最优设计（精选十篇）
最优设计 篇1
“厉行节约, 反对浪费”成为当今中国社会的时代主题, 我们发现当今浪费现象最为普遍的是对于粮食的浪费, 每年全球粮食总量1/3被浪费, 浪费量高达13亿吨, 相当于谷物总产量的1/2。
现在学生的生活水平比以前有很大的提高, 很多学生有浪费粮食的习惯, 淡忘了我国勤俭节约的传统美德, 研究小组发现许多学生吃饭时总会浪费, 垃圾桶总会满是没吃完的饭菜, 浪费现象极为严重, 造成这样的浪费也许不能只怪同学们没有节约意识, 有的同学会说, 食堂做的饭吃至极, 不过实在是不合口味, 吃不下, 最后只能无奈的扔掉。
这样的情况就需要学校食堂和学生两方面共同努力了, 同学们要买适合自己口味的饭菜, 也不要多买, 这很容易办到, 因为自己都知道自己喜欢吃什么, 吃多少, 只不过总是会受一些饭菜表面现象的蒙蔽罢了。这样就要食堂方面保证饭菜质量, 做到看起来好吃, 也确实好吃。
由此可知, 从学校食堂开始反对粮食浪费, 鼓励珍惜粮食, 鉴于这种情形, 为促使大家“光盘”, 笔者将通过数学优化计算制作出智能餐盘模型, 这将会减少粮食浪费, 通过此活动让学生有效做到珍惜粮食, 达到提倡节俭粮食的效果。
1模型因素分析
人的感官主要有:视觉、嗅觉、听觉、味觉、触觉, 对应的刺激信号就是:光、气味、声音、口味、物体手感, 我们选择光作为实验因素, 颜色是通过人的视觉起作用的。不同颜色所发出的光的波长不同, 当人眼接触到不同的颜色, 大脑神经做出的联想跟反应也不一样, 因此色彩对人的心理有直接的影响, 根据心理学原理, 颜色对人的情绪影响如下:
绿色是一种令人感到稳重和舒适的色彩, 具有镇静神经、降低眼压、解除眼疲劳、改善肌肉运动能力等作用, 自然的绿色还对晕厥、疲劳、恶心与消极情绪有一定的舒缓作用。
蓝色是一种令人产生遐想的色彩, 另一方面, 它也是相当严肃的色彩。具有调节神经、镇静安神的作用。蓝色的灯光在治疗失眠、降低血压和预防感冒中有明显作用。有人戴蓝色眼镜旅行, 可以减轻晕车、晕船的症状。
黄色是人出生最先看到的颜色, 是一种象征健康的颜色, 它之所以显得健康明亮, 因为它是光谱中最易被吸收的颜色。它的双重功能表现为对健康者的稳定情绪、增进食欲的作用;对情绪压抑、悲观失望者会加重这种不良情绪。
橙色能产生活力, 诱发食欲, 也是暖色系中的代表色彩, 同样也是代表健康的色彩, 它也含有成熟与幸福之意。
粉色是温柔的最佳诠释。经实验, 让发怒的人观看粉红色, 情绪会很快冷静下来, 因粉红色能使人的肾上腺激素分泌减少, 从而使情绪趋于稳定。
红色是一种较具刺激性的颜色, 它给人以燃烧和热情感。但不宜接触过多, 过多凝视大红颜色, 不仅会影响视力, 而且易产生头晕目眩之感。心脑病患者一般是禁忌红色的。
黑色具有清热、镇静、安定的作用, 对激动、烦躁、失眠、惊恐的患者起恢复安定的作用。
所以我们用黑色、绿色、蓝色、橙色、黄色、粉色、红色的顺序, 根据餐盘中食物的量连续变化。我们的思路是先用黑色缓解压力稳定情绪、用绿色缓解眼部疲劳、用蓝色进一步使心情平静、用橙色刺激食欲、用黄色进一步刺激食欲、在光盘后一次用粉色与红色让用餐者平静下来然后激发激情进入下午的学习。
2节约智能餐盘设计模型
根据RGB三原色光原理, 又称RGB颜色模型或红绿蓝颜色模型, 将红 (Red) 、绿 (Green) 、蓝 (Blue) 三原色的色光以不同的比例相加, 以产生多种多样的色光, RGB值见表1。
这样可以在红色 (R) 、绿色 (G) 、蓝色 (B) 三个坐标轴所构成的空间直角坐标系中找到这几个点, 依次连上直线, 这样就可以达到颜色渐变。
得到餐盘的点矩阵:
建立运用空间曲线函数:
并运用MATLAB得到图3。
随着盘中食物的减少, 盘子中光的颜色由黑色逐渐依次变成红色, 学生们在趣味中把食物吃完, 达到“光盘”的效果。
3结论
从光学理论入手, 结合节约智能餐盘的工作原理, 在RGB三原色光原理上建立了矩阵和空间曲线方程。通过运用MATLAB得到节约智能餐盘的最优排布图案以及变化规律, 并进行实际制做效果较好, 因而结果更具说服力。本文虽然以光学原理实现节约智能餐盘, 该方案同样可以推广到同时考虑嗅觉、听觉、味觉、触觉等因素, 尤待今后进一步加以研究。
摘要：通过用光的颜色原理设计出了解决浪费食物的智能餐盘, 并且用数学模型和MATLAB进行优化, 为校园的“光盘”行动提供了科学的方法。
关键词：优化设计,节约食物,智能餐盘
参考文献
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[5]wo.梦已碎MATLAB绘图.http://wenku.baidu.com/view/72c1366c25c52cc58bd6bec7.html 2012.
[6]刘子龙, 胡少凯, 蒋辰飞, 韩光鲜.基于ARM和计算机视觉的餐厅快速结算系统设计[J].信息技术, 2013 (11) .
相邻结构连接阻尼器的最优设计参数 篇2
本文通过Maxwell模型模拟的黏滞阻尼器连接的2种不同相邻结构的地震反应分析,对阻尼器设置的位置和阻尼参数进行了同时优化.在El Centro波、Tianjin波和Taft波3种较典型的地震动作用下,分别对不同质量比和不同刚度比的主、子结构在无阻尼和有阻尼情况下进行了地震反应分析,并以主结构的顶层最大相对位移最小作为优化目标,寻求出最优的.阻尼器摆放位置以及对应的最优阻尼系数.结果显示,当阻尼器选择合适的安放位置和合理的阻尼参数时,主、子结构的地震反应都会有一定程度的降低,从而收到较好的减震效果.
作 者：刘绍峰 施卫星 LIU Shaofeng SHI Weixing 作者单位：刘绍峰,LIU Shaofeng(上海大学,土木系,上海,72)
施卫星,SHI Weixing(同济大学,结构工程与防灾研究所,上海,200092)
机制设计理论与最优资源配置的实现 篇3
[关键词] 诺贝尔经济学奖?机制设计理论?不可能定理?马斯金定理?显示原理
中图分类号：F062·6 文献标识码：A 文章编号：1007-1369(2008)2-0083-05
2007年10月15日，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将2007年诺贝尔经济学奖授予莱昂尼德·赫维茨(Lenonid Hurwicz)、埃里克·马斯金(EricS.Maskin)和罗杰·迈尔森(Roger B.Myerson)三名美国经济学家，以表彰他们在创立和发展“机制设计理论”方面所作的贡献。这一理论最早由赫维茨创建，马金斯和迈尔森则进一步发展了这一理论并代表目前研究的主流，这一理论实际就是博弈论和社会选择理论的综合运用，也可称为“委托代理理论”。它有助于经济学家、各国政府和企业识别哪一种制度或分配机制有效、哪一种无效，目的是在信息不对称情况下，设计一套制度，以实现委托人和代理人之间的信任以及保证机制正常运行，帮助人们确定有效的贸易机制、规则体系、政策手段和决策过程。1917年出生于俄罗斯莫斯科的赫维茨，后来加入美国国籍，早在上世纪40年代就以研究博弈论出名，被誉为“机制设计理论之父”。他是美国科学院院士、美国经济学院院士、总统奖获得者，现任美国明尼苏达大学明尼阿波利斯分校名誉教授，他被提名为诺贝尔经济学奖候选人已长达二十多年，以至于90岁的他成为迄今为止年龄最大的诺贝尔经济学奖获得者。马斯金1950年出生于美国纽约，1985—2000年任哈佛大学教授，2003年出任世界计量经济学会会长，现任普林斯顿大学高级研究所社会研究院教授。他在现代经济学最为基础的领域作出了卓越的贡献，其中包括公共选择理论、博弈论、激励与信息理论以及机制设计理论，培养了一大批活跃在世界各地的一流经济学精英。迈尔森1951年出生于美国马萨诸塞州波士顿市，现任美国芝加哥大学教授，其研究专长包括经济学领域里的博弈论和政治学领域里的投票体制等，著有《博弈论：矛盾冲突分析》及《经济决策的概率模型》等著作。
机制设计理论与赫维茨的不可能定理
众所周知，如何设计机制为经济主体提供合理的激励已成为当代经济学的核心主题，
因此，“机制设计理论”是当代经济学的热门理论。在“机制设计理论”出现之前，分配理论的微观经济学分析基本上等同于市场理论，也就是亚当·斯密曾用“看不见的手”来比喻市场如何在理想状态下保证稀缺资源的有效配置。传统的经济分析证明了在非常严格的条件下，市场机制能够保证效率最大化。然而，现实世界总是不完美的，市场竞争不一定是完全自由和充分的，在很多领域信息也往往是不对称的。例如，消费者不可能得到他想了解的全部信息，银行不可能了解借贷者未来收入的全部信息，企业也不了解前来应聘人员的全部信息，行政管理人员也很难十分清楚下属是否在十分努力地工作，甚至政府也很难全部了解个人和企业的纳税能力。如何解决信息不对称情况下的市场分配问题，如何避免信息不对称情况下的潜在威胁，是否能设计出更好的经济机制，以实现效率最大化乃至社会公平等既定目标，这些问题的提出，成为“机制设计理论”诞生的主要原因。赫维茨1960年发表的一篇论文——《资源配置中的最优化与信息效率》，拉开了“机制设计理论”的研究序幕。他后来相继发表了《无需需求连续性的显示性偏好》、《信息分散的系统》等论文，进一步完善了该理论的基础，1973年赫维茨在最富盛名的《美国经济评论》杂志上发表论文《资源分配的机制设计理论》，基本奠定了机制设计理论的框架。所谓机制就是一套博弈中的制度和规则，是参与人进行信息交换的通信系统，每个人在这个系统中都可以采取策略性的行动即为获取最大的效应或收益，他可以隐藏对自己不利的私人信息或告知别人错误的信息。而机制设计就是指，“对于任意给定的一个社会目标，能否并且怎样设计一个经济机制(即制定什么样的经济体制)以达到既定的社会目标”[1]。当然，你在设计规则的时候必须考虑到人们在掌握私人信息的情况下，出自于自身利益会作出相应的反应。由于所有信息不可能完全被一个人掌握，所以人们总是希望分散化决策。 赫维茨认为，机制设计理论就是要研究在信息不完全、决策分散化、自愿选择和交换条件下，如何设计出一套经济机制，避免信息不完全所带来的资源配置损失，实现资源最优化利用等既定目标的理论。由于在现实社会中，经济环境总是在不断发生变化的，在这个理论模型下，经济机制不必看成是给定的，而是未知的、可设计的，并且只要满足一个好的经济制度的三个条件(资源的有效配置、信息的有效利用和激励兼容)，就可以研究和比较各种经济机制的优劣。机制设计的目标可以大到整个经济社会的制度设计，也可以小到只有两个参与者的经济组织管理。这一理论说明了即使在市场机制不能充分实现效率最大化目标时，社会仍能通过选择某种经济机制来达到既定的社会目标。从经济学的角度看，一个机制最值得关注的特征有两个：信息和激励。任何机制的设计和执行都需要信息传递，机制设计理论不仅在理论上将博弈论引入到新制度经济学中，推动了理论的发展，在现实中也有助于人们找到有效的交易机制、管制手段和投票程序，丰富了现实中可供人们选择的经济制度。然而，赫维茨在考察了只有私人物品的环境下，提出了不可能定理，即不存在任何机制既能使每个人透露其真实信息，又能实现帕累托最优。 他认为，在信息分散的私人物品环境下，市场机制本身也面临信息无效和激励不足的问题，因此无法实现资源的最优配置和达到效率的最大化。至于在公共物品的环境下，信息无效的问题更突出，更无法满足激励相容的条件。赫维茨认为，所谓激励相容就是指，如果某个机制使得真实显示偏好策略成为占优的均衡策略，那么这一机制就是激励相容的。也就是说，在制度或规则的制定者不能了解所有个体信息的背景下，可以设计某种激励机制诱导经济人显示真实信息，使经济人在追求个人利益的同时也达到机制所制定的目标。
马斯金定理
马斯金最为突出的贡献是将博弈论引入了机制设计。以往，机制设计只是从中央计划者的角度来考虑问题。而马斯金认为，并不需要一个中央计划者，只需设计出一个激励相容的机制，或者说只要设计出能让人说真话的规则，进而使得规则是可执行的就行了。通常在一个机制下有很多均衡点，有的均衡点能实现目标，有的则不能。马金斯研究了所有均衡点都能实现这一目标的充分和必要条件的理论，即实施理论。从20世纪70年代开始，马斯金的许多研究工作都专注于实施理论的研究。该理论强调，当一个人制定程序规则时能确保社会可以从一系列的选项中作出最好的选择。1977年，马斯金完成论文“纳什均衡和福利最优化"，虽然这篇论文时隔22年后才于1999年正式发表，但却成为机制设计理论的里程碑。在该文中，马斯金提出并证明了一个社会选择规则可以纳什均衡实施的充分和必要条件，为我们寻找可行的规则提出了一种标准，这项结果后来又被称为“马斯金定理”。这一定理实际上是对经典的吉巴德-萨特斯维特操纵定理的一个回应。该定理认为，如果对个人的偏好不加以限制，任何一个非独裁的社会选择规则都无法找到一个让每一个人都说真话的机制。也就是说，能被占优策略均衡所执行的社会选择规则只能是独裁性的，即好与坏由一个人说了算。马斯金则认为，一个社会选择规则可以纳什均衡实施的必要条件就是一定是满足单调性的。所谓单调性就是指，如果某一方案在一种环境中是可取的社会选择，而在另一个环境中，与其他方案相比较人们的偏好排序相对地位并没有下降，那么在后一个环境中，这个方案也应该成为社会选择。通俗一点讲，“如果社会选择规则选择了某个选项，那么，在所有参与人都没有降低对这个选项的偏好的情况下，这个选项总是社会选择的结果。”[2]其实，在贝叶斯均衡、完美均衡等各种行为假设下，单调性都是一个社会选择能被执行的必要条件。马斯金还指出，满足单调性并不保证一个社会选择机制是可以实施的，要想保证可以实施必须具备充分条件，这就是在单调性基础上加上无否决权。所谓无否决权就是指，在博弈参与者为三人或三人以上时，没有任何人具有否决权。例如，有一个方案是大家都最喜欢的，而最多一个人例外，那么这个方案应该成为社会选择，而且是可以实施的。马斯金曾举税收的例子来加以说明。他认为税收设计就是机制设计的一个应用。大家知道，政府想通过税收来改进收入分配，帮助穷人，但税收制度又不能挫伤人们的工作积极性和创造性，否则这一制度就是不可实施的。因此，政府必须在两者之间寻求适当的平衡，设计出既能帮助穷人，又能不挫伤其他人的积极性和创造性或把对积极性、创造性的损伤降到最低程度的税收制度，从而实现帕累托最优，这种社会选择机制才是可实施的。
迈尔森显示原理
大家知道，机制设计是一种典型的三阶段不完全信息(贝叶斯)博弈。“在第一阶段，委托人设计一个‘机制’、‘激励方案’。这里，机制是一个博弈规则，根据这个规则，代理人发出信号，实现的信号决定配置结果。在第二阶段，代理人同时选择接受或不接受委托人设计的机制。如果代理人选择不接受，他得到外生的保留效用。在第三阶段，接受机制的代理人根据机制的规定进行博弈。”[3]然而，当你要求解的时候，你会发现这里的博弈均衡十分复杂。因为有很多种规则可供选择，需要搜寻的范围太大，难以入手。在激励相容的约束条件下来设计最优机制通常是一个很复杂的数学问题。而这一问题的解决，在很多程度上要归功于显示原理的发现。显示原理最早由美国经济学家吉巴德提出，迈尔森则在把这个理论应用到具体的经济问题方面做了大量工作，比如拍卖问题、监管问题以及政治选举等，并于1981年提出了“最优拍卖设计理论”。显示原理的主要含义是，为了获取最高收益，委托人可以只考虑被显示机制，即委托人在第二阶段接受机制，第三阶段在机制下选择。迈尔森根据显示原理把这个复杂的问题简化成一个较为简单的数学问题。他认为，“任意一个机制的任何一个均衡结果都能通过一个激励相容的直接机制来实施”。[4]在寻找最优机制时不需要在整个范围内去寻找，只要找到其中的“直接机制”(即直接显示私人信息的机制)，将其还原为现实的机制，就可以使“说真话”成为均衡的结果。他还证明了在寻找最优机制时，只考虑直接机制与考虑全部机制是等价的。迈尔森应用这一原理为美国解决了许多经济难题。例如他应用机制设计理论为加州打破电力垄断的弊端设计了改革方案，运行效果很好；他还针对美国医学院大多系私立的这一情况，将这一原理引入相关法律，设计了一个既能控制医学院招生数量，又能保证医生的质量和高收入的方案，从而解决了美国医学院的招生难题。需要指出的是，在许多情况下，直接机制往往存在着多重均衡，这就意味着，在你得到一个最优均衡结果之外，还有可能存在许多次优均衡结果，参与人有可能会陷入某个次优均衡的境地。因此，能否设计出某个机制保证这些均衡都是最优均衡就成为有待解决的问题。
三位诺奖得主与中国
1.三位诺奖得主与中国的渊源
当2007年10月15日瑞典皇家科学院宣布，将2007年诺贝尔经济学奖授予莱昂尼德· 赫维茨 、埃里克·马斯金和罗杰·迈尔森三名美国经济学家时，不少中国学者十分兴奋，因为这三位经济学家都与中国有着深深的渊源。首先，在中国当代经济学界有多位顶梁学者曾师从三位诺奖得主。赫维茨是上海财经大学经济学院院长田国强教授在美国明尼苏达大学攻读博士学位时的博士生导师，而田国强的硕士生导师、中国著名的数理统计学家和计量经济学家、华中科技大学教授林少宫则于20世纪40年代在美国伊利诺伊大学攻读博士学位时就认识了当时在伊利诺伊大学任教的赫维茨教授，并与其从此建立了长达半个多世纪的友谊。马斯金在美国哈佛和普林斯顿大学更是以“最喜欢帮助中国学生的老师"闻名。他有六位中国弟子，其中五位在清华大学经济管理学院任教，他们是院长钱颖一教授、特聘教授许成刚、人力资源系教授王一江、金融系主任李稻葵教授和经济系主任白重恩教授。还有一位是北京大学光华管理学院应用经济系主任、武汉大学高级研究中心主任邹恒甫教授。中欧国际工商管理学院朱天则教授则是迈尔森的高足。三位诺贝尔经济学奖得主都乐意指导中国学生，马斯金多次赞赏中国学生那种既追求深邃的理论，又关注如何将理论应用到中国经济社会发展实践中去的特殊气质，为此，有一段时间他每年都会接收一两个中国学生。而迈尔森在芝加哥大学也以乐于为中国学生写推荐信而闻名。他们三位不仅向中国学生传授了学问和知识，更重要的是传授了严谨的治学态度和坦诚的人格魅力。这些中国弟子在机制设计理论等方面做出了大量有影响的研究工作，并成为国内经济学领域相当知名的学者。
其次，三位诺奖得主多次来中国讲学。诺维茨教授非常喜欢中国，早在1981年左右他就来到中国社会科学院讲授机制设计理论。1984年他又应邀来中国访问华中科技大学，讲了一个多月的课，并被聘为该大学的名誉教授。1986年他再次访问了华中科技大学。2000年在他83岁高龄时第三次来到华中科技大学，参加了数量经济与金融研究中心成立典礼并发表了演讲。马斯金教授曾多次来中国讲学。据了解，仅武汉大学就去了三次。2004年他在武汉大学完整讲授了《拍卖理论》这门课程，并被聘为名誉教授；2005年又到武汉大学主讲了“合作博弈理论”；2007年11月7日再次应邀为武汉大学师生作学术报告。马斯金还曾到中央财经大学讲学三次。2006年到中央财经大学主讲了“机制设计与实施理论”；2007年7月在中央财经大学举行了系列讲座；2007年11月在获得诺贝尔经济学奖后再次来到中央财经大学进行了“机制设计里的执行理论三讲”。在清华大学等高校也曾留下了他的足迹，2007年11月8日他在清华大学发表了“我们为何拖延”的精彩学术演讲，并被聘为清华大学名誉教授。此外，他还多次来中国参加各种国际学术会议或发表演讲。迈尔森也多次到中国来讲学。2005年暑期他曾到北京大学讲授暑期课程；2007年7月他来到中央财经大学讲授“政治的经济学模型”。
第三，三位诺奖得主关注中国的经济发展。赫维茨对中国的经济改革非常有兴趣，为了在访问中国时方便，还自学中文并认识好几百个中国字。 迈尔森是一位“中国通”，对中国历史比较了解，他的经典著作《博弈论：矛盾冲突分析》在2001年被翻译成中文，他“希望此书能与其他博弈论和经济学优秀教材一起，对中国乃至全世界的学生有所借鉴。”[5]马斯金则对中国的经济发展发表过一些自己的看法。例如，他认为人民币很可能会有小幅升值，这一举措在短期内很有可能会影响中国经济的增长，但不会在长期内对中国经济的增长带来负面影响。他在针对中国存在因收入差距的增大而造成的贫富悬殊等社会问题，指出收入的不平衡在美国也同样是一个相当严重的问题。在短期内，美国是采取个人所得税的方式来暂时缩小贫富差距，从长期看，要缩小贫富差距只能依靠教育。因为，造成贫富差距悬殊的一个重要原因是那些低收入人群根本没有途径获得高薪的工作，要使人人都得到平等的工作机会，只有通过教育，因此教育是解决收入两极分化的重要手段，这些观点是有一定参考价值的。
实际上，中央在党的十七大报告上就明确指出，“教育公平是社会公平的重要基础”，[6]提出要“加快普及高中阶段教育”。[7]这是因为，教育的不公平会带来就业的不公平，而就业的不公平会带来收入的不公平，收入的不公平又会带来生活的不公平，由此产生下一代的不公平。可见，教育确实是解决收入两极分化，实现社会公平的重要手段之一。
2.三位诺奖得主的理论对中国的改革开放具有借鉴意义
赫维茨是在深入比较苏联模式以及西方的市场经济模式之后，提出机制设计理论的。在现实中，经济制度或各种经济机制总是在不断发生演变的，特别在制度创新和经济、社会制度转型时期更是如此，因此机制设计合理与否，对促进一个国家经济社会发展显得尤为重要。但长期以来，激励问题在我国机制设计中未受到充分重视。尽管经济改革已进行了30年，但中国到目前为止仍然还有不少经济政策和机制不是激励相容的。所以，借鉴三位诺奖得主的理论，对于在社会主义市场经济环境下，如何设计合理的经济机制，解决改革开放中面临的问题是会有一定启发意义的。回顾中国改革开放30年的历程，我们可以看到，改革的目标就是要在鼓励发挥个人积极性、创造性的同时，使经济社会协调发展，政府财政收入稳步增长，城乡居民收入不断增加，从而达到“国富民强”的效果。而要调整和满足各方利益，实现经济又好又快的发展，构建和谐社会，就离不开制度设计。其实，在我国以往农村家庭联产承包责任制、乡镇企业的发展中和目前国有企业、税收等重大改革中，都能看到机制设计理论的影子。例如，家庭联产承包责任制与“公社化"相比，就是一种更好的机制，因为它能使农民实现温饱乃至致富的个人利益与国家加快发展农业生产和不断扩大产量的目标有机结合起来，较好地解决了农民在生产中的激励问题。目前中国在国企改革、医疗改革、金融改革、财税改革、对外贸易、大学生就业等方面遇到的诸多问题，从本质上看，都可以归结为现有机制的不合理。譬如，当前存在看病贵的问题，有些医生开高价药，这就说明医疗机制设计有缺陷，不尽合理，因此要进一步深化医疗制度改革，设计出使医生个人利益与患者利益相统一的医疗机制。再譬如，当前大学生找工作难的问题，这里也有个机制设计的问题。在现有机制条件下，大学生难以向用工单位发送有效信息，导致信息不对称，工作难找，因此应改善大学生就业信息传导机制，使人才的供需双方信息对称，从而有利于大学生找到合适的就业岗位。应该说，机制设计理论能为我们解决当前经济改革和发展中面临的有些问题提供一些思路。
注释：
[1]汤敏，茅于轼.现代经济学前沿专题(第一集).商务印书馆，1989：31
[2]费剑平.2007年度三位诺贝尔经济学奖得主学术贡献评介.经济学动态，2007-11-06
[3]张维迎.博弈论与信息经济学.上海三联书店.上海人民出版社，1996：275
[4]费剑平.2007年度三位诺贝尔经济学奖得主学术贡献评介.经济学动态，2007-11-05
[5]罗杰·迈尔森.博弈论——矛盾冲突分析.中国经济出版社，中文版前言Ⅱ
最优桥式设计理论研究 篇4
一、合理桥式所遵循的规律
桥梁结构合理形式并非有特定的单一的结构形式,因此,研究其特性应从总体上把握其规律,然后,以其为标准评价所要讨论桥式的优劣。
1.良好的结构方案是良好结构设计的重要前提因为在结构设计中,无论多么完美的结构计算都无法弥补经结构构思而形成的结构方案中的不足,相反,良好的结构方案却能够部分弥补结构计算中的不足。
2.功能准则结构应满足全部功能的要求。
3.功能决定结构桥梁的跨越功能是桥梁最基本的功能之一,桥梁的跨越功能决定了桥梁必须有桥跨结构,而为了支承桥跨结构,必须有支承结构。
4.几何不变准则一般工程结构都必须是几何不变体系。为了保证车辆、行人等安全、舒适地通过桥梁,桥梁结构在主要受力面一顺桥向铅垂面内应保证几何不变,在次要受力面一横桥向铅垂面及水平面内亦应保证足够的刚度。
5.传力路径准则合理的结构在荷载作用下,其传力路径较短。不论是桥跨结构还是支承结构,不论是横截面内还是细部构造,传力路径简捷、明快者为较好的形式。
6.应力均匀准则结构应力应均匀流畅。对于杆系结构,应力均匀流畅包括杆件横截面内应力均匀,沿杆件长度方向内力均匀及结点、边界处应力均匀,总之,要求结构应力处处均匀流畅。只有结构应力均匀,才能较好地发挥材料的强度,取得经济效益。
7.承受轴向拉力或压力的结构,简称为“拉/压结构”是合理结构。由于拉/压结构应力均匀流畅,材料强度得到较好地发挥,且传力路径短。诸如桁架、拱、柱、悬索结构、网架、整体张拉式结构等均为拉/压结构。
8.承受轴向拉力的跨越结构可能是大跨优越结构,即索结构是大跨优越结构。目前,桥梁用索结构包括悬索桥,斜拉桥及拱桥(吊杆采用柔索者)等。结构的受力状态从本质上讲,只有拉和压这两种互为相反的状态;而受弯是拉与压的组合。跨越体系的受力状态可以是受拉、受压或受弯,而单纯受扭或受剪的结构是不能充当跨越结构的。
9.预应力索结构是大跨理想结构。在预应力索结构中,预应力使索系处于张紧与稳固状态,使结构体系具有承载能力及刚度(而不是降低或调整内力)。这种不以增加自重为代价而增强结构刚度及承载能力的特点正是预应力索结构的优越所在。如双曲悬索结构及笔者提出的全索桥新桥式便属于预应力索结构。
10.结构连续准则合理的结构整体性好,构件体形变化平顺。这不仅是美观的要求,因为构件体形变化平顺、结点处或边界处过渡平滑、结构整体性强是力流平顺的必要条件,同时,也可提高结构的承载能力和刚度。
11.合理的结构应尽量使其各构件承受均布荷载,如受弯构件承受横向均布荷载,而拉/压构件承受轴向均布荷载等。这是应力均匀、传力简捷之要求。
12.均衡与稳定准则一般工程结构必须保持静力平衡,即结构稳定。从力学与美学角度上讲,要求结构均衡。保持静力平衡是桥梁结构安全与美观的前提条件。
13.韵律感与节奏感准则合理的结构应有韵律感和节奏感。
功能决定了结构。因此,结构并非由杂乱的构件拼凑而成,而是按功能要求有机地结合起来,这样形成的合理结构必然具有韵律感和节奏感。
14.桥梁轮廓尺寸协调准则
①梁桥或拱桥相邻跨度的比值(小跨比大跨)宜在[0.4,1]内,接近0.618时,桥跨变化会显得平顺、流畅、有韵律感与节奏感。
②梁桥墩高与跨度之比宜在[0.25,0.85]内,接近0.618时,桥高与跨度的比例最为和谐。
③拱桥之矢跨比宜在[1/8,1/4)内。
④斜拉桥索塔高度(自桥面算起)与中跨之比宜在[1/7,1/4]内,边跨与中跨之比宜在[1/3,1/2]内。
⑤悬索桥大缆矢跨比宜在[1/7,1/11]内,边跨与中跨之比宜在[1/4,1/2]内。
⑥带单悬臂的简支梁,悬臂长与简支跨长之比宜取0.41左右。⑦带双悬臂的简支梁,悬臂长与简支跨长之比宜取0.35左右。⑧带双悬臂的两等跨连续梁,当施工过程中未发生体系转换时,其悬臂长与跨度之比宜取1/3左右。
⑨三跨连续梁,当施工过程中未发生体系转换时,其边跨长与中跨之比宜取0.8左右。
⑩中间跨为等跨的多跨连续梁,其边跨与中跨跨度之比宜在[0.65,0.70]内。
15.形式感与量感准则合理的结构应有形式感和量感。形式感是指艺术领域中形式因素本身对于人的精神所产生的某种感染力。
16.桥梁特有的美学特征:桥梁有别于其它结构的美学特征有:通达之美、凌空之美、流畅之美及刚柔之美。
17.桥梁与环境协调准则工程结构的造型与体量应与周围环境协调。
18.地形与桥式准则一般来说,山区地形宜修建拱桥或吊桥;平原地形宜修建梁桥或斜拉桥。
19.造型与受力准则当跨度不大时,由于桥梁受力不大,其造型发挥的余地就大,能够很好地供人观赏;而当跨度较大时,由于桥梁受力较大,其造型当以结构受力合理为重心进行选择,而这种造型并不是不美。这是技术与艺术的统一。
20.可靠性准则合理的结构应使结构在设计寿命期内安全可靠,即结构强度、刚度、稳定性及耐久性均应满足要求。
如前所述,由于桥梁建筑设计与结构计算联系紧密,因此,在桥梁的实际设计过程中,方案构思与结构计算应交叉进行、相互协作。
二、桥式方案研究
桥式最优设计理论丰富了桥梁科学,为桥式方案设计提供了理论基础。桥式方案设计包括
1.平面设计,即平面线形选取及桥梁平面布置等;
2.立面设计,即孔跨布置及式样选择等;
3.横断面设计,即桥面布置及桥梁横向布置等。
桥梁方案设计主要受桥址工程条件(如地形、地貌、地质、地震、水文、气象、通航或跨线等)、设计要求(交通量、路线等级、设计荷载、设什寿命等)及施工方法的制约,交通量等决定了桥梁宽度;通航净宽决定桥跨下限;通航净高、通航孔跨决定桥梁建筑高度;桥面纵坡及起桥高度、桥梁建筑高度三者决定了桥长。一般情况下,地质越差或下部结构投资越大,就越宜采用较大的跨度,以减少支承结构的工程量,从而节省投资。此外,桥式方案设计尚应考虑统一性或标准设计,以简化设计与施工。桥式候选方案应以桥式理论为基础,结合桥址工程条件提出(跨度、桥式及施工方法三者紧密联系),对于明显较差的方案应及时舍去。桥式方案比选应从以下四个方面进行比较:适用(功能)、安全(可靠性)、经济与美观.
桥式最优设计理论是对桥梁各构件组成规律的研究,为桥式方案设计、乃至桥梁建筑学提供了理论基础,减少了桥式探索中的盲目性。以其为参考,希望将对未来大型桥梁的建设带来显著的经济效益及社会效益。
摘要：根据工程力学及建筑美学原理，提出了合理桥式所应遵循的20条准则。本文综合分析了现代桥式设计理论对于工程建筑的优化设计实践参考。
最优设计 篇5
新生小学校
张国庆
现代教学设计反映着教师的教育理念和教学策略，映射着教师的教学思路和轨迹，决定着课程的教学目标和实施效果。发展性、生态性、生成性、差异性、开放性和反思性等是现代教学设计的本质特征。扬弃与超越传统教学设计的思想，重新审视与分析现代教学设计的构成要素，正确处理标准与多元、分析与综合、探究与接受、预设与生成、继承与创新等方面的关系，是广大教师肩负的重要使命。
传统教学设计过分强调预设与控制，上课就是执行教案，师生教学最理想的状况就是完成教案中既定的任务，而不是“节外生枝”。而基于生成性理念的当代课程与教学实践表明：课程不再仅仅是那种预先设定好的内容(如教材、预定的文本等)，教学也不再仅仅是预设的活动，而是师生在特定的教学情境中通过对话、互动并随着教育过程的展开而自然生成的活动。教学设计存在于整个教学过程的始终，是一个动态、发展的概念。教学设计要留有一定的时间和空间，给学生创设自由发挥和互动的机会。例如：教师在设计以问题为核心的教学时，应运用教学机智，不断捕捉、判断、筛选、重组课堂教学中从学生那里涌现出来的各种信息，激发“蝴蝶效应”。一个问题解决了，教师再引导、激发出新的问题，并通过对这些问题的深入分析和探究，不断激发学生发现问题、提出问题、解决问题的强烈欲望。
现代教学设计的分析要素应包括：教学任务及对象分析、教学目标分析、教学策略分析（课堂教学组织形式、教学方法、学习方法、教学媒体的运用）、教学过程分析、教学评价分析。
一、问题设计要切合学生的实际。问题设计的目的在于激发学生的学习兴趣，激发学生的问题意识，启发学生思索，达到课堂教学的目标。例如在教学《爷爷的压岁钱》一课，因为“压岁钱”是学生感兴趣的话题，因此我们可以从课题入手展开读书活动。在导入部分我们可以设计这样的问题：每年过年你们都会收到怎样的新年礼物？有的同学会说新书，有的同学会说新衣服，有的同学会说到压岁钱„„。当学生说到压岁钱时，我们相机提问：你们的长辈是怎样给你们压岁钱的？学生的回答一定与文本大相径庭，然后引出课题：爷爷的压岁钱有什么与众不同呢？请大家从课文中寻找答案吧。我们从学生的生活实际出发，学生的兴趣一定会被激发，并且增进了学生与文本的距离。我们的教学对象是学生，学生的认知、思想实际是我们教学的最大立足点，离开这一教学实际，我们的课堂永远不会成功。
二、问题设计要实现“四个关注”。
首先关注问题设计的指向。在教学设计不只是问题的设计中，必须要考虑的基本问题就是本节课的教学目标是什么，这是我们课堂教学的落脚点，问题设计应回应教材，以教材为依据，以教学内容为中心，以实现学生的三维目标为着眼点，紧紧围绕教学目标展开而不能游离于教学目标。
其次关注问题设计的层次。在教学实践中，我们常会遇到这样的情况：学生对我们设计的问题百思而不得其解。问题出在哪里？原因可能很多，但我觉得其中一个很重要的原因是我们设计的问题太突兀，没有铺垫，就象不给运动员撑杆却让他跳过十几米的标杆一样，学生一看就懵了。教学中，学生要“借势”，教师就应善于“铺梯子”，在设计问题时，做好铺垫，以求“水到渠成”。
再次关注问题设计的紧凑性。在新课程标准下，如何在提高课堂效益的基础上提高课堂容量一直是值得关注和研究的问题，处理好两者的关系，最好的突破口是就是提高教学设计的科学性，优化教学的各个环节。在问题设计时，要注意问题的衔接、密度，不能过多过滥也不能过少，要以教学内容为据，必要时进行整合整理。
最后关注问题设计的思维含量。问题要有思维的含量和容量，一般地讲，思维的梯度要降低，但思维的密度要增加。思维的梯度和密度是编写学案要兼顾两个的两点。思维梯度过高，脱离我们学生的实际，遥不可及，容易给学生造成挫折感；思维密度不够，容量太小，思维训练量达不到，也会同思维含量过少一样使学生的课堂积极性不高，整个课堂缺乏生机与活力，且学生的注意力在这种情况也极易发生转移，导致课堂整体效益不高。
结合《爷爷的压岁钱》一课，我们可以设计这样三个问题：
1、爷爷给了“我”几次压岁钱，每次都是怎么给的，他为什么要这么做呢？
2、爷爷每次说的话，都有想说而未说出的意思，那么他想说而未说出的话是什么呢？
3、“母鸡、土地和我是爷爷最寄予希望的对象了。”你能具体说一说爷爷对母鸡、土地和“我”的希望是什么吗？ 这三个问题的设计，既考虑到“读懂课文内容，从课文中感受爷爷对后辈的关爱和给予的深切希望，体会爷爷与‘我’之间真挚的亲情，培养珍重亲情、珍惜生活、珍爱生命的美好品德”这一教学目标，又为学生深化阅读体验做好了铺垫，同时又以教学内容为依据，由浅入深，做到了问题设计的紧凑性，使课堂充满了生机与活力，提高了课堂的整体效益。
三、有效提问的“四个要求”
一是问题的预设性。我们反对课堂教学目标的全然现场生成性，为了实现有效教学和良好的课堂互动，教师在备课时必须“备问题”，即围绕教学目标预设一些有效的问题和提问模式，使问题措词正确、目标合宜。学生的一些奇怪想法和问题会在课堂中突然冒出来，这是任何一个教师都无法预料和感知的，但教师不能被这些问题“牵着鼻子走”。所以应把一些重要的问题写到教案当中。这种做法的主要作用包括：在备课时设计一些问题会增加课堂互动的可能性；事先准备好问题更有可能让学生聚集于教学的主要目标。如果教师完全依赖于课堂即兴问题就会很容易离题，过多的关注某一方面而忽略了其他方面；在备课时包含一些围绕中心的问题将有助于整合不同水平和不同类型的问题。发散式、高层次、加工性问题比聚合式、低层次、内容式的问题更难提出，这也就是为什么教师较少使用它们的原因。在课前准备一些此类问题，即使你不全用它们，也将有助于你注重发展学生的高水平思维能力；事先预设一些围绕中心的问题将有助于你言简意赅的阐述问题。二是问题的清晰性。如果教师想让自身的提问变得有效，他们必须清晰、简洁地陈述问题。然而很多时候教师提的问题常常无法让学生明了教师究竟想要学生知道什么、回答什么、怎么回答。清晰的问题包括这样几个特点：使用简洁自然的、明确的与学生认知中水平相符合的语言；仅包括学生在回答该问题所需的词汇、术语和等待学生处理的信息，不包括无关的词语或附带说明；这些问题是直接与课堂内容或课文主题相关的，而不是“天女散花”般随心所欲的。
三是问题的启发性。要想使问题变得有效，问题必须具有启发功能，要求学生“探求”或思考他们正在学习的内容并“组织”答案。这意味着教师要避免问一些只有唯一答案或修饰性的（花哨的）问题。那些可以用对错、是非等简单回答的一类“紧随反应问题”，会让学生不必探求课堂内容就随便猜一个答案来搪塞。即使学生在回答“紧随反应问题”时会主动地去探寻他们所学的知识，他们仍然只是在“选择”一个答案而不是在“组织”一个答案。为了让学生有更加深邃、精确的反应，教师可以重组一下这些紧随反应问题，以期使其具有启发价值。此外，教师要避免将答案包含在所提问题之中，或自己直接回答问题。
四是问题的少量性。在日常教学中，很多教师喜欢一次问一大串问题。结果，教师自身也无法辨别学生的答案是对所有问题的回答还是每一个不同的答案都对应一个问题，而学生们则会对教师问了一个问题后又马上改变措词重新设问而感到惘然。这导致了两个问题：第一，学生对那个最初问题的思考被打断了；第二，改变措词后的问题常与原来的问题大相径庭，从而使学生认为这是两个不同的问题。
所以教师要注意一次问少量的问题，有时一两个就够了。要尽量做到少而精，那些理解、记忆类问题，除去涉及为高认知水平问题做铺垫的记忆类知识外，大多数可略去不问。《爷爷的压岁钱》一课中三个问题的设计，可以清楚地让学生从答案中体会文本的含义，让课堂聚而不散，让学生启之即发，让答案精准无误，从而可以轻而易举地突破本文的重难点，达到预期的效果。
最优设计 篇6
关键词：空地导弹；最优制导律；脱靶量；落角和落点约束
中图分类号：TJ765.3 文献标识码：A 文章编号：1673-5048（2014）01-0003-04
DesignofOptimalGuidanceLawwithImpactAngleand FinalPositionConstraintsforAirtoGroundMissile
FUZhumu1，CAOJing1，ZHANGJinpeng2，DONGJipeng
（1.ElectronicandInformationEngineeringCollege，HenanUniversityofScienceandTechnology， Luoyang471023，China；2.ChinaAirborneMissileAcademy，Luoyang471009，China）
Abstract：Inordertoimprovethedamageeffect，anoptimalverticaldivingattackguidancelawwith impactangleandfinalpositionconstraintsforairtogroundmissileisproposed.Firstly，twodimensional motionmodelandlinearmodelformissileandtargetrelativemotionareestablished.Secondly，optimal guidancelawwithimpactangleandfinalpositionconstraintsisdeducedbySchwartzinequality.Thirdly， theengineeringapplicationoftrajectoryshapingguidancelawisobtainedbasedonsmallangleassumption. Thesimulationresultsshowthatthisguidancelawcangetninetydegreeimpactangleundertheconditionof missdistance，whichapproximatesatzerotorealizeanoptimalverticaldivingattack.
Keywords：airtogroundmissile；optimalguidancelaw；missdistance；impactangleandfinalpo sitionconstraints
0 引 言
目前，许多空地制导武器需要通过增加终端 落角来提高其战斗部的毁伤效果，如钻地弹期望 能以近似-90°的角度接近地面，反坦克导弹期望能够垂直命中目标装甲[1-2]。因此，设计合适的制 导律来增加命中时刻的终端落角有着较强的工程 实用价值。Ryoo等针对固定目标，研究了一种最 优制导律[3]，精确地估算了剩余飞行时间，提高了 制导性能，但只针对弹速恒定且目标静止的情况。 明宝印等设计了一种最优和比例导引复合制导 律[4]，命中目标时落角接近-90°且适合高空投 弹，但其落角不能实现任意设定。花文华等基于零 和微分对策原理设计了一种带有落角约束的线性二次型微分对策制导律[5-6]，其制导律形式不受限 于目标机动能力和具体的机动形式，但需要对目 标的机动能力进行假设。尹永鑫、吴鹏等针对空地 导弹设计了滑模变结构制导律[7-8]，这种制导律对 姿态角有较强的约束能力，能有效达到落角约束 的要求，但其参数设定较难，可能产生抖动。
基于此，本文针对目标运动、落角可变化的空 地制导武器，设计了带落角和落点约束的空地导 弹最优制导律，并进行了仿真研究。
1 弹目相对运动关系
为了更方便地设计最优制导律，首先需要建 立弹目相对运动关系，在弹目相对运动关系的基 础上将其简化为线性动力学系统模型。
通常情况下，弹目相对运动关系可以解耦成俯 仰和偏航两个平面上的分量运动，为了简化弹目相 对运动方程，本文研究俯仰平面上的分量运动。俯 仰平面上的二维弹目相对运动如图1所示。
根据弹目相对运动学模型和线性制导系统动 力学模型，并考虑到目标运动和最优制导律指令， 可得导弹制导系统的闭环回路原理图，如图3所 示。
2 带落点和落角约束的最优制导律设计
根据约束条件下的制导要求，结合控制模型， 对带有落角和落点约束的最优制导律进行推导。
由式（17）得到的最优制导律制导信息无法 由导引头直接获得，无法进行工程应用，故需要 进行小角度假设。在小角度假设中，存在的几何 关系为
3 仿真结果与分析
根据公式（24）求得的带有落角和落点约束的 最优制导律，在Matlab中进行仿真研究。
假设投放条件：导弹高度y=8000m，期望以 固定角度（即qf=-60°或qf=-90°）命中位于x =12000m处的静止目标，导弹速度VM=800 m/s，目标航向角σT=0°，重力加速度g=9.8 m/s2，图4给出了最优制导律的仿真曲线。
由图可以看到，导弹的终端落角qf可以任意设 定；当qf越大时，弹道曲线会在初始段向上抬起， 在末端弹道会回拉以增加终端落角，故qf较大时 弹道曲线曲率较高，可以提高导弹的突防能力；随 着qf的逐渐增加，导弹的飞行时间会相应延长；当 qf达到垂直角度时，在导弹命中目标的瞬间，过载 指令较大；当落角较小时，弹道曲线相应平滑，整 条弹道对过载要求不高。
4 结 论
（1）将弹目相对运动解耦成二维数学模型，为 了便于描述最优控制量，令平面内的弹目相对运动模型转化为导弹制导问题的线性简化动力学模 型。
（2）构建了包含过载指令的目标函数，运用 Schwartz不等式和小角度假设，提出了基于终端落 角和落点约束的最优制导律。仿真结果表明，采用 该制导律不仅可以满足脱靶量的要求，且终端落 角可以任意设定，具有较强的工程适用性。
（3）如何在本文基础上，考虑目标机动性，并 结合各种扰动因素带来的影响，从而设计能够同 时保证终端落角和脱靶量的制导律，是后续工作 研究的重点。
参考文献：
[1]张亚松，任宏光，吴震，等.带落角约束的滑模变结构 制导律研究[J].电光与控制，2012，19（1）：66-68.
[2]左振来，周荻.侵彻型制导炸弹的末制导规律研究 [J].航空兵器，2011（5）：19-22.
[3]RyooCK，ChoH，TahkMJ.Time-to-goWeighted OptimalGuidancewithImpactAngleConstraints[J]. IEEETransactionsonControlSystemsTechnology，2006， 14（3）：483-492.
[4]明宝印，高士英，邢强，等.几种增大空地导弹落角的 制导方式比较[J].弹箭与制导学报，2011，31（6）：41 -43，50.
[5]花文华，陈兴林.具有碰撞角约束的微分对策制导律 [J].南京理工大学学报（自然科学版），2011，35（3）： 309-315.
[6]花文华，刘杨，陈兴林，等.具有终端约束的线性二次 型微分对策制导律[J].兵工学报，2011，32（12）： 1448-1455.
[7]尹永鑫，杨明，吴鹏.空地导弹滑模制导方法研究 [J].飞行力学，2010，28（1）：44-46.
[8]WuP，YangM.IntegratedGuidanceandControlDesign forMissilewithTerminalImpactAngleConstraintBased onSlidingModeControl[J].JournalofSystemsEngi neeringandElectronics，2010，21（4）：623-628.
[9]WangHui，LinDefu，ChengZhenxuan.Timetogo WeightedOptimalTrajectoryShapingGuidanceLaw[J]. JournalofBeijingInstituteofTechnology，2011，20（3）： 317-323.
[10]刁兆师，单家元.制导侵彻炸弹末端弹道成形方案设 计与应用[J].弹箭与制导学报，2012，32（6）：112- 116.
由图可以看到，导弹的终端落角qf可以任意设 定；当qf越大时，弹道曲线会在初始段向上抬起， 在末端弹道会回拉以增加终端落角，故qf较大时 弹道曲线曲率较高，可以提高导弹的突防能力；随 着qf的逐渐增加，导弹的飞行时间会相应延长；当 qf达到垂直角度时，在导弹命中目标的瞬间，过载 指令较大；当落角较小时，弹道曲线相应平滑，整 条弹道对过载要求不高。
4 结 论
（1）将弹目相对运动解耦成二维数学模型，为 了便于描述最优控制量，令平面内的弹目相对运动模型转化为导弹制导问题的线性简化动力学模 型。
（2）构建了包含过载指令的目标函数，运用 Schwartz不等式和小角度假设，提出了基于终端落 角和落点约束的最优制导律。仿真结果表明，采用 该制导律不仅可以满足脱靶量的要求，且终端落 角可以任意设定，具有较强的工程适用性。
（3）如何在本文基础上，考虑目标机动性，并 结合各种扰动因素带来的影响，从而设计能够同 时保证终端落角和脱靶量的制导律，是后续工作 研究的重点。
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[1]张亚松，任宏光，吴震，等.带落角约束的滑模变结构 制导律研究[J].电光与控制，2012，19（1）：66-68.
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[3]RyooCK，ChoH，TahkMJ.Time-to-goWeighted OptimalGuidancewithImpactAngleConstraints[J]. IEEETransactionsonControlSystemsTechnology，2006， 14（3）：483-492.
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[9]WangHui，LinDefu，ChengZhenxuan.Timetogo WeightedOptimalTrajectoryShapingGuidanceLaw[J]. JournalofBeijingInstituteofTechnology，2011，20（3）： 317-323.
[10]刁兆师，单家元.制导侵彻炸弹末端弹道成形方案设 计与应用[J].弹箭与制导学报，2012，32（6）：112- 116.
由图可以看到，导弹的终端落角qf可以任意设 定；当qf越大时，弹道曲线会在初始段向上抬起， 在末端弹道会回拉以增加终端落角，故qf较大时 弹道曲线曲率较高，可以提高导弹的突防能力；随 着qf的逐渐增加，导弹的飞行时间会相应延长；当 qf达到垂直角度时，在导弹命中目标的瞬间，过载 指令较大；当落角较小时，弹道曲线相应平滑，整 条弹道对过载要求不高。
4 结 论
（1）将弹目相对运动解耦成二维数学模型，为 了便于描述最优控制量，令平面内的弹目相对运动模型转化为导弹制导问题的线性简化动力学模 型。
（2）构建了包含过载指令的目标函数，运用 Schwartz不等式和小角度假设，提出了基于终端落 角和落点约束的最优制导律。仿真结果表明，采用 该制导律不仅可以满足脱靶量的要求，且终端落 角可以任意设定，具有较强的工程适用性。
（3）如何在本文基础上，考虑目标机动性，并 结合各种扰动因素带来的影响，从而设计能够同 时保证终端落角和脱靶量的制导律，是后续工作 研究的重点。
参考文献：
[1]张亚松，任宏光，吴震，等.带落角约束的滑模变结构 制导律研究[J].电光与控制，2012，19（1）：66-68.
[2]左振来，周荻.侵彻型制导炸弹的末制导规律研究 [J].航空兵器，2011（5）：19-22.
[3]RyooCK，ChoH，TahkMJ.Time-to-goWeighted OptimalGuidancewithImpactAngleConstraints[J]. IEEETransactionsonControlSystemsTechnology，2006， 14（3）：483-492.
[4]明宝印，高士英，邢强，等.几种增大空地导弹落角的 制导方式比较[J].弹箭与制导学报，2011，31（6）：41 -43，50.
[5]花文华，陈兴林.具有碰撞角约束的微分对策制导律 [J].南京理工大学学报（自然科学版），2011，35（3）： 309-315.
[6]花文华，刘杨，陈兴林，等.具有终端约束的线性二次 型微分对策制导律[J].兵工学报，2011，32（12）： 1448-1455.
[7]尹永鑫，杨明，吴鹏.空地导弹滑模制导方法研究 [J].飞行力学，2010，28（1）：44-46.
[8]WuP，YangM.IntegratedGuidanceandControlDesign forMissilewithTerminalImpactAngleConstraintBased onSlidingModeControl[J].JournalofSystemsEngi neeringandElectronics，2010，21（4）：623-628.
[9]WangHui，LinDefu，ChengZhenxuan.Timetogo WeightedOptimalTrajectoryShapingGuidanceLaw[J]. JournalofBeijingInstituteofTechnology，2011，20（3）： 317-323.
最优公交路线查询系统设计 篇7
1.1公交网络换乘类型
在实际生活中, 根据换乘站点之间重合的不同导致公交线路之间的换乘方式不同, 可以把公交网络换乘类型分为以下几类:
(1) 同站换乘类型1。两条公交线路相交, 而且在相交点同时存在相同的公交站点, 这时乘客能够在这一站点直接换乘公交车。
(2) 同站换乘类型2。两条公交线路拥有一部分重合的路段, 在重合路段的公交站点上, 乘客可进行两线路间的直接换乘。
(3) 步行换乘类型1。两条公交线路相交, 但是在这一站点不同时存在相同公交站点, 此时乘客需要步行至两线路距离较近的车站间进行换乘。
(4) 步行换乘类型2。两条公交线路不直接相交, 但是两条公交线路上有相距较近的公交站点, 乘客能够在这些站点间通过步行来换乘。
1.2算法设计
在给定有若干条公交线路的公交网络图中, 求任意两个站点之间的最佳出行路线。根据乘客的要求不同, 最佳出行路线可以分别表示为最短距离路线、最少换乘次数路线、最短时间路线以及最少费用路线。
(1) 最短距离公交出行线路选择模型及算法。
首先, 建立各个线路的直达距离矩阵。将全部的公交站点作为顶点, 对每条公交线路, 根据公交车的运行方向 (下行、上行或双向) , 在相邻的两个站点之间连边或弧 (如果是上下行站点完全相同, 则在相邻两个站点之间连边, 否则在相邻站点之间连弧且弧的方向与公交车运行方向一致) , 边或弧的权均为1, 获取该公交线路邻接关系图, 同时使用Dijkstra算法求出任意两点之间的最短路径, 然后建立上述线路对应的最短距离直达矩阵。
其次, 构造公交系统总的直达距离矩阵。将取小运算“∧”定义为:a∧b=min{a, b}, 并通过取最小运算把所有线路对应的直达距离矩阵汇总为一个总的直达距离矩阵:B=B1∧B2∧…∧Bn。最后, 利用Dijkstra算法来求总的直达距离矩阵, 获取最优路线及任意两点之间的最短距离矩阵D。
(2) 换乘次数最少的线路选择模型及算法。
换乘次数是影响乘客选择公交线路的众多考虑条件之一, 也是最重要的一个条件。修改公交直达距离矩阵B就可以获得换乘次数最少的线路, 也就是可用Dijkstra算法获取最少换乘公交出行线路。把矩阵B中的非零有限元素全部改为1, 获取出行公交网络的直达关系矩阵, 记为C。
(3) 总费用最少的线路选择模型及算法。
费用最少的线路选择模型及算法是为乘客考虑每条公交线路计价不同时使用的, 由于每条公交的计价方式可能不尽相同, 那么乘客出行时需要对花费进行不同的考虑, 为了满足乘客费用最少的需求, 设计了该模型算法。一般来讲, 各路公交车的票价计价方式分为单一票价和分段计价两种。可根据各条公交线路的直达距离矩阵和公交线路的计价方式, 直接利用票价与路程的关系计算得到各条线路的直达票价矩阵P。
(4) 总时间最短的线路选择模型及算法。
外出所花费的时间是指乘客在一次出行过程中所花费的总时间, 这包括等车的时间、在车上消耗的时间以及在车外换乘时间。因为公交车行走的距离可以直接影响乘客在车上消耗的时间, 所以当求最优路线时, 仅考虑换乘次数和在车外消耗的时间即可。设定同一条公交线路上公交车在相邻两站之间的运行时间 (这同样包括公交靠站停车的时间) 相同, 乘车人在同一公交车站换乘的时间 (包括等车时间) 相同 (换乘时间不同的情况也按照这种方法处理) 。把同一公交线路对应的直达距离矩阵变换为直达时间矩阵, 然后将不同线路的直达时间矩阵根据取小运算的方法汇总成一个总的直达时间矩阵, 就能够获取总时间最短的出行路线。随后根据最短路算法求出任意两点之间的最短通行时间。
首先, 给定直接到达时间矩阵T0= (tundefined) n×n;其次, 构造最多经过一次换乘即可到达的最短时间矩阵T (1) , tundefined=min {tundefined, tundefined, t0}, 其中t0表示换乘时间;最后, 对于任意k≥2, 构造最多k-1经过次换乘即可以到达的最短时间矩阵T (k) 。其中tundefined=min{tundefined, tundefined+tundefined+t0}。
直到T (K) =T (k-1) , 即得到任意两个站点之间的最短通行时间矩阵。其中t0为换乘一次所用的时间。
2最优公交路线查询系统设计
2.1系统设计目标
为了满足出行者的公交换乘要求, 本系统最优公交线路查询系统在设计时按照换乘次数少、步行距离短、站点换乘方便、乘车时间短、路线快捷等多个影响条件作为目标。首先, 建立所有公交车站点与全部公交路线数据库表, 依照换乘次数、步行情况的优先等级将公交路线待选取方案依次排列;其次, 从出发点和目的地点两个点双向展开搜索, 采用公交路线集合计算交集和公交站点集合求交集的方法, 依次判断路线选取方案的依据是否成立;最后, 在得到所有的最优公交路线候选方案集后, 充分考虑换乘站点的方便性和路线的快捷性, 选择路程最短的行车方案作为公交最优路线。
2.2数据库设计
(1) 创建数据库表。
数据库表包含公交车次表和站点表, 其中, 车次表用来存储公交车次的相关信息, 站点表用来存储公交车车站的信息。
(2) 数据库软件的选择。
关系型数据库不仅可以存储数据, 还可以储存数据之间的关系, 所以, 能够用来设计最优公交路线查询系统的数据结构, 减少了数据冗余, 在一定程度上提高了系统的性能。Oracle数据库系统具有可移植性强、功能全面等特点, 是一款效率较高、可靠性较好的数据管理系统, 适合存储公交路线查询系统的数据信息。
2.3系统功能实现
最优公交路线查询系统的设计目的是为公交乘客提供所需的服务和帮助。用户在查询系统界面上输入出发站点和目的地站点信息, 即可获取合适的乘车线路与合理的公交车换乘方案。最优公交路线查询系统由公交信息查询、地图信息查询和最优路径分析3个功能模块组成。
(1) 公交信息查询模块。
在这一功能模块中, 包括3个子模块, 分别是公交线路查询模块、换乘查询模块和站点查询模块。其中, 公交线路查询模块是指输入公交线路的名称信息, 从而能够获得查询公交线路上所有站点信息;换乘查询模块是指输入起点和终点, 能够获取经过这两点的直达的公交线路或者是换乘方案;站点查询模块是指查询经过某一站点的所有公交线路, 同时能够获得每条线路上所有的公交站点数。
(2) 地图信息查询模块。
本系统可以实现电子地图的打开、点选、平移、放大、缩小、打印等功能, 用户通过查询可以得到最优公交路线, 同时在电子地图上显示。出发站点和目的地站点由系统为用户提供, 用户只需要在地图上点击查询即可得到乘车方案。
(3) 最优路径分析模块。
依照公交出行最优路线算法, 乘客通过输入需要查询的信息或者直接对电子地图操作来获得最优公交线路和最少换乘方案。
3结束语
随着城市公交车的普及与制度的完善, 越来越多的人乘坐公交车出行。为了使乘客换乘次数少、步行距离短、乘车时间短、站点换乘方便、路线快捷, 研究设计了本文的最优公交路线查询系统。该系统的使用给乘客带来了更多的便捷, 提高了人们的出行效率。
参考文献
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企业最优资本结构设计分析 篇8
1企业资本结构设计的主要相关因素
1.1资本成本
资本成本简而言之就是企业因筹集资金而付出的代价。狭义的资本成本仅指筹集和使用长期资金 (包括自有资本和借入资金) 的成本。决定资本成本高低的因素主要有:总体经济环境、证券市场条件、企业内部的经营和融资状况、项目融资规模等。
在正常情况下, 贷款人不以超高利率或附加条件便能进行负债筹资成本下降的, 就应充分利用财务杠杆进行筹资。因为负债比例的增大能使企业资本成本下降, 但随着负债比例的提高, 企业财务风险日益增大, 债权人要求的报酬率和权益资本要求的报酬率中风险补偿部分便会明显的相应提高, 当负债比例上升到一定程度, 企业资本平均成本不但不会下降, 反而会逐渐上升。所以, 当综合资本成本由下降转为上升时, 这一转折便表明企业的负债比例已达到了极限。因为投资报酬率=无风险报酬率+风险报酬补偿率, 所以, 企业在设计资本结构时, 不但要关心资本成本, 还要关心负债比例及各种筹资方式给企业所带来的风险。
1.2财务杠杆
财务杠杆是指企业负债对企业总资产的收益所产生的影响。在投资利润率大于借款利息率的情况下, 企业适当运用财务杠杆, 可使企业在不增加权益资本的情况下, 获得更多的利润, 从而相应提高企业权益资本的利润率;当企业投资利润率小于借款利息率时, 财务杠杆的作用则相反。
但必须指出, 企业不能过分依赖财务杠杆的作用来提高所有者财富。归根到底, 只有增加营业利润才能从根本上增加企业所有者财富。
1.3财务风险
财务风险广义理解为财务活动中一切筹资、用资和收益分配等理财活动引起的各类风险。但在此理解为其狭义的概念, 即企业由于利用了财务杠杆而使企业可能丧失偿债能力, 最终导致企业破产的风险。除此以外, 还包括股东收益发生加大变动的风险。
一般来讲, 一个不使用财务杠杆和无债务的企业, 其价值是较小的, 但它会随着企业开始使用财务杠杆而增大, 当负债比例达到某一点时, 其价值达到最大值, 若负债比例继续增加, 企业的价值则会随着财务风险的不断增加而减少。所以说, 财务风险对企业财务杠杆的运用有制约作用。
在利用财务杠杆增加负债筹资、提高企业权益资金收益率的同时, 可通过由权益资金期望的收益率测定的离差来判断风险的大小, 以及根据与企业历史水平和同行业水平相比较, 作出合理的资本结构的决策。
另外, 企业最优资本结构的设计必须考虑一些特殊因素, 如资产特性, 企业财务灵活性、目标资本结构、信息不对称性等。
一些研究还表明, 在很长时间里, 当出现不利的、公开观测得到的收益信息时, 将公司控制权转移给放款人是最优的, 这样的融资结构也就是控制权在不同证券持有人之间分配的选择。最优的负债比例是在该水平上导致企业破产时, 将控制权从股东转给债权人是最优的。即融资结构应保证在任何情况下, 社会受益最大化, 而不是某一部分投资者的收益最大化。
2企业最优资本结构设计的方法
2.1综合资本成本法
即对若干个备选的可行的资本结构方案, 通过分别计算它们的综合资本成本, 并加以相互比较, 以综合资本成本最低者作为最优的资本结构进行决策。它主要用于企业初始资本结构优化决策, 或企业追加资本后的资本结构优化决策。
2.2边际资本成本法
即企业在生产经营中为扩大业务或对外投资, 需要追加筹资时, 通过对若干个备选的可行性追加筹资方案的边际资本成本进行计算比较, 以边际资本成本最低者作为最佳筹资的最优资本结构方案。目前, 我国理论界基本都认为, 边际资本成本法可作为企业整体资本结构优化决策的一种方法。
2.3每股收益分析法
即利用每股收益的无差异点进行企业资本结构决策的方法。每股收益的无差异点是指在两种筹资方式下, 采用负债筹资与采用普通股筹资每股收益相等的点, 它既可用息税前利润来表示, 也可用产品销售收入来表示。采用每股收益分析法, 可根据每股收益的无差异点分析、判断在何种情况下运用负债筹资或普通股筹资, 相应调整企业的资本结构, 以实现企业的资本结构最优化。
2.4比较公司价值法
即以公司价值最大并且其综合资本成本最低的资本结构作为最优资本结构, 进行资本结构决策的方法。公司价值一般可通过以下三种方法进行测算: (1) 按风险调整贴现率法对公司的未来收益进行贴现, 计算其贴现价值, 然后再计算收益资本化公司价值; (2) 在完全资本市场中, 公司价值等于其股票的现行市场价值; (3) 在公司财务风险可以承受的条件下, 公司价值等于其债务的现值与股票的价值之和。公司的债券现值等于按风险调整贴现率法 (含风险报酬的预期投资报酬率) 贴现计算的面值 (或本金) 的现值与年利息的现值之和;公司的股票现值等于按风险调整贴现率 (含风险报酬的预期投资报酬率) 和公司未来净收益贴现计算的股票现值。
企业资本结构设计是一项非常复杂的财务决策, 必须充分考虑影响资本结构的各种因素。笔者认为:以上前三种方法, 虽然考虑了资本成本和财务杠杆利益因素, 但却没有充分反映财务风险的影响, 也没有直接体现企业价值最大化这一取舍标准, 因此, 并不是企业资本结构决策的理想方法、而比较公司价值法不仅充分考虑了财务风险因素, 而且也完全符合现代资本结构理论的客观要求, 是一种比较理想的最优资本结构设计方法。
3企业最优资本结构设计应注意的问题
3.1要注意谨慎性原则
利用负债筹资的一个最基本的条件是投资利润率必须大于借入资金的利息率, 只有这样才能发挥财务杠杆的作用, 给企业带来好处;反之, 则会带来灾难性后果。这就要求财务人员在设计资本结构时, 必须综合考虑各种因素, 谨慎从事。例如, 要正确评价企业的经营状况, 充分估计企业的现金流量与偿债能力, 密切关注金融市场, 合理预测企业获利能力等。
3.2要保持资本结构的弹性
因为资本市场和经济环境是复杂多变的, 企业一方面缺乏完全的控制能力, 另一方面, 财务管理人员的素质和能力也不可能达到理想的境界, 难免会出现一些失误。只有保持资本结构的弹性, 才有可能调整企业的筹资规模或资本结构, 才能充分利用财务杠杆, 取得较高的收益。同时, 保持资本结构的弹性可以使企业灵活适应金融市场的变动, 通过发行可转换债券或股票来降低企业财务风险。
3.3应注意国际国内政治经济环境的变化
经济基础决定上层建筑, 上层建筑反过来影响经济基础。小到一项金融政策的变动, 一个经济法规的出台, 大到国际范围的重要政治变动、经济危机等都会引起经济环境的变化, 进而影响某些企业的筹资环境。
3.4应做好资金的预测工作
合理确定资金的需求量和需求时间, 防止造成资金的限制和浪费, 从源头上为企业取得最终效益打下良好的基础。
抗震结构的多目标最优设计 篇9
1 钢框架结构
1.1 基本理论
多目标优化是指在优化过程中同时考虑多个目标函数，多级优化是将整个优化问题分解为一个整体结构的优化问题和一系列子结构优化问题，分别单独进行优化后，再通过各级之间的反复迭代，得到最优解。
多级优化中，在一般情况下，同级之间(各单元构件)的耦联关系较弱，因此可忽略不考虑。而上下级优化之间的耦联关系较强，则必须考虑。有三种方法可解决该问题：第一是精确处理;第二是利用敏度信息和Taylor级数展开，近似处理;第三是通过在单元优化中构造合适的附加联系约束，简化处理，也就是在联系约束的控制下，同一轮迭代中。系统优化中不考虑单元量的改变，同样单元优化中不考虑系统量的改变。文中采用的是第三种方法。
文中在系统优化中，以整个结构的应变能和结构的造价作为目标函数进行优化，在单元优化、系统优化的基础上，以单元的造价作为目标函数进一步进行优化，通过附加约束把两级优化联系起来，反复迭代，得到最优解或满意解。系统优化采用复形法进行优化，单元优化采用无约束序列极小法(包括罚函数法和乘子法)进行优化。
1.2 数学模型
1)抗震结构的多目标、多级优化的数学模型见图1，图2:
2)系统优化
求:设计变量I。
3)单元优化(第I个单元)
求：设计变量X。
系统优化中：
式中：I———结构构件的惯性矩;F (I)———目标函数;Gj (I)———约束条件;IU, IL———惯性矩的上下限;
单元优化中：
Xi———单元构件的截面几何参数;Ci (X)———目标函数;Yj (I#i, X)———约束条件;XU, XL———几何截面参数的上下限;≤Yi (X) 0———附加的联系约束。
4)目标函数
其中，C (I)为结构的成本;U (I)为结构的应变能。
剪切型钢框架结构的最大总应变能和造价为：
式中：Qij———第层柱的剪力对于第振型的幅值;δij/———层间相对水平位移对于第J振型的幅值，U———第J振型应变能的幅值，C0———钢筋单价。
单元优化中，目标函数是各单元构件的造价:
系统优化设计变量为各柱的惯性矩I=[I1, I2, I3…，In]。
单元优化设计变量为构件截面的几何参数X=[X1, X2, X3, X4]。
由于在多级优化中，构件截面积，抗弯截面模量与惯性矩之间的关系随迭代过程及单元的不同而变化。假设在某一轮的迭代循环中，进入系统优化的单元面积，截面模量和惯性矩是：A0, W0, I0经过推导，可得下列关系：
1.3 约束条件
强度条件：;侧移约束条件：;层间相对侧移位移约束条件：;刚度约束条件：λ≤[λ];界限约束条件：IL≤I≤IU, XL≤X≤XU。
式中：
A———柱子的面积;W———抗弯截面模量;γ———塑性发展系数，规定γ=1.05;
N, M———轴力和最大弯矩;σ———强度设计值;γ———细长比;[γ]———容许细长比，规范中取[λ]=150。
1.4 附加联系约束条件
采用的附加联系约束为等式约束，使单元优化过程中，保持构件的惯性矩等于系统优化过程中得到的最优惯性矩：
1.5 算例
10层单跨对称剪切型钢框架，柱子截面为工字钢，楼层数N=10层，层高H=3.6m，楼板质量m=40000kg，钢的比重ρ=7800kg/m3，钢材的单价C0=3000元/t，钢的弹性模量E=2.06×105N/mm2，强度设计值σ=215N/mm2，屈服强度fy=235N/mm2，设防烈度8度，场地类别Ⅲ类，小震，近震。几何截面参数的上下限 (单位:mm) 为：
截面惯性矩上下限 (单位：×104mm4) 为：
初始截面参数(单位:×104mm4)为：I0={2, 2, 2, 2, 2, 2, 1.5, 1.5, 1.5, 1.5}。
最优目标函数值F=5.036元/N·m，结构的应变能ENERGY=2198.6N·m, 结构的造价COST=11072.63元。
2 钢筋混凝土框架结构
2.1 数学模型
由结构力学知，抗震结构的多目标优化设计的数学模型可由图3，图4表示。
2.2 目标函数
在钢筋混凝土框架结构优化设计中，所取的目标函数要同时考虑结构的应变能最大和结构的成本最小两个方面，因此，目标函数采用如下形式。
求:设计变量B, H
其中：设计变量B, H为N维向量, 是结构各杆的截面尺寸, Gj (B, H) 为约束条件，HL, HU分别为截面尺寸的上下限。
U (B, H) 是结构的应变能，C (B, H) 是结构的造价。
其中：Bi、Hi分别为第i柱的截面的宽、高;p1、p2分别为钢筋混凝土中的混凝土、钢筋的比重;H'i是第i柱的长度;Lst、St分别为柱的箍筋的间距、支数。
2.3 强度约束条件
强度约束是构件的截面中最大应力不超过截面强度设计值。
其中：M是弯矩设计值, fcm是弯曲抗压强度的设计值，As′，As分别为受拉区、受压区钢筋的截面面积，h0是矩形截面的有效高度，b是矩形截面宽度，as′受压区纵向钢筋合力至受压区边缘的距离。
2.4 位移约束条件
相对侧移约束δ≤H'i/400;结构的整体位移约束.
2.5 界限约束
界限约束是对设计变量给出一个限定的范围，使设计变量只能在该范围内进行优化。界限约束的形式为：
其中：BL, HL是设计变量的下限，BU, HU是设计变量的上限。
界限值的选取既要满足工程要求，又要有利于优化计算。特别是设计变量的上、下限的选取对复形法有很大的影响。
2.6 结构自振周期约束
3 结语
上面所研究的抗震结构的多目标多级优化设计理论和方法，可以同时考虑多个不同的目标函数，并且将整个优化过程分为系统优化和单元优化两个过程分别进行多级优化。可以计算出框架结构在地震荷载作用下，结构的应变能、结构的造价和构件截面的最优尺寸，数学模型完全按照现行的规范建立，对工程设计人员具有实用的参考价值。
摘要：将多目标和多级优化设计理论应用于框架结构的设计中, 把整个优化过程分为系统优化和单元优化, 以结构的应变能最大和结构造价最低两个目标函数为优化目标进行优化设计, 按照现行的相关规范建立数学模型, 并通过钢框架结构的计算实例结果表明提出的理论和计算方法是合理的。
关键词：抗震结构,多目标优化,多级优化
参考文献
[1]江爱川.结构优化设计[M].北京:清华大学出版社, 1998.
BOT项目最优特许期设计研究 篇10
BOT项目融资方式作为金融创新和管理创新的基础设施投资模式越来越到理论界和实物界的关注, 随着BOT项目融资方式应用的增多, 理论上对其的研究也逐渐深入, 其中关于BOT项目特许期的研究成为目前理论研究的热点。很多学者[1,2,3]认为BOT项目的特许期是项目公司和政府之间分配利润的支点, 当项目的特许期短时, 项目公司获得收益的时间就短;反之, 项目的特许期长, 政府获得收益的时间就短, 因此合理确定项目特许期成为就成为BOT项目合同制定的焦点。本文在前人研究的基础上, 将利用委托代理理论研究使项目公司乐于承担项目建设和运营的参与特许期及使项目公司和政府在项目中达到双赢的最优特许期。
2 关于BOT项目特许期的研究
对BOT项目特许期的研究经历几个发展历程, 早期的研究关注于如何确定项目的运营期, 以使得项目公司收回投资成本并获得合理收益, 如李启明 (2000) [4]等。其采用的方法主要是投资收益的净现值法, 通过预测项目的未来收入, 减去项目的成本, 选取一定的贴现率, 将未来收益折现到投资期初, 当净现值为零时的年限就定为项目的特许期。这种方法比较简单, 并且也可以计算出项目的具体特许期, 是目前应用比较广泛的方法。但这种方法的缺点是对未来收入的预测风险较大, 并且项目的成本投入是项目公司的私人信息, 因此, 由于信息不对称和市场的不确定性, 导致许多用这种方法确定的特许期在项目运营一段时间后出现项目公司与政府之间重新谈判的现象, 重新确定特许期。为此, SHEN L Y (2002) [3]等人先后提出了弹性特许期的方法, 所谓弹性特许期就是项目公司以对未来的收入投标, 只要项目收入达到项目公司要求的收入时, 项目就移交给政府, 在项目合同签订时不限定项目的特许期。这种方法解决了项目未来收入预测的风险和对项目公司的“逆向选择”风险, 但是这种方法产生了项目公司成本投入时的“道德风险”。由于项目公司不知道项目将经营多少年, 因此在项目建设时, 必然要降低成本投入。针对这些问题, 我国的学者用博弈论, 动态优化等方法研究了特许期的确定。如杨宏伟 (2003) [5]等从博弈论的角度来探讨交通BOT项目特许权期, 该文推导出BOT项目的特许期由两部分组成, 一部分是项目收回成本需要的时间;另一部分是项目获得合理收益需要的时间。侍玉成, 万法菊 (2006) [6]利用博弈论的理论和方法, 研究了城市污水处理BOT项目特许权期的决策问题, 建立了投资者和政府之间的完美信息动态博弈模型。得到了与杨宏伟相同的结论。 赵立力, 谭德庆 (2007) [7]利用线性规划的方法将项目移交给政府后政府的收益作为约束条件求解项目公司的最大收益, 求出项目公司的最优投资规模和政府的最优特许期。杨屹 (2007) 等[8]针对环保基础设施BOT项目的期权特性, 选择特许期作为决策变量, 认为在政府提出的特许期条件下, 项目公司不会过度地降低项目的成本投入, 因为, 如果政府发现第一个工程有质量问题, 政府将取消项目公司再获得项目的期权, 这样对项目公司构成一个约束。
综上所述, 以往的研究在以下方面达成共识, 第一, 项目的特许期一定要保证项目公司在此期间获得应有的收益;第二, 项目公司的成本投入是可以通过政府制定的合理特许期来调整的。但是上述研究存在两个问题没有解决, 第一, 政府的最优收益;第二, 如何确定具体的特许期函数。为此, 本文在前人研究的基础上, 利用委托代理理论设计在非对称信息条件下, 项目的参与特许期和最优特许期。使得项目公司在特许期内能收回投资成本并获得合理收益 (参与特许期) , 同时激励项目公司增加成本投入, 使政府和项目公司同时获得最大收益, 达到“双赢” (最优特许期) 。
3 研究基本假设
在BOT项目融资中, 政府作为项目的委托人, 项目公司是项目的代理人。项目公司的努力反映在项目的建设成本和运营维护成本的投入上, 项目的成本投入直接影响项目建设的质量和项目的生命周期。项目的成本投入越大, 项目的质量越好, 项目的生命周期越长, 无论是社会效益还是经济效益对政府都有利。反之, 项目的投入成本低, 项目公司可以尽快收回投资, 在特许期内获得更大的收益。在项目的建设和运营过程中, 政府很难有效观测到项目公司的实际建设成本和维护成本, 或者说, 政府要花相当昂贵的代价去获取这方面的信息;因而政府和项目公司在项目的建设成本和维护成本方面的信息不对称, 项目公司具有信息优势, 政府面临项目公司的“道德风险”。项目公司投资的多少与项目的特许期相关, 特许期是发生项目公司现金流的时期, 在这一时期私人部门在建设期投入资金, 在运营期中取得现金流以收回投资, 偿还贷款, 取得利润, 特许期的长短将直接影响私人部门收益的实现。作为理性的投资者, 项目公司会根据特许期的长短来决定对项目的投入, 以使其收益最大化。
本文的博弈模型中有两个参与者:政府和项目公司。项目公司的目标是使它的利润最大化, 政府的目标是使该项目的社会效用最大化, 本节以政府从项目中获取的净利润来代表社会效用。政府的决策是选择最优的特许期T0, 它无权决定项目公司对项目的初始投入水平CA;项目公司的决策是在特许期T0给定的情况下, 选择最优的初始投入水平 , 它无权选择特许期 。同时, 本模型还要求满足以下几个基本假设:
假设1:项目运营之后, 单位时间内的运营收入恒定, 记为R。
假设2:项目可以使用的最长年限TL是项目初始投资CA的增函数, 模型设置为:TL=I0+aCA, (I0<0, a>0) 。-I0是该项目的最小初始投资水平, 也可以看作该项目的沉淀成本。从该函数形式可以看出:只有项目的初始投资CA达到一定的临界值以后, 项目才可以进行运营;而且, 项目初始投资CA越大, 项目可以使用的最长年限TL也越长。本文以为, 项目公司对项目的建设投资影响项目的生命周期。
假设3:项目的维护成本为时间的增函数, 本模型设置为:Cm=kt, (k>0) 这里k与初期项目初始投资CA成反比, 即
以 Prp表示政府的利润, 则政府的利润如式1所示:
以PrA表示项目公司的利润, 则项目公司的利润如式2所示:
以Pr0表示项目公司参与该项目的机会成本, 则项目公司的参与条件满足式3:
4 模型设计
4.1 项目公司的参与约束特许期模型
由于政府先制定特许期T0, 项目公司在决定初始的项目投入CA时将T0当作外生变量, 由项目公司的激励相容条件, 也就是在T0给定的情况下, 项目公司的利润最大化条件可以得到式4:
4式表示在政府的特许期T0给定的情况下, 项目公司会按照4式选择初始的投入水平CA。
虽然政府不可以直接控制项目公司的初始投入水平CA, 但是它可以通过选择特许期T0来间接地影响项目公司的初始的投入水平CA。因此, 4式表示项目公司对政府特许期T0的反应函数, 政府在制定特许期T0时会将4式当作已知条件, 将4式带入政府的利润函数1式可以
5式表示在满足项目公司激励约束条件下政府的利润函数。
将4式带入项目公司的参与条件3式可以得到式6:
即式7成立
6式表示在满足项目公司激励约束条件下, 项目公司的参与条件。T0jion是项目公司能参与项目建设和运营的最短特许期, 也称为参与约束特许期。
4.2 项目公司和政府达到“双赢”的最优特许期设计
首先假设项目公司的参与约束条件是能够得到满足的, 模型求解之后, 再将参与条件的约束带进去, 对解的情况进行讨论, 从而得到既满足激励约束条件, 又满足参与约束条件的解;因此可以构设下面的拉格朗日函数如式8所示:
由政府的利润最大化条件可以得出式9:
令
则9式可以化简为式10:
AY3+BY-R=0, (Y>0) 10
由于I0<0, a>0, R>0, b>>0所以有:
讨论方程10解的结构从而决定最优特许期T0:
令F (Y) =AY3+BY-R 13
因此13式所代表的函数有一对对称于纵轴的波峰和波谷, 并且波谷在
下面对不同参数下的情况进行讨论, 以求出最优特许期。
(1) 当
(2) 当
(3) 当
①如果T0jion≥T02
函数F (Y) =AY3+BY-R在
②如果T02≥Tjion≥T03时
函数F (Y) =AY3+BY-R在
当
③如果TJION≤T03时
函数F (Y) =AY3+BY-R在
当政府将特许期T0设置为T0 (Y*3) -2时, 政府取得的是最小利润, 该利润远远小于T0= (Y*2) -2时政府所能取得的利润;由于 (Y*3) -2, 项目在T0= (Y*3) -2时取得的利润也远远小于T0= (Y*2) -2时所能取得的利润。因此, 当政府将特许期T0设置为T0= (Y*3) 不论对政府自身而言, 还是对项目公司而言都是极为不利的, 在这种情况下, 政府和项目公司在该项目上没有达到 “双赢”;如果政府适当将特许期延长到T0= (Y*2) -2, 政府和项目的利润都会增加, 政府和项目公司在该项目上会实现 “双赢”。该结论也同时证明:在不对称信息下, 政府一味地缩短特许期并不能提高政府的利润, 有时还会降低政府的利润, 政府在这种情况下的最优策略是适当将项目的特许期提高到最优期。
5 影响“双赢”特许期的因素讨论
从上述分析中可见:在不同的外生条件下, 政府的最优策略也不尽相同;在一部分外生条件下, 政府和项目公司在项目上达到了“双赢”, 而在另一部分外生条件下, 政府和项目公司在项目上并没有达到“双赢”, 政府和项目公司的利润都受到了损害;因此, 探讨政府和项目公司达成“双赢”的外生条件, 有利于政府在与项目公司进行谈判之前, 对这些外生条件实施有效的控制, 从而保证政府和项目公司的谈判实现“双赢”的目标。 政府和项目公司达成 “双赢”的两个必要条件为:
第一、
第二、
当项目的外生条件满足了第一个必要条件之后, 政府和项目公司在该项目上存在达成“双赢”的空间, 此时, 只要政府选择T0= (Y*2) -2政府的利润就能达到最大化;然而, 政府的选择不一定能得到项目公司的配合。当政府选择T0= (Y*2) -2时, 如果
5.1 实现“双赢”条件的模型讨论
将A, B, 等带入第一个必要条件, 经整理得到下式:
① 关于投资规模的讨论,
② 关于项目管理效率的讨论,
③ 关于项目的维护成本的讨论,
当单位时间内的运营收入R小于临界值
当单位时间内的运营收入R大于临界值
5.2 实现参与约束的条件讨论
参与约束的条件是:
F (b, r, pr0) , 的值越小, 参与约束的条件越容易得到满足。下面分别对b, R, π0这三个参数进行讨论。
① 关于维护成本的讨论,
② 关于市场风险的讨论,
当单位时间内的运营收入 越高时, 项目公司从项目的运营中收回成本的可能性越大, 项目公司的参与条件越容易得到满足, 从而会使第二个必要条件实现。项目单位时间内运营收入的提高, 无论“双赢”条件, 还是参与约束的条件都是有利的。③ 关于项目公司机会成本的讨论,
当项目公司参加该项目的机会成本越大时, 项目公司的参与约束条件越高, 进而会使参与约束的条件越难得到满足。一般而言, 项目公司都有虚报项目的机会成本的动机, 也就是说, 项目公司一般会将参与该项目的机会成本报得比实际的机会成本更高些, 政府在项目谈判之前对类似的项目进行更广泛的调研, 可以有效压低项目公司在该项目上的机会成本, 从而使参与约束的条件更容易得到满足。
5.3 两个必要条件同时得以满足的条件
要使政府和项目公司在项目上达成“双赢”, 项目的外生条件必须同时满足上述的两个必要条件政府可以从以下几个方面着手:
①采取有效的措施降低项目初始投资的沉淀成本-I0。例, 水务项目的管网建设一般由政府投资, 就有效地降低了项目公司的初始投资。
②政府在选择项目公司时, 尽可能扩大招标范围, 吸引更多具有较高管理水平的项目公司参加投标, 有利于提高项目的投资效率, 使同等投资水平下的项目寿命更长。
③政府切实加强对项目的检查和监督, 适当提高项目的维护成本的系数 。当然对维护成本的系数 也应适当控制, 否则维护成本的系数 太高, 项目公司的可变成本会增大, 有可能使项目公司的参与条件得不到满足而使项目失败。
④加强项目的宣传力度, 拓宽项目产品的销售渠道, 适度支持项目的销售, 从而有效提高单位时间内运营收入R。
6 结论
通过确定合理的BOT 项目的特许期能保证项目公司和政府达到“双赢”的目标, 达到“双赢”时的特许期必须满足项目公司的参与约束;满足项目公司参与约束的特许期为
实现项目的“双赢”需要政府和项目公司共同努力, 根据以上的分析, 发现只有选择一个高效率的项目公司, 合适的项目, 并且加强政府的监督管理和支持, 才能保证项目达到“双赢”的目标。
摘要：利用委托代理理论, 以政府的利益最大化为目标, 以项目公司的参与为约束, 构建在非对称信息条件下, 政府和项目公司在BOT项目融资中达到“双赢”的最优特许期模型, 并对模型进行讨论。为实现项目公司和政府达到“双赢”的目标, 研究表明必须提高项目公司的管理能力、保障项目的投资水平、加强政府的监管和政府对项目公司的必要支持。
关键词：BOT项目,最优特许期模型,非对称信息,委托代理
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