影子价格的含义及其基于lingo软件的应用

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  【摘 要】本文根据线性规划的对偶原理,从数学角度给出了影子价格的经济含义,并且通过lingo软件实例分析了影子价格在生产决策中的应用。
  【关键词】线性规划;影子价格;lingo
  一、引言
  影子价格是现代经济学中的重要参量,广泛应用于宏观经济分析与微观经营活动,是企业适应市场变化,优化配置人、财、物等资源,正确做出经营管理决策的有力工具。本文通过线性规划中原始与对偶问题解的关系,给出对偶问题解的经济意义。同时在实际经济管理活动中,线性规划问题的规模很大,采用lingo软件,我们可以处理复杂的生产决策问题,利用影子价格给出正确的优化改进方案。
  二、影子价格的经济含义
  分析原始和对偶问题的解有其重要的经济意义,在资源利用问题上,原问题是寻求总体总体效益最大化,那么其对偶问题的解就是影子价格。建立原问题线性规划的数学模型为:
  (P)■
  其对偶问题可表示为:
  (D)■
  其中,z为利润,cj为第j个变量的单位利润,xj为第j个变量的单位数,aij为第j单位变量消耗第i种资源数量,bij为第i种资源的单位数。在(D)中引入的新变量为■和w■,根据对偶理论,(p)与(D)的最优值相等,min■=maxz=CX=BW, z/ bi=wi,因此W=(w1,w2,…,wm),可以看作资源增加一个单位时效益的增量。这里,效益的增量可以看作资源的潜在价值,经济学上称为“影子价格”。影子价格反映了资源在生产活动中的稀缺程度,根据互补松紧条件,对于最优解x和w,如果对偶问题中一个约束取严格不等式,则原始问题中对应的变量比取值为零;对称地,如果一个问题中其非负变量取正值,则另一个问题中对应的约束必取等式。,若某个资源的影子价格大于零,则对应的约束方程是等式,即该资源在生产活动中没有剩余,因此,只有稀缺资源的影子价格才会大于零。若影子价格等于零,该资源在生产活动中不一定有剩余,也可能刚刚用完。
  三、基于lingo软件的影子价格的具体应用
  (1)决策者的投资策略。资源的影子价格实际上表示在某一范围内(保持最优基不变)总收益增加(或减少)的数量与增加(或减少)资源的数量的比值,只有在最优基不变的情况下,影子价格才有意义。因此在实际的生产活动中,决策者不能盲目的增加稀缺资源的数量。如果最优基发生改变,那么计算出的影子价格就没有意义。当然我们通过lingo软件可以确定可增加稀缺资源数量的范围。例如某家具厂制造书桌、餐桌和椅子,所用的资源有三种:木料、木工和漆工。生产数据如表1所示。若要求桌子的生产量不超过5件。
  表1
  设x1、x2、x3分别表示三种产品的生产量,使总利润最大的线性模型为:
  max60x1+30x2+20x3
  s.t.
  8x1+6x2+x3≤48
  4x1+2x2+1.5x3≤20
  2x1+1.5x2+0.5x3≤8
  x2≤5
  end
  使用lingo求解该模型得:
  得到的最优解(2,0,8),即生产书桌2单位,餐桌不投产,椅子8单位,得到最大利润280单位。dual price给出木料、木工和漆工和桌子生产量的影子价格为(0,10,10,0)。即给出了资源增加一单位时效益的增量。此时木工和漆工是稀缺资源,决策者可以用低于10单位的价格雇佣木工或漆工来提供一单位的资源。木工和漆工的数量是有限制的,要确定雇佣人数的范围,我们需要对资源的影子价格作进一步的分析。影子价格的作用(即在最优解下“资源”增加一个单位时“效益”的增量)是有限制的。利用lingo继续做灵敏度分析得:
  从上面的输出可以看出,约束的右端项(CURRENT RHS)的“允许增加”(ALLOWABLE INCREASE)和“允许减少”(ALLOWANCE DECREASE)给出了影子价格有意义条件下的限制范围,因为此时最优基不变,所以影子价格才有意义;如果最优基已经变了,那么结果中给出的影子价格也就不正确了。因此,决策者可以雇佣木工,但是所提供的资源不能超过4个单位,可以雇佣漆工,所提供的资源不能超过1个单位。这儿是可以同时雇佣木工与漆工。(2)产品的重新定价。在求解最优解时,决策者为获取利润最大化,没有对餐桌进行投产,显然是由于餐桌的成品单价较低。那么餐桌要想被重新投入生产,就必须被重新定价,在最优基不变的情况下,利用影子价格可以计算出餐桌能够被投入生产的价格Cj>Σaijwi,只有大于按影子价格计算所消耗资源的支出,才能被投产。(3)工人工资的核算。在实际生产中,由于产品价格变化,雇佣工人的工资也会发生变化,决策者可以用lingo做灵敏度分析做进一步分析。影子价格有意义的前提是最优基保持不变,下面给出了在最优基保持不变时,目标函数系数的变化范围:
  x1的系数范围是[60-4,60+20],x2的上限是35,由于x2不投产,它的下限是无穷小,x2的系数范围[60-5,60+2.5]。显然产品价格在此范围之内决策者不应该改变生产计划,注意:x1的系数变化范围需要x2、x3的系数保持不变,反之亦然。如果雇佣木工或漆工,那么工资不该超过影子价格10单位。如果系数变化超出此范围,那么应该重新使用新数据计算,做灵敏度分析,给出新的生产计划与雇佣工资。
  参 考 文 献
  [1]谢金星,薛毅.优化建模与LINDO/LINGO软件[M].清华大学出版社,2005(7)
  [2]刁在筠,刘桂真.运筹学[M].高等教育出版社,2007(1)
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