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【多目標規劃模型求解】基于雙層多目標規劃模型的網絡信息資源生態化配置

時事評論 | 2019-10-09 | 閱讀:
【www.ojjffb.live--時事評論】

作者:胡漠馬捷張向先

2015年04期

根據中國互聯網絡信息中心于2015年2月3日發布的《第35次中國互聯網絡發展狀況統計報告》,截至2014年12月,我國IPv6地址數量為18 797塊/32,年增長12.8%;域名總數增至2 060萬個,年增長11.7%;網站數量為335萬個,年增長4.6%;網頁數量為1 899億個,年增長率為26.6%。具體到每個省的數據:域名數量位居前三的是廣東(3 904 905個、占總數的19.0%)、山東(3 041 693個、占總數的14.8%)、上海(1 023 124個、占總數的12.9%),排在末尾后三位的是西藏(8 645個、占總數的0.0%)、青海(15 940個、占總數的0.1%)、寧夏(22 989個、占總數的0.1%);網站數量前三位的為廣東(532 787個、占總數的15.90%)、北京(457 032個、占總數的13.6%)、上海(314 374個、占總數的9.4%),排在末尾后三位的是西藏(965個、占總數的0.0%)、青海(2 111個、占總數的0.1%)、寧夏(3 665個、占總數的0.1%);去重后網頁總數排在前三的有北京(55 161 533 346)、廣東(30 218 300 072)、江蘇(1 451 157 211),排在最后三位的是西藏(2 015 345)、青海(8271386)、寧夏(17 335 676)[1]。由此可見,我國網絡信息資源的數量是巨大的,并且保持著蓬勃的發展勢頭,但省與省之間的差距也是十分明顯的。總體而言,東南沿海地區要遠遠高于西北、東北等地區。如何消除如此巨大的網絡信息資源配置鴻溝,是擺在我們每一位信息工作者眼前的問題。本文基于信息生態理論,引入雙層多目標規劃模型方法,就網絡信息資源生態化配置問題展開研究。

1 研究現狀與可行性分析

1.1 網絡信息資源優化配置研究現狀

國外學者對網絡信息資源配置的研究主要有:Johari R等人[2]引入價格機制研究如何實現網絡信息資源配置的效用最大化。Moore J C[3]對網絡信息資源配置如何以最小的成本獲取盡可能多的效益的問題進行研究。美國學者夏皮羅和瓦里安在詳細分析了網絡信息環境的特點后,提出近幾年網絡信息總量的增長與網絡信息的消費之間的關系揭示了“信息馬爾薩斯定律”,即信息供給呈指數增長時,信息消費只是保持了線性增長[4]。英國學者Muir A與Oppenheim C撰寫的關于在全世界范圍內國家信息政策發展的文章從信息政策角度研究了網絡信息資源配置[5]。

隨著因特網在中國的興起,國內學者亦圍繞網絡信息資源配置展開了一系列研究。查先進[6]、胡昌平[7]等專家對網絡信息資源優化配置的意義與原則進行了深入研究;馬費成、靖繼鵬[8]從網絡信息商品的特有屬性出發,分析網絡信息商品的價格形成機理,考察網絡信息市場的資源配置效率,探討網絡信息市場的結構和運行機制。以周麗霞[9]和蔡宇宏[10]為代表的學者分別從影響因素角度與信息政策角度對網絡信息資源配置進行研究。這些研究都為隨后展開的應用性研究提供了堅實的理論基礎。吳濤[11]等人提出基于價值鏈過程的模糊信息資源配置模型。陳明紅先后引用囚徒困境博弈理論[12]、結構方程模型[13]、復雜系統理論[14]構建網絡信息生態系統信息資源配置模型。

1.2 雙層多目標規劃模型應用研究現狀

自20世紀70年代中后期以來,國內很多學者開始關注在經營管理、資源配置及區域規劃等領域中經常遇到的一類問題,即存在一種具有多決策者卷入,各決策者的目標函數不止一個,決策者之間存在雙層遞進關系的系統——雙層多目標規劃問題[15]。

目前,雙層多目標規劃模型已被多個領域廣泛應用,如呂智林等人[16]同時考慮出行成本和環境成本,提出了采用雙層多目標規劃模型來描述城市快道路網的匝道控制與污染控制問題;何宇強等人[17]通過對不同類型列車的客流平衡條件進行分析,得出不同類型列車的廣義費用函數,并建立客運專線列車開行方案的多目標雙層規劃模型;姚鵬程[18]從系統的角度,運用經濟學的市場供需原理,引入雙層多目標規劃模型,分析PPP項目在市場中如何實現最優投資決策;呂一兵[19]從自然生態環境角度出發,以提高水資源質量與經濟效益為目標,采用雙層多目標規劃理論,建立水資源優化配置模型。以上4篇論文的共同之處為運用雙層多目標規劃模型解決各相關領域內資源的優化配置問題,該模型在解決資源優化配置問題方面具有一定的優勢。

1.3 基于雙層多目標規劃模型研究網絡信息資源生態化配置的可行性

雙層多目標決策問題是單層多目標決策和雙層單目標決策的結合,這種模型更能描述管理部門的階層關系,更全面地體現決策者的意愿。雙層多目標規劃模型分為上下兩層目標函數,并且目標函數可為多個,上下兩層之間相互作用,得出最佳決策方案。目前,雙層多目標規劃已有效地解決了多領域內資源的優化配置問題。

網絡信息資源生態化配置是利用生態學的觀點對網絡信息資源進行優化配置,以實現網絡信息生態系統的平衡性與和諧性,不僅在宏觀的國家層面以最小的投入實現盡可能大的經濟效益與社會效益,而且在微觀層面使每位用戶以最小的投入獲取盡可能大的回報,這正符合雙層多目標規劃模型的應用范圍。引入雙層多目標規劃模型研究網絡信息資源生態化配置問題,可以為網絡信息資源管理部門實現經濟效益與社會效益的最大化尋找一條新的研究途徑,在用戶實現自身知識結構的優化、信息素養與創新能力的提高等方面發揮作用,使網絡信息生態系統更加和諧。因此,本文將構建網絡信息資源生態化配置雙層多目標規劃模型來研究網絡信息資源生態化配置問題。

2 網絡信息資源生態化配置

目前各位專家學者對“信息資源配置是有效利用信息資源的關鍵”[20]這一理念已基本達成共識。網絡信息資源配置的依據是用戶對網絡信息資源的需求,以網絡信息資源配置效果的好壞與效率的高低來衡量配置水平,對當前的網絡信息資源分布和分配預期進行調整,最終達到信息資源可以在不同的需求者之間進行合理分配的過程[21]。

隨著互聯網各種應用的飛速發展,網絡信息生態系統的構成要素和相互作用關系日趨復雜化。在網絡信息資源配置過程中,不但要以效率和效果為指針,還要考慮配置后網絡信息生態系統的和諧性和平衡性。目前我國網絡信息資源在地域上分布的極端不均衡性,是配置低生態性的體現。無論從國家層面的宏觀網絡信息資源配置,還是具體系統的內部資源配置,在當前的網絡環境中,都要重視信息生態問題,對網絡信息資源進行生態化配置。

網絡信息資源生態化配置根據國家和地區的經濟文化發展層次,以及具體區域環境內信息人對網絡信息資源的需求量和需求內容,追求網絡信息資源配置的平衡性、前瞻性、高效性和人性化,調控網絡信息資源的分布,實現網絡信息資源分配和利用的動態平衡與可持續發展,促進網絡信息資源的生態化分布,最終達到社會效益、經濟效益與用戶自身效益最大化的目的。

對網絡信息資源進行生態化配置有利于推動我國網絡信息資源總量的增加、質量的提高、結構的優化,發展壯大網絡信息資源產業;有利于提升全社會網絡信息資源開發利用的水平,提高信息化建設帶來的綜合效益。

3 網絡信息資源生態化配置的雙層多目標規劃模型

3.1 雙層多目標規劃模型

雙層多目標規劃模型是上下層多個決策者之間存在遞進關系的決策系統,并且每個決策者預期實現的目標并不止一個。由于雙層多目標規劃問題求解的定義具有多樣性,雙層規劃結構具有復雜性,目前應用數學領域較為公認的雙層多目標規劃模型的一般形式為:

就本研究而言,上層決策者為網絡信息資源管理機構,其投入為資金,所要達到的目標是經濟效益、社會效益的最大化;下層決策者為廣大網絡信息資源用戶,其投入是上網所需的費用、時間成本、機會成本等,預期達到的目標為在最短時間內獲取較多的對自身發展有用的網絡信息資源。網絡信息資源管理部門的決策會對網絡信息用戶的決策產生影響,雙層決策者在決策中共同發揮作用,解析上下層決策者的相互作用和影響關系,使之協調發展,互相促進,達到網絡信息資源生態化配置的目的,提高網絡信息資源產業的社會效益與經濟效益。

3.3 建立模型

依據雙層多目標規劃模型的構建方法,需要解析出影響目標問題最核心的四個要素,其中上層決策者兩個要素,下層決策者兩個要素,并需要解析出來一個核心的系統影響要素,它既不屬于上層決策者,也不屬于下層決策者。在五個最核心的要素下,可以進行具體分解和細化子要素。對于網絡信息資源生態化配置雙層多目標規劃模型的構建來說,上層決策者是國家信息資源管理部門,進行信息資源配置的核心投入要素是資金,核心產出要素是社會效益和經濟效益。在資金這一核心要素下,可以分解出雇傭人力資源成本、研發與引進先進信息技術成本、硬件設施建設成本三個子要素。網絡信息資源生態化配置的下層決策者是網絡信息用戶,用戶進行信息資源配置的核心投入要素是資金,核心產出要素是單位時間內獲取的信息價值。在資金這一核心要素下,可以分解出用戶的上網費用、時間成本和機會成本。其中時間成本是指用戶為了得到所希望擁有的商品或服務而必須消耗的時間換算成的代價[22],在其他因素不變的情況下,用戶購買該項商品或服務所需的時間越長,花費的時間成本就越大,反之亦然。就本研究而言,網絡信息用戶的時間成本是指在信息網絡中尋找所需信息所花費的時間換算成的貨幣的價值。機會成本是指為了得到某種東西而所要放棄的其他東西中的最大價值[23],就本研究而言,網絡用戶所花費的機會成本為在要進行網絡信息檢索這一決策時,被舍棄的另一些選項中最高價值者即是本次決策的機會成本。

綜合上述分析,網絡信息資源生態化配置的多層雙目標規劃模型上層為網絡信息資源管理部門決策的目標函數,以實現有限資金在雇傭技術人員與管理人員、硬件設施的配置、信息技術的研發與引進等費用間的優化配置為目標;下層為網絡信息資源用戶的目標函數,以投入盡可能小的上網費用、機會成本、時間成本,獲取盡可能多的有利于自身發展的信息為目標,建立網絡信息資源生態化配置的雙層多目標規劃模型如圖1所示。

上層為網絡信息資源管理部門決策的目標函數,以實現有限資金在雇傭技術人員與管理人員、硬件設施的配置、信息技術的研發與引進等費用間的優化配置為目標,并且上層的決策將會對下層的決策產生影響。

下層目標函數為:

下層為網絡信息資源用戶的目標函數,以投入盡可能小的上網費用、機會成本、時間成本,獲取盡可能多的有利于自身發展的信息為目標,下層的決策也會對上層的決策產生影響。

綜上所述,建立網絡信息資源生態化配置雙層多目標規劃模型如下:

網絡信息資源生態化配置雙層多目標規劃模型揭示的是作為上層決策者的網絡信息資源管理機構有實現經濟效益、社會效益最大化等多個目標,作為下層決策者的網絡信息資源用戶同樣具有節約費用、時間,獲取較多自身需要的網絡信息資源等多個目標的雙層多目標規劃問題,雙層目標需要同時協調滿足。網絡信息資源管理部門的決策將對網絡信息資源用戶的決策產生影響,隨后網絡信息資源管理部門再根據用戶的反應,做出有利于我國網絡信息資源生態化發展的決策,上下兩層目標相互作用,從而得到網絡信息資源生態化配置的最佳方案。

3.4 模型的求解

為了獲得網絡信息資源生態化配置的最佳方案,需要對得到的網絡信息資源生態化配置雙層多目標規劃模型求最優解。首先進行如下假設:對于已給出的上層網絡信息資源管理部門的決策變量、J、t,下層網絡信息資源用戶決策問題的目標函數為凸函數,即在某個特定向量空間凸子集上的實值函數,就網絡信息用戶決策問題的目標函數而言,其橫坐標為網絡信息用戶的投入,縱坐標為網絡信息用戶的產出,峰值為投入與產出在特定向量空間中的最佳匹配點的實值,也正是我們要求的使網絡信息用戶以最小的投入或得盡可能大的產出的臨界點,也就是獲得最佳生態化配置的關鍵點。為了求出這個最高點,首先需要根據雙層多目標規劃數學模型,得出下層決策問題中第i個用戶的決策最優性條件函數,可以寫為:

其中,網絡信息用戶的產出與投入的差值為零,即上式值為0時,表示該函數在理論意義上處于平衡狀態,用戶的投入獲取了等值的產出。但在具體應用中,往往會出現差值為正或為負的情況,當差值為正的情況出現,則表明下層決策問題中第i個用戶的產出大于投入,第i個用戶所做的決策有利于其對網絡信息資源的有效獲取,該決策應該得到保持并進一步優化;若差值為負,則表明下層決策問題中第i個用戶的產出小于投入,沒有達到資源配置的最優狀態,這時第i個用戶的決策應進行適當調整,最終達到產出與投入差值為正的狀態。這個調整的過程也就是進行生態化資源配置的過程。

在實際工作中,我們可以根據獲得的數據,驗證產出與投入的差值是否達到了等于或大于零的狀態,如果沒有,就說明沒有達到網絡信息資源生態化配置的最優狀態,要根據該函數,對投入和產出進行調整,直至使產出與投入的差值達到大于零的狀態,完成生態化最優配置。

將上述調整過程求出a、b作為已知量帶入下層的網絡信息資源用戶決策問題的最優性條件代替下層決策問題,a、b分別表示第i個網絡信息用戶在理論上為了獲取有效信息所要付出的成本;b為實際可能獲得的產出與理論上的產出的關系系數,理論上的投入與產出是指網絡信息資源處于較好的生態化配置狀態中的值,得到非線性多目標規劃公式如下:

M為罰函數。罰函數算法的主要思想為[24]:

一定區域網絡信息資源的生態化配置是政府信息資源管理部門的職責,區域信息資源投入和產出值可以由相關部門的歷史數據獲得,運用歷史數據帶入模型測算,可以衡量在過去的時間段內,該區域網絡信息資源配置是否達到了生態化配置的最優狀態。具體過程為,對原始數據進行無量綱化處理,方便數據在數學模型中的應用,求出上層目標函數中理想點所對應的k的值,并將該值作為已知量代入上層國家信息資源管理部門的目標函數的理想點,求出國家信息資源管理部門投入與產出的凸函數峰值點的數值,再把該點的數值作為已知量帶入下層函數,求出下層網絡信息用戶的凸函數的峰值點的數值,由此得到網絡信息資源生態化配置雙層多目標規劃模型的最優解。該最優解不但可以幫助網絡信息資源管理部門解決有限的資金在雇傭技術人員與管理人員、維護硬件設施、研發與引進信息技術之間進行合理的分配,使有限的資源得到最大化的利用,產生最大化的經濟效益與社會效益,還可以幫助廣大的網絡信息資源用戶投入盡可能少的上網費用、機會成本、時間成本,獲得盡可能多的有利于自身發展的信息,從而實現個人知識結構的優化、信息素養與創新能力提高的目標。

4 結語

本研究針對目前網絡信息資源配置中可供實踐的方法不多的問題,從信息生態化角度出發,以實現作為上層決策者的網絡信息管理部門以最少的資金投入獲取最大的社會效益與經濟效益的目標;同時以作為下層決策者的廣大網絡信息用戶以最少的上網費用、時間成本、機會成本的投入,在最短時間內獲取盡可能多的有利于自身發展的網絡信息資源為目標,建立網絡信息資源生態化配置雙層多目標規劃模型,并針對該模型設計了較為有效的求解方法,最終實現配置后網絡信息生態系統具有較好的和諧性和平衡性的目標。

由于政府、企業、公共機構分別作為網絡信息資源生態化配置的主體,其進行網絡信息資源生態化配置的預期目標略有不同。如:政府更加側重于信息資源生態化配置所產生的社會效益;企業更加注重網絡信息資源生態化配置所產生的經濟效益;公共機構更加注重網絡信息資源生態化配置所產生的文化效益等。在具體應用中可根據實際工作的具體需要,對網絡信息資源生態化配置雙層多目標規劃模型中的變量進行相應調整。

作者介紹:胡漠,女,1989年生,吉林大學管理學院碩士研究生,長春 130022;馬捷,女,1973年生,吉林大學管理學院教授,吉林大學信息資源中心,長春 130022;張向先,男,1960年生,吉林大學管理學院教授,吉林大學信息資源中心博士生導師,長春 130022

本文來源:http://www.ojjffb.live/zawen/613741/

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