存在共享投入的两阶段博弈交叉DEA模型

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今天推出的是存在共享投入的两阶段博弈交叉DEA模型。

网络 DEA 博弈交叉效率模型不仅适用于基本两阶段网络结构,还适用于多种网络结构,本文进一步将模型拓展为存在共享投入的两阶段DEA 博弈交叉效率模型。 存在共享投入的两阶段网络结构中,假设有 n 个 DMU;在第一阶段,DMUj(j=1,2,...,n)DMU_j(j=1,2,...,n)用 m 种共享比例分别为αij(i=1,2,...,m)\alpha_{ij}(i=1,2,...,m)的外源投入xij(i=1,2,...,m)x_ij(i=1,2,...,m)产生 q 种产出zpj(p=1,2,...,q);z_pj(p=1,2,...,q); 在第二阶段,DMUj(j=1,2,...,n)DMU_{j}(j=1,2,...,n)用 m 种共享比例分别为的外源投入(1αii)(1-\alpha_{i_{i}}),xij(i=1,2,....,m)x_{ij}(i=1,2,....,m)和第一阶段的 q 种产出zpj(p=1,2,...,q)z_{pj}(p=1,2,...,q)产生 S 种产出yrj(r=1,2,....,s)y_{rj}(r=1,2,....,s),这 S 种产出离开系统。其中,共享比例αii(i=1,2,...,m)\alpha_{i_i}(i=1,2,...,m)是未知参数,管理者可根据现实情况设置共享比例的下界LijL_{ij} 和上界UijU_{ij}

其模型最终的规划式如下:

maxEdk(g)=r=1sμrkd(g)yrk+p=1qωpkd(g)zpk s.t. i=1mvikd(g)xik+p=1qωpkd(g)zpk=1,p=1qωpkd(g)zpji=1mβijd(g)xij0,j=1,,n,r=1sμrkd(g)yrji=1mνikd(g)xij+i=1mβijd(g)xijp=1qωpkd(g)zpj0,j=1,,nEd(g1)i=1mvikd(g)xid+(Ed(g1)1)p=1qωpkd(g)zpdr=1sμrkd(g)yrd0,Lijνikd(g)βijd(g)Uijνikd(g),i=1,,m;j=1,,n,vikd(g),ωpkd(g),μrkd(g)0,i=1,,m;p=1,,q;r=1,,s.\begin{array}{ll}\max & E_{d k}^{(g)}=\sum_{r=1}^{s} \mu_{r k}^{d(g)} y_{r k}+\sum_{p=1}^{q} \omega_{p k}^{d(g)} z_{p k} \\\text { s.t. } & \sum_{i=1}^{m} v_{i k}^{d(g)} x_{i k}+\sum_{p=1}^{q} \omega_{p k}^{d(g)} z_{p k}=1, \\& \sum_{p=1}^{q} \omega_{p k}^{d(g)} z_{p j}-\sum_{i=1}^{m} \beta_{i j}^{d(g)} x_{i j} \leq 0, j=1, \ldots, n, \\& \sum_{r=1}^{s} \mu_{r k}^{d(g)} y_{r j}-\sum_{i=1}^{m} \nu_{i k}^{d(g)} x_{i j}+\sum_{i=1}^{m} \beta_{i j}^{d(g)} x_{i j}-\sum_{p=1}^{q} \omega_{p k}^{d(g)} z_{p j} \leq 0, j=1, \ldots, n \\& E_{d}^{(g-1)} \sum_{i=1}^{m} v_{i k}^{d(g)} x_{i d}+\left(E_{d}^{(g-1)}-1\right) \sum_{p=1}^{q} \omega_{p k}^{d(g)} z_{p d}-\sum_{r=1}^{s} \mu_{r k}^{d(g)} y_{r d} \leq 0, \\& L_{i j} \nu_{i k}^{d(g)} \leq \beta_{i j}^{d(g)} \leq U_{i j} \nu_{i k}^{d(g)}, i=1, \ldots, m ; j=1, \ldots, n, \\& v_{i k}^{d(g)}, \omega_{p k}^{d(g)}, \mu_{r k}^{d(g)} \geq 0, \quad i=1, \ldots, m ; p=1, \ldots, q ; r=1, \ldots, s .\end{array}

两阶段博弈DEA模型,由于需要大量计算,如有N个DMU,那么需要进行G*N^2次的线性规划,为了加快运行速度,在计算式采用文献中提供的新的算法设计。其具体思路如下:

第一步:将 g=1 时每个 DMU 博弈前的平均整体交叉效率设置为 0.001,即令 g=1 时(式 3.7)中Ed(0)=0.001E_d^{( \mathbf{0} ) }= 0. 001 (d=1,2,...,n)( d= 1, 2, . . . , n),并求解(式 3.7)至(式 3.11),计算DMUk(k=1,2,...,n)DMU_k(k=1,2,...,n)第 1 次博弈后的平均整体交叉效率Ek(l)E_k^{(\mathrm{l})}、平均第一阶段交叉效率Ekl(l)E_k^{\mathrm{l}(\mathrm{l})}以及平均第二阶段交叉效率Ek2(l);E_k^{2(\mathrm{l})}; 第二步:当 g=2 时,求解(式 3.7)至(式 3.11),计算DMUk(k=1,2,...,n)DMU_k(k=1,2,...,n)第 g 次博弈后的平均整体交叉效率Ek(2)E_k^{(2)}、平均第一阶段交叉效率Ek1(2)E_k^{1(2)}以及平均第二阶段交叉效率Ek2(2)E_k^{2( 2) } ;

第三步:当 g=3 时,令Ek(3)=Ek(1)+Ek(2)2(k=1,2,...,n)E_k^{(3)}=\frac{E_k^{(1)}+E_k^{(2)}}2(k=1,2,...,n)Ek1(3)=Ek1(1)+Ek1(2)2E_k^{1(3)}=\frac{E_k^{1(1)}+E_k^{1(2)}}2

(k=1,2,...,n)(k=1,2,...,n)Ek2(3)=Ek2(1)+Ek2(2)2(k=1,2,...,n);E_{k}^{2(3)}=\frac{E_{k}^{2(1)}+E_{k}^{2(2)}}{2}\left(k=1,2,...,n\right);

第四步:当g4g\geq4时,求解(式 3.7)至(式 3.11),计算 DMUk(k=1,2,...,n)DMU_k(k=1,2,...,n)第 g 次博弈后的平均整体交叉效率Ek(g)E_k^{(\mathrm{g})}、平均第一阶段交叉效率Ek1(s)E_k^{1(\mathrm{s})}以及平均第二阶段交叉效率Ek2(g);E_k^{2(g)}; 第五步:判断第四步每个DMUk(k=1,2,...,n)DMU_k(k=1,2,...,n)的计算结果是否满足Ek(g+1)Ek(g)ε,Ekl(g+1)Ekl(g)ε,Ek2(g+1)Ek2(g)ε(k=1,2,...,n)\left|E_k^{(\mathrm{g}+1)}-E_k^{(\mathrm{g})}\right|\leq\varepsilon,\left|E_k^{\mathrm{l}(\mathrm{g}+1)}-E_k^{\mathrm{l}(\mathrm{g})}\right|\leq\varepsilon,\left|E_k^{2(\mathrm{g}+1)}-E_k^{2(\mathrm{g})}\right|\leq\varepsilon(k=1,2,...,n),若存在 DMU 不满足此三个不等式中的任一不等式则重复第四步,直到所有 DMU 都满足上述不等式。

关于该模型,使用matlab和julia分别完成了模型建模,均能得到和论文相同的结果(指总效率,分阶段效率有差异,但是排名与论文中的结果近似。这是由于最优解不唯一造成的。)

对比如下:

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参考文献:《网络DEA中的交叉效率及其应用研究》

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