于明璐, 李向陽, 岳國君
(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟與管理學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150001; 2.中國糧油控股有限公司,香港 999077)
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自然災(zāi)害情境下的終端供電設(shè)施應(yīng)急搶修決策規(guī)劃
于明璐1, 李向陽1, 岳國君2
(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟與管理學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150001; 2.中國糧油控股有限公司,香港 999077)
自然災(zāi)害情境造成部分決策信息模糊和應(yīng)急決策者的消極情緒??紤]消極情緒在自然災(zāi)害應(yīng)急決策的影響,構(gòu)建了考慮情緒下的前景理論的價值函數(shù)。運用反函數(shù)原理,根據(jù)應(yīng)急決策者對模糊信息的心理感知價值,構(gòu)建了其實際值的估計函數(shù),用于解決決策信息模糊下的終端供電設(shè)施應(yīng)急搶修決策規(guī)劃問題,提出了相應(yīng)的決策模型和求解算法。采用自主開發(fā)的在線實驗系統(tǒng),完成了信息模糊下的電網(wǎng)應(yīng)急搶修決策實驗,驗證了決策模型和消極情緒下基于決策者心理感知對模糊信息估值方法的有效性。
行為決策;終端供電設(shè)施搶修決策;前景理論;信息模糊;消極情緒
在自然災(zāi)害爆發(fā)后,終端供電設(shè)施被損壞的情況較為普遍,造成應(yīng)急搶修力量不足,一個應(yīng)急搶修隊需承擔(dān)修復(fù)多處受損設(shè)備的情況。而用電單位的性質(zhì)和用電要求的不同形成且搶修輕重緩急的差別,需對各終端供電設(shè)施的搶修進行合理排序,才能讓應(yīng)急搶修隊在災(zāi)害應(yīng)對中發(fā)揮最大的作用。然而,自然災(zāi)害爆發(fā)形成的惡劣情境對這一應(yīng)急決策造成了一系列極端問題,較為常見的是應(yīng)急決策所需的重要信息模糊不清和決策者面對災(zāi)難產(chǎn)生強烈的消極情緒而影響其決策能力和決策結(jié)果。這是由于自然災(zāi)害的發(fā)生會導(dǎo)致一些始料不及的突發(fā)狀況,它們共同形成較為復(fù)雜的災(zāi)害應(yīng)急決策情境,信息渠道被破壞,如道路被毀,通訊中斷,或影響范圍過大,一時間無法得到詳盡的信息,此時精確測量存在困難,造成原有依賴于數(shù)理的決策方法失效等。特別是遇到突發(fā)狀況無先例或較為罕見時,其經(jīng)驗數(shù)據(jù)不足以支持現(xiàn)有處理信息模糊的理性決策模型和方法時,對于模糊不清的決策信息進行判斷和估計需由應(yīng)急決策者來完成。這一任務(wù)在自然災(zāi)害這種極端的決策情境下完成,決策者須承受時間緊迫造成的巨大壓力,害怕決策失誤帶來的焦慮,估計判斷錯誤帶來強烈的內(nèi)疚感,以及災(zāi)難現(xiàn)場帶來的威脅和不安全感和面對受災(zāi)者的無力感,這些巨大的心理壓力通過上述刺激而產(chǎn)生強烈的消極情緒來表現(xiàn)。美國心理學(xué)會在關(guān)于創(chuàng)傷性事件心理壓力的報告中指出,消極情緒會導(dǎo)致應(yīng)急工作者高估或低估危險信息,以及無法集中注意力、決策與解決問題能力下降等[1]。因此,在消極情緒的作用下,應(yīng)急工作者對模糊不清的決策信息進行估計和判斷很可能會存在偏差。
關(guān)于應(yīng)急決策者對決策信息的心理感知價值與實際價值存在偏差的問題,前景理論給出了很好的解釋和驗證。目前,已有一些研究者運用前景理論,研究應(yīng)急決策方法,如樊治平等人研究在突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)的風(fēng)險決策時,依據(jù)前景理論來計算決策者對不同情境和決策方案的心理感知的綜合前景值來進行決策的方法[2],王旭坪等應(yīng)用前景理論來計算公眾的心理風(fēng)險感知程度,以此來進行應(yīng)急物資調(diào)度決策及優(yōu)化[3],以公眾感知滿意度為目標建立的多受災(zāi)點應(yīng)急資源分配模型[4],還有王亮和王應(yīng)明應(yīng)用前景理論建立了動態(tài)參考點的應(yīng)急決策方法[5]等?,F(xiàn)有研究的基本思路大致是將通過前景理論確定應(yīng)急決策者心理感知價值作為決策目標,建立模型求解。而前景理論則說明了主觀心理感知價值與實際值之間是存在偏差的,當選擇主觀心理感知價值作為決策目標并進行規(guī)劃求解時,上述偏差難免會造成以心理感知價值為目標進行決策規(guī)劃的優(yōu)化結(jié)果與實際的優(yōu)化結(jié)果發(fā)生偏離,導(dǎo)致其決策結(jié)果的經(jīng)濟性較差。
此外,在災(zāi)害應(yīng)急決策情境下,應(yīng)急決策者避免不了會產(chǎn)生心理壓力和消極情緒,但現(xiàn)有關(guān)于應(yīng)急決策的研究沒有將消極情緒造成的偏差影響考慮到?jīng)Q策模型和方法當中,也罕有研究對消極情緒與前景理論的關(guān)系和影響進行分析,這會影響決策模型和方法的有效性和實用性。
針對上述問題,本文將研究消極情緒與前景理論中價值函數(shù)的關(guān)系和影響作用,建立并根據(jù)情緒前景理論的價值函數(shù),并利用反函數(shù)思想,建立模糊信息實際值的估計模型,通過應(yīng)急決策者對模糊信息的心理感知價值,來估計該信息實際值,用于解決自然災(zāi)害情境下的終端供電設(shè)施應(yīng)急搶修決策問題,再建立相應(yīng)的應(yīng)急決策模型和求解算法,借助該估計值求得決策結(jié)果。通過自主研發(fā)的用于應(yīng)急培訓(xùn)和演練的在線實驗系統(tǒng)進行實驗,來驗證估計模型和方法的有效性,旨在通過培訓(xùn)和演練,提高應(yīng)急工作人員的決策能力和心理調(diào)節(jié)能力,并為開發(fā)具備心理輔助和提示功能的應(yīng)急決策支持系統(tǒng)提供參考。
1.1 自然災(zāi)害情境下消極情緒與決策的關(guān)系
情緒是人們針對內(nèi)部或外部的刺激所產(chǎn)生的一種突發(fā)反應(yīng)[6],也是人們認知和動機的一種有意識的、外顯性的感知和表達。在自然災(zāi)害情境下,應(yīng)急決策者既承受著艱巨任務(wù)帶來的責(zé)任感和面對受災(zāi)者的同情憐憫的人性所帶來的來自于內(nèi)部的情緒誘發(fā),又不得不面對自然災(zāi)害造成的環(huán)境和設(shè)施破壞、人員傷亡和突發(fā)狀況等帶來的復(fù)雜應(yīng)對任務(wù)和時間壓力,以及應(yīng)急決策者自身的生命安全造成一定的威脅等來自外部的情緒刺激。根據(jù)美國疾病防治中心(CDC)和美國職業(yè)安全與健康管理局(NIOSH)關(guān)于應(yīng)急工作者面對創(chuàng)傷性事件的心理壓力分析報告,在災(zāi)害應(yīng)對工作中,應(yīng)急工作者產(chǎn)生的情緒包括焦慮、內(nèi)疚、悲痛、恐懼、憤怒、沮喪、面臨失敗的緊張、自責(zé)、怨天尤人、難以承受感和情緒崩潰等情緒狀態(tài)[7],幾乎全部為消極情緒,不僅對應(yīng)急工作者的身心造成一定的影響和傷害,還會影響其對信息的估計和決策能力。根據(jù)現(xiàn)有研究表明,消極情緒對在決策的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面:消極情緒會使決策者對風(fēng)險和威脅更加敏感,決策者增加對該風(fēng)險事件甚至無關(guān)聯(lián)的風(fēng)險事件發(fā)生的概率估計[8];消極情緒會使決策者更為謹慎小心,更傾向于規(guī)避風(fēng)險帶來的損失,更多關(guān)注對細節(jié)問題的處理而有時會忽略整體決策目標[9];消極情緒會引發(fā)決策者的悲觀記憶,對事件做出悲觀的判斷和選擇[10]等。
1.2 考慮情緒下前景理論的價值函數(shù)
前景理論是描述決策者對實際價值與其主觀感知之間的偏差的理論,Kahneman和Tervsky通過實驗發(fā)現(xiàn),人們在決策時往往會預(yù)先設(shè)定一個主觀的參照點,在參照點兩側(cè)(收益或損失)決策者對風(fēng)險所持態(tài)度(風(fēng)險厭惡或偏好)發(fā)生了逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象,對收益偏向風(fēng)險厭惡,對損失偏向風(fēng)險偏好,并且對于同等的收益和風(fēng)險的偏好,決策者表現(xiàn)對于收益反應(yīng)遲鈍,對于損失反應(yīng)敏感。
而情緒前景理論由嚴俊宏在對股市波動非對稱性研究時首次提出的[11],是指在情境理論中考慮了情緒因素的作用,但是其缺乏情緒與前景理論關(guān)系的論述。實際上,情緒是刺激與行動之間的媒介和驅(qū)動點,所以即使在等價的刺激下,情緒的變化會導(dǎo)致決策行為的變化,如框架效應(yīng)。研究表明積極情緒對決策者的作用是使其更傾向于低估風(fēng)險而高估收益或低估損失[12];而消極情緒的作用則剛好相反,它們使決策者更傾向高估風(fēng)險的存在,而低估其可能的收益或高估其損失。
根據(jù)上述特點,基于前景理論原有的價值函數(shù),建立考慮情緒的前景理論價值函數(shù)如公式(1)。函數(shù)中風(fēng)險偏好系數(shù)及其增量的取值越大表示決策者的風(fēng)險傾向越強;各損失規(guī)避系數(shù)和變化在其趨勢范圍內(nèi)越大,表示對損失的敏感性越強。
(1)
式中ve(x)——情緒前景理論的價值函數(shù);
x——決策信息的實際價值;
ω——不考慮情緒獲得收益時的風(fēng)險偏好系數(shù),0<ω<1;
φ——不考慮情緒遭受損失時的風(fēng)險偏好系數(shù),0<φ<1;
α——積極情緒影響下的風(fēng)險偏好增量,0<α<φ<1;
β——消極情緒影響下的風(fēng)險偏好增量,0<β<ω<1;
δ——不考慮情緒的損失規(guī)避系數(shù),δ>1;
γ——積極情緒影響下的損失規(guī)避變化,0<γ<δ-1;
η——消極情緒影響下的損失規(guī)避變化,η>0;
1.3 消極情緒下應(yīng)急決策者對模糊信息的估計函數(shù)
根據(jù)上述情緒前景理論的價值函數(shù),通過反函數(shù)原理,求取其反函數(shù),得到?jīng)Q策者對模糊信息的估計函數(shù)(2)式,即根據(jù)決策者對模糊信息的心理感知價值估計其實際值的函數(shù)。
(2)
在自然災(zāi)害情境下,消極情緒是應(yīng)急決策者執(zhí)行應(yīng)對任務(wù)時的主導(dǎo)情緒,用決策者對模糊信息的心理感知價值來估計其實際價值,即在λ=1的條件下,所得的模糊信息估計函數(shù)如下(3)式。函數(shù)(2)式,(3)式的參數(shù)設(shè)定和取值范圍與函數(shù)(1)式一致:
(3)
XeN(v)——通過信息的心理感知價值對其實際價值的估計函數(shù);
v——決策信息的心理感知價值。
上述估計函數(shù)表明,在消極情緒的作用下,當應(yīng)急決策者認為該模糊信息會帶來收益時,事實上它的實際值比決策者的主觀感知價值要大;當決策者認為該模糊信息會帶來損失時,其實際值比決策者的主觀感知價值要小。
在這一節(jié)中,將上述估計函數(shù)應(yīng)用于臺風(fēng)災(zāi)害下的終端供電設(shè)施應(yīng)急搶修決策當中,來解決信息模糊下的決策規(guī)劃問題。
2.1 終端供電設(shè)施搶修應(yīng)急決策問題描述
基于上述對模糊信息的估計方法,終端供電設(shè)施應(yīng)急搶修的流程為:(1)確定搶修任務(wù),共有幾家用電單位的終端供電設(shè)施需要應(yīng)急搶修,然后收集該單位的必要信息,如地點,距離,單位性質(zhì)和用電客戶等級,終端供電設(shè)施損壞情況以及備用電源情況等,并確定哪些信息是明確的,哪些是模糊的;(2)測試應(yīng)急搶修決策者的情緒狀態(tài)和模糊信息心理感知狀態(tài),來確定其模糊信息估計函數(shù)的系數(shù),或者采用之前反復(fù)測試得到系數(shù)的經(jīng)驗值來確定模糊信息估計函數(shù)也可以,然后根據(jù)其對應(yīng)急搶修任務(wù)中模糊信息的信息感知值,通過上述估計函數(shù)求得對模糊信息實際值的估計,如果存在多名決策者,取各位估計值的均值作為對模糊信息的實際值的估計;(3)根據(jù)建立的終端供電設(shè)施應(yīng)急搶修決策模型和算法求解,得出最優(yōu)的應(yīng)急搶修決策,然后執(zhí)行應(yīng)急搶修任務(wù)。
2.2 參數(shù)與變量定義
集合參數(shù):受損終端供電設(shè)施集合為N;i,j∈N;T時間跨度集合,t∈T;Q為路徑狀態(tài)集合,q∈Q。
決策變量:
y——n個受損終端供電設(shè)施的排序,y有n!個取值。
決策狀態(tài)變量:
qij——表示受損終端供電設(shè)施i與另一受損終端供電設(shè)施j之間的路程耗時;
Ri——對受損終端供電設(shè)施i的應(yīng)急搶修時間;
Si——受損終端供電設(shè)施i的備用電源可供電時長。
搶修總體耗時函數(shù)設(shè)定:
Lj(y)——在排序y下,通過到達設(shè)施j并完成搶修的時間Lj(y)=qij(y)+Rj(y)。
停電損失函數(shù)設(shè)定:
Bi(t,y)——在排序y下,時間段t內(nèi)受損終端供電設(shè)施i的停電時間;
πi——停電損失參數(shù),即受損終端供電設(shè)施i的每小時停電損失;
Mi(t,y)——停電損失函數(shù),Mi(t,y)=πi(y)Bi(t,y)。
模糊信息估值變量設(shè)定:
其他參數(shù)與函數(shù)設(shè)定:
M——決策狀態(tài)變量集合,M={q,R,S};
2.3 終端供電設(shè)施應(yīng)急搶修決策模型構(gòu)建
一般情況下,終端供電設(shè)施應(yīng)急搶修決策的最優(yōu)化目標有兩個:一是最小化應(yīng)急搶修作業(yè)總體耗時,一是最小化停電造成的損失,在這個目標如果不能同時達到最優(yōu)時,以最小化停電損失為主。但在信息模糊的情況下,上述最優(yōu)化的理性決策目標函數(shù)難以建立和求解。并且在消極情緒的影響下,決策者需根據(jù)模糊信息估計函數(shù),通過該信息的心理感知價值對其實際值的進行估計,來實現(xiàn)決策規(guī)劃。而此時的決策目標,是基于模糊信息實際值的估值,結(jié)合最優(yōu)化目標建立起來的,即決策目標函數(shù)(4)式和(5)式。通過這樣的轉(zhuǎn)換,選擇適合的決策目標進行模糊信息下的終端供電設(shè)施應(yīng)急搶修排序決策。然后構(gòu)建如下決策規(guī)劃模型:
目標函數(shù):
(4)
(5)
(6)
?i,j∈N,q∈Q,t∈T
(7)
約束條件:
(8)
函數(shù)(8)式是應(yīng)急搶修總體耗時函數(shù),在排序y下,考慮可能存在模糊信息的情況下,對受損終端供電設(shè)備j的總體搶修耗時,包括路程耗時和維修時間。函數(shù)(7)式是停電損失函數(shù),也是在排序 下,考慮可能存在模糊信息的情況進行的。這一函數(shù)描述了兩種情況,一種是備用電源電量不足的情況,即備用電源供電時間小于等待設(shè)備恢復(fù)供電的時間Si 2.4 求解算法 具體的,研究分步驟的對模型進行求解。 Step 1 首先確定決策的初始狀態(tài)S和末狀態(tài)F,將決策問題分為若干個階段,在電網(wǎng)設(shè)備應(yīng)急搶修排序決策模型中,如果一次搶修任務(wù)共有n處設(shè)備需要搶修,則有n個決策階段。 Step 2 對決策狀態(tài)變量中的模糊信息進行估算,采用消極情緒下的模糊信息估計函數(shù)Xe(v),估算模糊信息的實際值。 3.1 決策問題情境描述 實驗的決策問題是在臺風(fēng)災(zāi)害發(fā)生后,現(xiàn)在某一區(qū)域有四個單位的室外配電設(shè)備損壞造成停電。由于臺風(fēng)造成道路損壞,目前只有一條通路到這四個單位,如圖1中灰色道路所示。某一供電應(yīng)急搶修中心負責(zé)這四家單位終端供電設(shè)施搶修任務(wù)。由于搶修力量有限,不能進行并行作業(yè),需要做出應(yīng)急搶修決策排序,使整體停電損失最小。這四家單位的情況信息如表1所示。 圖1 供電設(shè)備受損單位地圖 從圖1上可知,距離搶修中心最近的單位是高層住宅(D),距離耗時可忽略不計;每小時停電損失約為10萬元;無備用電源;但預(yù)計搶修時間較長,大概需10小時完成。 醫(yī)院(C)距搶修中心和小學(xué)(B)均為1小時車程,但直達電視臺(A)的道路已損壞;每小時停電損失較大,約為100萬元;有備用電源,可支持16小時(或較長時間);預(yù)計搶修時間為5小時。 小學(xué)(B)距搶修中心有2小時車程,距電視臺(A)有1小時車程,但直達高層住宅(D)的道路已損壞;每小時停電損失較小,約為5萬元;無備用電源;預(yù)計搶修時間為5小時。 表1 終端供電設(shè)施受損單位情況信息表 電視臺(A)距搶修中心有3小時車程,且僅有一條通路能夠到達小學(xué)(B)再轉(zhuǎn)往各處,其他道路均損壞;每小時停電損失也比較多,約為70萬元;有備用電源,可支持8小時(或一段時間);預(yù)計搶修耗時較少,約為3小時。 3.2 實驗設(shè)計和實驗描述 然后正式實驗另外選擇62名供電應(yīng)急工作人員作為被試者,隨機分為兩組,一組為控制組,一組為實驗組,仍然進行二次重復(fù)實驗,方法如上??刂平M在進行決策之前不采用任何情緒誘發(fā)手段,而實驗組在決策之前觀看消極情緒誘發(fā)的電影片段,在本實驗中是電影《2012》世界毀滅的片段。兩組都在決策完成后進行積極/消極情緒量表測量(PANAS),得出控制組的積極情緒得分PA= 23.40(SD=7.089),其消極情緒得分NA= 20.43(SD=7.286);積極情緒略大于消極情緒; 實驗組的積極情緒得分PA=18.43(SD=7.286),而消極情緒得分NA= 27.86(SD=6.169),對兩組情緒得分結(jié)果進行多變量方差分析發(fā)現(xiàn),消極情緒得分差異性顯著(F=9.765,Sig=0.000),積極情緒得分差異性不顯著(F=1.748,Sig=0.180),說明消極情緒誘發(fā)的有效性。 3.3 模糊信息估計函數(shù)的參數(shù)求解 表2 模糊信息估計函數(shù)參計算結(jié)果 3.4 模糊信息下的終端供電設(shè)施應(yīng)急搶修決策規(guī)劃求解算例 為方便區(qū)別,將起始位置設(shè)為P0,終止位置設(shè)為PT,在該實驗情境中,由于應(yīng)急搶修中心到D的距離忽略不計,所以P0和PTT相同,都是終端供電設(shè)施應(yīng)急搶修中心所在位置,所以路徑節(jié)點為{P0,A,B,C,D,PT},從P(1)到P(4)共四階段決策。通過測算,應(yīng)急搶修作業(yè)總體耗時的取值范圍在為(29,33)之間,極值之間差異較小,所以決策目標以停電損失為主。 (1)階段P(1):求得停電損失M(1)={1850(P0→D);90(6<18.79,P0→C);1295(P0→B);90(6<6.36,P0→A)}結(jié)合兩個目標,選出這一階段的最優(yōu)解y(1)是(P0,A)和(P0,C),M(1)=90。 (3)階段P(3):這一階段停電損失M(3)={240(B→C);821(B→D)}。這一階段的最優(yōu)路徑y(tǒng)(3)是(P0→A→B→C),最小停電損失為M(3)=240。 (4)階段P(4):最后這一階段停電損失M(4)={340(C→D)}。這一階段的最優(yōu)解y*,也是唯一解是(P0→A→B→C→D→PT),此時最小停電損失M(4)=340。 所以,通過決策得出,終端供電設(shè)施應(yīng)急搶修排序y為A→B→C→D時,即電視臺(A),然后小學(xué)(B),之后醫(yī)院(C)是最后是高層住宅(D),其造成的停電損失最小,為340萬元。 基于情緒前景理論,災(zāi)害情境下消極情緒對應(yīng)急決策影響的研究成果和現(xiàn)實情況,采用情緒前景理論價值函數(shù)的反函數(shù)方法,構(gòu)建模糊信息估計函數(shù)刻畫了應(yīng)急決策者應(yīng)對模糊信息時,其心理感知價值和模糊信息實際值之間的關(guān)系,并用于解決信息模糊下的電網(wǎng)應(yīng)急搶修決策規(guī)劃問題。得出以下結(jié)論: (1)通過研究情緒與決策的關(guān)系,建立情緒前景理論的價值函數(shù),并用反函數(shù)的方法構(gòu)建模災(zāi)害應(yīng)急下的模糊信息估計函數(shù),提出了通過應(yīng)急決策者對模糊信息的心理感知價值估計其實際值的一種估值方法。 (2)將模糊信息的估值方法應(yīng)用于終端供電設(shè)施應(yīng)急搶修決策中,結(jié)合上述估計函數(shù)建立決策模型與求解算法,為解決在信息模糊的情況下,決策規(guī)劃和優(yōu)化求解的難題提供了一種思路和方法。 (3)通過實驗方法對模糊信息估計函數(shù)和決策模型進行參數(shù)求解和驗證,適用于心理感知相關(guān)的決策問題研究,并將上述方法用于應(yīng)急培訓(xùn)和演練,可提高決策者的情緒調(diào)節(jié)和決策能力,并為開發(fā)具有心理輔助和提示功能的應(yīng)急決策支持系統(tǒng)提供參考。 [1] American Psychological Association. 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Decision Programming for Emergency Repair of Terminal Power Supply Facilities under Natural Disaster Circumstances YU Ming-lu1, LI Xiang-yang1, YUE Guo-jun2 (1.SchoolofEconomyandManagement,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001,China; 2.ChinaAgr-IndustriesHoldingsLimited,Hongkong999077,China) Natural disasters cause fuzzy information and negative emotion problems in emergency decision making. Based on prospect theory and the effects of negative emotions on emergency decision making in natural disaster, this research is focused on decision programming for emergency repair of power grid under fuzzy information. It builds a value function with emotional prospect theory, and adopts the idea of inverse function to set up an estimating function to reveal the relations between decision makers’ perceived value of fuzzy information and its actual value, as a method of its value estimation, and then uses it to establish the decision model for emergency repair of terminal power supply facilities. At last it conducts online decision experiments by a self-developed experimental system of this emergency repair decision, to verify the estimating functions and decision model. behavioral decision making; decision making for emergency repair of terminal power supply facilities; prospect theory; fuzzy information; negative emotions 2014-12- 02 國家自然科學(xué)基金資助項目(91024028,91024031,91324018);國家自然科學(xué)基金資助項目(71473058,71172156) 于明璐,女,黑龍江哈爾濱人,博生研究生,研究方向:應(yīng)急管理,行為決策; 李向陽,男,博士生導(dǎo)師,研究方向:應(yīng)急管理;岳國君,男,總工程師,博士生,研究方向:食品安全應(yīng)急管理。 C934 A 1007-3221(2015)04- 0001- 083 實驗算例
4 結(jié)論