CN117852727B - 一种基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法及系统 - Google Patents
一种基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法及系统,涉及低碳供应链技术领域,包括:获取制造商、集成商和零件种类集合,构建共享碳配额的供应链优化模型;基于制造商的生产成本,构建效用函数;形式化制造商零件产量约束、碳配额约束和集成商零件需求量约束下的联盟总效用最大化问题;根据联盟互利偏好顺序,构建新的效用函数;调用共享碳配额的供应链合作博弈算法,将联盟结构收敛到最大化问题最优解,实现联盟总效用最大化。保证制造商零件产量约束、碳配额约束和集成商零件需求量约束下,最大化联盟总效用。
Description
技术领域
本发明涉及低碳供应链技术领域,尤其涉及一种基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法及系统。
背景技术
低碳供应链一般包括三级,即制造商、零售商以及消费者。产品的制造商负责把产品以批发价格卖给零售商;零售商把产品以零售价格卖给消费者。政府将碳配额分配给制造商,促使制造商生产低碳产品。当碳配额不足时,企业可以在碳交易市场购买碳配额,额外的碳配额购买成本可以让企业创新绿色减排技术;同时,对于剩余的碳配额,企业也可以在碳交易市场上进行交易,这也在一定程度上激励了企业生产低碳的产品。政府也可以对这些企业征收碳排放税,碳排放税是激励企业创新绿色减排技术的重要措施,碳排放税对于企业产品的定价策略和生产策略也产生影响。
目前,已经涌现了很多关于低碳供应链生产的研究工作,例如供应链的最优定价策略、碳配额交易的拍卖机制等。但是很少有研究者考虑到制造商之间可以合作为集成商生产产品所需的零件,产品往往需要多个零件组装而成,对于一个制造商,自己的产量可能无法完成为集成商生产所有零件的任务;一些制造商的碳配额可能无法满足制造商产量的需要,需要制造商在碳配额交易市场购买所需的碳配额;同时,也存在制造商无法完全利用分配到的碳配额。
发明内容
鉴于上述现有存在的问题,提出了本发明。
因此,本发明提供了一种基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法及系统解决制造商自己的产量无法完成为集成商生产所有零件的任务,也存在制造商无法完全利用分配到的碳配额的问题。
为解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:
第一方面,本发明提供了一种基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法,包括:
获取制造商、集成商和零件种类集合,构建共享碳配额的供应链优化模型;
基于制造商的生产成本,构建效用函数;
形式化制造商零件产量约束、碳配额约束和集成商零件需求量约束下的联盟总效用最大化问题;
根据联盟互利偏好顺序,构建新的效用函数;
调用共享碳配额的供应链合作博弈算法,将联盟结构收敛到最大化问题最优解,实现联盟总效用最大化。
作为本发明所述的基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法的一种优选方案,其中:所述构建共享碳配额的供应链优化模型,包括以下步骤:
每个制造商生产的零件种类是固定且唯一的,但每个制造商允许为多个集成商生产零件;
制造商形成联盟一起生产集成商需要的零件;
政府分配碳配额给制造商,联盟内制造商共享碳配额;
对于碳配额不足的制造商,无偿使用联盟其他成员的碳配额;
对于碳配额充足的制造商,将碳配额投入给联盟;
在制造商为集成商生产零件时,在制造商和集成商签订的订单上约定制造商需要为集成商生产零件的供货量和制造商需要投入到联盟中的碳配额;
制造商分配给所有联盟的碳配额不得超出它拥有的碳配额;
制造商为所有集成商生产的零件供货量之和不得超过它的最大零件产量;
所有制造商为集成商生产的零件供货量之和不得超过集成商的零件需求量;
所述每个制造商生产的零件种类是固定且唯一的,但每个制造商允许为多个集成商生产零件表示为: ;
其中,代表制造商/>是否能够生产零件种类/>,/>表示制造商/>能够生产第/>种零件,反之则代表制造商/>不能够生产第/>种零件;/>表示制造商集合,,/>是制造商数量,任意制造商/>;/>表示零件种类集合;
所述制造商分配给所有联盟的碳配额不得超出它拥有的碳配额表示为: ;
其中,表示集成商集合,/>,/>是集成商数量;/>表示制造商/>的拥有的碳配额;/>表示制造商/>分配给某个联盟/>的碳配额;/>表示制造商/>是否加入某个联盟/>中且/>,/>代表制造商/>加入某个联盟/>,反之则代表制造商/>没有加入某个联盟/>;
所述制造商为所有集成商生产的零件供货量之和不得超过它的最大零件产量表示为:
;其中,/>表示零件种类集合;表示制造商/>与集成商/>所签订订单中要求的第/>类零件的供货量;/>表示制造商/>所能生产的第/>类零件的最大产量;
所述所有制造商为集成商生产的零件供货量之和不得超过集成商的零件需求量,即:;其中,/>表示集成商对于零件种类的需求量。
作为本发明所述的基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法的一种优选方案,其中:所述基于制造商的生产成本,构建效用函数,包括以下步骤:
若某个联盟的碳配额不足,则需要向碳交易市场购买碳配额;对于联盟最后剩余的碳配额,政府给予补贴,得到联盟碳配额的补贴总价格;
制造商为集成商/>生产第/>种类型零件的价值减去在联盟中生产零件的成本,加上碳配额的补贴总价格,得到制造商/>从某个联盟/>中得到的效用,计算出制造商/>在所有的联盟中得到的效用;
所述联盟最后剩余的碳配额表示为: ;
其中,表示制造商/>投入到某个联盟/>中的总碳配额,/>分别表示制造商/>每生产第/>类零件消耗的单位碳配额;
所述联盟碳配额的补贴总价格表示为: ;
其中,表示联盟的碳配额不足时购买单位碳配额的价格,/>表示联盟碳配额剩余时政府的单位碳配额补贴价格;
制造商加入某个联盟/>生产成本/>表示为: ;
其中,表示生产第/>种类型的零件需要的单位成本;
所述制造商为集成商/>生产第/>种类型零件的价值/>为:
;
其中,表示制造商/>分配给某个联盟/>的碳配额;/>表示某个联盟/>中第/>类零件的单位价值;/>和/>分别表示某个联盟/>对于零件价值和碳配额价值在某个联盟/>中的权重,且/>;
制造商在某个联盟/>得到的效用/>表示为: ;
其中代表参加某个联盟/>中的制造商数目;
所述制造商在所有的联盟中得到的效用/>表示为:。
作为本发明所述的基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法的一种优选方案,其中:所述形式化制造商零件产量约束、碳配额约束和集成商零件需求量约束下的联盟总效用最大化问题,包括一个制造商允许将自己的资源分配给不同的联盟,形成重叠的联盟结构,其中形式化制造商零件产量约束、碳配额约束和集成商零件需求量约束下的联盟总效用最大化问题表示为:
。
作为本发明所述的基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法的一种优选方案,其中:所述根据联盟互利偏好顺序,构建新的效用函数,包括以下步骤:
制造商根据自身及新旧联盟其他成员的效用来转移联盟;
在共享碳配额的供应链优化模型下,转移操作存在三种情况;
根据联盟互利偏好顺序,设计制造商在博弈模型中的效用函数;
对于任意制造商和任意联盟结构/>,定义偏好顺序/>为制造商/>形成的所有可行联盟结构上的二元关系;对于任意制造商/>,当在联盟/>优于在联盟中时,用/>表示,其中,/>表示制造商/>所在的原联盟,/>表示制造商加入的新联盟;
在联盟互利顺序下,对于任意制造商,当制造商满足提高联盟总效用的条件时,则进行转移,即偏好顺序/>当且仅当:;
其中,在加入新联盟后,新联盟用/>表示;在/>离开原联盟后,原联盟用/>表示;/>代表/>在新联盟的效用,/>代表/>制造商加入新联盟/>前后,新联盟其他成员的效用差异,/>代表/>在原联盟的效用,代表制造商离开原联盟前后,原联盟其他成员的效用差异;
所述转移操作存在三种情况,包括联盟退出、联盟交换和联盟加入,
若且/>时,则满足联盟退出的转移条件,制造商退出原联盟/>;其中/>表示制造商/>在原联盟/>中,表示在制造商/>离开原联盟/>后,原联盟中制造商以及制造商/>得到的效用之和大于离开之前得到的效用之和;
若,
且制造商满足零件产量约束、碳配额约束和集成商零件需求量约束时,则满足联盟交换的转移条件,制造商从原联盟/>退出,转移到新联盟/>;其中,/>表示制造商在原联盟/>中,/>表示制造商/>未加入新联盟/>,表示在制造商/>从原联盟/>转移到新联盟/>后,新旧联盟的制造商/>以及制造商得到的效用之和大于转移之前得到的效用之和;
若且制造商/>满足零件产量约束、碳配额约束和集成商零件需求量约束时,则满足联盟加入的转移条件,制造商加入新联盟/>;
其中,表示制造商/>还未加入新联盟/>,表示在制造商/>加入新联盟/>后,新联盟/>的制造商/>以及制造商得到效用之和大于加入联盟之前得到的效用之和;
所述制造商在博弈模型中的某个联盟/>中的效用函数表示为: ;
其中,表示制造商加入的某个联盟,在/>加入联盟后,联盟由原来的/>变为;
所述制造商在博弈模型中的效用函数设计为:,其中,/>表示当前联盟结构中,制造商加入的联盟的集合;/>表示当前联盟结构中,制造商/>在所有加入的联盟中的效用之和。
作为本发明所述的基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法的一种优选方案,其中:所述共享碳配额的供应链合作博弈算法,包括以下步骤:
随机初始化联盟集合;
执行制造商的转移操作;
重复转移操作,直到联盟集合不再发生变化,输出/>。
作为本发明所述的基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法的一种优选方案,其中:所述制造商的转移操作,包括以下步骤:
遍历制造商集合和联盟结构/>,对于制造商/>和联盟/>,判断制造商/>是否满足联盟加入的转移条件;
若制造商满足联盟加入的转移条件,则制造商/>加入当前联盟;
若制造商不满足联盟加入的转移条件,则判断制造商/>是否满足联盟退出的转移条件;
若制造商满足联盟退出的转移条件,则制造商/>退出当前联盟;
若制造商不满足联盟退出的转移条件,则判断制造商/>是否满足联盟交换的转移条件;
遍历联盟集合,对于新联盟/>,判断制造商/>是否满足联盟交换的转移条件;
若制造商满足联盟交换的转移条件,则制造商/>从原联盟/>转移到新联盟/>;
若制造商不满足联盟交换的转移条件,则不执行联盟交换操作;
判断是否已经遍历完联盟集合;
若已经遍历完联盟集合,则判断是否已经遍历完联盟结构/>;
若未遍历完联盟集合,则返回重新判断制造商/>是否满足联盟交换的转移条件;
若已经遍历完联盟结构,则判断是否已经遍历完制造商集合/>;
若未遍历完联盟结构,则返回重新判断制造商/>是否满足联盟加入的转移条件;
若已经遍历完制造商集合,则结束遍历;
若未遍历完制造商集合,则返回重新判断制造商/>是否满足联盟加入的转移条件。
第二方面,本发明提供了一种基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法的系统,包括:
供应链模型构建模块,获取制造商、集成商和零件种类集合,构建共享碳配额的供应链优化模型;
效用函数定义模块,基于制造商的生产成本,构建效用函数;
形式化模块,形式化制造商零件产量约束、碳配额约束和集成商零件需求量约束下的联盟总效用最大化问题;
互利偏好顺序模块,根据联盟互利偏好顺序,构建新的效用函数;
收敛模块,调用共享碳配额的供应链合作博弈算法,将联盟结构收敛到最大化问题最优解,实现联盟总效用最大化。
第三方面,本发明提供了一种计算设备,包括:
存储器,用于存储程序;
处理器,用于执行所述计算机可执行指令,该计算机可执行指令被处理器执行时实现所述基于重叠联盟和共享碳配额供应链优化方法的步骤。
第四方面,本发明提供了一种计算机可读存储介质,包括:所述程序被处理器执行时,实现所述的基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法的步骤。
本发明的有益效果:本发明考虑了制造商合作共享碳配额,形成联盟为集成商生产零件的场景,提出了联盟总效用最大化问题;针对该问题设计了联盟互利偏好顺序和共享碳配额的供应链合作博弈算法,联盟结构最终收敛到问题最优解,保证在零件产量约束和碳配额的约束下,最大化联盟总效用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明一个实施例提供的一种基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法的基本流程示意图;
图2为本发明一个实施例提供的一种基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法的系统模型示意图;
图3为本发明一个实施例提供的一种基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法的共享碳配额的供应链合作博弈算法流程图;
图4为本发明一个实施例提供的一种基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法的在联盟互利顺序下的制造商转移操作流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明,显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次,此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例,也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
参照图1-图4,为本发明的一个实施例,提供了一种基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法,如图1所示,包括以下步骤:
S1:获取制造商、集成商和零件种类集合,构建共享碳配额的供应链优化模型;
更进一步的,获取制造商、集成商和零件种类集合,包括令表示集成商集合,/>表示制造商集合,/>表示零件种类集合,其中/>是集成商数量,/>是制造商数量,模型示意图参考图2。
更进一步的,构建共享碳配额的供应链优化模型,包括以下步骤:
(1.1)每个制造商生产的零件种类是固定且唯一的,但每个制造商可以为多个集成商生产零件,即
(1);
其中代表制造商/>是否能够生产零件种类/>,/>表示制造商/>能够生产第/>种零件,反之则代表制造商/>不能够生产第/>种零件;
(1.2)制造商形成联盟一起生产集成商需要的零件,用集合表示联盟结构,其中/>,其中/>表示制造商是否加入某个联盟/>中且/>,/>代表制造商/>加入某个联盟/>,反之则代表制造商/>没有加入某个联盟/>;
(1.3)政府分配碳配额给制造商,令表示制造商/>的拥有的碳配额,令/>和分别表示制造商/>每生产第/>类零件消耗的单位碳配额和单位成本,令/>表示制造商/>所能生产的第/>类零件的最大产量,在制造商为集成商生产零件时,在制造商和集成商签订的订单上约定了制造商需要为集成商生产零件的供货量和制造商需要投入到联盟中的碳配额。令
表示制造商/>与集成商/>所签订订单中要求的第/>类零件的供货量,令表示制造商/>投入到某个联盟/>的碳配额,/>用于完成订单中的零件供货量以及共享给联盟中碳配额不足的其他成员。联盟内制造商共享碳配额,对于碳配额不足的制造商,可以无偿使用联盟其他成员的碳配额获得更好的收益,对于碳配额充足的制造商,可以将碳配额投入给联盟以得到更高的收益,制造商/>投入到所有联盟的碳配额不得超出它拥有的碳配额,即:
(2);
其中,表示制造商的拥有的碳配额;/>表示制造商/>分配给某个联盟/>的碳配额;/>表示制造商/>是否加入某个联盟/>中且/>,/>代表制造商/>加入某个联盟/>,反之则代表制造商/>没有加入某个联盟/>;
(1.4)制造商为所有集成商生产的零件供货量之和不得超过它的最大零件产量:
(3)
其中,表示制造商/>与集成商/>所签订订单中要求的第/>类零件的供货量;/>表示制造商/>所能生产的第/>类零件的最大产量;
(1.5)令表示集成商/>对于零件种类/>的需求量,所有制造商为集成商生产的零件供货量之和不得超过集成商的零件需求量,即:
(4)
表示集成商对于零件种类的需求量;
S2:基于制造商的生产成本,构建效用函数;
更进一步的,构建效用函数,包括以下步骤:
(2.1)联盟最后剩余的碳配额为:
(5);
其中表示制造商/>投入到某个联盟/>中的碳配额,/>分别表示制造商/>每生产第/>类零件消耗的单位碳配额,/>表示制造商/>与集成商/>所签订订单中要求的第/>类零件的供货量;
(2.2)如果某个联盟的碳配额不足,就需要向碳交易市场购买碳配额;对于联盟剩余的碳配额,政府给予补贴,联盟碳配额的补贴/购买总价格/>为:
(6);
其中表示某个联盟/>的碳配额不足时购买单位碳配额的价格,/>表示联盟碳配额剩余时政府的单位碳配额补贴价格;
(2.3)制造商加入联盟生产成本为:
(7);
其中表示生产第/>种类型的零件需要的单位成本,/>表示制造商/>与集成商/>所签订订单中要求的第/>类零件的供货量;
(2.4)同一种零件,对于每个集成商的价值是不同的,在联盟中第类零件的单位价值为/>,制造商/>在联盟中的价值是由两部分组成的:一是生产的零件的价值,一是自己提供给联盟共享的碳配额产生的价值;不同联盟对于零件的价值与碳配额价值的偏重不同,一些联盟偏重零件带来的价值,一些联盟偏重碳配额产生的价值,用/>和/>分别表示零件价值和碳配额价值在某个联盟/>中的权重,且/>,定义制造商/>为集成商/>生产第/>种类型零件的价值/>为:
(8);
其中表示制造商/>分配给某个联盟/>的碳配额;
(2.5)定义联盟得到的价值/>为:
(9);
(2.6)制造商从联盟中得到的效用由制造商在联盟中得到的效用减去在联盟中生产零件的成本,再加上碳配额的购买/补贴的总价格,定义制造商在联盟得到的效用为:
(10);
其中代表参加某个联盟/>中的制造商数目。
(2.7)定义制造商在所有的联盟中得到的效用/>为:
(11);
S3:形式化制造商零件产量约束、碳配额约束和集成商零件需求量约束下的联盟总效用最大化问题;
更进一步的,形式化制造商零件产量约束、碳配额约束和集成商零件需求量约束下的联盟总效用最大化问题,包括以下步骤:
考虑制造商之间共享碳配额,合作生产零件;制造商为联盟生产零件,将合同上规定的碳配额投入联盟,以获得效用;一个制造商可以将自己的资源分配给不同的联盟,形成重叠的联盟结构;本发明优化的目标是形成一个最优的联盟结构以最大化联盟的总效用,可以形式化为:
(12);
S4:根据联盟互利偏好顺序,构建新的效用函数;
更进一步的,根据联盟互利顺序,构建新的效用函数,包括以下步骤:
(4.1)对于任意制造商和任意联盟结构/>,定义偏好顺序/>为制造商/>可能形成的所有可行联盟集合上的一个完备的、自反的、可传递的二元关系,对于任意制造商/>,在联盟/>优于在联盟/>中时,用/>表示,制造商根据偏好顺序离开或者加入联盟,例如/>,表示制造商/>比起联盟/>更愿意成为联盟/>的成员;
(4.2)为了最大化联盟总效用,提出联盟互利偏好顺序,除了考虑制造商自己的效用,同时兼顾考虑新旧联盟其他成员的效用;令表示制造商/>加入的新联盟,在/>加入新联盟后,新联盟用/>表示;/>表示制造商/>所在的原联盟。在/>离开原联盟后,原联盟用/>表示;在联盟互利顺序下,对于任意制造商/>,制造商满足提高联盟总效用的条件时就可以转移,即偏好顺序/>当且仅当:/>
(13);
其中, 代表在新联盟的效用,/>代表制造商/>加入新联盟/>前后,新联盟其他成员的效用差异, />代表在原联盟的效用,/>代表制造商离开原联盟前后,原联盟其他成员的效用差异。
(4.3)转移操作被定义为,对于任意制造商,制造商/>改变自己的选择,加入或退出联盟,将联盟结构/>变为新的联盟结构/>;
(4.4)在共享碳配额的供应链优化模型下,转移操作有以下三种情况:(1)联盟退出,当且仅当且/>时,制造商退出当前联盟/>,其中,/>表示制造商/>在原联盟/>中,表示在制造商/>离开原联盟/>后,原联盟中制造商/>以及制造商得到的效用之和大于离开之前得到的效用之和;(2)联盟交换,当且仅当/> ;
且制造商满足零件产量约束、碳配额约束和集成商零件需求量约束时,制造商从原联盟/>退出,转移到新联盟/>;其中,/>表示制造商/>在原联盟/>中,表示制造商/>还未加入新联盟/>,表示在制造商/>从原联盟/>转移到新联盟/>后,新旧联盟的制造商以及制造商得到的效用之和大于转移之前得到的效用之和;(3)联盟加入,当且仅当且制造商/>满足零件产量约束、碳配额约束和集成商零件需求量约束时,制造商加入新联盟/>;其中,/>表示制造商/>还未加入新联盟/>,/>表示在制造商/>加入新联盟/>后,新联盟/>的制造商/>以及制造商得到效用之和大于加入联盟之前得到的效用之和;
(4.5)根据联盟互利偏好顺序,在考虑制造商自身效用的同时,兼顾考虑新旧联盟其他成员的效用,将制造商在博弈模型中的联盟中的效用函数设计为:
(14);
其中,表示制造商/>加入的某个联盟,在/>加入联盟后,联盟由原来的/>变为;
(4.6)根据联盟互利偏好顺序,将制造商在博弈模型中的效用函数设计为:/>
(15)
其中,表示当前联盟结构中,制造商/>加入的联盟的集合,表示当前联盟结构中,制造商/>在所有加入的联盟中的效用之和。
S5:调用共享碳配额的供应链合作博弈算法,将联盟结构收敛到最大化问题最优解,实现联盟总效用最大化。
更进一步的,如图3所示,包括以下步骤:
(5.1)满足制造商零件产量约束、碳配额约束和集成商零件需求量约束以及的情况下,随机初始化联盟集合/>;
(5.2)执行制造商的转移操作;
(5.3)重复步骤(5.2),直到联盟结构不再发生变化,输出/>。
更进一步的,如图4所示,步骤(5.2)制造商的转移操作包括以下步骤:
(5.2.1)遍历制造商集合和联盟结构/>,对于制造商/>和联盟/>,执行步骤(5.2.2)到步骤(5.2.6);
(5.2.2)如果制造商满足步骤(4.4)中所述联盟加入的转移条件,则制造商/>加入当前联盟,如果不满足,直接执行步骤(5.2.3);
(5.2.3)如果制造商满足步骤(4.4)中所述联盟退出的转移条件,则制造商/>退出当前联盟,如果不满足,则直接执行步骤(5.2.4);
(5.2.4)遍历联盟集合,对于新联盟/>,如果制造商/>满足步骤(4.4)中所述联盟交换的转移条件,则制造商/>从原联盟/>转移到新联盟/>,如果不满足,则不执行联盟交换操作。如果已经遍历完联盟集合/>,执行步骤(5.2.5),反之,则执行步骤(5.2.4);
(5.2.5)如果已经遍历完联盟结构,则执行步骤(5.2.6),反之,则执行步骤(5.2.1);
(5.2.6)如果已经遍历完制造商集合,则结束遍历,反之,则执行步骤(5.2.1)。
更进一步的,共享碳配额的供应链合作博弈是一个精准势博弈。
对于给定的势函数,当某个制造商单方面改变自己的选择时,效用函数的差异等于势函数的差异,那么这个博弈就被看为带有势函数/>的精准势博弈,即当且仅当势函数/>存在时,使得/>
(16);
首先势函数被定义为:
(17);
其中,代表制造商加入的联盟的集合,/>表示当前的联盟结构。
假设制造商的选择从/>变为/>,转移操作过后,联盟/>变为/>,联盟/>变为/>。此时,联盟结构由/>变为/>,制造商/>加入的联盟的集合由/>变为/>。此时的效用函数之差:
(18) ;
其中,表示在联盟结构/>中,除了/>外,制造商/>加入的其他联盟的集合;/>表示联盟结构中,除了/>外,制造商/>加入的其他联盟的集合。因为在集合/>与集合/>中,除/>、/>外,其他联盟都相同,所以 (19);
所以,效用函数之差为:
(20);
因为势函数,转移前后的势函数之差表示为:
(21)
其中,表示在联盟结构/>中,制造商/>加入的联盟集合;/>表示在联盟结构/>中,除了/>,制造商/>未加入的其他联盟的集合;/>表示在联盟结构中,制造商/>加入的联盟集合;/>表示在联盟结构/>中,除了,制造商/>未加入的其他联盟的集合;表示在转移操作前后,制造商加入的其他联盟中制造商的效用差异之和;
表示转移操作前后,制造商未加入的其他联盟中制造商的效用差异之和。
所有联盟可以分成四个部分:(1)制造商所在的原联盟。(2)转移操作过后的新联盟。(3)制造商/>加入的其他联盟。(4)制造商/>没有加入的联盟。其中/>没有加入的其他联盟在制造商转移前后,制造商的效用没有改变。/>加入的其他联盟的成员效用也没有改变,转移前后成员的效用差异为0,因此:
(22)
(23)
转移过后,势函数之差可以表示为:
(24)
从公式(24)式可以得到制造商转移前后势函数之差与效用之差相同,本发明的共享碳配额的供应链合作博弈是一个势函数为的精准势博弈。
更进一步的,本发明所提出的共享碳配额的供应链合作博弈至少存在一个稳定的联盟结构,且共享碳配额的供应链合作博弈算法最终能收敛到一个稳定的联盟结构,该稳定联盟结构是联盟总效用最大化问题的最优解。
若当前的联盟结构中,没有一个制造商可以通过单方面的转移操作来提高自身的效用,则称该联盟结构为稳定联盟结构,即纳什均衡。
转移前后,任意制造商在转移操作后,造成的势函数之差和制造商的效用函数之差相等,由此证明了该博弈是一个势函数为/>的精准势博弈,而精准势博弈至少存在一个纳什均衡。
制造商的数量是有限的,且制造商转移操作的选择空间也是有限的,因此,可能的联盟结构数量也是有限的,这意味着联盟总效用是有上限的。而每个具有有限策略集的精确势博弈都具有有限改进的性质(FIP),即博弈主体经过有限次迭代决策后达到纳什均衡。因此,共享碳配额的供应链合作博弈算法最终收敛到一个稳定的联盟结构。制造商/>进行转移操作的依据是转移操作过后,制造商的效用都会提高。因为共享碳配额的供应链合作博弈是一个势函数为联盟总效用/>的精准势博弈,最大化联盟总效用与最大化制造商的效用是等价的,制造商每一次转移操作过后,联盟总效用都会提高。因此,在有限次数的转移操作后,共享碳配额的供应链合作博弈算法收敛到一个稳定的联盟结构,且该联盟结构是联盟总效用最大化问题的最优解。
本实施例还提供一种基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化系统,包括:
供应链模型构建模块,获取制造商、集成商和零件种类集合,构建共享碳配额的供应链优化模型;
效用函数定义模块,基于制造商的生产成本,构建效用函数;
形式化模块,形式化制造商零件产量约束、碳配额约束和集成商零件需求量约束下的联盟总效用最大化问题;
联盟互利偏好顺序模块,根据联盟互利偏好顺序,构建新的效用函数;
收敛模块,调用共享碳配额的供应链合作博弈算法,将联盟结构收敛到最大化问题最优解,实现联盟总效用最大化。
更进一步的,还包括:
存储器,用于存储程序;
处理器,用于加载所述程序以执行所述的基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法。
本实施例还提供一种计算机可读存储介质,其存储有程序,所述程序被处理器执行时,实现所述的基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法。
本实施例提出的存储介质与上述实施例提出的基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法属于同一发明构思,未在本实施例中详尽描述的技术细节可参见上述实施例,并且本实施例与上述实施例具有相同的有益效果。
通过以上关于实施方式的描述,所属领域的技术人员可以清楚地了解到,本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现,当然也可以通过硬件实现,但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,如计算机的软盘、只读存储器(ReadOnly,Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例的方法。
实施例2
以下为本发明的一个实施例,提供了一种基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法,为了验证其有益效果,通过具体的实施方式以及实施效果进行科学论证。
本实施例具体如下:
本实施例以某共享碳配额的供应链模型为例,共享碳配额的供应链优化方法包括以下步骤:
令表示集成商集合,/>表示制造商集合,/>表示零件种类集合。
相关参数设置为:,/>,/>,/>,/>,;/>,/>,/>,/>,/>,/>;/>,,/>,/>,/>,/>;,/>,/>,/>,/>,,/>,/>,/>,/>,,/>,/>,/>,/>,,/>,/>;/>,/>,/>,,/>,/>;/>,/>,/>,/>,,/>;/>,/>,/>,/>,/>,,/>,/>,/>,/>,/>,/>,/>,/>,/>,/>,/>,/>;/>,,/>,/>,/>,/>,/>,/>,;/>,/>,/>;/>,/>,/>;,/>,/>,/>,/>,,/>,/>,/>,/>,/>,其余参数均设为0。
(5.1)满足制造商零件产量约束、碳配额约束和集成商零件需求量约束以及的情况下,随机初始化/>,得到/>,,/>;
(5.2)开始执行制造商的转移操作,包括以下步骤:
(5.2.1)遍历制造商集合和联盟结构/>,对任意一个制造商/>和任意一个联盟/>,执行步骤(5.2.2)到步骤(5.2.4);
(5.2.2)以制造商1和联盟为例,根据/>判断制造商1已经加入联盟/>中,不满足联盟退出条件,无法执行联盟退出转移操作;
(5.2.3)根据以及/>判断制造商1不满足联盟退出的转移条件,不执行转移退出操作 ;
(5.2.4)遍历联盟集合,选择新联盟/>,制造商1满足零件产量约束、碳配额约束和集成商3的零件需求量约束,根据/>以及判断制造商1不满足联盟交换条件,不执行联盟交换操作; 如果已经遍历完联盟集合,执行步骤(5.2.5),反之,则执行步骤(5.2.4);
(5.2.5)如果已经遍历完联盟结构,则执行步骤(5.2.6),反之,则执行步骤(5.2.1);
(5.2.6)如果已经遍历完制造商集合,则结束遍历,反之,则执行步骤(5.2.1);
(5.3)重复步骤(5.2),直到联盟集合不再发生变化,输出/>。对应的联盟总效用为:477204。
应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法,其特征在于,包括:
获取制造商、集成商和零件种类集合,构建共享碳配额的供应链优化模型;
基于制造商的生产成本,构建效用函数;
形式化制造商零件产量约束、碳配额约束和集成商零件需求量约束下的联盟总效用最大化问题;
根据联盟互利偏好顺序,构建新的效用函数;
调用共享碳配额的供应链合作博弈算法,将联盟结构收敛到最大化问题最优解,实现联盟总效用最大化;
所述构建共享碳配额的供应链优化模型,包括以下步骤:
每个制造商生产的零件种类是固定且唯一的,但每个制造商允许为多个集成商生产零件;
制造商形成联盟一起生产集成商需要的零件;
政府分配碳配额给制造商,联盟内制造商共享碳配额;
对于碳配额不足的制造商,无偿使用联盟其他成员的碳配额;
对于碳配额充足的制造商,将碳配额投入给联盟;
在制造商为集成商生产零件时,在制造商和集成商签订的订单上约定制造商需要为集成商生产零件的供货量和制造商需要投入到联盟中的碳配额;
制造商分配给所有联盟的碳配额不得超出它拥有的碳配额;
制造商为所有集成商生产的零件供货量之和不得超过它的最大零件产量;
所有制造商为集成商生产的零件供货量之和不得超过集成商的零件需求量;
所述每个制造商生产的零件种类是固定且唯一的,但每个制造商允许为多个集成商生产零件表示为:
其中,ai,k∈{0,1}代表制造商i是否能够生产零件种类k,ai,k=1表示制造商i能够生产第k种零件,反之则代表制造商i不能够生产第k种零件;N表示制造商集合,N={1,2,…,n},n是制造商数量,任意制造商K表示零件种类集合;
所述制造商分配给所有联盟的碳配额不得超出它拥有的碳配额表示为:
其中,M表示集成商集合,M={1,2,…,m},m是集成商数量;ei表示制造商i的拥有的碳配额;ei,j表示制造商i分配给某个联盟xj的碳配额;xi,j表示制造商i是否加入某个联盟xj中且xi,j∈{0,1},xi,j=1代表制造商i加入某个联盟xj,反之则代表制造商i没有加入某个联盟xj;
所述的制造商为所有集成商生产的零件供货量之和不得超过它的最大零件产量表示为:
其中,K表示零件种类集合;表示制造商i与集成商j所签订订单中要求的第k类零件的供货量;hi,k表示制造商i所能生产的第k类零件的最大产量;
所述所有制造商为集成商生产的零件供货量之和不得超过集成商的零件需求量,即:
其中,dj,k表示集成商对于零件种类的需求量;
所述基于制造商的生产成本,构建效用函数,包括以下步骤:
若某个联盟xj的碳配额不足,则需要向碳交易市场购买碳配额;对于联盟最后剩余的碳配额,政府给予补贴,得到联盟碳配额的补贴总价格;
制造商i为集成商j生产第k种类型零件的价值减去在联盟中生产零件的成本,加上碳配额的补贴总价格,得到制造商i从某个联盟xj中得到的效用,计算出制造商i在所有的联盟中得到的效用;
所述联盟最后剩余的碳配额表示为:
其中,ei,j表示制造商i投入到某个联盟xj中的总碳配额,分别表示制造商i每生产第k类零件消耗的单位碳配额;
所述联盟碳配额的补贴总价格表示为:
其中,pb表示联盟的碳配额不足时购买单位碳配额的价格,ps表示联盟碳配额剩余时政府的单位碳配额补贴价格;
制造商i加入某个联盟xj生产成本ci(xj)表示为:
其中,ci,k表示生产第k种类型的零件需要的单位成本;
所述制造商i为集成商j生产第k种类型零件的价值vi(xj)为:
其中,ei,j表示制造商i分配给某个联盟xj的碳配额;pj,k表示某个联盟xj中第k类零件的单位价值;ρj和ωj分别表示某个联盟xj对于零件价值和碳配额价值在某个联盟xj中的权重,且ρj+ωj=1;
制造商i在某个联盟xj得到的效用ui(xj)表示为:
其中,|xj|代表参加某个联盟xj中的制造商数目;
所述制造商i在所有的联盟中得到的效用ui(X)表示为:
2.如权利要求1所述的基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法,其特征在于:所述形式化制造商零件产量约束、碳配额约束和集成商零件需求量约束下的联盟总效用最大化问题,包括一个制造商允许将自己的资源分配给不同的联盟,形成重叠的联盟结构,其中形式化制造商零件产量约束、碳配额约束和集成商零件需求量约束下的联盟总效用最大化问题表示为:
max∑i∈Nui(X)
s.t.
3.如权利要求2所述的基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法,其特征在于:所述根据联盟互利偏好顺序,构建新的效用函数,包括以下步骤:
制造商根据自身及新旧联盟其他成员的效用来转移联盟;
在共享碳配额的供应链优化模型下,转移操作存在三种情况;
根据联盟互利偏好顺序,设计制造商i在博弈模型中的效用函数;
对于任意制造商和任意联盟结构X,定义偏好顺序>i为制造商i形成的所有可行联盟结构上的二元关系,对于任意制造商/>当在联盟xq∈X优于在联盟xp∈X中时,用xq>ixp表示,其中,xp表示制造商i所在的原联盟,xq表示制造商i加入的新联盟;
在联盟互利顺序下,对于任意制造商当制造商满足提高联盟总效用的条件时,则进行转移,即偏好顺序xq>ixp当且仅当:
其中,在i加入新联盟后,新联盟用xq+表示;在i离开原联盟后,原联盟用xp-表示;ui(xq+)代表i在新联盟的效用,代表制造商i加入新联盟xq前后,新联盟其他成员的效用差异,ui(xp)代表i在原联盟的效用,代表制造商i离开原联盟前后,原联盟其他成员的效用差异;
所述转移操作存在三种情况,包括联盟退出、联盟交换和联盟加入;
若且xi,p=1时,则满足联盟退出的转移条件,制造商退出原联盟xp,其中xi,p=1表示制造商i在原联盟xp中,表示在制造商i离开原联盟xp后,原联盟xp中制造商以及制造商i得到的效用之和大于离开之前得到的效用之和;
若 xi,p=1,xi,q=0且制造商i满足零件产量约束、碳配额约束和集成商零件需求量约束时,则满足联盟交换的转移条件,制造商从原联盟xp退出,转移到新联盟xq;其中,xi,p=1表示制造商i在原联盟xp中,xi,q=0表示制造商i未加入新联盟xq, 表示在制造商i从原联盟xp转移到新联盟xq后,新旧联盟的制造商i以及制造商得到的效用之和大于转移之前得到的效用之和;
若xi,q=0且制造商i满足零件产量约束、碳配额约束和集成商零件需求量约束时,则满足联盟加入的转移条件,制造商加入新联盟xq;其中xi,q=0表示制造商i还未加入新联盟xq,/> 表示在制造商i加入新联盟xq后,新联盟xq的制造商i以及制造商得到效用之和大于加入联盟之前得到的效用之和;
所述制造商i在博弈模型中的某个联盟xj中的效用函数表示为:
其中,xj表示制造商加入的某个联盟,在i加入联盟后,联盟由原来的xj-变为xj;
所述制造商在博弈模型中的效用函数设计为:
其中,A(i)表示当前联盟结构中,制造商加入的联盟的集合;表示当前联盟结构中,制造商i在所有加入的联盟中的效用之和。
4.如权利要求3所述的基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法,其特征在于:所述共享碳配额的供应链合作博弈算法,包括以下步骤:
随机初始化联盟集合X={x1,…,xj,…,xm};
执行制造商的转移操作;
重复转移操作,直到联盟集合X={x1,…,xj,…,xm}不再发生变化,输出X。
5.如权利要求4所述的基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法,其特征在于:所述制造商的转移操作,包括以下步骤:
遍历制造商集合N和联盟结构X,对于制造商i∈N和联盟xp∈X,判断制造商i是否满足联盟加入的转移条件;
若制造商i满足联盟加入的转移条件,则制造商i加入当前联盟;
若制造商i不满足联盟加入的转移条件,则判断制造商i是否满足联盟退出的转移条件;
若制造商i满足联盟退出的转移条件,则制造商i退出当前联盟;
若制造商i不满足联盟退出的转移条件,则判断制造商i是否满足联盟交换的转移条件;
遍历联盟集合X\{xp},对于新联盟xq∈X\{xp},判断制造商i是否满足联盟交换的转移条件;
若制造商i满足联盟交换的转移条件,则制造商i从原联盟xp转移到新联盟xq;
若制造商i不满足联盟交换的转移条件,则不执行联盟交换操作;
判断是否已经遍历完联盟集合X\{xp};
若已经遍历完联盟集合X\{xp},则判断是否已经遍历完联盟结构X;
若未遍历完联盟集合X\{xp},则返回重新判断制造商i是否满足联盟交换的转移条件;
若已经遍历完联盟结构X,则判断是否已经遍历完制造商集合N;
若未遍历完联盟结构X,则返回重新判断制造商i是否满足联盟加入的转移条件;
若已经遍历完制造商集合N,则结束遍历;
若未遍历完制造商集合N,则返回重新判断制造商i是否满足联盟加入的转移条件。
6.一种基于权利要求1所述的基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法的系统,其特征在于:
供应链模型构建模块,获取制造商、集成商和零件种类集合,构建共享碳配额的供应链优化模型;
效用函数定义模块,基于制造商的生产成本,构建效用函数;
形式化模块,形式化制造商零件产量约束、碳配额约束和集成商零件需求量约束下的联盟总效用最大化问题;
联盟互利偏好顺序模块,根据联盟互利偏好顺序,构建新的效用函数;
收敛模块,调用共享碳配额的供应链合作博弈算法,将联盟结构收敛到最大化问题最优解,实现联盟总效用最大化。
7.一种电子设备,其特征在于,包括:
存储器,用于存储程序;
处理器,用于加载所述程序以执行如权利要求1-5任一项所述的基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质,其存储有程序,其特征在于,所述程序被处理器执行时,实现如权利要求1-5任一项所述的基于重叠联盟和共享碳配额的供应链优化方法的步骤。
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