《基于激励相容机制的集装箱航运联盟运输网络优化研究》以合作博弈理论和逆向优化方法为基础,对基于激励相容机制的集装箱航运联盟的运输网络进行优化,在充分考虑集装箱运输存在规模经济效应的前提下,对航运联盟的各种成本分配机制进行了深入的研究。
《基于激励相容机制的集装箱航运联盟运输网络优化研究》可作为高等院校交通运输、航运管理等专业的科研和教学参考用书,也可供相关行业和企业管理人员参考。
自20世纪90年代中后期以来,集装箱班轮业逐渐形成了新世界联盟、伟大联盟、马士基海陆联盟、CKYHS联盟和联合联盟等多个航运联盟。面对市场的急剧变化,加强联盟合作已成为各大集装箱班轮公司应对环境变化和满足自身发展的主要手段。在集装箱航运联盟的运营管理中,联盟的班轮运输网络设计是其最基本也是最重要的任务之一,但同单个集装箱航运企业的运输网络设计不同,由于联盟成员之间存在利益的差异,联盟成员的个体最优与联盟的整体最优之间也存在一定的矛盾,因此符合联盟整体最优准则的联盟运输网络的设计方案不一定能为联盟所有的成员所接受。这一方面会影响联盟成员合作的质量,另一方面也会对航运联盟的稳定性构成危害。为了使联盟成员的个体最优与联盟的整体最优保持一致,这要求联盟成员间的利益分配机制满足激励相容条件,因此设计满足激励相容条件的航运联盟成员的利益分配机制对联盟运输网络的优化有着至关重要的影响。为此,本书运用混合整数规划、非线性规划和逆向规划技术对基于激励相容机制的集装箱航运联盟运输网络进行优化,在充分考虑集装箱运输存在规模经济效应的前提下,设计了基于激励相容机制的航运联盟成本分配机制,并与其他的成本分摊模式进行比较。具体而言,本书的主要研究包括:
(1)分别就不考虑规模经济效应和考虑规模经济效应下,对航运联盟的整体优化进行分析。对于不考虑规模经济效应时的整体最优问题,本书将其总结为一个混合整数规划问题,并运用列生成算法进行求解。对于考虑规模经济效应时的整体最优问题,本书将其总结为一个具有线性约束,目标函数为凹函数的非线性优化问题,并在讨论最优解的KKT条件的基础上,设计了“需求路径算法”对其进行求解。
(2)从线性规划的逆优化、混合整数规划的逆优化、具有线性约束的可分离的凸规划的逆优化、最短路问题的逆优化以及最小费用流问题的逆优化这五类问题入手,讨论了各类逆向优化问题的算法。
(3)运用逆优化技术,就不考虑规模经济效应和考虑规模经济效应时,分别设计满足激励相容机制的航运联盟的成本分配模式。此外,还提出了按各成员的运量进行分配,按各成员的周转量进行分配,以整体问题的对偶变量为基础的对偶分配解进行分配,按Shapley值为基础进行分配等其他多种成本分摊模式,并讨论了各种成本分摊模式下联盟的稳定性。
(4)运用实物期权博弈理论建立了航运市场随机波动情况下航运联盟各成员的船舶投资决策模型,得出了各成员之间同质竞争和差异化竞争时船舶的最优投资准则,并在此基础上给出了各成员在运力共享机制下的利益分配模式。
(5)将理论研究应用到CKHY联盟的欧亚航线网络中,就不考虑规模经济效应和考虑规模经济效应下,讨论了各种成本分配模式及其对各联盟成员的影响。此外,在考虑运输需求和投入运量变化的基础上进行敏感性分析,分析各种成本分配机制下的联盟的动态稳定性。
本书研究成果对航运企业战略联盟建立和维持将具有重要的理论和实际价值。
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 航运联盟概述
1.2.1 航运联盟的形成与发展
1.2.2 航运联盟的合作机制
1.3 结构体系及创新点
1.3.1 技术路线
1.3.2 创新点
2 相关研究进展评述
2.1 航运联盟
2.2 集装箱班轮运输网络优化
2.2.1 航线优化
2.2.2 航线配船
2.3 企业战略联盟的利益分配研究
2.4 现有研究的评述
3 集装箱航运联盟的整体网络优化
3.1 集装箱班轮航线优化概述
3.1.1 集装箱班轮航线结构
3.1.2 挂靠港口选择
3.1.3 航线配船
3.1.4 航线优化准则
3.2 航运联盟的发展对集装箱班轮航线优化的影响分析
3.3 不考虑规模经济情况下航运联盟运输网络的整体优化模型
3.3.1 问题描述
3.3.2 假设前提
3.3.3 模型建立
3.3.4 算法
3.4 考虑规模经济情况下航运联盟运输网络的整体优化模型
3.4.1 假设前提
3.4.2 模型建立
3.4.3 规模经济情况下整体优化模型的KKT条件
3.4.4 算法
4 逆向优化问题及算法
4.1 线性规划的逆向优化
4.1.1 线性规划的逆向优化问题
4.1.2 求解算法
4.2 混合整数规划的逆向优化
4.3 具有线性约束的可分离的凸规划的逆向优化
4.4 -些图论问题的逆向优化
4.4.1 最短路问题的逆向优化
4.4.2 最小费用流问题的逆向优化
5 基于激励相容机制的集装箱航运联盟成本分摊方案的设计
5.1 航运联盟中的个体最优问题
5.2 航运联盟中个体问题的逆向优化问题
5.2.1 逆向优化问题的描述及解决思路
5.2.2 不考虑规模效应情况下的逆向优化
5.2.3 考虑规模效应情况下的逆向优化
5.3 与其他利益分配方式的比较
5.3.1 合作博弈的解
5.3.2 按成员的运量进行分配
5.3.3 按成员的周转量进行分配
5.3.4 对偶分配解
5.3.5 Shapley值
5.3.6 各种解的比较及稳定性分析
6 市场随机波动下联盟成员的船舶投资决策及运力共享
6.1 联盟成员的船舶投资决策
6.1.1 模型建立
6.1.2 模型分析
6.1.3 经营差异化
6.2 联盟的整体船舶投资决策
6.3 运力共享机制下的利益分配
7 基于激励相容机制的集装箱航运联盟成本分摊模式的应用
——CKHY联盟案例分析
7.1 案例背景
7.1.1 CKYH联盟
7.1.2 CKYH联盟的欧亚航线及主要港口概况
7.2 参数选取
7.2.1 航线和港口的选取
7.2.2 各航线的需求量
7.2.3 CKYH联盟在欧亚航线上的运力投入
7.2.4 各航段的运输成本函数
7.3 模型求解及结果分析
7.3.1 不考虑规模经济时的结果
7.3.2 考虑规模经济时的结果
7.4 敏感性分析
7.4.1 运量变化敏感性分析
7.4.2 运力变化敏感性分析
8 结论与展望
8.1 主要工作和结论
8.2 进一步研究工作的展望
参考文献
索引