Введение

Теория решения информационного разрыва стремится оптимизировать устойчивость к сбоям при высокой неопределенности, в частности, применяя анализ чувствительности типа радиуса стабильности к возмущениям в значении данной оценки интересующего параметра. Она имеет некоторые связи с моделью Максимина Вальда; некоторые авторы различают их, другие считают их примером того же принципа. Она была разработана Яковом Бен Хаимом и нашла много применений и описана как теория принятия решений в условиях "серьезной неопределенности". Он подвергся критике как не подходящий для этой цели, и были предложены альтернативы, включая такие классические подходы, как надежная оптимизация.

Сравнение с классической теорией решений

В отличие от теории вероятностного решения, анализ информационного разрыва не использует распределения вероятности: он измеряет отклонение ошибок (различия между параметром и оценкой), но не вероятность результатов в частности, оценка в никаком смысле не более или менее вероятна, чем другие точки, поскольку информационный разрыв не использует вероятность. Информационный разрыв, не используя распределения вероятности, является надежным в том смысле, что он не чувствителен к предположениям о вероятности результатов. Однако модель неопределенности включает в себя понятие "более близких" и "более отдаленных" результатов, и, таким образом, включает в себя некоторые предположения, и не так надежна, как просто рассмотрение всех возможных результатов, как в минимакс. Кроме того, она считает, что вселенная является фиксированной, поэтому она не устойчива к неожиданным (не смоделированным) событиям. Связь с минимальным анализом вызвала некоторые споры: (Ben Haim 1999, pp. 2712) утверждает, что анализ надежности информационного разрыва, хотя и похож в некоторых отношениях, не является минимальным анализом худшего случая, поскольку он не оценивает решения по всем возможным результатам, в то время как (Снидович, 2007) утверждает, что анализ надежности можно рассматривать как пример максимизма (не минимакса). Это обсуждается в критике ниже и разрабатывается в классической перспективе теории решений.

Мотивация

Обычно принимать решения в условиях неопределенности. Что можно сделать, чтобы принимать правильные (или, по крайней мере, наилучшие) решения в условиях неопределенности? Анализ надежности информационного разрыва оценивает каждое возможное решение, задавая вопрос: сколько отклонений от оценки значения параметра, функции или множества допускается и тем не менее "гарантирует" приемлемую производительность? В повседневной речи "прочность" решения определяется величиной отклонения от оценки, которая при использовании этого решения все еще приводит к выполнению требований. Иногда трудно определить, насколько необходима или достаточна прочность. Однако, согласно теории информационного разрыва, ранжирование возможных решений с точки зрения их степени надежности не зависит от таких суждений. Теория информационного разрыва также предлагает функцию возможности, которая оценивает потенциал неожиданных результатов, возникающих в результате благоприятной неопределенности.

Распределение ресурсов

Представьте, что вы руководитель проекта, и у вас две команды: оранжевая и белая. Некоторые доходы в конце года будут достигнуты. У вас ограниченный временной рамок, и вы должны решить, как распределить эти ресурсы между оранжевым и белым, чтобы общий доход был большим.

Введение неопределенности

Фактические доходы могут быть разными. Для уровня неопределенности мы можем определить конверт. Более низкая неопределенность будет соответствовать меньшему объему. Эти конверты называются моделями неопределенности информационного разрыва, поскольку они описывают понимание неопределенности, окружающей функции дохода. Мы можем найти модель для общего дохода. На рисунке 5 показана модель разрыва в информации по общему доходу.

Прочность

Высокие доходы, как правило, заслуживают уважения старшего руководства, но если общий доход ниже определенного порога, это будет стоить должности руководителя проекта. Мы определим такой порог как критический доход, поскольку общий доход ниже критического дохода будет считаться неудачей. Это показано на рисунке 6. Если неопределенность увеличится, объем неопределенности станет более широким, чтобы включать в себя экземпляры функции совокупных доходов, которые для конкретного распределения приносят доход, меньший, чем критический доход. Устойчивость измеряет иммунитет решения к неудаче. Устойчивый удовлетворитель - это человек, принимающий решения, предпочитающий выбор с более высокой устойчивостью. Если для некоторого распределения проиллюстрировать корреляцию между критической выручкой и устойчивостью, то в результате получится график, несколько похожий на график на рисунке 7. Этот график, называемый кривой надежности распределения , имеет две важные особенности, которые являются общими для (большинства) кривых надежности: кривая не увеличивается. Это отражает понятие о том, что когда существуют более высокие требования (более высокая критическая выручка), вероятность не достижения цели выше (меньшая надежность). Это компромисс между качеством и надежностью. При номинальной выручке, то есть, когда критическая выручка равна выручке по номинальной модели (оценке функций выручки), надежность равна нулю. Это связано с тем, что незначительное отклонение от оценки может снизить общий доход. Решение зависит от ценности неудачи.

Поводом для развития

Помимо угрозы потери работы, высшее руководство предлагает вам морковь: если доходы выше, чем некоторые доходы, вы будете вознаграждены. Если неопределенность уменьшится, объем неопределенности станет менее всеобъемлющим, чтобы исключить все случаи функции совокупных доходов, которые для конкретного распределения приносят доход, превышающий доход от неожиданных доходов. Если для некоторого распределения мы проиллюстрируем корреляцию между неожиданным доходом и устойчивостью, у нас будет график, несколько похожий на рисунок 10. Этот график, называемый кривой выгодного распределения , имеет две важные особенности, которые являются общими для (большинства) кривых выгодного распределения: кривая не уменьшается. Это отражает понятие о том, что когда у нас есть более высокие требования (более высокий доход), мы более защищены от неудачи (более высокая целесообразность, которая менее желательна). То есть, нам нужно более существенное отклонение от оценки, чтобы достичь нашей амбициозной цели. Это компромисс между качеством и своевременностью. При номинальном доходе, то есть, когда критический доход равен доходу по номинальной модели (наша оценка функций дохода), целесообразность равна нулю. Это связано с тем, что для получения неожиданного дохода не требуется отклонения от оценки.

Модели неопределенности

Информационные пробелы количественно определяются с помощью моделей неопределенности. Модель информационного разрыва представляет собой неограниченное семейство вложенных множеств. Например, часто встречаемым примером является семейство гнездных эллипсоидов, все имеющих одинаковую форму. Структура множеств в модели информационного разрыва происходит из информации о неопределенности. В общем, структура модели неопределенности info gap выбирается для определения наименьшего или наиболее строгого семейства множеств, элементы которых согласуются с предыдущей информацией. Поскольку, как правило, не существует известного худшего случая, семейство множеств может быть неограниченным. Обычным примером модели информационного разрыва является модель дробной ошибки. Лучшая оценка неопределенной функции - , но дробная ошибка этой оценки неизвестна. Следующее неограниченное семейство вложенных множеств функций является моделью дробной погрешности: На любом горизонте неопределенности, множество содержит все функции, чье дробное отклонение от не больше чем Однако, горизонт неопределенности неизвестен, поэтому модель дробной информации является неограниченным семейством множеств, и нет худшего случая или наибольшего отклонения. Есть много других типов моделей неопределенности информационного разрыва. Все модели информационного разрыва следуют двум основным аксиомам: Модель информационного разрыва вложенная, если она подразумевает: Модель информационного разрыва представляет собой одиночное множество, содержащее его центральную точку: аксиома гнездования налагает свойство "кластеризации", которое характерно для неопределенности информационного разрыва. Кроме того, аксиома гнездования подразумевает, что множества неопределенности становятся более всеобъемлющими по мере роста, таким образом, наделяя его смыслом как горизонт неопределенности. Аксиома сокращения подразумевает, что при горизонте неопределенности нуль оценка правильная. Напомним, что неопределенным элементом может быть параметр, вектор, функция или множество. Модель информационного разрыва - это неограниченное семейство вложенных наборов параметров, векторов, функций или наборов.

Устойчивость и своевременность

Неопределенность может быть либо вредной, либо благоприятной. То есть, неопределенные вариации могут быть либо неблагоприятными, либо благоприятными. Неудача влечет за собой возможность неудачи, в то время как благосклонность - это возможность для полного успеха. Теория решения информационного разрыва основана на количественном определении этих двух аспектов неопределенности и выборе действия, которое решает один или другой или оба из них одновременно. Вредные и благоприятные аспекты неопределенности количественно определяются двумя "функциями иммунитета": функция надежности выражает иммунитет к неудаче, в то время как функция целесообразности выражает иммунитет к неожиданной выгоде.

Правила принятия решения

Основываясь на этих функциях, можно решить курс действий, оптимизируя неопределенность: выбирайте решение, которое является наиболее надежным (может выдержать наибольшую неопределенность; "удовлетворительно"), или выбирайте решение, которое требует наименьшей неопределенности для достижения неожиданного успеха. Формально, оптимизация для надежности или оптимизация для целесообразности дает предпочтительную связь на наборе решений, и правило принятия решений - "оптимизация в отношении этого предпочтения". В нижеприведенном примере давайте определим множество всех доступных или осуществимых векторов решения.

Инженерная

Типичным инженерным применением является анализ вибрации трещины в пучках, где местоположение, размер, форма и ориентация трещины неизвестны и сильно влияют на динамику вибрации. использует тот факт, что кривые прочности различных альтернатив могут пересекаться.

Анализ чувствительности

Анализ чувствительности насколько чувствительны выводы к входным допущениям может быть выполнен независимо от модели неопределенности: проще всего, можно взять два различных предполагаемых значения для входа и сравнить выводы. С этой точки зрения, информационный разрыв можно рассматривать как метод анализа чувствительности, хотя и не единственный.

Надежная оптимизация

Литература по оптимизации надежности предоставляет методы и методы, которые используют глобальный подход к анализу надежности. Эти методы непосредственно касаются принятия решений в условиях сильной неопределенности и используются для этой цели уже более тридцати лет. Модель Максимина Вальда является основным инструментом, используемым этими методами. Основное различие между моделью Максимина, используемой в рамках информационного разрыва, и различными моделями Максимина, используемыми в рамках методов надежной оптимизации, заключается в том, как общая область неопределенности включается в модель надежности. Информационный разрыв использует локальный подход, который концентрируется на непосредственной близости от оценки. В отличие от этого, надежные методы оптимизации предназначены для включения в анализ всей области неопределенности или, по крайней мере, ее адекватного представления. Фактически, некоторые из этих методов даже не используют оценку.

Сравнительный анализ

Классическая теория принятия решений предлагает два подхода к принятию решений в условиях сильной неопределенности, а именно принцип Максимина и Лапласа недостаточного основания (предположим, что все результаты одинаково вероятны); их можно считать альтернативными решениями проблемы, решаемой информационным разрывом. Далее, как обсуждалось в теории решений: альтернативы теории вероятности, вероятностники, особенно вероятностники Байеса, утверждают, что оптимальные правила принятия решений (формально, допустимые правила принятия решений) всегда могут быть получены вероятностными методами (это утверждение полных теорем класса), и, таким образом, что не вероятностные методы, такие как разрыв в информации, ненужны и не дают новых или лучших правил принятия решений.

Максимин

Как свидетельствует богатая литература по надежной оптимизации, maximin предоставляет широкий спектр методов принятия решений в условиях сильной неопределенности. Действительно, как обсуждалось в критике теории решений о разрыве в информации, модель надежности разрыва в информации может быть интерпретирована как пример общей модели максимина.

Байесовский анализ

Что касается принципа недостаточного основания Лапласа, в этом контексте его удобно рассматривать как пример байесовского анализа. Суть байесовского анализа заключается в применении вероятности для различных возможных реализаций неопределенных параметров. В случае неопределенности Найта (не вероятностной), эти вероятности представляют "степень веры" лица, принимающего решение, в конкретной реализации. В нашем примере, предположим, что есть только пять возможных реализаций неопределенного дохода для функции распределения. Принимающий решение считает, что оцениваемая функция является наиболее вероятной, и что вероятность уменьшается по мере увеличения разницы от оценки. На рисунке 11 показано такое распределение вероятности. Теперь, для любого распределения, можно построить вероятностное распределение дохода, основанное на его предыдущих убеждениях. Затем принимающий решение может выбрать распределение с наибольшей ожидаемой выручкой, с наименьшей вероятностью неприемлемой выручки и т.д. Наиболее проблематичным этапом этого анализа является выбор вероятности реализации. Если существует обширный и соответствующий опыт, эксперт может использовать этот опыт для построения распределения вероятности. Но даже с обширным опытом в прошлом, когда некоторые параметры изменяются, эксперт может быть в состоянии оценить, что более вероятно, чем , но не сможет достоверно количественно оценить эту разницу. Тем не менее, с методологической точки зрения, эта трудность не так проблематична, как основывать анализ проблемы, подверженной серьезной неопределенности, на одной точечной оценке и ее непосредственном соседстве, как это делается с помощью info gap. И что еще более важно, в отличие от информационного разрыва, этот подход глобален, а не локален. Тем не менее, следует подчеркнуть, что байесовский анализ не касается конкретно вопроса о надежности. Байесовский анализ поднимает вопрос о том, как учиться на опыте и соответственно корректировать вероятности. Другими словами, принятие решения - это не одноразовый процесс, а выгода от последовательности решений и наблюдений.