6. Динамическая задача управления запасами

7. Анализ доходности и риска финансовых операций

8. Оптимальный портфель ценных бумаг

Курсовая: Динамическое и линейное программирование



РУБРИКИ	Курсовая: Динамическое и линейное программирование	РЕКОМЕНДУЕМ

ПОДПИСКА НА ОБНОВЛЕНИЕ

ПОИСК

Таблица 5.
	0	100	200	300	400	500	600	700
	0	42	72	91	107	121	134	143
	0	0	100	200	200	300	300	300

Для заполнения таблицы 7 необходимо в таблице 6 сложить значения функции

со значениями

и на каждой северо-восточной диагонали выбрать наибольшее число (отмечено звездочкой), указав соответствующие значение

Таблица 6.
		0	100	200	300	400	500	600	700
		0	42	72	91	107	121	134	143
		0	42	72	91	107	121	134	143
0	0	0	42*	72*	91	107	121	134	143
100	22	22	64	94*	113*	129*	143	156
200	37	37	79	109	128	144*	158*
300	49	49	91	121	140	156
400	59	59	101	131	150
500	68	68	110	140
600	76	76	118
700	82	82

Таблица 7.
	0	100	200	300	400	500	600	700
	0	42	72	94	113	129	144	158
	0	0	0	100	100	100	200	200

Теперь, в таблице 8, необходимо сложить значения функции

со значениями

, но только для значения

, т.е. заполнить только одну диагональ:

Таблица 8.
		0	100	200	300	400	500	600	700
		0	42	72	94	113	129	144	158
		0	42	72	94	113	129	144	158
0	0								158
100	50							194
200	68						197*
300	82					195
400	92				186
500	100			172
600	107		149
700	112	112

Наибольшее число этой диагонали показывает максимально возможный суммарный прирост прибыли всех четырех предприятий данного производственного объединения, при общей сумме капитальных вложений в 700 денежных единиц, т.е.:

денежных единиц причем четвертому предприятию должно быть выделено:

денежных единиц Тогда третьему предприятию должно быть выделено (см. табл. 7.):

денежных единиц второму предприятию должно быть выделено (см. табл. 5.):

денежных единиц на долю первого предприятия остается:

денежных единиц Таким образом, наилучшим является следующее распределение капитальных вложений по предприятиям:

которое обеспечивает производственному объединению наибольший возможный прирост прибыли:

денежных единиц

Задача управления запасами – это задача о поддержании баланса производства и сбыта продукции предприятия, минимизирующего расходы предприятия на производство и хранение продукции. Предположим, что предприятие, производящее партиями некоторую продукцию, получило заказы на n месяцев. Размеры заказов значительно меняются от месяца к месяцу, поэтому иногда лучше выполнять заказы сразу нескольких месяцев, а затем хранить готовую продукцию, пока она не потребуется, чем выполнять заказ именно в тот месяц, когда этот заказ должен быть отправлен. Поэтому необходимо составить план производства на эти n месяцев с учетом затрат на производство и хранение изделий. Примем следующие обозначения:

	Номер месяца (j=1,2,.,n)
	Число изделий, производимых в j-ом месяце
	Величина запаса к началу j-го месяца
	Число изделий, которые должны быть отгружены в j-ом месяце
	Затраты на хранение и производство изделий в j-ом месяце

Тогда, задача состоит в том, чтобы найти план производства компоненты которого удовлетворяют условиям материального баланса:

, где

и минимизируют суммарные затраты за весь планируемый период:

причем по смыслу задачи

, при

Т.к. объем произведенной продукции

на этапе j может быть настолько велик, что запас

может удовлетворить спрос всех последующих этапов и при этом не имеет смысла иметь величину запаса

больше суммарного спроса на всех последующих этапах, то переменная

должна удовлетворять ограничениям:

Полученную задачу можно решить методом динамического программирования, для чего необходимо определить параметр состояния

и функцию состояния

	Наличный запас продукции в конце k-го месяца ()
	Минимальные затраты за первые месяцев:

Тогда, минимальные затраты за один первый месяц (

Следовательно, минимальные затраты при

, где

Если при этом функция затрат на хранение и производство изделий в j-ом месяце имеет вид:

, где

, при и , при
	Затраты на оформление заказа (переналадку оборудования) в j-ом месяце
	Затраты на хранение единицы продукции, переходящей из j‑го месяца в месяц j+1
	Затраты на производство (закупку) единиц продукции в j‑ом месяце

то минимальные затраты за один первый месяц (

если ввести обозначение:

то следовательно, минимальные затраты при

, где

Допустим, что предприятие заключило договора на поставку своей продукции на три месяца. Исходные данные приведены в таблице 9. При этом исходный запас товара на складе составляет две единицы, т.е

Таблица 9.
Период k	1	2	3
Спрос ()	3	2	3
Затраты на оформление заказа ()	4	2	3
Затраты на хранение единицы запаса ()	1	1	1

Предполагается, что затраты на приобретение продукции составляют 5 руб. за каждую единицу для первых трех единиц и 7 руб. за каждую дополнительную единицу, т.е. Курсовая: Динамическое и линейное программирование

Положим

, тогда:

Тогда, т.к. параметр состояния

может принимать значения на отрезке:

т.е.

, при этом каждому значению параметра состояния отвечает определенная область изменения переменной

Однако на первом этапе объем производства не может быть меньше одной единицы, т.к. спрос

, а исходный запас

, при этом из балансового уравнения следует, что объем производства связан с параметром состояния

соотношением:

т.е. каждому значению

отвечает единственное значение

, поэтому:

, тогда:

Значения функции состояния

приведены в таблице 10.:

Положим

, тогда:

, где:

Здесь минимум берется по переменной

, которая может изменяться в пределах:

где верхняя граница зависит от параметра состояния

, который принимает значения на отрезке:

т.е.

, при этом из балансового уравнения следует, что остаток товара на начало второго месяца

связан с объемом производства

и с параметром состояния

соотношением:

Тогда:

()

Наименьшие из полученных значений

, есть

, т.е.:

причем минимум достигается при

, т.е.:

эти значения указываем в результирующей таблице 11. Аналогично:

()

Таким образом:

Таблица 11.
	0		1	2	3
	21		27	34	41
	0	2	3	3	3

Теперь положим, что

, тогда:

, где:

Если оставлять продукцию к концу третьего периода не нужно, тогда параметр состояния принимает единственное значение

, следовательно, переменная

может изменяться в пределах:

а из балансового уравнения следует, что остаток товара на начало третьего месяца

связан с объемом производства соотношением:

Тогда:

()

Следовательно, получаем:

причем минимум достигается при

, т.е.:

Таким образом, получили минимальные общие затраты на производство и хранение продукции и последнюю компоненту оптимального решения:

Для нахождения остальных компонент оптимального решения, необходимо воспользоваться обычными правилами динамического программирования. Тогда т.к.

, то

, откуда

, следовательно, из таблицы 11.:

или

Аналогично т.к.

, то

или

, откуда

или

, следовательно, из таблицы 10.:

или

Следовательно, получен оптимальный план производства, который имеет два варианта:

при этом, каждый вариант оптимального плана производства обеспечивает минимальные общие затраты на производство и хранение продукции в размере 39 денежных единиц.

Финансовой называется операция, начальное и конечное состояние которой имеют денежную оценку и цель проведения которой заключается в максимизации дохода в виде разности между конечной и начальной оценками. При этом практически все финансовые операции проходят в условиях неопределенности и, следовательно, их результат невозможно предсказать заранее. Поэтому при проведении финансовой операции возможно получение как прибыли, так и убытка. Поэтому задача анализа доходности и риска финансовой операций заключается в оценке финансовой операции с точки зрения ее доходности и риска. Наиболее распространенным способом оценки финансовой операций является представление дохода операции как случайной величины и оценка риска операции как среднего квадратического отклонения этого случайного дохода. Например, если доход от проведения некоторой финансовой операции есть случайная величина

, то средний ожидаемый доход

– это математическое ожидание случайной величины

, где

есть вероятность получить доход

Т.к. среднеквадратическое отклонение:

, где

это мера разбросанности возможных значений дохода вокруг среднего ожидаемого дохода, то его можно считать количественной мерой риска операции и обозначить как

Допустим, что по четырем финансовым операциям

ряды распределения доходов и вероятностей получения этих доходов имеют вид:

2	6	8	4	2	3	4	10


0	1	2	8	0	4	6	10

Тогда т.к.

, то средний ожидаемый доход каждой операции имеет вид:

Т.к.

, то риски каждой финансовой операции имеют вид:

Курсовая: Динамическое и линейное программирование

Нанесем средние ожидаемые доходы

и риски

каждой операции на плоскость (см. график 2.). Тогда, чем правее точка на графике, тем более доходная операция, чем точка выше – тем более она рисковая. Для определения операции оптимальной по Парето, необходимо на графике найти точку, которую не доминирует никакая другая точка. Так как точка

доминирует точку

, если

, то из графика 2. видно, что 3-ая операция доминирует 2-ую операцию, а 1-ая операция доминирует 3-ую и 2-ую операции. Но 1-ая и 4-ая операции несравнимы, т.к. доходность 4-ой операции больше, но и риск ее тоже больше, чем доходность и риск 1-ой операции, следовательно, 1-я операция является оптимальной по Парето. Для нахождения лучшей операции можно применить взвешивающую формулу, которая для пар

дает одно число, по которому можно определить лучшую операцию. Допустим, что взвешивающей формулой будет

, тогда:

Отсюда видно, что 1-ая финансовая операция – лучшая, а 2-ая – худшая.

Таблица 10.

Задача о формировании оптимального портфеля ценных бумаг – это задача о распределении капитала, который участник рынка хочет потратить на покупку набора ценных бумаг, по различным видам ценных бумаг, удовлетворяющих возможность получения некоторого дохода. Из характеристик ценных бумаг наиболее значимы две: эффективность и рискованность. Т.к. эффективность

– это некоторый обобщенный показатель дохода или прибыли, то ее считают случайной величиной, а ее математическое ожидание обозначают как

. Рискованность ценных бумаг отождествляют со средним квадратическим отклонением, при этом дисперсию обычно называют вариацией и обозначают как

, т.е.:

, где

Примем следующие обозначения:

	Номер вида ценных бумаг
	Доля капитала, потраченная на закупку ценных бумаг i-го вида (сумма всех долей равна единице)
	Эффективность ценных бумаг i-го вида, стоящих одну денежную единицу
	Математическое ожидание эффективности
	Ковариация ценных бумаг i-го и j-го видов
	Вариация (дисперсия) эффективности
	Рискованность ценных бумаг i-го вида
	Эффективность портфеля (набора) ценных бумаг

Тогда, математическое ожидание эффективности портфеля ценных бумаг:

вариация портфеля ценных бумаг:

риск портфеля ценных бумаг:

Следовательно, математическая формализация задачи формирования оптимального портфеля ценных бумаг: Найти такое распределение долей капитала, которое минимизирует вариацию эффективности портфеля, при заданной ожидаемой эффективности портфеля

. Тогда, если оптимальное решение обозначить как *, то:

	означает рекомендацию вложить долю капитала в ценные бумаги i‑го вида
	Означает возможность проведения операции “short sale”, т.е. краткосрочного вложения доли капитала в более доходные ценные бумаги

Если на рынке есть безрисковые ценные бумаги, то решение задачи о формировании портфеля ценных бумаг приобретает новое качество. Пусть:

	Эффективность безрисковых ценных бумаг
	Доля капитала, вложенного в безрисковые ценные бумаги
	Средняя ожидаемая эффективность рисковой части портфеля
	Вариация рисковой части портфеля
	Среднее квадратическое отклонение эффективности рисковой части портфеля

Тогда в рисковую часть портфеля вложена

часть всего капитала, а т.к. считается, что безрисковые ценные бумаги некоррелированы с остальными, то ожидаемая эффективность всего портфеля ценных бумаг:

вариация портфеля ценных бумаг:

риск портфеля ценных бумаг:

Допустим, что задача состоит в нахождении распределения капитала, при формировании оптимального портфеля ценных бумаг заданной эффективности, состоящего из трех видов ценных бумаг: безрисковых эффективности 3 и некоррелированных рисковых, с ожидаемой эффективностью 5 и 9, риски которых равны 4 и 6, т.е.: