter losowy
59. Gra otwarta, gra zamknięta
Gra zamknięta jest to gra w której górna wartoœć gry jest równa dolnej wartoœci gry (i równa wartoœci gry). Gra otwarta jest to gra w której wartoœci górna i dolna sš różne od siebie.
60. Co to jest strategia?
- dokładnie sprecyzowana przed rozpoczęciem gry reguła decyzyjna, na podstawie której gracz podejmuje decyzję (gracze nie znajš nawzajem swoich strategii) ???????????????????????????????
61. Wartoœć gry, czy oczekiwana wypłata w grze może być ujemna.
- œrednia kwota na partię, którš wygrałby w długim okresie czasu jeden z graczy, gdyby obaj stosowali swoje najlepsze strategie
- tak
62. Jakie elementy sš konieczne dla istnienia gry ?
- niepewnoœć
- ryzyko
- konflikt interesów
63. Co to jest gra w postaci ekstensywnej, w postaci normalnej.
- gra w postaci normalnej: proces statyczny, każdy gracz dysponuje zbiorem przyporzšdkowanych mu strategii. Obaj gracze dokonujš jednoczeœnie wyboru po jednej ze swoich strategii, żaden nie zna wyboru strategii swojego przeciwnika. Wybór ten jednoznacznie okreœla wynik gry (macierz wypłat)
- gra w postaci ekstensywnej: wieloetapowy proces prowadzenia gry; cišg ruchów wykonywanych na przemian i nie jednoczeœnie (np. gra w szachy) (drzewo decyzyjne)
64. Gra skończona, gra nieskończona.
- jeœli gra ma skończonš liczbę strategii, to jest to gra skończona, w przeciwnym wypadku - nieskończona
65. Kiedy grę nazywamy strategicznš ?
Gdy poza ruchami losowymi występujš œwiadome wybory graczy (zgodne z przyjętš strategiš) - za [5]
66. Strategia mieszana gracza, strategia czysta.
- strategia mieszana - strategia polegajšca na tym, że gracz postanawia w pewnej ustalonej proporcji zastosować wiele z dostępnych sposobów działania
- strategia czysta - gracz decyduje się na tylko jeden okreœlony sposób działania podczas gry
67. Kiedy gra jest grš œciœle konkurencyjnš ?
Kiedy wszyscy uczestnicy sš zainteresowani wygranš.
68. Podaj przykłady gier towarzyskich z kompletnš i niekompletnš informacjš.
- kompletna: szachy, warcaby
- niekompletna: brydż, poker
69. Kiedy układ n strategii jest w równowadze ?
Gdy w wyniku rozwišzania gry uzyskaliœmy informację, że optymalnym rozwišzaniem jest stosowanie przez gracza n strategii z okreœlonym prawdopodobieństwem
70. Co to jest punkt siodłowy gry, kiedy gra posiada punkt siodłowy.
- położenie równowagi, istnienie p-tu siodłowego informuje nas o istnieniu układu strategii czystych w równowadze (graczom najbardziej opłaca się stosować strategie okreœlone nr wiersza i nr kolumny punktu siodłowego)
71. Kiedy grę możemy rozwišzać metodš graficznš ?
- kiedy jeden z graczy ma tylko 2 strategie. (układ 2xn lub mx2)
72. Co zapewnia uczestnikowi strategia maxyminowa ?
- gwarantowanš maksymalnš wartoœć minimalnej (najmniejszej możliwej) wygranej - gracz wygra co najmniej .....jest to najbezpieczniejsza strategia gracza I
73. Co zapewnia uczestnikowi strategia minimaxowa ?
- gwarantowanš minimalnš wartoœć maksymalnej (największej możliwej) przegranej - gracz przegra co najwyżej .....jest to najbezpieczniejsza strategia gracza II
74. Wymień znane ci metody znajdowania wartoœci gry.
Wyznaczenie punktu siodłowego, rozwišzanie układów równań w grach 2x2, metoda graficzna, wykorzystanie metod rozwišzywania ZPL
75. Twierdzenie von Neumanna dla gier zamkniętych.
Każda gra dwuosobowa o sumie zero posiada okreœlonš wartoœć, a dla każdego gracza istnieje co najmniej jedna strategia optymalna (może być to strategia mieszana)
76. Dla jakich gier istnieje zawsze układ n strategii w równowadze ?
77. Metody wyznaczania strategii optymalnych dla gier dwuosobowych o sumie zerowej.
Metoda szukania punktu siodłowego, metoda dominant, metoda graficzna, metoda programowania liniowego
78. Jak nazywamy układ strategii czystych w równowadze ?
- jest to punkt siodłowy
79. Na czym polega metoda dominant ?
- usuwanie z macierzy wypłat kolumn i wierszy reprezentujšcych strategie zdominowane, gdyż dšżšcy do osišgnięcia największego zysku gracze nigdy nie zastosujš tych strategii.
80. Co to znaczy dla gracza pierwszego, że strategia i dominuje strategię j ?
Strategia i da lepszy wynik, niż strategia j (graczowi I nie opłaca się stosować strategii j, gdyż strategia i da mu mniejszš wygranš niezależnie od zagrania gracza II)
81. Co to znaczy dla gracza drugiego, że strategia i dominuje strategię j ?
Strategia i da lepszy wynik, niż strategia j (graczowi II nie opłaca się stosować strategii j, gdyż strategia i da mu większš przegranš niezależnie od zagrania gracza I)