- •Л. А. Хандожко экономическая метеорология
- •Раздел I общие положения об использовании метеорологической информации в народном хозяйстве
- •Глава 1
- •1,1. Метеорологическая информационная сеть
- •1.2. Основные виды метеорологической информации, используемой в народном хозяйстве
- •1.4. Общая характеристика метеорологического обеспечения народного хозяйства: схема, структура, содержание
- •2.1. Потребители метеорологической информации
- •2.2. Специализированное метеорологическое обеспечение
- •2.2.1. Определения
- •2.2.2. Потребность в специализированном метеорологическом
- •2.2.5. Требования, предъявляемые к специализированному метеорологическому обеспечению
- •2.3. Коммерциализация специализированного метеорологического обеспечения
- •3.2. Метеорологическое обеспечение сельского хозяйства
- •3.2.2. Зависимость сельскохозяйственного производства от метеорологических условий
- •3.5. Метеорологическое обеспечение других отраслей
- •Раздел II
- •Глава 4
- •4.2. Теоретические основы разделения прогнозов по времени действия
- •4.3. Показатели распространения и последствий опасных гидрометеорологических явлений
- •Глава 5
- •5.1. Методические прогнозы
- •5.2. Стандартные (тривиальные) прогнозы
- •Глава 6
- •6.1. Некоторые понятия и определения
- •6.2. Назначение оценки успешности прогнозов. Требования, предъявляемые к оценке успешности прогнозов
- •6.3. Системы оценки успешности прогнозов
- •6.6. Оценка успешности численных прогнозов метеорологических величин
- •6.7. Региональная оценка успешности альтернативных прогнозов
- •6.8. Принципы использования критериев успешности альтернативных и многофазовых прогнозов
- •Теоретические и методические основы использования метеорологических прогнозов
- •Глава 8
- •8.1. Элементы статистического анализа
- •8.2. Априорные и апостериорные вероятности
- •9.1. Выбор оптимальных решений в условиях полной информационной неопределенности
- •10.1. Экономическая информация в системе погода—прогноз—потребитель
- •10.2. Матричная форма обобщения и анализа прогностической информации
- •10.3. Категорические и вероятностные прогнозы в модели принятия погодо-хозяйственных решений
- •10.4. Функция полезности и формы ее представления
- •11.2.2. Оптимальные решения и стратегии — центральное звено системы управления
- •11.4. Байесовская оценка средних потерь
- •11.5. Учет некардинальности мер защиты
- •11.8. Выбор оптимальных погодо-хозяйственных решений и стратегий на основе байесовского подхода
- •Глава 12
- •12.1. Общая характеристика климата и его учет
- •12.2.1. Выбор оптимальной климатологической стратегии при кардинальных мерах защиты
- •12.2.2. Выбор оптимальной климатологической стратегии при частичных мерах защиты
- •12.3. Выбор оптимальной стратегии. Номограмма потерь
- •12.3.1. Кардинальные меры защиты
- •12.6. Параметрические критерии выбора оптимальной стратегии
- •12.6.1. Пороговая оправдываемость прогнозов
- •12.6.2. Критерии, отражающие требования потребителя к успешности метеорологических прогнозов
- •Раздел V
- •Глава 13
- •13.1. Чувствительность потребителя к воздействию погодных условий
- •13.2. Показатели влияния погодных условий
- •13.3. Адаптация потребителя к ожидаемым условиям погоды
- •13.3.1. Определение, назначение и пути реализации
- •14.1. К истории решаемой проблемы
- •14.2. Факторы, определяющие проблему
- •14.3. Методические основы оценки экономического эффекта метеорологических прогнозов
- •14.4. Оценка экономического эффекта и экономической эффективности использования краткосрочных метеорологических прогнозов
- •14.5. Некоторые результаты оценки экономической полезности гидрометеорологической информации
- •14.6. Гидрометеорологический фактор в системе национальных счетов
- •.Раздел VI оценка экономической полезности метеорологической информации в отдельных отраслях народного хозяйства
- •Глава 15 использование метеорологической информации в сельскохозяйственном производстве
- •15.1. Сельскохозяйственное производство и его зависимость от погоды и климата
- •15.2. Потери в сельскохозяйственном производстве по метеорологическим причинам
- •15.3. Прогнозы для сельскохозяйственного производства и их экономическая полезность
- •15.3.1. Агрометеорологические прогнозы
- •16.1. Энергетические системы
- •16.2. Оптимальное использование метеорологической информации в теплоэнергетике
- •16.2.1. Теплоэнергетика. Зависимость расхода тепла от метеорологических условий.
- •16.2.3. Матрица систематических потерь.
- •16.2.4. Оценка ресурсосбережения в теплоэнергетике
- •16.3. Оптимальное использование метеорологической информации на других предприятиях тэк
- •17.2. Автомобильный транспорт
- •17.4. Гражданская авиация
- •1) Сокращение затрат на изыскания при проектировании (за исключением затрат на организацию метеорологических станций, наблюдений и специальной обработки данных);
- •18.3. Климатическая информация в энергетике
- •18.4. Климатическая информация в других отраслях экономики
- •18.5. Климатические ресурсы
- •3Потерь 214 тепловых 388 стоимостных 391 расходов 213 Функция риска 236 целевая 236
9.1. Выбор оптимальных решений в условиях полной информационной неопределенности
Вся хозяйственная практика в любой стране — это прежде всего огромное число постоянно принимаемых решений, направленных на реализацию главной цели — достижение производственного и коммерческого успеха.
Хозяйственные решения во всем своем многообразии выделяются по иерархическому уровню (отрасль, объединение, производство и т. п.), по продолжительности осуществления (на сутки, т. е. ежедневно, на месяц и т. п.), по степени значимости (в зависимости от уровня финансирования и других условий), по характеру действий, отвечающих содержанию решения, и по другим признакам.
Любые решения, направленные на выполнение хозяйственной задачи, предполагают привлечение к делу финансовых средств, материальных ценностей, информации и иных ресурсов. Руководитель, менеджер прослеживает результаты принимаемых решений. Они могут быть более или менее удачными или вовсе ошибочными. Последствия решений связаны с тем, какое влияние или воздействие, или противодействие на них может оказывать другая „сторона", с которой так или иначе связана реализация ресурсов и других производственных операций. Отсюда очевидно, что производственный и коммерческий механизм рынка обусловлен взаимодействием двух субъектов — двух игроков. Опыт позволяет каждому из них делать надлежащие выводы и выбирать лучшее решение. Такого рода игра требует оптимального решения, обеспечивающего оптимальный успех.
Взаимодействие двух игроков, ориентированное на взаимный и долговременный успех каждого, называется стратегической игрой. Каждый из игроков полагается на лучший исход своих решений в хозяйственной или иной практике, осуществляемой на „игровом поле".
В дальнейшем будем рассматривать лишь общую модель стратегии каждого игрока, не обращаясь к специфике его деятельности.
В простейшем виде стратегическая игра есть игра с нулевой суммой: один из игроков выигрывает столько же, сколько проигрывает другой. Действия игроков А и В не носят случайного характера, результат их зависит от выбранной стратегии. Условия игры задаются матрицей выигрышей (а0), которая имеет вид:
Действия |
|
Действия dj игрока В |
|
d, игрока .4 |
d,(B) |
d2{B) |
d,(B) ... dml(B) |
dx(A) |
au |
«12 |
a13 ... alm |
d2(A) |
«21 |
a22 |
a23 ••• 0.2m |
d3(A) |
«31 |
a32 |
a33 ■■• a3m |
d„(A) |
a„i |
an2 |
an3 ••• anm |
Элементы aj; матрицы (а,у) выражают суммы, которые обязан уплатить один игрок другому в соответствии с установленными „правилами игры". Они „предписывают" каждому игроку свою стратегию: для игрока А — выбор одной из строк i, а для игрока В — одного из столбцов /. Исход игры определяется величиной atj как пересечение i-й строки и j-го столбца. Игровое поле, согласно матрице выигрышей, может содержать „свою" область выигрыша для данного игрока, не известную партнеру. Пусть игрок А выбрал стратегию d2{A), а игрок В — стратегию йл(В). Эта ситуация характеризует выигрыш игрока В, который составил а23. Однако возможна и другая характеристика игрового поля. Выбор той или иной стратегии связан с распознаванием поведения другого игрока. Стратегическая игра осуществляется в условиях полной информационной неопределенности. Это один из вариантов выбора решения, которое к тому же называется статистическим в условиях их возможного множества.
В реальных условиях руководитель („игрок") располагает статистическими сведениями о результатах своих действий (решений) и о том, на какие действия партнера они были рассчитаны. Это осуществляется на игровом поле с двумя действующими субъектами. Тем самым может быть выстроена матрица выигрышей конкретного игрока. Например, необходимо установить, выбрать экономически приемлемого поставщика продукции или товара для данного производства. Выбор поставщика и есть хозяйственное стратегическое решение, которое предполагает действия — его реализацию. Любое решение, направленное на выполнение хозяйственной или коммерческой задачи, требует привлечения к делу определенного рода ресурсов. Это могут быть финансовые ресурсы (деньги), материальные ресурсы (техника, технология, продукция, продукты), дополнительно привлекаются ресурсы времени и труда.
Однако возможна иная ситуация прохождения игры. С одной стороны, руководитель (субъект), с другой — условие, влияющее на осуществление действия (решения). Таким внешним фактором чаще всего выступает состояние природы, в частности погодные или климатические условия. В этом случае особая роль может отводиться погодо-климатическим ресурсам, а сами решения будут уже погодо-хозяйственными.
Выбор оптимального решения предполагает, что игроку известны пороговые условия стратегической игры или так называемые правила выбора решения.
9.1.1. Метод минимакса—максимина
Игровая матрица выигрышей, ее называют еще платежной матрицей, отражает как возможные выигрыши, так и проигрыши. Если игрок А выигрывает, то, естественно, игрок В проигрывает. Одновременно не может быть ни того ни другого состояния для игроков А к В. Зная свои максимальные проигрыши, игрок В будет руководствоваться принципом, который указывает на необходимость ограничить риск больших потерь. В условиях полной неопределенности относительно возможных проявлений природы (погоды, климата и др.) для этой цели используется принцип „минимакса", предложенный А. Вальдом. Оптимальное стратегическое поведение (dj = donT) сводится к выбору такой стратегии, которая обеспечивает минимальный проигрыш из максимально возможных. Метод минимакса — это достаточно разумный подход, когда один из игроков полностью не осведомлен об особенностях поведения второго. Принципиальное положение метода иллюстрируется в табл. 9.1.
Игрок А в свою очередь может выбрать иной подход — ориентироваться на „максимальный выигрыш из минимально возможных". Это есть метод максимина. Такой подход также обеспечивает выбор
А
оптимальной стратегии di = donT.
|
Таблица 9.1 Матрица выигрышей л Стратегия игрока A, di |
Стратегия игрока В, d, |
Возможный минимальный выигрыш игрока Л |
||
в, |
Вг |
в3 |
||
А, |
8 |
12 |
20 |
8 |
А2 |
12 |
10 |
21 |
10 |
А3 |
30 |
25 |
17 |
17 |
Возможный макси |
30 |
25 |
20 |
А —>макс 17 (максимин) |
мальный проигрыш |
|
|
|
В —» мин 20 (минимакс) |
игрока В |
|
|
|
|
В зависимости от оценки результатов принимаемых решений (стратегий) как игрок А, так и игрок В могут выбрать любой из приведенных методов выбора стратегии.
Рассмотрим далее особую ситуацию, довольно распространенную, когда в качестве „противника" (партнера) игрока А выступает природа. Она не обладает свойством преднамеренных действий и ее ожидаемое поведение характеризуется полной неопределенностью (без привлечения дополнительной информации).
Множество хозяйственных и коммерческих задач требует учета состояний природной среды. Это могут быть как погодные, так и климатические условия. Например, задачи по транспортировке грузов: выбор сезона, маршрута, вида транспорта или иного вида деятельности. Возможно строительство коммерческого объекта, что также требует знаний, скажем, микроклиматических условий и выбора такой стратегии поведения, которая обеспечивает минимум издержек строительства или максимум выгоды (доходов) в процессе реализации этого объекта.
Выбранная дискретность природных условий, в том числе и погодных, показывает возможное число стратегий для игрока- субъекта. Число стратегий (решений) может задать сам игрок (руководитель, менеджер и т. п.) на основании выбора мероприятий, которые могут принести различный экономический результат.
Игра — ориентация на возможное состояние погоды — постоянно контролируется. Ее результаты представляются в виде матрицы полезности (ац), элементы которой а(у могут выражать затраты (издержки, убытки) или выгоды в зависимости от производственной (или иной) специфики игрока и „способности" погоды вредить или благотворить^. Участие в „игре" такого игрока А, как природа (погода, климат), характеризуется тем, что его „стратегия", „дейст-
Л
вия" di выступают уже как проявление отдельных фаз, состояний, условий и т. п. — Ф,, которые не известны игроку В. Остается неизвестной частота осуществления состояний погоды или климата. Фазы, градации состояний природных условий могут задаваться игроком В (руководителем, менеджером), а значения элементов atj — возможных затрат или выгод — результат обстоятельных, взвешенных расчетов, отражающих последствия выбранных действий dj и последующих фаз, градаций Ф,. Вид такой матрицы полезности (а,7) дан в табл. 9.2.
1 В июле 2001 г. в Читинской области в районе пос. Гусиное Озеро от удара молнии загорелся военный склад с боеприпасами. Взрывы снарядов и ракет вызвали пожар огромной силы. Однако через двое суток сильные ливневые дожди полностью погасили страшный пожар
Поведение игрока А — природы (погоды, климата) Ф; |
Стратегия, решение, действие d} игрока В |
||||
d, |
d2 |
d3 |
d.1 |
d,5 |
|
Ф, Фг Ф3 Ф4 макс j амин 1 1 Примерная матрица поле мальные погодо-хозяйственны пояснения метода „минимакса- |
3 7 6 2 5 7 2 :зности npi е решения —максими |
5 И 3 1ведена из ' (1999 г.) -т". |
3 работы JI. Там же д |
4
ш А. Хандо» аны допол |
4 4 4 6 4 6 3 .ко „Опти- нительные |
Рассмотрим ситуацию, когда элементы матрицы полезности отражают затраты, которые могут быть в случае стратегий dx - ds. В соответствии с теорией стратегической игры для выбора оптимального решения, действия используется метод (принцип) минимак- са. Для каждого решения d, устанавливается максимальное значение издержек а, (от i = 1 до i = п — 5) (см. табл. 9.2). Таким образом по всем возможным стратегиям (решениям) d} будут выбраны значения
а™*0 = макс a{dj, Ф,) (i = 1, п; j = const).
i
В наборе максимальных значений а""", приходящихся на djt
выбирается минимальный элемент, который соответствует оптимальному действию dj = donT и определяет выбор оптимальной стратегии согласно минимаксу:
«мин =мин макс «Ц,Ф,). (9.2)
' t
Согласно данным табл. 9.2, оптимальной будет стратегия d2 = dlmT.
Таким образом будет определяться поведение руководителя (игрока В) как наиболее допустимое с позиции минимизации затрат, издержек. Риск максимально возможных потерь будет ограничен. Принцип минимакса отражает осторожный выбор стратегии игроком В с природой А. Тем самым достигаются лучшие результаты в наихудших ситуациях, что проявляется в условиях полной неопределенности относительно осуществления Ф,-.
Рассмотрим далее ситуацию, когда элементы матрицы полезности а,у отражают доходы, которые могут быть получены при реализации стратегий dj - db. Для каждой возможной стратегии d} определяется минимальное значение дохода а, в соответствии с методом (принципом ) максимина
а"и" = мин > ф/) (i = 1> п\ i = const).
Из всех минимальных значений ct,""", отвечающих стратегиям
(решениям) djy определяется максимальное. Тем самым устанавливается оптимальная стратегия (оптимальное решение) dj = donT руководителя (игрока В) в условиях полной неопределенности относительно осуществления Ф,
«макс = макс МИН a(di> Ф1 )• (9.3)
I I
Согласно данным табл. 9.2, оптимальной будет стратегия d4 = dm„.
Минимаксный подход в выборе оптимальной стратегии может быть использован в проблеме решения метеоролого-экономических задач, требующих знания климатологической информации. Действительно, в этих случаях построение матрицы расходов невозможно осуществить методом экспериментирования. Требуется задание определенных типов погоды или климатических условий Ф, и соответствующих им необходимых издержек.
К таким задачам можно отнести:
выбор объемов сезонного запаса топлива;
выбор оросительной системы и нормы орошения в зависимости от влагообеспеченности;
выбор места строительства объекта (коммунального, торгового или иного назначения) в зависимости от комплекса мезо- и микроклиматических условий;
выбор урожайного сорта сельскохозяйственной культуры в зависимости от водопотребления в заданных районах и многие другие задачи.
9.1.2. Метод Гурвича
В ситуациях, для которых характерны и выгоды, и издержки, что типично в повседневной хозяйственной практике, возможно компромиссное решение. Определяется среднее значение по минимуму (аМ1Ш) и максимуму (амакс) при известных решениях-стратегиях dj. Такой метод (принцип) допускает компромиссный взвешенный подход к наибольшей и наименьшей возможностям, которые отвечают экономическим последствиям принимаемых решений. Полагая одинаковыми „веса" последствий, результатов стратегий, решений, принцип Гурвича допускает осреднение: а = 0,5(aM1I11 +аМШ{С). Оптимальной принимается промежуточная стратегия. В табл. 9.2 она будет соответствовать d3.
9.1.3. Метод Сэвиджа
При разработке и решении некоторых метеоролого-экономи- ческих задач более содержательно использовать не сами значения потерь, издержек или доходов (af>), а разности a,v или a*jy отражающие меру снижения полезности, если принимаемая стратегия или решение dj не оптимальны относительно выбранного фактора
Матрицу полезности, представленную элементами а,, в табл. 9.2, можно преобразовать. Устанавливаются последствия ошибочных решений путем сопоставления результатов atj возможных стратегий, которые были по заданному состоянию погоды (климата) Ф,.
Выделяют два вида последствий принимаемых стратегий, решений.
1. Пусть элементы матрицы полезности (см. табл. 9.2) представляют собой расходы, потери. Тогда можно установить, насколько они превышают минимальные при данной фазе Ф(, т. е. определить величину
aLj - ajy - мин avr (9.4)
Элементы новой матрицы выражают превышение потерь. Матрицу такого рода называют матрицей опасений (табл. 9.3).
Выбираются максимальные опасения atj при данной стратегии
dj. Оптимальная стратегия dom устанавливается по принципу минимакса26
dom = «ми= мин макс V (9-5)
it
Таблица
9.3 Матрица
опасений. Значения аг
=а;.
- мин а;. |
Стратегия (решение), dj |
||||||||
d, |
d2 |
da |
d4 |
|
|||||
|
0 |
|
2 |
|
0 |
1 |
1 |
||
Ф2 |
4 |
|
0 |
|
2 |
1 |
1 |
||
Фз |
2 |
|
0 |
|
4 |
1 |
0 |
||
|
0 |
|
1 |
|
2 |
3 |
4 |
||
ф5 |
2 |
|
1 |
|
0 |
3 |
1 |
||
макс а.ц |
4 |
|
2 |
|
4 |
3 |
4 |
||
Расчеты показывают (см. табл. 9.3), что в этом случае donT = d2.
2. Будем теперь полагать, что ау (см. табл. 9.2) суть выгода. Тогда можно определить значения aijy характеризующие потерю выгоды или ее снижение относительно максимальной выгоды при данной фазе погоды (климата) Ф;:
а* = макс ац - ац. (9.6)
Согласно данным табл. 9.2, при фазе Ф1 и (ai;)MaKC = 5 находим ряд a-j : 2; 0; 2; 1; 1. В итоге матрица последствий ошибочных решений, или матрица сожалений, будет иметь вид, представленный в табл. 9.4.
|
Таблица 9.4 Матрица сожалений. Значения а;* = макс at- - atj Состояния погоды, климата, Ф, |
Стратегия (решение), dj |
|||||||||||
d1 |
d2 |
d3 |
d., |
|
||||||||
Фх |
2 |
0 |
|
2 |
|
|
1 |
1 |
||||
ф2 |
0 |
4 |
|
2 |
|
|
3 |
3 |
||||
Ф3 |
2 |
4 |
|
0 |
|
|
3 |
4 |
||||
ф4 |
4 |
3 |
|
2 |
|
|
1 |
0 |
||||
Фь |
1 |
2 |
|
3 |
|
|
0 |
2 |
||||
макс Яу |
4 |
4 |
|
3 |
|
|
3 |
4 |
||||
Выбор оптимальной стратегии, решения dt = d*onT отвечает условию — принципу минимакса
«С = aMH„(dj) = мин макс а*. (9.7)
j I
Выбираем решение dr при котором значение макс а*. минимально. В этом суть правильного выбора. В приведенном фрагменте хозяйственной практики мин макс a'j = 3. Это указывает на два возможных
оптимальных решения: d*nT =dg=dll. Такой исход оценки потребует от руководителя окончательного стратегического решения.
Значения а,, и а(* Е. Е. Жуковский называет метеорологическими потерями, а Н. А. Багров — приведенными.
9.1.4. Метод Хоменюка
Для выбора оптимальной стратегии, решения используется принцип потенциального распределения вероятностей. Он состоит в том, что допускается влияние природной среды в виде суммы вкладов отдельных ее состояний в формирование минимальных расходов или максимальных доходов.
Л
(9.8)
1Л
Г1 п т
Е2Л
i=i/=i
По сведениям, приведенным в табл. 9.2, определяются значения р, (табл. 9.5).
ф, |
«У |
Kv i |
A Pi |
||||||
d, |
d2 |
d3 |
|
|
|||||
ф, |
3 |
5 |
3 |
4 |
4 |
19 |
0,173 |
||
Ф-г |
7 |
3 |
5 |
4 |
4 |
23 |
0,200 |
||
Ф3 |
6 |
4 |
8 |
5 |
4 |
27 |
0,245 |
||
Ф, |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
20 |
0,182 |
||
Ф5 |
5 |
4 |
3 |
6 |
4 |
22 |
0,200 |
||
|
|
II"» i i |
|
|
111 |
1,000 |
|||
Выбор оптимальной стратегии dj = donT осуществляется на основании критерия Байеса
а(А^о„т) = минЕР(а(Ц)- (9-9)
I i
Суммы Y,Piai(dj) определяются в соответствии с распределени-
i
ем atj:
Хр, ai(d1)= 0,173 • 3 + 0,2 • 7 + 0,245 • 6 + 0,182 • 2 + 0,2 • 5 = 4,75
i
Хр, a,(dt) =
i
Xp,a,(d3) = 4,81
i
XPi ai(d.t) = 4,83
i
XPiai(ds) = 4>16-
(
Оптимальной, согласно (9.9), можно считать стратегию d2 = donT. Если считать, что в матрице полезности элементы atj суть доходы, то потери полезности можно установить в виде снижения доходов
л
макс а, - а, и их вероятности pt при осуществлении фазы Ф,:
i
т
Х(макс atj -a,j) ■ (9.10)
г * п т 4 '
Ц(макс а--ац) /=1;=1
3,79
|
Потенциальное распределение вероятностей потерь полезности ф, |
^(максау -ац) i |
Pi |
ф, |
6 |
0,12 |
ф2 |
13 |
0,26 |
Фз |
13 |
0,26 |
|
10 |
0,20 |
ф5 |
8 |
0,16 |
I |
50 |
1,00 |
Для выбора оптимальной стратегии (решения) используется по аналогии с (9.9) критерий Байеса в виде
аСр> ^опт) = мин Z Pi(макс аЧ - аЧЩ)■ (9-11)
1 i
5
dj (ij d2 d3 d4 d
X(макс a„ -atj) 1,72 3,00 1,64 1Д0 1,48
Метод Хоменюка позволяет считать, что оптимальной стратегией при анализе снижения доходов (макс aLj - a,7) является стратегия d4.
9.2. Выбор оптимальных решений в условиях частичной информационной неопределенностиВсе хозяйственные решения, а стратегические в особенности, обусловлены внешними (рыночными или иными) постоянно сопутствующими факторами. Они достаточно сложны и выступают как второй игрок, действия которого непредсказуемы. Отсюда, как уже отмечалось, первый игрок — лицо, принимающее решение (ЛПР), ищет решение в условиях полной неопределенности. Однако возможны такие внешние условия, которые могут быть частично известны. ЛПР может располагать некоторой информацией, частично раскрывающей действия противоположного партнера в „стратегической игре". В качестве второго игрока, об этом уже говорилось,
рассматривается природа — погодные или климатические условия. Этот „игрок" не имеет намерений выиграть, но обладает своим собственным свойством поведения, которое доступно изучению и в определенной степени распознаваемо.
Будем идентифицировать погодо-климатические условия в качестве второго „партнера-игрока".
Рассмотренную ранее минимаксную стратегию называют еще стратегией перестраховщиков. Это оправданное поведение, позволяющее избегать серьезных экономических последствий ошибочных решений и действий. Если в качестве второго „партнера- игрока" выступает природа, то ситуацию полной информационной неопределенности можно избежать, если известны вероятности осуществления тех или иных климатических условий, типов погоды или ее отдельных фаз.
9.2.1. Метод Байеса—Лапласа
Первоначально Байесом в 1763 г. было предложено в такого рода задачах использовать равновероятностные состояния природы. Однако тогда уже такой подход представлялся упрощенным, хотя и позволял при известной матрице полезности дать приближенную оценку ожиданий результативности принимаемых решений.
По заданной дискретности фаз погоды (см., например, табл. 9.2) и известным вероятностям их осуществления (р;=1//г) определяется среднее значение полезности (потерь, выгод) при решении dj
M{a) = £aip(n)i. (9.12)
i=i
В частности, в случае d1 (см. табл. 9.2) реализуется следующее значение математического ожидания (среднего в статистическом смысле):
M(a)d1 = 0,2(23) = 4,6.
Остальные стратегии получают следующие результаты: M(a)d2 = 3,8; M(a)d3 = 4,6; M(a)d4 = 4,8; M(a)d5 = 4,2.
Если значениям а придать смысл потерь, то, очевидно, наиболее выгодным, оптимальным будет стратегическое решение donT = d2. В случае если а отражают выгоду, то экономически оправданной будет стратегия dom = d4.
В действительности выбранные фазы Ф, климатических условий имеют разную природную (климатическую) вероятность р, (аналогия проявлений „игрока" А). Тогда формулу (9.12) можно переписать так:
M(a) = ±atPl. (9.13)
i=l
Известные мероприятия в мелиорации могут быть показательным примером. Необходимо выдать такую стратегию развития мелиорации в регионе, которая выгодно отвечала бы одной из следующих климатических характеристик: в засушливые годы р(Ф,) = 0,01; в годы со слабым увлажнением р(Ф2) = 0,15; в годы с умеренным увлажнением р(Ф3) = 0,55; в годы со значительным увлажнением Р(Ф\) = 0,20; в годы с избыточным увлажнением р(Фъ) = 0,09.
По формуле (9.8) определяются средние издержки, основанные на вероятностной оценке климатических условий. Согласно табл. 9.2, находим:
M(a)dx = 5,23; M(a)d2 = 3,66; M(a)d3= 6,25; M(a)d4= 4,93;
M(a)d5= 4,25.
Оптимальной следует рассматривать стратегию, которая обеспечивается действием dom - d2.
9.2.2. Метод Байеса
Кроме приведенного выше используется иной, более эффективный подход. Смысл его состоит в следующем. Руководитель предприятия, диспетчерской службы, проекта, службы материально- технического обеспечения, поставки ресурсов и т. п., одним словом, лицо, принимающее хозяйственное решение djt вырабатывает стратегию поведения с учетом ожидаемых погодных или климатических условий. Будем в дальнейшем называть ЛПР потребителем метеорологической информации, или просто потребителем (см. п. 2.1). Утверждается, что выбор им наилучшей оптимальной стратегии &>0„Т из возможных стратегий & основан на том условии, что известны результаты совместных осуществлений решений dt и фактической погоды Ф, или определенных условий климата.
Каждый потребитель располагает достаточно объективной информацией о своей зависимости от погоды. Она прежде всего выражается в том, что решения (действия) потребителя djt ориентированные на погоду Ф„ будут сопровождаться экономическим результатом, условно называемым полезностью (а,-), которая может быть
выражена в виде выгоды или потерь. Различные сочетания dl ~ Ф, образуют матрицу полезности как дискретное выражение некоторой функции полезности а = а(Ф, d). Матрица полезности имеет стоимостное выражение.
Типичной является ситуация, когда потребитель принимает решение в соответствии с ожидаемой погодой П}. При этом потребитель будет выбирать такой метод разработки прогнозов, который наилучшим образом отвечает выполнению его хозяйственной задачи. Большинство потребителей в различных отраслях производства используют в основном методические прогнозы, разрабатываемые в прогностических подразделениях Росгидромета. Эти прогнозы рассматриваются как официальные.
Однако такого рода метеорологические прогнозы могут разрабатываться несколькими, включая коммерческие, прогностическими учреждениями (в пункте, в районе), имеющими лицензии Росгидромета. Потребитель может выбрать более предпочтительную, более выгодную прогностическую информацию.
Кроме того, наряду с метеорологическими прогнозами имеется возможность выбора иных прогнозов, разработка которых не требует физического обоснования. Это могут быть инерционные прогнозы, в основе которых лежит исходная погода, или прогнозы по местным признакам и другие подходы, вплоть до случайных прогнозов.
Методические и неметодические прогнозы обобщаются в виде матриц сопряженности, что позволяет установить повторяемость (допускаем интерпретацию вероятности) осуществления отдельных фаз погоды ри = р(Ф„ ITj).
Итак, потребитель располагает экономической информацией о возможных последствиях своего поведения и метеорологической,
Совместные
(р,7)
и условные
(qit)
вероятности позволяют
перейти
к
оценке средних потерь R,
которые может нести потребитель при
стратегическом выборе ориентации на
те или иные прогнозы:
Л = д[а(Ф, d), р(Ф, П)\
Если потребитель постоянно доверяет тем или иным прогнозам, то число его действий d-r отвечающих содержанию прогноза, будет соответствовать числу текстов прогнозов Пг Следовательно, обе матрицы ||агу|| и |pj;.| будут иметь одинаковый размер п (строк) х
х т (столбцов).
Механизм выбора оптимальной стратегии в рамках байесовского подхода состоит в апробации известных потребителю методов прогнозирования по степени обоснования и выбора таких прогнозов, которые обеспечивают ему или минимум потерь (мин R), или
максимум выгоды (макс G). Тем самым устанавливается определенный экстремум
S>(a) = extra. (9.15)
s>
Этим достигается условие выбора оптимальной стратегии
R ОПТ = мин R
(Щ
(9.16)
GonT = макс G.
(9.14)
ОСНОВЫ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ ПОГОДО-ХОЗЯЙСТВЕННЫХ РЕШЕНИЙ
