Iqtisodiy matematik usullar va modellar

Investitsiyani optimal taqsimlash masalasi
Investor X0 miqdordagi kapital mablag‘ni n (i=1,2...n) ta korxonani o‘z ichiga oluvchi birlashmaga sarf qilayotgan bo‘lsin. Bu mablag‘ birlashmadagi n ta korxonaga taqsimlanadi. Agar i-korxonaga jarayon deb qaraymiz. har bir bosqichda ajratilgan kapital mablag‘ noldan X₀ gacha, korxonalar soni esa, noldan n gacha o‘zgaruvchan miqdor deb qaraladi. Bunday dinamik dasturlash masalasini yechish uchun F₁(x), F₂(x),…, F_n(x) funksiyalar ketma ketligini kiritamiz. Bu yerda:
F₁(x) - 0≤x≤X₀ miqdordagi mablag‘ni faqat 1ta korxonaga taqsimlanganda
olinadigan maksimal daromad;
F₂(x) - 0≤x≤X₀ miqdordagi mablag‘ni 2ta korxonaga taqsimlashdan olinadigan daromad va hokazo;
F_n(x) - 0≤x≤X₀ miqdordagi mablag‘ni n ta korxonaga taqsimlashdan olinadigan daromad.
Ma'lumki, F_n(X₀) = Z_max bo‘ladi. quyidagi ikki holda F_i(x) funksiyalar osongina topiladi.

1. 
   F_i(x) = 0, i=1,2,…,n.
   
2. 
   F₁(x) = Z₁(x), 0≤x≤X₀.
   

Demak, agar kapital mablag‘ taqsimlanmasa, u holda daromad ham nolga teng bo‘ladi. Agar kapital mablag‘ bitta korxonaga taqsimlansa, birlashmaning daromadi ana shu bitta korxona daromadidan iborat bo‘ladi (kapital mablag‘ ajratilmagan korxonalar daromad keltirmaydi deb faraz qilinadi).
Endi 0≤x≤X₀ miqdordagi kapital mablag‘ 2 ta korxona orasida taqsimlangan holni ko‘ramiz.
Agar х₂ - ikkinchi korxonaga ajratilgan mablag‘ bo‘lsa, u holda qolgan x- х₂ miqdordagi mablag‘ birinchi korxonaga ajratiladi. Bu ikki korxonadan olinadigan umumiy daromad quyidagi funksional tenglama yordamida topiladi:
F₂(x) = max[Z₂(x₂)+F₁(x-x₂)]
0≤x₂≤x
0≤x≤X₀
Faraz qilaylik, 0≤x≤X₀ miqdordagi mablag‘ k ta korxona orasida taqsimlangan bo‘lsin. Agar k-korxonaga x_k miqdorda mablag‘ ajratilgan bo‘lsa, undan olingan daromad Z_к(x_к) ga teng bo‘ladi. qolgan x - х_к mablag‘ k-1 ta korxonalar orasida taqsimlanadi va undan olingan daromad F_к-1 (x-x_к) ga teng bo‘ladi. Bu holda olinadigan umumiy daromad
F_к(x) = max[Z_к(x_к)+F_к-1(x-x_к)]
0≤x_к≤x
0≤x≤X₀
funksional tenglama yordamida topiladi. Dastlab berilgan masalaning yechimini х=Х₀ va k=n bo‘lgan holdagi quyidagi funksional tenglamadan foydalanib topamiz:
F_n(x) = max[Z_n(x_n)+F_n-1(x₀-x_n)]
0≤x_n≤x
Kapital mablag‘ni taqsimlash masalasini dinamik dasturlash usuli bilan yechish jarayoni bilan tanishamiz.Eng avval 0≤x≤X₀ oraliq n ta teng intervallarga bo‘linadi. Har bir intervalning uzunligi ga teng deb qabul qilinadi. Bundan tashqari Zi(x) va Fi(x) funksiyalar faqat shu nuqtalarda, ya'ni, х=0, Δ, 2Δ, …, nΔ=Х₀ da aniqlangan deb faraz qilinadi.
I=1 da F_i(x) quyidagi tenglik yordamida aniqlanadi F₁(x)= Z₁(x), F₁(kΔ)= Z₁(kΔ), k=0,1,…,n tenglikning qiymatlari jadvalga joylashtiriladi. F₁(kΔ) ning qiymatidan foydalanib
F₂(kΔ) ning qiymati qisoblanadi:
F₂(x₀) = max[Z₂(kΔ)+F₁(x₀- kΔ)]
k=1,2,…n
Hisoblash jarayonida F_n(X₀)=maxZ ning qiymatidan tashqari Z₂(kΔ)+F₁(x₀- kΔ) foydani maksimallashtiruvchi х₂ ning qiymati ham topiladi. So‘ngra F₃(x) topiladi va hokazo, hamma bosqichlardagi F_i(x) hisoblashlarni bajarib
F_n(x₀) = max[Z_n(x_n)+F_n-1(x₀-x_n)]
0≤x_n≤x
tenglik yordamida F_n(X₀)=maxZ topiladi.
Shunday qilib, oxirigi bosqichda maqsad funksiyaning maksimal qiymati F_n(X₀) hamda n-korxona uchun ajratiladigan kapital mablag‘ning miqdori, ya'ni Х_о^* topiladi.
So‘ngra hisoblash jarayoni teskari tartibda bajariladi. Bunda oxirigi qadamdan birinchi qadamgacha bir marta qarab chiqiladi:
n-korxonaga ajratiladigan Х_n^* kapital mablag‘ni bilgan holda qolgan n-1
korxonalar orasida taqsimlanadigan Х₀- Х_n^* topiladi. So‘ngra oldin topilgan

F_n-1(x) = max[Z_n-1(x_n-1)+F_n-2(x-x_n-1)]

0≤x_n-1≤x
0≤x≤X₀
dan F_n-1(X₀-X_n^*) ni, demak, X^*_n-1 ni topamiz, va hokazo. Shunday yo‘l bilan davom etib oxirida X₁^* ni topamiz.
Shu bilan chegaralangan kapital mablag‘ birlashmaning n ta korxonalari orasida optimal taqsimlangan bo‘ladi.
Misol Investor 200 birlik kapital mablag‘ni birlashmadagi 4ta korxonaga sarflamoqchi bo‘lsin. har bir korxona o‘ziga ajratilgan mablag‘ning miqdoriga bog‘liq ravishda turli miqdordagi daromadga erishadi. Bu daromadlar quyidagi 6.3 jadvalda keltirilgan.
6.3-jadval

Коrxonaga ajratilgan mablag‘lar miqdori	Korxonalar daromadi
	Z1(x)	Z2(x)	Z3(x)	Z4(x)
0	0	0	0	0
40	15	14	17	13
80	28	30	33	35
120	60	55	58	57
160	75	73	73	76
200	90	85	92	66

Investitsiyani korxonalararo optimal taqsimlash rejasini tuzing.
Yechish. Masalani 4ta bosqichga bo‘lib yechamiz. Dastlab n=1, ya'ni kapital mablag‘ faqat bitta korxonaga berilgan holni ko‘ramiz. Bunda
F₁(x) = Z₁(x) bo‘ladi.
0≤x≤200=X₀ oraliqdagi har bir bir x_1k=∆k lar uchun F₁(x_1k) qiymatlarni 6.4-jadvalga joylashtiramiz.
6.4-jadval

X1k	0	40	80	120	160	200
F1(x1k)	0	15	28	60	75	90

Endi n=2 bo‘lgan holni, ya'ni Х₀=200 birlik kapital mablag‘ni 2ta korxonaga taqsimlangan holni ko‘ramiz. Bu holda olingan daromad

funksional tenglama orqali topiladi. Bu funksiyaning qiymatlari quyidagicha topiladi. 0≤x≤200=X₀ oraliqdagi har bir x uchun 0≤х₂≤х topiladi va unga tegishli bo‘lgan
Z₂(x₂)+F₁(x-x₂)
hisoblanadi. So‘ngra topiladi.
Masalan x=0 da x₂ q₀ bo‘ladi.
X=40 da esa x₂ q₀;40 bo‘ladi.
Demak

x=80 да x₂=0; 40; 80

x=120 да x₂=0; 40; 80; 120

Va xokazo, shunday yo‘l bilan x=160 va x=200 bo‘lgan xollar uchun F₂(x=160) va F₂(x=200) topamiz. F₁(x) funksiyani hisoblash jarayonini quyidagi 6.5-jadvalda ko‘rsatamiz.

6.5 - jadval

х2 х	0	40	80	120	160	200	F2(x)
0	0						0	0
40	0+15	14+0					15	0
80	0+28	14+15	30+0				30	80
120	0+60	14+28	30+15	55+0			60	0
160	0+75	14+60	30+28	55+15	73+0		75	0
200	0+90	14+75	30+60	55+28	73+15	85+0	90	0

3 bosqichda n=3 bo‘lgan xolni, ya'ni X₀=200 kapital mablag‘ 3 ta korxona o‘rtasida bo‘lingan xolni ko‘ramiz. Bu holda erishiladigan daromadni har bir 0≤х₃≤х, 0≤x≤200=X₀ uchun quyidagi funksional tenglama orqali hisoblaymiz:

Huddi yuqorida bajarganimiz kabi, bu hol uchun ham hisoblashlarni quyidagicha bajaramiz:
Masalan x=0 da x₃ q₀ bo‘ladi. X=40 da esa x₃ q₀;40 bo‘ladi.
Demak

x=80 да x₂=0; 40; 80

x=120 да x₃=0; 40; 80; 120

Va xokazo, shunday yo‘l bilan x=160 va x=200 bo‘lgan xollar uchun F₃(x=160) va F₃(x=200) topamiz. F₃(x) funksiyani hisoblash jarayonini quyidagi 6.6-jadvalda ko‘rsatamiz.
6.6 - jadval

x3 х	0	40	80	120	160	200	F3(x)
0	0						0	0
40	0+15	17+0					17	40
80	0+30	17+15	33+0				33	80
120	0+60	17+30	33+15	58+0			60	0
160	0+74	17+60	33+30	58+15	73+0		77	40
200	0+90	17+74	33+60	58+30	73+15	92+0	93	80

4 bosqichda nq4 bo‘lgan xolni, ya'ni X₀=200 kapital mablag‘ 4 ta korxona o‘rtasida bo‘lingan xolni ko‘ramiz. Bu holda erishiladigan daromadni har bir 0≤х₄≤х, 0≤x≤200=X₀ uchun quyidagi funksional tenglama orqali hisoblaymiz:

Bu funksiyani hisoblash jarayoni 6.7-jadvalda keltirilgan
6.7 - jadval

х4 х	0	40	80	120	160	200	F4(x)
0	0						0	0
40	0+17	13+0					17	0
80	0+33	13+17	35+0				35	80
120	0+60	13+33	35+17	57+0			60	0
160	0+77	13+60	35+33	57+17	76+0		77	0
200	0+93	13+77	35+60	57+33	76+17	60+0	95	80

6.3-6.7 jadvallardagi F₁(x), F₂(x), F₃(x), F₄(x) larni va ularga mos

vektorlarni quyidagi 6.8 jadvalga joylashtiramiz:
6.8-jadval

		F1(x)		F2(x)		F3(x)		F4(x)
0	0	0	0	0	0	0	0	0
40	40	15	0	15	40	17	0	17
80	80	28	80	30	80	33	80	35
120	120	60	0	60	0	60	0	60
160	160	75	0	75	40	77	0	77
200	200	90	0	90	80	93	80	95

Bu jadvaldan kapital mablag‘ni optimal taqsimlash rejasini topamiz. 200 birlik mablag‘ni 4ta korxonaga taqsimlash natijasida birlashma

birlik daromad oladi. Bunda 4-korxonaga 80 birlik mablag‘ beriladi va ortib qolgan 120 birlik mablag‘ qolgan 3ta korxonaga taqsimlanadi. birlik daromad oladi. Bunda 3-korxonaga mablag‘ berilmaydi. (chunki ). Demak, 120 birlik mablag‘ 1- va 2- korxonalarga taqsimlanadi. Lekin 2-korxonaga ham mablag‘ berilmaydi. (chunki ). Shunday qilib, qolgan 120 birlik mablag‘ birinchi korxonaga beriladi.
Bunda birlashma 60 birlik daromad oladi
Shunday qilib, kapital mablag‘lar taqsimlashning optimal rejasini topdik:
X^*=( )=(120,0,0,80).