Решение матричных игр в чистых стратегиях

где N – номер Вашей фамилии в списке студентов группы,

определить оптимальные  стратегии и значения выигрышей  при выборе оптимальных стратегий по каждому из критериев, указанных в теоретической части данного занятия.

 

Задание 6.2

Разработайте компьютерную программу, выполняющую следующие  функции:

1. Ввод коэффициентов  платёжной матрицы статистической  игры, значений вероятностей состояний  окружающей среды, значений коэффициента пессимизма и параметра достоверности информации о вероятностях состояний окружающей среды (по вариантам, предложенным преподавателем).

2. Определение оптимальных  стратегий по каждому из критериев,  указанных в теоретической части данного занятия.

3. Вывод информации  о наименованиях оптимальных  стратегий и значениях выигрышей при выборе оптимальной стратегии по каждому критерию.

Занятие 7

 

Теоретическая часть

Пример решения статистической игры

Рассмотрим пример решения  статистической игры в экономической задаче.

Сельскохозяйственное  предприятие производит капусту. Оно  имеет возможность хранить произведённую  капусту в течение всего сезона реализации – с осени до начала лета следующего года. Хозяйство может выбрать одну из трёх стратегических программ реализации капусты в течение сезона реализации:

A1 - реализовать всю капусту осенью, непосредственно после уборки;

A2 - заложить часть капусты на хранение и реализовать её в течение осенних и зимних месяцев;

A3 – заложить всю капусту на хранение и реализовать её в весенние месяцы.

Сумма затрат на производство, хранение и реализацию капусты для  хозяйства при выборе им каждой из стратегий составляет соответственно 20, 30 и 40 тыс. денежных единиц.

На региональном рынке  капусты может сложиться одна из следующих трёх ситуаций:

S1 - поступление капусты на рынок происходит равномерно в течение всего сезона реализации и рынок не испытывает сезонных колебаний цен реализации продукта;

S2 - в осенние месяцы на рынок поступает капусты немного больше, чем зимой и весной. В связи с этим наблюдаются небольшие сезонные колебания цен – в начале зимы цены немного возрастают по сравнению с осенним уровнем и держатся стабильными в течение всех последующих месяцев сезона реализации;

S3 - в осенние месяцы на рынок поступает капусты значительно больше, чем зимой и весной. Объёмы капусты, поступающей  в течение сезона реализации, постоянно уменьшаются. Поэтому рынок испытывает значительные сезонные колебания цен.

Значения суммы выручки  предприятия от реализации капусты при выборе каждой из стратегий реализации и формировании различных ситуаций на рынке  представлены в таблице 3.1.

 

Таблица 3.1.

Выручка от реализации капусты, тыс. д.е.

 

Стратегии хозяйства	Выручка от реализации капусты, тыс. д.е.
	S1	S2	S3
A1	30	25	22
A2	30	40	33
A3	30	40	60

 

В задаче необходимо определить:

1. Какая стратегия  хозяйства является наиболее  выгодной, если известны значения вероятностей состояний рынка капусты региона: 0,3, 0,6 и 0,1 соответственно;

2. Какая стратегия  хозяйства является наиболее выгодной, если информация о вероятностях состояний рынка капусты отсутствует и предприятию необходимо:

а) получить минимально гарантированный  выигрыш;

б) учесть значения риска  от принятия различных решений;

в) определить наиболее выгодную стратегию, если коэффициент пессимизма равен 0,3;

3. Определить наиболее  выгодную стратегию, если информация  о вероятностях состояний рынка не является вполне достоверной и параметр достоверности информации равен 0,7;

4. Дать экономическую  интерпретацию результатов решения задачи.

Решение

1. Составим платёжную  матрицу данной игры. Её коэффициентами  будут значения прибыли от  производства капусты, получаемые  как разница суммы выручки от реализации капусты и затрат на производство, хранение и реализацию капусты (рис. 3.2.).

 

	S1	S2	S3
A1	10	5	2
A2	0	10	3
A3	-10	0	20

Рис. 3.2. Платёжная матрица  задачи определения наиболее выгодной стратегии реализации капусты

 

2. Определим наиболее  выгодную стратегию по критерию  максимального математического ожидания выигрыша по формуле (2) (занятие 6):

W₁ = 10×0,3 + 5×0,6 + 2×0,1 = 6,2

W₂ = 0×0,3 + 10×0,6 + 3×0,1 = 6,3

W₃ = -10×0,3 + 0×0,6 + 20×0,1 = -1

 

	S1	S2	S3	Wi
Pj	0,3	0,6	0,1
A1	10	5	2	6.2
A2	0	10	3	6.3
A3	-10	0	20	-1

Рис. 3.3. Определение оптимальной стратегии в статистической игре по критерию максимального математического ожидания

 

W = max W_i = W₂

Оптимальной по данному  критерию при указанных значениях  вероятностей состояния рынка капусты будет стратегия A2 (W = 6,3) (рис. 3.3.).

3. Определим наиболее  выгодные стратегии предприятия по ММ-критерию, критерию недостаточного основания Лапласа (НО-критерий) и критерию пессимизма-оптимизма (на рисунке - ПО-критерий, рис. 3.4.).

 

	S1	S2	S3	Wi (ММ)	Wi (НО)	Wi (ПО)
A1	10	5	2	2	5,67	7,6
A2	0	10	3	0	4,33	7
A3	-10	0	20	-10	3,33	11

Рис. 3.4. Определение оптимальной стратегии в статистической игре по максиминному критерию, критерию недостаточного основания Лапласа и критерию пессимизма-оптимизма

 

Значения W_i для ММ-критерия найдём по формуле (3):

W₁ = min (10, 5, 2) = 2

W₂ = min (0, 10, 3) = 0

W₃ = min (-10, 0 20) =-10

W = max W_i = W₁

Оптимальной стратегией по максиминному критерию является стратегия A1 (W = 2).

Определим оптимальную  стратегию по критерию недостаточного основания Лапласа (формула (4)). По данному критерию оптимальной является стратегия A1 (W = 5,67).

По критерию пессимизма-оптимизма  при коэффициенте пессимизма, равном 0,3 (формула (6)) – стратегия A3 (W = 11).

4. Определим наиболее  выгодную стратегию по критерию  минимаксного риска. Для этого рассчитаем матрицу рисков (формула (5), рис. 3.5.).

 

	S1	S2	S3	Ri
A1	0	5	18	18
A2	10	0	17	17
A3	20	10	20	20

Рис. 3.5. Определение оптимальной  стратегии в статистической игре по критерию минимаксного риска с  помощью построения матрицы рисков

 

Оптимальной стратегией по критерию минимаксного риска является стратегия A2 (W = 17).

5. Определим наиболее  выгодную стратегию предприятия  по критерию Ходжа-Лемана (формула (7), рис. 3.6. ).

 

	S1	S2	S3	Wi
Pj	0,3	0,6	0,1
A1	10	5	2	4,94
A2	0	10	3	4,41
A3	-10	0	20	-3,7

Рис. 3.6. Определение оптимальной стратегии в статистической игре по критерию Ходжа-Лемана

 

По критерию Ходжа-Лемана оптимальной для хозяйства будет  стратегия A1 (W = 4,94).

6. Проведём экономическую  интерпретацию результатов решения  задачи.

Если предприятие имеет  информацию о вероятностях состояния рынка капусты и значения этих вероятностей соответствуют исходным данным задачи, наиболее выгодной стратегией является продажа части капусты в осенние месяцы и хранение оставшейся капусты для реализации в течение зимних месяцев (прибыль составит 6,3 тыс. д.е.). Эта же стратегия является наиболее эффективной, если информация о вероятностях состояний рынка капусты отсутствует и предприятию необходимо минимизировать степень возможного риска потери прибыли в процессе принятия решения (значение возможного риска составит 17 тыс. д.е.).

В случае, когда при  отсутствии информации о состоянии  рынка наиболее существенным для предприятия является не максимизация прибыли в абсолютном выражении, а получение её гарантированного объема, хотя бы и минимального, наиболее целесообразным решением является реализация всей капусты в осенние месяцы (прибыль составит 2 тыс. д.е.). Это же стратегия является наиболее  выгодной, если предприятие имеет информацию о вероятностях состояний рынка, соответствующую исходным данным, но эта информация не вполне достоверна (в случае, если информация имеет достоверность 0,7, прибыль составит 4,94 тыс. д.е.).

В случае, если информация о вероятностях состояний рынка  отсутствует и риск значительных потерь не является для предприятия определяющим фактором при принятии решения, или если есть основания для оптимистической оценки ситуации на рынке капусты, при котором предприятие имеет возможность получить наибольшую прибыль от производства капусты, ему следует сохранить произведённую продукцию и реализовать её в весенние месяцы (прибыль составит соответственно 5.7 и 11 тыс. д.е.).

 

Практическая часть

 

Задание 7.1

 

Сельскохозяйственное  предприятие производит картофель. Посевная площадь картофеля составляет 100 га. Хозяйство имеет договор с магазином, который гарантированно закупит весь произведённый картофель по цене 4+0,1×N (N – номер варианта, указанный преподавателем) д.е. за 1 кг.  При выращивании картофеля хозяйство может принять одно из трёх решений, различающихся по сумме затрат на производство продукции:

A1. Провести комплексную обработку растений для предотвращения поражения сорняками, вредителями и болезнями (затраты - 6 млн. д.е.).

A2. Провести частичную обработку растений (затраты – 4 млн. д.е.).

A3. Не проводить обработку растений (затраты – 2.5 млн. д.е.).

В зависимости от погодных условий, наличия и развития сорняков, вредителей и болезней возможны следующие  ситуации: