Исследование операций




Скачать 90.69 Kb.
НазваниеИсследование операций
Дата публикации25.12.2013
Размер90.69 Kb.
ТипИсследование
litcey.ru > Математика > Исследование
Исследование операций – дисциплина, занимающаяся разработкой и применением методов нахождения оптимальных решений на основе математического моделирования, статистического моделирования и различных эвристических подходов в различных областях человеческой деятельности. Иногда используется название математические методы исследования операций.

Характерной особенностью исследования операций является системный подход к поставленной проблеме и анализ. Системный подход является главным методологическим принципом исследования операций. Он заключается в следующем. Любая задача, которая решается, должна рассматриваться с точки зрения влияния на критерии функционирования системы в целом. Для исследования операций характерно то, что при решении каждой проблемы могут возникать новые задачи. Важной особенностью исследования операций является так называемый, принцип «оптимальности», т.е. стремление найти оптимальное решение поставленной задачи. Однако на практике такое решение найти невозможно по таким причинам:

  1. отсутствие методов, дающих возможность найти глобально оптимальное решение задачи

  2. ограниченность существующих ресурсов (к примеру, ограниченность машинного времени ЭВМ), что делает невозможным реализацию точных методов оптимизации.

В таких случаях ограничиваются поиском не оптимальных, а достаточно хороших, с точки зрения практики, решений. Приходится искать компромисс между эффективностью решений и затратами на их поиск. Исследование операций дает инструмент для поиска таких компромиссов.

ИО используют в основном крупные западные компании в решении задач планирования производства (контроллинга, логистики, маркетинга) и прочих сложных задач. Применение ИО в экономике позволяет понизить затраты или, по другому сформулировав, повысить продуктивность предприятия (иногда в несколько раз!). ИО активно используют армии и правительства многих развитых стран для оценки боевой эффективности вооружений, военной техники и воинских формирований, развития новых видов вооружений, решения комплексных задач снабжения армий, продвижения армий, развития стратегий войн, развития межгосударственных торговых механизмов, прогнозирования развития (например, климата) и т. д. Решение комплексных задач повышенной важности производится методами ИО на суперкомпьютерах, но разработки ведутся на простых ПК. Применять методы ИО можно и на малых предприятиях, используя ПК.

Типичные задачи:

  1. План снабжения предприятий

  2. Постройка участка магистрали

  3. Продажа сезонных товаров

  4. Снегозащита дорог

  5. Противолодочный рейд

  6. Выборочный контроль продукции

  7. Медицинское обследование

  8. Библиотечное обслуживание

Также к разделу исследования операций (или прикладной математики) относится Теория игр.

Теория игр — математический метод изучения оптимальных стратегий в играх. Под игрой понимается процесс, в котором участвуют две и более сторон, ведущих борьбу за реализацию своих интересов. Каждая из сторон имеет свою цель и использует некоторую стратегию, которая может вести к выигрышу или проигрышу — в зависимости от поведения других игроков. Теория игр помогает выбрать лучшие стратегии с учётом представлений о других участниках, их ресурсах и их возможных поступках.

Чаще всего методы теории игр находят применение в экономике, чуть реже в других общественных науках — социологии, политологии, психологии, этике и других. Начиная с 1970-х годов её взяли на вооружение биологии для исследования поведения животных и теории эволюции. Очень важное значение она имеет для искусственного интеллекта и кибернетики, особенно с проявлением интереса к интеллектуальным агентам.

Теория игр, как один из подходов в прикладной математике, применяется для изучения поведения человека и животных в различных ситуациях. Первоначально теория игр начала развиваться в рамках экономической науки, позволив понять и объяснить поведение экономических агентов (субъекты экономических отношений, принимающие участие в производстве, распределении, обмене и потреблении экономических благ) в различных ситуациях. Позднее область применения теории игр была расширена на другие социальные науки; в настоящее время теория игр используется для объяснения поведения людей в политологии, социологии и психологии. Теоретико-игровой анализ был впервые использован для описания поведения животных Рональдом Фишером в 30-х годах XX века (хотя даже Чарльз Дарвин использовал идеи теории игр без формального обоснования). В работе Рональда Фишера не появляется термин «теория игр». Тем не менее, работа по существу выполнена в русле теоретико-игрового анализа. Разработки, сделанные в экономике, были применены Джоном Майнардом Смитом в книге «Эволюция и теория игр». Теория игр используется не только для предсказания и объяснения поведения; были предприняты попытки использовать теорию игр для разработки теорий этичного или эталонного поведения. Экономисты и философы применяли теорию игр для лучшего понимания хорошего (достойного) поведения.

Первоначально теория игр использовалась для описания и моделирования поведения человеческих популяций. Некоторые исследователи считают, что с помощью определения равновесия в соответствующих играх они могут предсказать поведение человеческих популяций в ситуации реальной конфронтации. Такой подход к теории игр в последнее время подвергается критике по нескольким причинам. Во-первых, предположения, используемые при моделировании, зачастую нарушаются в реальной жизни. Исследователи могут предполагать, что игроки выбирают поведения, максимизирующее их суммарную выгоду (модель экономического человека), однако на практике человеческое поведение часто не соответствует этой предпосылке. Существует множество объяснений этого феномена — нерациональность, моделирование обсуждения, и даже различные мотивы игроков (включая альтруизм). Авторы теоретико-игровых моделей возражают на это, говоря, что их предположения аналогичны подобным предположениям в физике. Поэтому даже если их предположения не всегда выполняются, теория игр может использовать как разумная идеальная модель, по аналогии с такими же моделями в физике. Однако, на теорию игр обрушился новый вал критики, когда в результате экспериментов было выявлено, что люди не следуют равновесным стратегиям на практике. Например, в играх «Сороконожка», «Диктатор» участники часто не используют профиль стратегий, составляющий равновесие по Нэшу. Продолжаются споры о значении подобных экспериментов. Согласно другой точке зрения, равновесие по Нэшу не является предсказанием ожидаемого поведения, но лишь объясняет, почему популяции, уже находящиеся в равновесии по Нэшу, остаются в этом состоянии. Однако вопрос о том, как эти популяции приходят к равновесию Нэша, остается открытым. Некоторые исследователи в поисках ответа на этот вопрос переключились на изучение эволюционной теории игр. Модели эволюционной теории игр предполагают ограниченную рациональность или нерациональность игроков. Несмотря на название, эволюционная теория игр занимается не только и не столько вопросами естественного отбора биологических видов. Этот раздел теории игр изучает модели биологической и культурной эволюции, а также модели процесса обучения.

Типы игр:

  1. ^ Кооперативные и некооперативные

Игра называется кооперативной, или коалиционной, если игроки могут объединяться в группы, взяв на себя некоторые обязательства перед другими игроками и координируя свои действия. Этим она отличается от некооперативных игр, в которых каждый обязан играть за себя. Часто предполагают, что кооперативные игры отличаются именно возможностью общения игроков друг с другом. В общем случае это неверно. Существуют игры, где коммуникация разрешена, но игроки преследуют личные цели, и наоборот.

  1. ^ Симметричные и несимметричные

Игра будет симметричной тогда, когда соответствующие стратегии у игроков будут равны, то есть иметь одинаковые платежи. Иначе говоря, если игроки могут поменяться местами и при этом их выигрыши за одни и те же ходы не изменятся. Многие изучаемые игры для двух игроков — симметричные. В частности, таковыми являются: «Дилемма заключённого», «Охота на оленя», «Ястребы и голуби».

  1. ^ С нулевой суммой и с ненулевой суммой

Игры с нулевой суммой — особая разновидность игр с постоянной суммой, то есть таких, где игроки не могут увеличить или уменьшить имеющиеся ресурсы, или фонд игры. В этом случае сумма всех выигрышей равна сумме всех проигрышей при любом ходе. Примерами таких игр может служить покер, реверси, либо банальное воровство.

В играх с ненулевой суммой выигрыш какого-то игрока не обязательно означает проигрыш другого, и наоборот. Исход такой игры может быть меньше или больше нуля.

  1. ^ Параллельные и последовательные

В параллельных играх игроки ходят одновременно, или, по крайней мере, они не осведомлены о выборе других до тех пор, пока все не сделают свой ход. В последовательных, или динамических, играх участники могут делать ходы в заранее установленном либо случайном порядке, но при этом они получают некоторую информацию о предшествующих действиях других. Эта информация может быть даже не совсем полной, например, игрок может узнать, что его противник из десяти своих стратегий точно не выбрал пятую, ничего не узнав о других.

Последовательная игра в теории игр является игрой, где один игрок выбирает свое действие прежде, чем другие сделают свой ход. Важно, что у игроков ходивших позже появляется некоторая информация до выбора предыдущих игроков, иначе разница во времени не имела бы никакого стратегического эффекта.

  1. ^ С полной или неполной информацией

Важное подмножество последовательных игр составляют игры с полной информацией. В такой игре участники знают все ходы, сделанные до текущего момента, равно как и возможные стратегии противников, что позволяет им в некоторой степени предсказать последующее развитие игры. Полная информация не доступна в параллельных играх, так как в них неизвестны текущие ходы противников.

  1. ^ Игры с бесконечным числом шагов

Игры в реальном мире или изучаемые в экономике игры, как правило, длятся конечное число ходов. Математика не так ограничена, и в частности, в теории множеств рассматриваются игры, способные продолжаться бесконечно долго. Причём победитель и его выигрыш не определены до окончания всех ходов.

Задача, которая обычно ставится в этом случае, состоит не в поиске оптимального решения, а в поиске хотя бы выигрышной стратегии. Используя аксиому выбора, можно доказать, что иногда даже для игр с полной информацией и двумя исходами — «выиграл» или «проиграл» — ни один из игроков не имеет такой стратегии.

  1. ^ Дискретные и непрерывные игры

Большинство изучаемых игр дискретны: в них конечное число игроков, ходов, событий, исходов и т. п. Однако эти составляющие могут быть расширены на множество вещественных чисел. Игры, включающие такие элементы, часто называются дифференциальными. Они связаны с какой-то вещественной шкалой (обычно — шкалой времени), хотя происходящие в них события могут быть дискретными по природе. Дифференциальные игры также рассматриваются в теории оптимизации, находят своё применение в технике и технологиях, физике.

  1. Метаигры

Это такие игры, результатом которых является набор правил для другой игры (называемой целевой или игрой-объектом). Цель метаигр — увеличить полезность выдаваемого набора правил.

^ Система массового обслуживания (СМО) — совокупность пунктов (каналов, станций, приборов), на которые в случайные или неслучайные моменты времени поступают заявки на обслуживание (требования), подлежащие удовлетворению.

Примеров таких систем можно привести очень много. Телефонная сеть — это С. м. о.: здесь заявка — вызов абонента, обслуживающее устройство — коммутатор. Универсам — это тоже С. м. о.: заявка в этом случае — приход в магазин покупателя, а обслуживающее устройство — касса.

Можно, правда, рассматривать работу универсама и с противоположных позиций: считать, что кассир, ожидающий покупателя, — это заявка на обслуживание, а обслуживающее устройство — это покупатель, способный удовлетворить заявку, т. е. подойти к кассе с покупками и прекратить вынужденный простой кассира. Возможность такого двойственного подхода к задачам теории массового обслуживания позволяет использовать их для оптимизации структуры исследуемых систем.

Если, напр., в магазине работает лишь одна касса, а покупатели заходят часто, то возникнет очередь покупателей, ожидающих обслуживания. Если же, наоборот, покупатели заходят редко, а кассиров несколько, то возникнет очередь кассиров, ожидающих покупателя. В обоих случаях магазин несет потери: в первом случае потому, что не все желающие купить товар будут обслужены, а во втором — потому, что кассиров слишком много и часть фонда их заработной платы будет расходоваться напрасно.

Поэтому, напр., критерием правильности организации работы магазина может служить средняя сумма времени ожидания покупателя и времени ожидания кассира. Работа магазина организована наилучшим образом, если эта величина минимальна.

Для оценки СМО применяются также показатели ее пропускной способности: абсолютной (среднее число заявок, которое может быть обслужено за единицу времени) и относительной (средняя доля обслуживаемых заявок в общем количестве поступающих в систему).

Для того чтобы достаточно полно сформулировать математическую модель СМО, обычно необходимо задать: характеристики среды или входящего потока требований; характеристики механизма обслуживания; дисциплину обслуживания.

СМО классифицируются, во-первых, по характеру обслуживания:

  • системы с отказами (другое название — системы с потерями, когда требование, поступившее в момент, когда все каналы заняты, получает отказ, покидает систему и в дальнейшем процессе обслуживания не участвует);

  • системы с очередью (с ожиданием упорядоченным и неупорядоченным, случайным и т. д.). Такие системы делятся далее на системы с неограниченным ожиданием и ограниченным (предельной длиной очереди, временем и др.) ожиданием;

во-вторых, по кругу обслуживаемых объектов:

  • замкнутые системы;

  • открытые системы;

в-третьих, по количеству каналов и фаз обслуживания:

  • одноканальные и многоканальные;

  • однофазные и многофазные

Похожие:

Исследование операций iconИсследование операций в экономике Опыт работы
Квалификация: экономист-математик по специальности математические методы и исследование операций в экономике
Исследование операций icon6 Исследование операций в политологии и социологии
С 10 по 14 апреля в Московском Государственном Университете им. М. В. Ломоносова и в Вычислительном центре им. А. А. Дородницына...
Исследование операций iconУчебный курс «Теория организации» Системология: (Базовая научная...
Теория организации; исследование операций и оптимальное управление; аналитика данных; имитационное моделирование
Исследование операций iconВ данной выпускной квалификационной работе рассматриваются теоретические...
Новные принципы учета товарных операций; раскрыты основные понятия, относящиеся к учету товарных операций; приведена типовая корреспонденция...
Исследование операций iconИсследование операций
Типичные задачи. Графический метод. Анализ чувствительности. Симплекс-метод. Использование компьютерных программ
Исследование операций iconПрограмма курса “Исследование операций”. Лектор – проф. Л. Г. Афанасьева
Процессы управления запасами и производством. Одношаговая модель закупки в течение короткого торгового сезона
Исследование операций iconПрограмма курса «Исследование операций» на 2013/14 уч г. (4 курс ммф нгу, 2 семестр) Темы лекций
Лемма о сводимости. Схема доказательства принадлежности задачи классу np-полных проблем
Исследование операций iconЭкзаменационные вопросы по курсу теория игр и исследование операций...
Доказать, что если функция K(X,y) непрерывна на X? Y (X, y компакты), то функция непрерывна на X
Исследование операций iconРеферат по дисциплине исследование операций на тему метод деформируемого многогранника
Материалы данного файла могут быть использованы без ограничений для написания собственных работ с целью последующей сдачи в учебных...
Исследование операций iconVi московская международная конференция по Исследованию Операций...
Московскую международную конференцию по Исследованию Операций (orm2010). На конференции будут обсуждаться теоретические аспекты и...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
litcey.ru
Главная страница