Proces decyzyjny to pojęcie z zakresu teorii decyzji, oznaczające grupę logicznie powiązanych ze sobą operacji myślowych, prowadzących do rozwiązania problemu decyzyjnego poprzez wybranie jednego z możliwych wariantów działania (decyzji).
Proces decyzyjny składa się z kilku kolejnych faz:
1. identyfikacja sytuacji decyzyjnej
2. sformułowanie problemu decyzyjnego
3. zbudowanie modelu decyzyjnego
4. wyznaczenie decyzji dopuszczalnych i decyzji optymalnych
5. podjęcie ostatecznej decyzji
6. realizacja podjętej decyzji
Teoria decyzji
Teoria decyzji to wspólny obszar zainteresowań wielu różnych dziedzin nauki, obejmujący analizę i wspomaganie procesu podejmowania decyzji. Korzystają z niej i dostarczają metod między innymi: matematyka, statystyka, psychologia, kognitywistyka, socjologia, ekonomia, zarządzanie, filozofia, informatyka, medycyna.
Teoria decyzji zajmuje się:
• analizą decyzji - rozpatruje się konkretny przypadek decyzji podjętej przez osobę lub grupę osób. Analiza polega na wyznaczeniu decyzji optymalnej oraz, jeśli podjęta decyzja nie była optymalna, znalezieniu przyczyn pomyłki.
• wspomaganiem decyzji - próbą wyznaczenia rozwiązania optymalnego przy danym zasobie wiedzy o możliwych konsekwencjach. Dotyczy to również podejmowania decyzji grupowych.
Jakie decyzje potrzebują teorii?
Metody teorii decyzji wykorzystuje się wszędzie tam, gdzie podjęcie decyzji jest z pewnych powodów trudne. Przykładowo przyczynami mogą być:
• duża liczba możliwych wariantów - np. wybór najlepszego kandydata na dane stanowisko
• skomplikowana sytuacja decyzyjna - np. opracowanie takich tras i rozkładów jazdy autobusów, aby zapewnić wysoki poziom obsługi przy jak najniższym koszcie
• możliwość wysokich korzyści lub dużych strat - np. wybór sposobu ulokowania oszczędności
• skomplikowany proces decyzyjny - np. podejmowanie grupowych decyzji w dużych organizacjach
• waga problemu decyzyjnego - np. ustalenie okręgów wyborczych w wyborach prezydenckich
Z powyższych przykładów wynika, że metody teorii decyzji stosujemy wszędzie tam, gdzie koszt ich zastosowania może przynieść wymierne korzyści.
Podejście normatywne i deskryptywne
Większość metod teorii decyzji ma charakter normatywny, tzn. zajmuje się wyznaczeniem optymalnego rozwiązania przez idealnego decydenta, który całkowicie wykorzystuje dostępne mu informacje, wyznacza korzyści z perfekcyjną dokładnością i działa w pełni racjonalnie. Takie metody mają najczęściej ścisły związek z matematyką, statystyką, czy ekonomią. Celem jest wyznaczenie decyzji optymalnej, to znaczy przynoszącej największe korzyści lub minimalizującej stratę.
Ponieważ wiadomo, że ludzie nie zawsze postępują w optymalny sposób, istnieje również podejście deskryptywne (pozytywne), opisujące typowe zachowania człowieka w danej sytuacji decyzyjnej. Takim podejściem zajmują się głównie psychologia i socjologia. Psychologia zwraca szczególną uwagę na przebieg procesów decyzyjnych w umyśle człowieka, badając wpływ cech osobowościowych na podejmowane decyzje, np. dobór subiektywnych kryteriów oceny poszczególnych wariantów, skłonność do ryzyka. Socjologia natomiast bada uwarunkowania społeczne: miejsce decydenta w organizacji, wpływ stylu kierowania organizacji, podejmowanie decyzji grupowych i związane z tym konflikty.
Podstawowe pojęcia
Jak każda teoria, tak i teoria decyzji systematyzuje pojęcia związane z decyzjami.
Teoria decyzji zajmuje się sytuacją problemową (problem decyzyjny), w której podmiot (decydent), staje przed koniecznością wyboru jednego z przynajmniej dwóch wariantów działania (decyzji).
W pierwszym kroku należy ustalić warunki ograniczające decyzję, dzięki czemu zbudujemy zbiór decyzji dopuszczalnych. Wyodrębniamy wszystkie istotne kryteria oceny decyzji i dokonujemy oceny każdej decyzji na podstawie kryteriów. Następnie budujemy model decyzyjny, czyli sposób wybrania decyzji optymalnej.
Ze względu na posiadane informacje, możemy podzielić problemy decyzyjne na trzy grupy:
• decyzja podejmowana w warunkach pewności - każda decyzja pociąga za sobą określone, znane konsekwencje
• decyzja podejmowana w warunkach ryzyka - każda decyzja pociąga za sobą więcej niż jedną konsekwencję, znamy zbiór możliwych konsekwencji i prawdopodobieństwa ich wystąpienia
• decyzja podejmowana w warunkach niepewności - nie znamy prawdopodobieństw wystąpienia konsekwencji danej decyzji.
Podstawowe pojęcia związane z teorią decyzji:
• sytuacja decyzyjna
• problem decyzyjny
• model decyzyjny
• proces decyzyjny
• decydent
• decyzja
• przestrzeń decyzyjna
• kryterium oceny decyzji
• decyzja dopuszczalna
• decyzja optymalna
• warunek ograniczający decyzję
• ryzyko
• niepewność
• stan natury
• pewność
Metody
Teoria decyzji w zasadzie nie jest dziedziną nauki, jest to raczej zbiór metod wypracowanych przez różne dziedziny, zebranych i usystematyzowanych w celu wypracowania jednego podejścia. Dokonując przeglądu metod teorii decyzji, nie należy zapominać o interdyscyplinarnym charakterze tego zagadnienia. Zastosowanie na przykład metod programowania liniowego, nie powinno przesłaniać psychologicznych i socjologicznych aspektów procesu decyzyjnego. Takie właśnie połączenie pozornie odległych dziedzin spowodowało gwałtowny rozwój technik wspomagania decyzji w ostatnich latach.
Podejście normatywne
W podejściu normatywnym dążymy do wyznaczenia optymalnej decyzji dla danego problemu decyzyjnego.
Jeśli decyzja jest podejmowana w warunkach pewności, mówimy o deterministycznych metodach teorii decyzji, natomiast niepewnością i ryzykiem zajmują się metody niedeterministyczne.
Większość metod zakłada, że decydent działa w środowisku, w którym nie ma konkurentów, którzy mogliby wpłynąć na wynik decyzji lub stany natury. Takie rozważania są przedmiotem teorii gier.
Pewność
W przypadku, gdy znamy wszystkie możliwe konsekwencje wariantów decyzyjnych, wybór wariantu optymalnego sprowadza się do wyboru decyzji przynoszącej największe korzyści. W prostych przypadkach wybór wariantu jest trywialny, jeśli problem decyzyjny przyjmuje bardziej skomplikowaną postać, wykorzystuje się dział matematyki zwany badaniami operacyjnymi. W szczególności duże znaczenie mają następujące metody:
• programowanie matematyczne
o programowanie liniowe
o programowanie całkowitoliczbowe
o programowanie zero-jedynkowe
o programowanie celowe
o programowanie kwadratowe
o programowanie nieliniowe
o programowanie dynamiczne
• zagadnienie transportowe
• algorytmy sieciowe
• zarządzanie projektem
o CPM
o PERT
o wykres Gantta
• teoria zapasów
• zagadnienie gazeciarza
• teoria kolejek
• proces Markowa
• analiza szeregów czasowych
• metody gradientowe
Przypadkiem więcej niż jednego kryterium oceny decyzji zajmuje się dział teorii decyzji zwany wielokryterialną analizą decyzyjną. Istnieją dwie główne definicje problemu wielokryterialnego w ramach wielokryterialnej analizy decyzyjnej:
1. Wielokryterialne podejmowanie decyzji (multiple criteria decision making, MCDM)- używane w amerykańskiej szkole naukowej
2. Wspomaganie decyzji wielokryterialnych (multiple criterial decision aid, MCDA)-najczęściej używane w Europie.
Metody te pozwalają na agregowanie wielu kryteriów dla rozwiązywania problemu wyboru rankingu sortowania lub opisania konkurujących alternatyw w różnych dziedzinach.
Ryzyko
W warunkach ryzyka konsekwencje każdej decyzji są określone przez rozkłady prawdopodobieństwa, dlatego do przypadków niedeterministycznych wykorzystujemy głównie metody teorii prawdopodobieństwa oraz statystyki. W szczególności wykorzystuje się następujące metody:
• kryteria podejmowania decyzji
o kryterium Hurwicza (maksymaksowe)
o kryterium Walda (maksyminowe)
o kryterium Savage'a (minimaksowe)
o kryterium Laplace'a
• drzewo decyzyjne
• wnioskowanie statystyczne
Niepewność
W przypadku niepewności klasyczne metody statystyczne zawodzą, gdyż nie jesteśmy w stanie określić rozkładów prawdopodobieństwa konsekwencji decyzji. Podejmowaniem decyzji w takich warunkach zajmuje się statystyka bayesowska.
Ogólnie przypadkami niedeterministycznymi (ryzyka i niepewności) zajmuje się statystyczna analiza decyzyjna.
Podejście deskryptywne
Podejście deskryptywne zajmuje się opisem typowych zachowań ludzi w procesie decyzyjnym i wskazuje na czynniki mające wpływ na podjęcie ostatecznej decyzji.
Podejmowanie decyzji w psychologii i podejście kognitywistyczne
Podejście psychologiczne to próba wyjaśnienia nieracjonalności zachowań decydentów, wynikającej z pewnych cech osobowościowych lub sytuacji, w której znajduje się decydent. W szczególności rozpatruj się takie czynniki jak: asymetria pomiędzy zyskiem i stratą, poprzednie porażki, selektywna uwaga, podejmowanie decyzji w warunkach zewnętrznego obciążenia. Szczególnie silnie koncentruje się na zagadnieniach związanych ze skłonnością do podejmowania ryzyka.
Psychologiczna teoria decyzji jest szczególnie przydatna w obszarze, gdzie podejście normatywne zawodzi: przy decyzjach podejmowanych w warunkach niepewności, rozwinięto na ten temat teorię subiektywnej oczekiwanej użyteczności (SEU)
Podejście kognitywistyczne , koncentruje sie na myślowym modelu podejmowania decyzji i meta-decyzji (ang. cognitive decision-making) , i dotyczy zarówno człowieka jak i robota. Podejście kognitywistyczne, ze względu na potrzeby komputerowych systemów wsparcia decyzyjnego zostalo rozszerzone do tzw. inżynierii socio-kognitywistycznej - Google.
Podejmowanie decyzji w socjologii
Podejście socjologiczne, podobnie jak psychologiczne, zajmuje się nieracjonalnością zachowań decydentów, ale wynikających z działania w ramach określonej grupy społecznej. Analizuje się na przykład różnice w procesie podejmowania decyzji w małych i dużych przedsiębiorstwach, administracji rządowej, organizacjach formalnych i nieformalnych. Z drugiej strony rozpatruje się także podejmowanie decyzji kolektywnych i czynniki warunkujące powstawanie takich decyzji (np. inicjatywy na rzecz ochrony środowiska.
Dużą rolę zarówno w teorii psychologicznej, jak i socjologicznej odgrywa szczególny rodzaj procesu decyzyjnego, jakim są negocjacje.
Komputerowe wspomaganie decyzji
Gwałtowny rozwój technologii informatycznych spowodował, że systemy komputerowe zaczęły pełnić istotną rolę w procesach decyzyjnych, szczególnie tam, gdzie do podjęcia decyzji konieczne jest szybkie przetworzenie ogromnych ilości danych (np. w dużych przedsiębiorstwach) lub gdzie charakterystyka sytuacji decyzyjnej wymaga zastosowania skomplikowanych obliczeniowo modeli. W licznych obszarach działalności różne kategorie systemów pełnią różne role:
• systemy transakcyjne - zadaniem tych systemów jest dostarczanie aktualnych informacji, potrzebnych do podejmowania decyzji na poziomie operacyjnym; systemy transakcyjne mogą również zasilać danymi systemy wyższego poziomu
• hurtownie danych - dostarczają zagregowanych informacji potrzebnych do podejmowania decyzji taktycznych i strategicznych
• systemy informowania kierownictwa - dostarczają z niższych systemów informacje przygotowane w sposób ułatwiający podejmowanie decyzji na najwyższych szczeblach kierowniczych (systemy raportujące, wizualizacyjne)
• systemy wspomagania decyzji - kategoria ta obejmuje dwa typy systemów:
o systemy klasy business intelligence - systemy analityczno-decyzyjne w dużych organizacjach, zasilane z hurtowni danych lub bezpośrednio z systemów transakcyjnych, ekstrahują z dostarczonych informacji wiedzę wykorzystując bazę zaawansowanych modeli statystycznych, optymalizacyjnych czy algorytmy sztucznej inteligencji
o specjalistyczne systemy decyzyjne - ich zadaniem jest ułatwienie korzystania z jednego lub kilku modeli, wykorzystywane najczęściej przez analityków lub do automatyzacji procesu decyzyjnego (np. w medycynie)
o inteligentne systemy wsparcia decyzyjnego (IDSS - Intelligent Decision Support Systems), od lat 90-tych, w stanie ciągłego rozwoju - zobacz Google, szczególnie w dziedzinach tzw. wysokiego ryzyka i wielkich infrastruktur krytycznych np.dla operatorów elektrowni, oraz dla zarządzania zagrożeniami (emergency) przemysłowymi i kataklizmami naturalnymi. Takie systemy wymagają współpracy zespołów interdyscyplinarnych i zaawansowanych technologii systemowych, informatycznych, sztucznej inteligencji i modeli socio-kognitywistycznych.
Decyzja
Decyzja to pojęcie z języka naturalnego i jest wynikiem "podjęcia decyzji" lub mówiąc inaczej procesu decyzyjnego. Decyzją może być działanie/akt lub opinia/sąd w jakiejś sprawie.
W różnych teoriach decyzji, decyzja może też oznaczać jeden z możliwych wariantów działania w problemie decyzyjnym. Aby proces decyzyjny miał sens, potrzebujemy co najmniej dwóch różnych alternatyw (kandydatów na decyzje). Zbiór wszystkich możliwych decyzji nazywamy przestrzenią decyzyjną.
Przykład: Chcemy podjąć decyzję, jakie zwierzątko do domu kupić. Możemy wybrać spośród wielu zwierząt: pies, kot, papuga, tygrys, słoń itd. Każda możliwość to decyzja.
Uwaga!: Definicja decyzji w sensie teorii decyzji nie obejmuje drugiego znaczenia tego słowa, czyli procesu wyboru spośród możliwości. W rozumieniu tej teorii jest to proces decyzyjny.
Wszystkie decyzje tworzą przestrzeń decyzyjną. Podzbiorem przestrzeni decyzyjnej są decyzje dopuszczalne, czyli te decyzje, które zostały dopuszczone przez warunki ograniczające decyzję.
Przykład: W naszym przykładzie chcielibyśmy ograniczyć zbiór wszystkich zwierząt do tych, które jesteśmy w stanie hodować w naszym domu - odrzucamy więc np. tygrysy i słonie.
W procesie decyzyjnym uwzględniamy różne kryteria oceny decyzji, dzięki czemu jesteśmy w stanie wybrać decyzję optymalną.
Przykład: Po uwzględnieniu kryteriów jak np. nasze subiektywne upodobania do poszczególnych zwierząt, kłopotliwość w utrzymaniu danego zwierzęcia itd., pozostawiamy w zbiorze decyzji optymalnych psa. W ten sposób podjęliśmy decyzję.
Decyzja w sensie matematycznym
Na potrzeby matematycznych metod teorii decyzji istnieje formalna definicja decyzji:
Niech zmienne x1, x2, x3, ... oznaczają wszystkie cechy opisujące obiekty będące przedmiotem procesu decyzyjnego, istotne ze względu na ten proces, zaś X1, X2, X3, ... odpowiednio dziedziny zmiennych. Przestrzenią decyzyjną D nazywamy iloczyn kartezjański D = X1 x X2 x X3, ..., zaś elementy tego iloczynu to decyzje.
Przykład: Chcemy zdecydować jakiego psa kupić. Istotne są dla nas jedynie: waga, wysokość w kłębie i wiek psa, wyrażone liczbami rzeczywistymi. Przestrzenią decyzyjną D będzie przestrzeń R+3, zaś decyzjami będą punkty tej trójwymiarowej przestrzeni.
Sytuacja decyzyjna
Sytuacja decyzyjna to pojęcie z zakresu teorii decyzji, oznaczające zbiór wszystkich czynników, mających wpływ na podjęcie decyzji przez decydenta w procesie decyzyjnym. Czynniki te można podzielić na:
• niezależne od decydenta
• zależne od decydenta
Przykład: Szukamy prezentu dla osoby, która niedługo będzie miała urodziny. Do czynników mających wpływ na naszą decyzję można zaliczyć: ilość posiadanych przez nas pieniędzy, nasza skłonność do wydania określonej sumy pieniędzy na prezent, nasza chęć do wywołania uczucia przyjemności u osoby, która dostanie prezent. Tylko na pierwszy z tych czynników nie mamy wpływu.
W procesie formułowania problemu decyzyjnego czynniki niezależne od decydenta stają się zazwyczaj warunkami ograniczającymi decyzję, zaś zależne - kryteriami oceny decyzji
Problem decyzyjny
Problem decyzyjny to pojęcie z zakresu teorii decyzji, oznaczające sytuację problemową, w której podmiot (decydent) staje przed koniecznością wyboru jednego z przynajmniej dwóch możliwych wariantów działania.
Sformułowanie problemu decyzyjnego jest zazwyczaj pierwszym krokiem do zbudowania modelu decyzyjnego. Dobrze sformułowany problem powinien szczegółowo definiować:
• decydenta lub decydentów
• warunek ograniczający decyzję
• zbiór decyzji dopuszczalnych
• kryteria oceny decyzji
Przykład: Kolega Stefan i jego żona Marysia proszą nas o pomoc przy wyborze sposóbu ulokowania zaoszczędzonych pieniędzy - 1000 zł. Określamy problem decyzyjny:
• decydentami są Stefan i Marysia
• będziemy brać pod uwagę takie sposoby ulokowania pieniędzy, które pozwalają na wpłatę tylko 1000 zł, odrzucamy nielegalne możliwości lokaty (narkotyki, broń)
• zbieramy informacje o wszystkich dopuszczalnych przez nasze ograniczenia sposobach lokowania kapitału - konta bankowe, lokaty bankowe, obligacje, akcje itd.
• ustalamy kryterium oceny możliwych wariantów: oczekiwana wypłata w ciągu 5 lat
Można zauważyć, że chociaż ryzyko utraty pieniędzy jest na pewno ważne z punktu widzenia Stefana i Marysi, nie uwzględniliśmy go bezpośrednio w naszym sformułowaniu problemu. Tak naprawdę zostało ono uwzględnione - licząc oczekiwaną wypłatę powinniśmy uwzględnić wszystkie możliwości z odpowiednim prawdopodobieństwem, również możliwość utraty pieniędzy.
Ścisłe zdefiniowanie decydenta pozwala zauważyć możliwe problemy w procesie decyzyjnym, Stefan i Marysia mogą korzystać niezależnie od siebie z własnych, subiektywnych kryteriów oceny (np. opiniami znajomych), co może utrudnić lub nawet uniemożliwić podjęcie decyzji.
Model decyzyjny
Model decyzyjny to pojęcie z zakresu teorii decyzji, oznaczające teoretyczne odwzorowanie wycinka rzeczywistości, które w sposób syntetyczny opisuje problem decyzyjny. Model taki powinien umożliwiać określenie zbioru decyzji dopuszczalnych i zbioru decyzji optymalnych, jeśli tylko takie zbiory istnieją.
W większości przypadków modele budowane na potrzeby problemu decyzyjnego to modele matematyczne, jednak ze względu na interdyscyplinarny charakter teorii decyzji zdarza się, że są to modele statystyczne, ekonomiczne, informatyczne (systemy informatyczne), a nawet psychologiczne, czy filozoficzne.
Przed zbudowaniem modelu należy sformułować problem decyzyjny. Warunki określone przy formułowaniu problemu stają się jednocześnie założeniami modelu decyzyjnego.
Decyzja dopuszczalna
Decyzja dopuszczalna to pojęcie z zakresu teorii decyzji, oznaczające taką decyzję, która spełnia wszystkie warunki ograniczające decyzję. Zbiór wszystkich takich decyzji nazywamy zbiorem decyzji dopuszczalnych.
Przykład: Stoimy przed problemem przyjęciem do pracy osoby na stanowisko programisty w firmie informatycznej. Jedynym wymogiem jest posiadanie dyplomu magistra informatyki. Uwzględniamy to ograniczenie, odrzucając na wstępie zgłoszenia tych kandydatów, którzy nie ukończyli wyższej uczelni informatycznej. Pozostałe kandydatury to zbiór decyzji dopuszczalnych.
Zbiór decyzji dopuszczalnych może być zbiorem pustym, wtedy problem decyzyjny nie posiada rozwiązania.
Decyzja optymalna
Decyzja optymalna to pojęcie z zakresu teorii decyzji, oznaczające taką decyzję, która jest decyzją dopuszczalną i jednocześnie jest najlepsza z punktu widzenia kryteriów oceny decyzji. Zbiór wszystkich takich decyzji nazywamy zbiorem decyzji optymalnych.
Przykład: Decydujemy jaki model aparatu fotograficznego wybrać. Ograniczamy zbiór wszystkich aparatów do tych z przedziału cenowego 500 zł - 5000 zł. Jedynym kryterium wyboru jest ocena uzyskana w teście aparatów fotograficznych, zamieszczonym w jednym z wydań branżowego magazynu. Dwa aparaty (modele A i B) z podanego przedziału cenowego uzyskały w nim identyczną, maksymalną ocenę. Zbiór decyzji optymalnych tworzą dwie decyzje, polegające na zakupie odpowiednio aparatu A i B.
Zbiór decyzji optymalnych może zawierać jeden element, kilka elementów, nieskończenie wiele elementów lub być zbiorem pustym. W przypadku zbioru pustego, problem decyzyjny nie posiada rozwiązania.
