復(fù)合泊松需求分布下生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)

劉恒+董作文

摘 要：通過(guò)研究需求到達(dá)次數(shù)為復(fù)合泊松過(guò)程的生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)與庫(kù)存問(wèn)題，建立生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)——庫(kù)存系統(tǒng)模型，研究生產(chǎn)企業(yè)缺貨發(fā)生的概率，建立這種模型是保險(xiǎn)精算學(xué)里經(jīng)典風(fēng)險(xiǎn)模型在存儲(chǔ)論中的一個(gè)應(yīng)用，以期能夠利用精算數(shù)學(xué)的有效結(jié)論對(duì)于解決物流存儲(chǔ)的問(wèn)題開(kāi)辟一條新的途徑。

關(guān)鍵詞：復(fù)合泊松過(guò)程；缺貨概率；庫(kù)存費(fèi)

中圖分類(lèi)號(hào)：F224 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-291X（2015）10-0014-02

引言

風(fēng)險(xiǎn)理論是對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量分析和預(yù)測(cè)的一般理論，主要處理保險(xiǎn)事務(wù)中的隨機(jī)風(fēng)險(xiǎn)模型。研究這些風(fēng)險(xiǎn)模型的破產(chǎn)概率即為破產(chǎn)理論，它是保險(xiǎn)精算數(shù)學(xué)的研究?jī)?nèi)容。它對(duì)保險(xiǎn)公司的長(zhǎng)期經(jīng)營(yíng)穩(wěn)定性分析有重要意義，也是保險(xiǎn)公司最為關(guān)心的一個(gè)熱門(mén)課題。

一、經(jīng)典的風(fēng)險(xiǎn)模型

經(jīng)典的風(fēng)險(xiǎn)模型由Lundberg于1909年創(chuàng)立，他首次利用隨機(jī)過(guò)程來(lái)研究風(fēng)險(xiǎn)模型，他的模型可如下構(gòu)造[1]：

（一）基本假設(shè)

1.Ti表示第i-1次與第i次索賠之間的時(shí)間間距，i=1，2，∧。Ti獨(dú)立同分布，分布函數(shù)G（x）。

2.Xi表示第i次索賠額，Xi獨(dú)立同分布，分布函數(shù)為F（x）；對(duì)任意的i與j，Xi與Tj獨(dú)立。

3.保費(fèi)收入是線性增長(zhǎng)的，記線性增長(zhǎng)因子為c。

（二）經(jīng)典的盈余過(guò)程的構(gòu)造

由假設(shè)1～3，令N（t）表示t時(shí)已發(fā)生的索賠的總次數(shù)。

S（t）=X1+X2+∧+X

N（t）表示t時(shí)已發(fā)生的索賠總額。

記u為公司的初始準(zhǔn)備金或初始盈余，令X （t）=ct-S（t），U（t）=u+ct-S（t）為t時(shí)刻的盈余；記破產(chǎn)時(shí)刻T=inf{t：U（t）<0}，則Ψ（u）=P{T<∞}為在初始盈余為u的情況下，公司的最終破產(chǎn)概率，Ψ（u，t）=P{T

二、復(fù)合泊松需求分布下生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)——庫(kù)存系統(tǒng)模型[2]

（一）模型的構(gòu)造

1.假設(shè)生產(chǎn)企業(yè)初始存貨量為Q，單位時(shí)間的貨物生產(chǎn)量為c。

2.假設(shè)生產(chǎn)企業(yè)面對(duì)的貨物需求次數(shù)符合復(fù)合泊松過(guò)程，假設(shè)（0，t]內(nèi)的需求到達(dá)次數(shù)為N（t），則N（t）符合泊松過(guò)程。

3.假設(shè)生產(chǎn)企業(yè)面對(duì)的每次貨物需求量為Ri，i=1，2，∧，Ri，i=1，2，∧獨(dú)立同分布，分布函數(shù)為F（x），假設(shè)E（Ri）=R，i=1，2，∧。

在以上假設(shè)下，生產(chǎn)企業(yè)在t時(shí)刻的貨物存儲(chǔ)量U（t）=Q+ct-Ri。下面，我們就要討論該模型的缺貨發(fā)生的概率了。記缺貨發(fā)生的時(shí)刻T=inf{t：U（t）<0}，則Ψ（Q）=P{T<∞}為在初始存貨為Q的情況下，企業(yè)的最終缺貨概率。

（二）缺貨發(fā)生概率

定義1：我們稱關(guān)于a的方程1+（1+θ）Ra=eaxdF（x）的正數(shù)解A1為Ri的次調(diào)節(jié)系數(shù)，其中θ=-1。

定義2：取A=max{r∶r=A1}，稱A為Ri的調(diào)節(jié)系數(shù)。

定理1：設(shè)企業(yè)初始存儲(chǔ)量為Q，貨物需求量Ri的分布函數(shù)為F（x），則：

Ψ（Q）≤e-AQ。

定理2：設(shè)企業(yè)初始存儲(chǔ)量為Q，則缺貨發(fā)生的概率滿足：

Ψ（Q）=。

定理3：如果企業(yè)初始存儲(chǔ)量等于0，那么對(duì)所有的y>0，我們有：

P[U（T）∈（-y-dy，-y），T<∞=[1-P（y）]dy。

證明：在復(fù)合泊松過(guò)程下，在時(shí)間區(qū)間（t，t+d1）有一個(gè)需求發(fā)生的概率等于λdt，該概率獨(dú)立于t以及過(guò)程直至該時(shí)刻的歷史。所以在0和dt之間要么沒(méi)有需求發(fā)生（概率為1-λdt），且存貨從Q增加到Q+cdt，要么有一個(gè)大小為X的需求量發(fā)生。后一種情況包含兩種可能：如果該需求量小于Q，那么過(guò)程將以資本金Q+cdt-X繼續(xù)下去；否則缺貨就會(huì)發(fā)生，不過(guò)只有當(dāng)X>Q+y時(shí)破產(chǎn)的嚴(yán)重程度會(huì)大于y。

定義：

G（Q，y）=P[U（T）∈（-∞，-y），T<∞|U（0）=Q]，

我們有：

G（Q，y）=（1-cdt）G（Q+cdt，y）+cdt{G（Q-x，y）d

Fx（x）+d

Fx（x）}

（1）

記G'為函數(shù)G關(guān)于u的偏導(dǎo)數(shù)，那么：

G（Q+cdt，y）=G（Q，y）+cdtG'（Q，y） （2）

把（2）式代入（1）式，從兩邊消掉G（Q，y），并除以cdt，我們得到：

G'（Q，y）={G（Q，y）-G（Q-x，y）dFx（x）- dFx（x）} （3）

再按Q∈[0，z]對(duì)（3）式積分可得：

G（z，y）-G（0，y）={G（Q，y）dQ-G（Q-x，y）dF

x（x） dQ

- dFx（x）dQ} （4）

求解（4）式得到：

G（z，y）-G（0，y）={G（Q，y）[1-F（z-Q）dQ-[1-F（Q）]dQ

取z→∞，由上式得：

G（0，y）={[1-Fx（Q）]dQ } （5）

得證。

（三）概率的進(jìn)一步討論[3]

在破產(chǎn)理論中，我們定義最大累積貨物需求量，即到時(shí)刻為止的貨物需求總額和貨物產(chǎn)量的差的最大值：

L=max{S（t）-ct，t≥0}。

S（t）為到t時(shí)的貨物需求總額，c為貨物生產(chǎn)速度。因?yàn)镾（0）=0，所以L≥0。

事件L>Q發(fā)生當(dāng)且僅當(dāng)存在一個(gè)有限時(shí)間t，使得U（t）<0；換一句話說(shuō)，不等式L>Q和T<∞是等價(jià)的，從而：

Ψ（Q）=1-FL（Q），

接下來(lái)，我們考慮了貨物存儲(chǔ)創(chuàng)新下記錄的時(shí)刻，下記錄只能發(fā)生在提貨時(shí)刻。我們用隨機(jī)變量Lj，j=1，2，∧來(lái)表示第j個(gè)下記錄比第j-1個(gè)下記錄小的額度。設(shè)M是新紀(jì)錄的隨機(jī)個(gè)數(shù)，我們有：

L=L1+L2+∧+LM。

由于泊松過(guò)程是無(wú)記憶的，所以每一個(gè)指定的下記錄是最后一個(gè)下記錄的概率是相同的，為1-Ψ（0），也就是說(shuō)，隨機(jī)變量M復(fù)合幾何分布，參數(shù)為p=1-Ψ（0）。

定理4：Ψ（0）=[1-F（y）]dy =R=。

定理5：假設(shè)在生產(chǎn)過(guò)程中至少存在一個(gè)下記錄L1，那么L1的概率密度函數(shù)fL1（y）可以表示為：

fL1（y）=，y>0。

總結(jié)

本文研究需求到達(dá)次數(shù)為復(fù)合泊松過(guò)程的生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)與庫(kù)存問(wèn)題，建立生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)——庫(kù)存系統(tǒng)模型，研究生產(chǎn)企業(yè)缺貨發(fā)生的概率。本文建立的這種模型是保險(xiǎn)精算學(xué)里經(jīng)典風(fēng)險(xiǎn)模型在存儲(chǔ)論中的一個(gè)應(yīng)用，希望能夠利用精算數(shù)學(xué)的有效結(jié)論對(duì)于解決物流存儲(chǔ)的問(wèn)題開(kāi)辟一條新的途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐保華，李小愛(ài)，鄒捷中.時(shí)間贏余過(guò)程的構(gòu)造及其破產(chǎn)理論[J].數(shù)學(xué)理論與應(yīng)用，2003，（1）：89-90.

[2] 方秋蓮.幾類(lèi)需求帶跳隨機(jī)庫(kù)存模型及其應(yīng)用研究[D].武漢：中南大學(xué)，2010.

[3] [荷]R.卡爾斯，M.胡法茲，J.達(dá)吶，M.狄尼特.現(xiàn)代精算風(fēng)險(xiǎn)理論[M].唐啟鶴，胡太忠，成世學(xué)，譯.北京：科學(xué)出版社，2001：70-71.

[責(zé)任編輯 吳高君]