Transcript slajdy
Sekwencyjne problemy decyzyjne Wykład 7 Przykład Firma zdała sobie sprawę, że wypuściła na rynek wadliwy produkt. Nie jest pewna skali zjawiska – może być duża (40%) lub mała. Jeśli firma nie da po sobie znać, to wina za duży problem na 25% nie zostanie przypisana firmie (za mały na pewno nie). Firma może zignorować problem, upublicznić sprawę lub wszcząć wewnętrzne śledztwo. Wewnętrzne śledztwo na 80% faktycznie pozostanie w ukryciu i da pewną informację nt. skali problemu. Wtedy firma będzie mogła ponownie podjąć decyzję o upublicznieniu lub zignorowaniu przy zachowaniu ww. prawdopodobieństw. Jeśli śledztwo się wyda, pozostaje jedynie niepewność co do skali problemu i reakcji ludzi. Straty – konieczność rekompensat i wymiany sprzętu – wynikające z dużego problemu wynoszą 100 [wszystkie kwoty w mln $], z małego 30. Jeśli problem jest duży, to dodatkowa strata wyniesie: 100 – jeśli firma ignorowała problem, 50 – jeśli firma badała kwestię, ale w ukryciu. Koszt upublicznienia jest równy 1, zaś śledztwa 5. 2 Przykład – pytania • Jakie warianty decyzyjne są dostępne, ile ich jest? • Jakie są możliwe konsekwencje dla poszczególnych wariantów? Jakie są związane z nimi wypłaty i prawdopodobieństwa wystąpienia? • Jaka jest optymalna decyzja? Jakie zachowania przewiduje? • Jak wpływa wzrost prawdopodobieństwa przecieku ze śledztwa? • Ile jest warta możliwość przeprowadzenia śledztwa? • Ile maksymalnie warto zapłacić za informację o skali problemu? 3 Model sekwencyjnego problemu decyzyjnego – złe podejście Skala jest duża, ale sama z siebie nie wyjdzie; sekretne badania wyjdą na jaw … … Zignoruj problem … … … … … … … Prowadź badania, jeśli uda się utrzymać sekret i okaże się, że …, to … … … … • • • • Brak uwidocznienia struktury Trudność odgadnięcia niezbędnych parametrów Trudność reewaluacji Niewidoczne współzależności między parametrami 4 Model sekwencyjnego problemu decyzyjnego – drzewa decyzyjne • Elementy modelu: – struktura (dostępne działania, następstwo czasowe) – parametry (prawdopodobieństwa, koszty, wypłaty) • Struktura: drzewo decyzyjne – graf (nieskierowany, spójny, acykliczny) – korzeń reprezentuje początek sytuacji decyzyjnej – wierzchołki reprezentują moment oczekiwania lub zakończenie problemu – wierzchołki: decyzyjne, losowe, końcowe – krawędzie między wierzchołkami reprezentują działania/reakcje – odległość wierzchołków od korzenia reprezentuje następstwo czasowe 5 6 Model sekwencyjnego problemu decyzyjnego – drzewa decyzyjne, c.d. • Elementy modelu: – struktura (dostępne działania, następstwo czasowe) – parametry (prawdopodobieństwa, koszty, wypłaty) • Struktura: … • Parametry: – miary prawdopodobieństwa dla wierzchołków losowych – … 7 8 Model sekwencyjnego problemu decyzyjnego – drzewa decyzyjne, c.d. • Elementy modelu: – struktura (dostępne działania, następstwo czasowe) – parametry (prawdopodobieństwa, koszty, wypłaty) • Struktura: … • Parametry: – miary prawdopodobieństwa dla wierzchołków losowych – wypłaty dla wierzchołków końcowych – koszty dla działań i reakcji (krawędzi wychodzących z odpowiednich węzłów) 9 10 Przyjęte uproszczenia modelu • Stałość parametrów • Czas tylko porządkowo (tylko następstwo czasowe) • Jeden decydent • Jedno kryterium • Liniowa funkcja użyteczności 11 Model sekwencyjnych problemów decyzyjnych – warianty decyzyjne • Wariant decyzyjny jednoznacznie określa zachowanie decydenta poprzez podanie reguł: „jeśli wystąpi stan świata X, podejmij działanie Y” • Wariant decyzyjny to maksymalny spójny podgraf, w którym każdy wierzchołek decyzyjny ma dokładnie jeden następnik • Ile jest wariantów decyzyjnych w naszym problemie? 12 13 Przykładowe warianty decyzyjne 14 Konsekwencje • Każdemu wariantowi odpowiada co najmniej jedna konsekwencja, tj. ścieżka działań i reakcji, która może zajść w wyniku wybrania tego wariantu • Konsekwencje reprezentowane są przez maksymalne spójne podgrafy, w których każdy węzeł (poza końcowymi) ma jeden następnik • Każdy wariant ma tyle konsekwencji, ile węzłów końcowych • Konsekwencjom odpowiadają wypłaty dla decydenta oraz prawdopodobieństwo (przy założeniu wybrania wariantu, dla którego dana konsekwencja możliwa) 15 Przykładowe konsekwencje 16 Wybór metodą indukcji wstecznej • W dużych problemach łatwiej wybrać metodą indukcji wstecznej: – przesuwamy się od węzłów końcowych do wierzchołka – dla węzłów końcowych mamy zdefiniowaną wypłatę – z każdym węzłem losowym utożsamiamy wypłatę jako wartość oczekiwaną wypłaty dla jego następników – z każdym węzłem decyzyjnym utożsamiamy wypłatę jako najwyższą wypłatę dla któregoś następnika pomniejszoną o koszt działania • Uwaga: – dla każdego węzła decyzyjnego dokonaliśmy wyboru – te wybory definiują wariant decyzyjny, który jest rozwiązaniem! – wartość obliczona w korzeniu drzewa definiuje oczekiwaną wypłatę przy wybraniu rozwiązania – to jest także wartość całego problemu 17 18 Podsumowanie rozwiązania • Optymalny wariant przewiduje prowadzenie badań i upublicznienie wyników (o ile samoistnie nie nastąpił przeciek), jeśli okaże się, że skala problemu jest duża • Oczekiwana strata w tej sytuacji decyzyjnej dla optymalnego wariantu wynosi 58,6 mln $ • Druga najlepsza opcja to natychmiastowe upublicznienie wyników – oczekiwana strata jest wówczas równa 59 mln $ 19 Przykład 2 – czarne złoto Rockefeller ma pole w umiarkowanie roponośnej okolicy. Zgłosił się do niego oferent, proponując mu za to pole od ręki 750 tys. $, jeśli do transakcji dojdzie natychmiast. Rockefeller może jednak próbować zarobić większe pieniądze. Wiadomo, że połowa pól w tej okolicy rzeczywiście obfituje w ropę. Można (za 250 tys. $) zbudować instalację pozwalającą na wydobycie. Jeśli pod polem znajdują się złoża, przychód wyniesie 2,5 mln. $. Jeśli nie, przychód wyniesie 0$. Co więcej, wykonanie odwiertu uniemożliwia sprzedaż pola (wszyscy wiedzą, że oznaczać to może wyłącznie to, że pole jest bezwartościowe) Alternatywnie można zdecydować się na próbne odwierty połączone z badaniami geologicznymi, które kosztują 100 tys. $. Wyniki takich badań są mylne w 10%, jeśli pole jest roponośne (sensitivity = 90%), i w 30%, jeśli ropy nie ma (specificity = 70%). Po wykonaniu badania można podjąć decyzję o budowaniu instalacji na powyższych warunkach lub sprzedaży pola. Co więcej, uzyskanie pozytywnego sygnału daje możliwość sprzedaży za wyższą kwotę, bo za 1 mln. $ (dostaje się odpowiedni certyfikat). Uzyskanie negatywnego wyniku można ukryć i sprzedać pole za 500 tys. $. 20 Ustal strukturę drzewa 21 Wpisz wypłaty i koszty 22 Podaj prawdopodobieństwa 23 Prawdopodobieństwo warunkowe Bayes • Prawdopodobieństwo zdarzenia pod warunkiem innego zdarzenia P( A | H ) • P( A H ) P( H ) Prawdopodobieństwo całkowite zdarzenia w zależności od zajścia którejś z rozłącznych możliwości H1 , , H n ; i j H i H j ; H1 H n A ( A H1 ) ( A H n ) P ( A) P ( A H1 ) P ( A H n ) P ( A) P ( A | H1 ) P ( H1 ) P ( A | H n ) P ( H n ) • Prawdopodobieństwo zajścia hipotezy pod warunkiem zajścia skutku P( H1 A) P ( A | H1 ) P ( H1 ) P( H1 | A) P( A) P ( A | H1 ) P ( H1 ) P ( A | H n ) P ( H n ) Paradox Monty Hall’a • http://www.math.ucsd.edu/~crypto/Monty/m ontybg.html Drzwi: Które otwiera Monty Które wybrałem Które kryją samochód Przykład z testowaniem wirusa HIV • Prawdopodobieństwo, że dana osoba jest zakażona wirusem HIV w danej populacji jest 0,1% • Test się myli w 1% przypadków, jeśli osoba jest zakażona (sensitivity = 99%) • Test się myli w 5% przypadków, jeśli osoba jest niezakażona (specificity = 95%) • Jakie jest prawdopodobieństwo, że dana osoba jest zakażona pod warunkiem, że test wskazał „positive”? • Jakie jest prawdopodobieństwo, że dana osoba nie jest zakażona pod warunkiem, że test wskazał „negative”? Probability tree flipping 0,099% 0,001% 4,995% 94,905% 0,099% 4,995% 0,001% 94,905% Podaj prawdopodobieństwa 29 Rozwiąż metodą indukcji wstecznej 30 Podsumowanie rozwiązania • Optymalny wariant przewiduje prowadzenie badań i sprzedaż pola dla negatywnego wyniku oraz budowanie instalacji dla pozytywnego • Oczekiwany zysk dla optymalnego wariantu wynosi 1,075 mln $ • Druga najlepsza opcja to natychmiastowe budowanie instalacji – oczekiwany zysk jest wówczas równy 1 mln $ 31 Wartość opcji 1 • Jaka wartość możliwości prowadzenia badań? • Ile maksymalnie warto zapłacić za badania? 75 tysięcy $ 32 Wartość opcji 2 • Jaka wartość możliwości ukrycia negatywnych wyników i sprzedaży pola? 33 Wartość opcji 2 • Strategia – rozwiąż bez opcji i porównaj oczekiwane wypłaty 34 Narzędzia • Darmowe (do celów niekomercyjnych): – InsightTree: http://www.visionarytools.com/License.htm • Płatne, wiele funkcji, dostępna wersja testowa: – TreeAge: http://www.treeage.com/ 35 36 Oczekiwana wartość doskonałej informacji • Rockefeller – policzyliśmy, ile warta jest możliwość prowadzenia badań – a ile warta jest możliwość przeprowadzenia doskonałego testu? • Strategia: – zapiszmy problem reprezentujący dostępność pewnej wiedzy od początku – rozwiążmy nowy problem – porównajmy oczekiwane wypłaty dla optymalnych wariantów • Jak reprezentować pewną wiedzę? – rozwiązanie niepewności (ropa jest – nie ma) na początku drzewa – dalsza część reprezentuje wcześniejszą strukturę (czasem można uprościć) – należy zaktualizować parametry drzewa 37 EVPI – prosty przykład 38 EVPI – ćwiczenie 2 • Jaka jest EVPI dot. występowania ropy? (przypomnienie: czułość testu = 90%, swoistość = 70%) 39 40