（计算机应用技术专业论文）用vba在excel中开发石油风险分析系统.pdf

中文摘要 论文题目： 专业： 硕士生： 指导教师： 用v b a 在e x c e l 中开发石油风险分析系统 计算机应用技术 刘炳( 签名) 童! 】j i 函 王家华( 签名2 i 妒” 捅要 石油企业所要进行投资的项目，往往具有庞大、复杂、周期长、相关单位多等特点， 其经济性受多方面因素的制约，故企业在做出投资决策时存在着风险。这样，项1 7 1 投资 存在着相当多的不确定因素，存在着可能盈利也可能损失的情况，而且随着社会的发展， 风险分析变得日益重要，甚至关系到企业的存亡。因此石油企业要对项目投资进行风险 分析。本篇论文的内容是开发石油风险分析系统p e t r o r i s k 来满足石油企业的这种需要。 本文开发的石油风险分析系统p e t r o r i s k ，参考了p a l i s a d e 公司的风险分析软件 r i s k 进行设计，并以蒙特卡罗模拟和派生树分析为理论基础，具有组件化、可视化的特 点，并且与e x c e l 紧密结合。作者在e x c e l 环境中，利用v b a 语言进行开发，结合了e x c e l 本身固有的数据分析和图表功能，给用户提供了一种方便的风险分析工具。 本文研究的石油风险分析系统p e t r o r i s k 分为3 个部分：蒙特卡罗模拟、敏感性分析、 派生树分析。在派生树分析部分，提出了一种连续分布离散化的方法。这种方法得到的 离散分布能够较好地符合风险变量的分布，并且计算量小，适应风险分析的具体要求。 在本文的最后部分，利用对一个区块的石油可采储量的风险分析实例，演示了p e t r o r i s k 的功能和分析过程。 关键词：风险分析、蒙特卡罗模拟、敏感性分析、派生树分析 论文类型：应用研究 ( 本文得到陕西省教育厅专项科研计划项目“石油风险决策分析研究与软件开发”的资 助，项目编号：0 2 j k 0 8 3 ) 英文摘要 s u b j e c t ：t h ed e v e l o p m e n to fr i s ka n a l y s i ss y s t e mb yv b a i ne x c e l s p e c i a l i t y ：c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y n a m e ：l i u b i n g ( s i g n a t u r e ) 乏b 哟 ! n s t r u c t o r ：w a n gj i a h u a ( s i g n a t u r 短垂小 a b s t r a c t t h ep e t r o l e u mp r o j e c t sa r eu s u a l l ye n o r m o u s ，c o m p l i c a t e d ，c o n c e r n e dw i t hm a n yr e l a t e d d e p a r t m e n t s ，a n dw i t hal o n gp e r i o d t h e r ea r ev a r i o u sf a c t o r si n f l u e n c i n gt h ee c o n o m i c b e n e f i to fap r o j e x ：t ，s ot h ei n v e s t o r sm u s tf a c er i s kw h e nt h e ym a k ea ni n v e s t m e n td e c i s i o n t h e r ea r eal o to fu n c e r t a i n t ya n dt w os i t u a t i o n s ，l o s so re a r n i n g w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h e s o c i e t y , r i s ka n a l y s i sb e c o m e si m p o r t a n tm o r ea n dm o l e ，e v e nc a nd e c i d ew h e t h e r a n e n t e r p r i s es u r v i v e so rn o t s oap e t r o l e u me n t e r p r i s em u s tc a l r yo u tr i s ka n a l y s i sb e f o r ep r o j e c t i n v e s t m e n t t h i sp a p e ri sa b o u td e s i g n i n ga n dd e v e l o p i n gar i s ka n a l y s i st o o ls oa st os a t i s f y t h en e e do f t h ep e t r o l e u me n t e r p r i s e s t h ea u t h o ri m i t a t e st h es t y l eo fr i s ks y s t e mw i t hc o m m e r c i a la p p l i c a t i o n st od e s i g nt h eo i l r i s ka n a l y s i ss y s t e mp e t r o r i s k ，w h i c hi sb a s e do nm o n t c a r l os i m u l a t i o na n dd e r i v e dt r e e a n a l y s i sw i t hf e a t u r e so fc o m p o n e n t i z a t i o n ，v i s u a l i z a t i o na n dt i g h t l yb i n d i n gw i t he x c e l p e t r o r i s ki sd e v e l o p e dw i t hv b ai ne x c e l p e t r o r i s km a k e su s eo ft h ef u n c t i o n so fd a t a a n a l y s i sa n dd i a g r a mo fe x c e l ，p r o v i d e sa c o n v e n i e n tt o o lf o rr i s ka n a l y s i s t h eo i lr i s ka n a l y s i ss y s t e mp e t r o r i s kh a st h r e ep a r t s ：m o n t - c a r l os i m u l a t i o n s e n s i t i v i t y a n a l y s i sa n dh e r i v e dt r e ea n a l y s i s i nt h ep a r to fd e r i v e d t r e e a n a l y s i s ，a m e t h o do f d i s c r e t i z a t i o no fc o n t i n u o u sp r o b a b i l i t yd i s t r i b u t i o ni sp r e s e n t e d ，w h i c hi ss u i t a b l ef o rr i s k a n a l y s i sa n dh a sl o wc o m p u t i n gb u r d e n i nc h a p t e r5 ，t h ef u n c t i o n a l i t ya n dt h ec o u r s eo fr i s k a n a l y s i so fp e t r o r i s ki sp r e s e n t e d ，b ya ne x a m p l e o fc o m p u t i n gt h eo i lr e s e r v o i ro fap l o t k e y w o r d s ：r i s ka n a l y s i s ；m o n t e c a r l os i m u l a t i o n ；s e n s i t i v i t ya n a l y s i s ；d e r i v e dt r e e a n a l y s i s t h e s i s ：a p p l i c a t i o ns t u d y ( t h ep a p e ri ss u p p o r t e db yt h es p e c i a lr e s e a r c hp r o j e c to fb u r e a uo fe d u c a t i o no fs h a n x i p r o v i n c e ，“p e t r o l e u mr i s kd e c i s i o na n a l y s i ss t u d ya n dt h ed e v e l o p m e n to fs o f t w a r e ”，a n d t h ei t e r nn u m b e ri s0 2 j k 0 8 3 ) i i i 学位论文创新性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做 了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 兰i 炳日期：查! ! ! ：皇：! 羔 学位论文使用授权的说明 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、 公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接 相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大学。 论文作者签名 导师签名 日期1 0 0 s 5 、 s 日期：2 1 1 墨! ! 步 第一章绪论 第一章绪论 1 1 论文所研究内容的国内外现状 o f f i c e 是目前最流行的办公自动化软件f l 】。m i c r o s o f t e x c e l 是o f f i c e 系列软件中创建 和维护电子表格的应用软件，是分析和描述信息的强大工具，是世界上第一个带有图形界 面开发语言v i s u a lb a s i cf o r a p p l i c a t i o n ( 简称v b a ) 的表处理软件【2 j 。它为用户提供 了丰富的表制作工具和菜单程序命令，强大的函数功能和数据分析处理功能，以及强大 的图表制作功能【3 】。特别是e x c e l 可用v b a 语言进行宏编程的特色，使它被公认为功 能最强、技术最先进、使用最方便的软件之一，并被广泛应用于办公管理、审计财务、 统计分析、科学计算等很多领域【”。在石油企业中，广泛应用e x c e l 进行办公和科研。 v b a 语言是在v i s u a lb a s i c 语言的基础上发展起来的。它具有完整的程序语言基本 结构，不仅能提高e x c e l 的工作效率，拓展e x c e l 的功能，还能对o f f i c e 下的各种软件 ( 比如p r o j e c t ，a c c e s s ，w o r d ，p o w e r p o i n t 等) 实行综合控制。v b a 具有面向对象设计 特性，并采用模块化程序设计方式，使各模块间相互独立，而且各模块子程序也相互独 立。这样可根据需要编制和修改代码对象，便于分析复杂多变的实际问题，易于软件的 维护和功能的增减，还可以重复使用、移植使用、继续使用，以加快程序的开发。e x c e l 与v b a 的自动结合，曾被称为自动o l e ( 对象链接嵌入自动识别) ，是一种强大的自适 应应用软件h 。 国内的相当一部分人使用o f f i c e 都属于初级水平，没有深入的发掘其潜在的功能； 而在国外，o f f i c e 早己成为必不可少的办公软件。并且一些软件公司在其中进行二次开 发，生产应用软件。例如，p a l i s a d e 公司在e x c e l 环境中开发出进行风险决策分析的 r i s k 和p r e c i s i o n t r e e 等软件。 r i s k 是世界上广泛使用的风险分析工具。对于应用程序开发 者、最终用户、公司客户和软件经销商来说，v b a 已经逐渐成为一种越来越重要的语言 【4 1 。但v b a 不仅仅是一种软件语言，它也是一种独特的创建专业的、面向商务的解决方 案的方法。 作者主要是依据p a l i s a d e 公司开发的风险分析软件 r i s k 来设计本系统。 r i s k 是 加入到m i c r o s o f te x c e l 中的风险分析工具。在电子数据表中直接建立风险模型并计算和 绘图。 r i s k 能够让用户清楚地为自己的风险建模，并且能辨认出要项目的风险范围、 程度和因素。只要按照固定的格式在电子数据表中建立风险模型，并点击 r i s k 工具栏 中的风险分析按钮，就可轻松地计算和创建图表。当管理者面临项目的可行性研究时应 该使用 r i s k ，例如，商业上使用 r i s k 研究项目前景，关于投资新项目、成本分析等； 石油天然气公司在开发一个油田时，利用 r i s k 研究其成本、赢利能力。作者主要依据 r i s k 的功能和设计风格制作出更符合国内公司企业情况的风险分析系统，使其更具实 用性。 西安石油大学硕士学位论文 王俐等人在综合应用多种理论技术和多学科交叉的基础上，编制了一个r e c o r 稠油 油藏经济与风险分析软件系统。该系统是以蒙特卡罗方法为数学基础，使用b o r l a n d d e l p h i 开发工具，结合m i c r o s o f ta c c e s s 数据库及c o m 技术完成的【2 9 】。 1 2 论文的课题来源和研究背景、目的和意义 本篇论文的课题来源是陕西省教育厅专项科研计划项目“石油风险决策分析研究与 软件开发”。 石油企业要进行项目投资，往往项目具有庞大、复杂、周期长、相关单位多等特点， 其经济性受多方面因素的制约，故企业在作出投资决策时存在着风险【5 1 。这样，项目投 资存在着相当多的不确定因素，存在着可能盈利也可能损失的情况【6 1 。而且随着社会的 发展，风险决策分析变得日益重要，甚至关系到一个企业的存亡，因此要对项目投资进 行风险决策分析1 7 1 。当对项目的风险进行识别以后，就要进行风险分析，目的是要做到 回避风险，控制损失，分离、分散、转移风险，使风险尽可能地得到防范、控制和利用 口j 。风险分析是投资项目可行性研究的重要组成部分，也是当前项目前期工作中存在的 四大薄弱环节( 即市场、价格、融资、风险) 中最为薄弱的一环。加强项目的风险分析 已成为人们普遍而强烈的要求，已是势在必行。蒙特卡罗方法是风险分析方法中一种比 较基本也比较实用的方法1 9 j 。而派生树方法是为了减少计算量而提出的改进方法。风险 分析的方法有很多种，一般分为定性分析和定量分析【l o 。定性分析就是进行风险因素分 析；定量分析是对风险因素的可能性与影响程度进行分析，即概率分析，它是用概率来 研究预测不确定因素对开发评估指标的影响l l ”。蒙特卡罗方法和派生树方法都是定量分 析方法。 本论文的目的就是设计一个以蒙特卡罗方法和派生树方法为理论基础的石油风险分 析系统，给用户提供一种准确、方便的工具，来帮助他们完成对所面临的项目方案的风 险情况进行定量分析这种复杂、困难的工作1 1 2 】。为了满足这样需求，作者利用v b a 等 语言，在e x c e l 中开发出风险分析软件。e x c e l 是人们非常熟悉的软件。作者在人们熟悉 的环境中，深入挖掘e x c e l 的深层功能，利用v b a 开发出风险分析系统。该系统充分地 与电子数据表模型结合，用户可以直接在e x c e l 中创建风险分析模型，具有直观易学， 使用户容易接受、使用方便，更容易生成报表等特点，起到事半功倍的效果。 1 3 论文的主要工作内容 本文对有关文献进行了比较全面的调研分析，借鉴前人的研究思路和处理方法，并 依照p a l i s a d e 公司推出的决策分析软件 r i s k 的设计风格，在e x c e l 的工作环境中开发 石油风险分析系统p e t r o r i s k 。全文共分五章，各章内容如下： 第一章简述了本篇论文的研究目的、意义、主要内容和课题的来源，以及目前e x c e l 及v b a 的功能和发展情况。 2 第一章绪论 第二章系统地阐述了风险分析系统的理论和方法，包括风险和风险分析的概念、蒙 特卡罗模拟的原理、敏感性分析的方法研究和派生树的原理等。 第三章说明了石油风险分析系统p c t r o r i s k 的总体设计方案，包括系统的特点、系统 各主要部分的说明，以及系统的开发和运行环境。 第四章全面的阐述了石油风险分析系统p c t r o r i s k 的各个组成部分的功能和操作方 法，包括蒙特卡罗模拟、敏感性分析、派生树分析和生成图形等。另外还说明了p c t r o r i s k 各部分的设计流程，以及解决重点题所采用的算法。 第五章本章主要的内容是用一个勘探期间计算可采储量的实例，演示了用石油风险 分析系统p c t r o r i s k 从建立模型到计算并生成图形报表的整个过程。 话安石油大学硕士学位论文 第二章风险分析方法研究 本文研究的风险分析系统的理论基础是蒙特卡罗方法和派生树方法，它们是重要的 定量风险分析方法。本章讨论蒙特卡罗模拟，派生树方法，及其有关的敏感性分析。 2 1 风险 2 1 1 风险的含义 什么是风险? 对于风险含义目前理论界认识上是不一致的。 一种认识认为“风险，即不确定性”，“可以认为是投资决策的实际结局可能偏离它 的期望结局的程度”。认为投资风险就是“投资未来收益的不确定性”。 多数学者认为，风险与不确定性有所区别。西方微观经济学认为“风险是某一特定 行为的所有可能性结果，和每一种结果发生的可能性”。 亚洲开发银行不确定性分析与风险分析指南要点指出：不确定性分析只是对最 基础数据的分析，而主要不是对项目总量的分析。其重点是进行临界点或“开关点”分 析，即从正向到反向的变化点分析。而风险分析，则主要是对边际效益项目进行“不被 接受的概率分析”。 可以认为对风险认识有两种解释。广义地说“不确定性即风险”。不确定性与风险都 是对“确定性”相对而言。因此，所有项目都存在风险，风险不存在“有无”，只是大小 和程度问题，绝不能把可行性研究简单化和理想化 2 6 1 。 狭义地说，不确定性是指“不能肯定一定发生某种结果，而其发生概率是未知的”； 风险是指“不能肯定一定发生某种结果，而其发生概率是已知的或被认定的”。所以风险 是不确定性中的一种典型，风险是事物随机变量即事物变化的可能性与结果，风险是导 致项目遭受损失或失败的可能性。在投资项目中，风险是期望收益率与实际收益率的差 距，风险是造成损失的可能性；是工程现金流量低于期望的可能性；是导致建设部分或 完全失败的可能性 2 6 1 。 因此，风险是项目外部“成本”，即项目一种“损失或代价”。风险总是呈“负面”， 在进行项目可行性研究时必须考虑风险的这个特点。 2 1 2 风险的特征 a 风险来自项目外部，即外部环境与条件，而主要不是内部。 b 风险是事前人为无法控制的因素，对于能够有效控制或防范，不在风险分析之例。 c 风险具有明显的不确定性，且多数情况下随机变量的分布具有规律。 d 风险是可认识的，而不是“不可知论”，随着技术进步，人们的认识逐渐接近客观 实际。 4 第二章风险分析方法研究 e 风险是客观的，但是可以加以分散转移、规避和防范。 f 风险具有层次性，即存在主要、次要、阶段性、行业性等特点为，具体问题具体 分析，不能一概而论。 g 风险总是与回报相联系。风险低，回报也低：风险高，回报也高。因此风险有“激 励”作用，它激励人们不断克服和战胜风险取得事业的成功：如果一味惧怕风险， 畏首畏尾无所作为，将停步不前，一事无成。所以必须识别风险，重视风险，防 范风险，科学决策，走向成功。 根据以上风险特征和项目具体特点，去识别风险因素，并对风险因素进行定性和定 量分析，研究概率分布规律，规范风险约束机制，提出加强风险管理的有力措施。 人们通常认为，风险是遭至坏结果的可能性。这种理解从一定角度讲是正确可取的。 但它并不全面。一个比较全面的定义是：风险是可能出现的结果的任何不确定性。也就 是说，即便是好的方向的可能性也可以认为是一种风斟”】。 风险是指由于一些不确定性因素的存在，导致项目实施后偏离预期结果而造成损失 的可能性。风险分析是识别风险因素、描述项目结果的各种可能性以及各个风险因素对 结果的影响大小，最终为决策者提供有价值的参考，的各种技术和方法。风险因素的识 别是风险分析的第一步，只有先把项目风险因素全面提示出来，才能进一步通过风险评 估确定风险发生的可能性，判别风险程度，进而找出关键风险因素，提出规避风险对策， 降低风险损失。 2 1 3 风险因素识别 风险因素的识别应重点考虑如下四方面的内容： 1 具有不确定性和可能造成损失是风险因素的基本特征，要从这个基本特征入手去 识别风险因素； 2 投资项目的不同阶段存在不同的风险因素，可行性研究阶段的风险分析应针对决 策前研究涉及的风险因素进行； 3 风险因素依项目不同具有特殊性，因此，风险因素的识别要注意针对性，强调具 体项目具体分析； 4 。为了将风险因素识别清楚，必须层层剖析，尽可能深入到风险因素的最基本单元， 以明确风险的根本来源。 2 1 4 风险识别的方法 a 表格调查法。是识别风险的主要方法，它是以专家为索取信息的主要对象，各专 业的专家运用专业理论和丰富的实践经验，找出各种潜在的风险并对其后果做出 分析与估算。 b 故障树分析法。它是利用图解的形式，将大的故障分解成各种小故障，或对各种 西安石油大学硕士学位论文 引起故障的原因进行分析。故障树经常用于实践经验较少的风险辨别。 c 幕景分析法。是一种能够分析引起关键因素及其影响程度的方法。它可以采用图 表或曲线等形式来描述当影响项且的某种因素出现变化时，整个项目情况的变化 及其后果。 d 风险列举法。风险列举法是根据风险主体的各项活动的记录做出流程和其它参考 资料，通过这些资料来分析风险主体可能遇到的风险。风险列举法一般包括报表 分析法、流程图分析法和环境分析法。 2 2 风险分析 风险分析就是利用己知信息和合适的方法、措施、手段推测未知信息，确认风险主 体和风险客体及其状况、辨识与评估风险因素、明晰风险的状况、寻找消除风险对风险 主体威胁方法的行为担”。 在风险分析中，对于系统本身固有的随机不确定性的模拟，一般用统计学上的概率， 也即风险率来表征。从主观不确定性的类别和目前对其表征所用的数学方法两方面综合 来看，风险率的主观不确定性可分别用概率方法、模糊集理论方法以及灰色系统理论方 法加以量化。概率方法是基于风险率的主观不确定性遵从统计意义上的某一概率分布形 式的假定。模糊集理论方法是用模糊概率表达风险率的可能性概念。 风险分析是一种定性的和定量的估计方法，用来描述风险对于决策情况的影响。风 险分析一般混合了定性和定量两种分析技术。在识别了可能出现的结果和出现的概率后， 用风险分析方法来帮助决策者选择最佳方案。 风险分析的目的是为决策减少风险损失，提高决策的科学性、安全性和稳定性。具 体的说，风险分析应解决如下问题：1 、决策活动中可能会产生那些风险? 2 、产生风险 的因素是什么? 3 、这些风险会导致什么不利结果，出现的概率有多大? 4 、产生风险的 因素对风险的影响率即灵敏度是怎样分布的? 风险分析的基本任务是帮助决策者发现风 险和识别风险。风险分析的的一干原则是从引起风险的每一个因素入手，找出产生粉线 的关键性原因，判断风险的性质。 风险分析近些年来发展很快，一方面由于社会对风险分析的需要不断增加，另一方 面，科学的发展从技术上强有力地支持风险分析的研究：( 1 ) 由于市场经济的不断发展， 如何规避风险成为各个企业都必须考虑的问题。( 2 ) 监督测量工具的改进使得更精确地 描述众多相关因素的特征成为可能。( 3 ) 信息技术的发展使人们对信息的采集、整理、 分析和传输能力大大加强，增强了风险和分析的能力。 6 第二章风险分析方法研究 2 - 3 蒙特卡罗模拟 2 3 1 蒙特卡罗模拟的定义 蒙特卡罗( m o n t ec a r l o ) 方法又名模拟技术。它先是在原子弹研制过程中用于研究 微粒子的运动特性，5 0 年代引入企业经营活动的研究。目前，西方石油公司较普遍地采 用这一方法进行投资风险分析。例如对石油资源的评价已普遍采用这一技术，预测可能 找到的地质储量的概率分布【1 9 】。 蒙特卡罗模拟是利用不同分布的随机变量抽样序列，模拟给定问题的概率统计模型， 给出问题数值解的渐进统计估计值的方法，它允许分析者在描述不确定性参数分布时， 有选择概率分布的自由。这种模拟技术是研究处理有很多个随机变量综合结果的一种数 学方法。其基本原理是： 设有随机变量函数： y = g ( x l ，x 2 ，x 3 ，j 。) ( 2 - 1 ) 其中x j ，上：，x ，x 。是n 个( n 为有限整数) 相互独立的随机变量，并且各自具有一定的 概率分布。通过对各个自交量按其概率分布进行n 次随机抽样，并且对每一次抽样结果 都按式( 2 - - 1 ) 进行一次运算，得到一个y 值；这样，抽样运算n 次，当n 寸o o 时，这 n 次运算的结果便构成了y 的概率分布。从而通过实际运算，而不是通过理论推导，实 现了对变量的求解。 运算过程如下： ( 1 ) 确定各变量( 参数) 的性质及变量概率分布形式的描述； ( 2 ) 把各变量的概率分布转变为累积分布形式； ( 3 ) 利用随机数在各变量累积分布上取值抽样2 0 0 - - 5 0 0 次： ( 4 ) 按目标函数的数学模型进行模拟计算2 0 0 - - 5 0 0 次； ( 5 ) 将模拟结果的概率分布转换为累积分布形式： ( 6 ) 对模拟结果进行分析。 图2 1 给出了模拟技术的全过程。 西安石油大学硕士学位论文 工l 工2 工3工4 pp 屯，毛，五，) 图2 1 模拟技术分析过程示意图 2 3 2 蒙特卡罗模拟中常用的概率分布 自变量x 1 ，x ：，毛，x 。可以是连续型随机变量，也可以是离散型随机变量；可以服从 某一理论分布，也可以具有任意形态。随机抽样是通过各自变量的累积概率分布进行的。 模拟技术中常用的概率分布有均匀分布、三角分布、正态分布、对数正态分布、离散分 布和分段分布等。 1 均匀分布 均匀分布又称矩形分布，是一种最简单的连续型概率分布。它是指一随机变量x 在 其存在的范围内取得每一个值的概率是均等的。当仅知道某一变量的取值范围，而不知 k 第二章风险分析方法研究 道取值范围内各数值的概率大小时，可以用均匀分布来描述这一变量( 图2 2 ) 。 概率密度 f ( x ) = h( 2 - 2 ) 累积概率 均值 方差 h 0 f ( - ：c ) = ，( x ) 出2r 出= 吾三 = f 础= 半 冉f h * x 2 出= 譬 ab ( a ) f l 0 ab 图2 2 均匀分布及其相应的累积概率 ( 2 3 ) ( 2 4 ) ( 2 5 ) 2 三角分布 三角分布在模拟技术中应用广泛，它对逼近一些实际参数的随机性质具有很好的实 用效果。如果知道某一随机变量的取值范围( _ ，x ，) 并且知道x 取得数值z ：的可能性最 大，便可用三角分布来描述这一变量( 图2 3 ) 。钻井成本等参数往往可以用三角分布 有效地加以描述。 概率 只：兰丛( 而z 工2 ) ( 2 6 ) 累积概率 当( x ls x s x 2 ) 时， 最：蔓土0 ：工x 3 ) x 3 一x t 9 ( 2 7 ) 西安石油大学硕士学位论文 当( z 2s j 工3 ) 时， 均值 方差 h o f ( 工) ：只( 羔土) 2 z 2 一石l _ = c = 工1 + ( 工2 一工1 ) ( x 3 一x t ) f ( x ) ，( 工) ：1 一芝( ! 翌) 2 工3 一z 2 x = x 3 一、( x 3 - - x 2 ) ( x 3 - - x i ) ( 1 - f ( x ) ) = 半 盯z ：掣( 1 一只一只) 1 8 1 一 ( a )c o ) 图2 3 三角分布及其相应的累积概率 ( 2 8 ) ( 2 9 ) ( 2 1 0 ) ( 2 1 1 ) ( 2 1 2 ) f 2 1 3 ) 3 正态分布 正态分布是概率论中讨论最多的一种分布，也是风险分析中常采用的概率分布。现 实生活中的许多变量因素都服从或近似服从正态分布。如海洋的深度、雨量、积雪厚度、 企业利益水平、投资获利水平等。正态分布的广泛性，还在于其有很好的数学性质。一 方面，许多非正态分布以正态分布作为其渐进分布或极限分布。比如，二项分布、泊松 分布等都以正态分布作为其渐进分布；另一方面，任意样本均值的的分布都以正态为其 极限分布。当总体是正态分布时，则不论样本容量大小，样本均值都服从正态分布：当 总体不服从正态分布时，只要样本容量足够大，样本均值的分布也趋于正态分布。在模 拟技术中也有广泛的应用。在实际工作中，孔隙度、渗透率等参数往往可用正态分布较 好地描述。一般地，可以根据同一盆地的已有资料，来研究分析某些参数的性质，验证 是否服从正态分布，从而用于指导同一盆地或地质条件相同的其它地区参数的确定。正 o 第二章风险分析方法研究 态分布的形态，及其密度曲线和累积分布如图2 4 所示。 概率密度 其中z ：x - 2 盯 式中u 一一均值 盯一一方差 累积概率 m ) = 而1 e r q p l j 2 z 万 ，( z ) = ，( z ) d z ( a ) 图2 4 正态分布及其相应的累积概率 ( 2 1 4 ) ( 2 一1 5 ) 4 对数正态分布 若随机变量x 具有如下密度函数f ( x ) ： m ，：去唧 甓 删 。， 【0 x 0 则称该分布为对数正态分布，记作x l n 似，盯2 ) 。对数正态分布的密度曲线及其 相应的累积概率曲线如图2 5 所示。其与正态分布有如下关联性质： 1 若x 一( ，盯2 ) ，作y = e 。，则有y l n ，盯2 ) ，或有x = l n ( y ) 。l v ( 2 ，盯2 ) 。 2 若远小于盯时，则对数正态分布接近于正态分布。 3 若x l “n ( h l ，0 1 2 ) ，x 2 一( 2 ，0 2 2 ) ，且x 】与x 2 相互独立，记y = x 1 x 2 ，则 有y = x i x 2 。l n ( 2 1 + 2 2 ，吒+ 盯2 z ) a ( a )( b ) 图2 5 对数正态分布及其相应的累积概率 西安石油大学硕士学位论文 5 分段分布 分段分布实际上是分段的均匀分布，也可称作是直方图。严格说来，分段分布只是 一种统计图形，而不是实际的概率分布，它在实际工作中应用十分广泛。其做法是把某 变量的一组统计数字进行分组。计算出各组所含有x 的数据个数，并计算出各组所含数 据个数占全部数据个数的相对比例。其实就是先分组，而后计算各组的数据频数和频率， 从而据以作出图形。 表2 1 是根据2 0 口探井得出的某一油层厚度的统计数据，按其数值分为五组，并 计算出频数、频率、累积频率及其百分数，用表中第- n 和第三列数据，可以作出直方 图如图2 5 ( a ) 所示。用第一列和第四列( 或第五列) 数据，可以作出其累积概率如 图2 5 ( b ) 所示。 表2 - - 1 某油层厚度的统计数据 油层厚度( h ) ，i n 频数 频率 累积频率( r - 3累积频率百分数 5 0 _ 8 0 4o 2 00 2 02 0 8 r 1 1 0 7 o 3 5o 5 55 5 1 1 r 1 4 050 2 50 舳 8 0 1 4 1 1 7 030 1 50 9 59 5 1 7 r 2 0 0lo 0 51 0 01 0 0 2 0 1 0 0 0 5 0 4 o 3 0 2 0 1 0 l o 8 o 6 0 4 0 2 8 0 1 l o 1 4 01 7 02 0 0 ( b ) 图2 5 分段分布及其相应的累积概率 6 离散分布 离散分布是在随机变量的可能取值范围内，由有限个数字构成的一个集合。也就是 说，离散随机变量只可能取得一个孤立的数值。 图2 6 ( a ) 是离散随机变量x 的概率分布，可以看出，x 只可能取1 、2 、3 、4 、 5 五个数值之一，取得这些值的概率分别为0 ，2 、0 4 、o 2 5 、o 1 、0 0 5 。其相应的累积概 率如图2 6 ( b ) 所示。 第二章风险分析方法研究 o 5 0 4 o 3 0 2 0 + 1 0 f o12345 ( a ) 图26 离散分布及其相应的累积溉率 2 4 敏感性分析 2 4 1 敏感性分析的概念 敏感性分析是经济评价中常用的一种研究不确定性的方法，从广义上讲，它是研究 不确定因素对项目经济效益评价指标值的影响：具体来讲，它是在确定性分析的基础上， 重复分析不确定因素变化时将对经济效益评价指标的影响程度。敏感性分析的目的，就 是找出项目的敏感因素，并确定其敏感度，以预测项目承担的风险。一般进行敏感性分 析所涉及的不确定性因素有：产品产量、产品售价、主要原材料价格、燃料或动力价格、 可变成本、固定资产投资，对国民经济中包括：建筑期、及外汇汇率等，如果不确定因 素变动一点，导致目标值( 比如：净现值、投资收益率、投资回收期等) 的变动很大，就 称为强敏感性因素。反之，不确定因素变动较大而目标值变动较小，就称为弱敏感性因 素。一般来说，不确定性是风险的根源，但各种不确定性因素给项目带来的风险程度是 不一样的，强敏感性因素给项目带来的风险更大些。根据每次变动因素的数目不同，敏 感性分析可以分为单因素敏感性分析和多因素的敏感性分析。传统的敏感性分析多是单 因素的敏感性分析，故其作图也多是单因素敏感性分析图”。 敏感性分析是通过分析、预测项目主要不确定性因素，诸如投资、成本、价格、生 产规模和建设工期等参数发生变化时，对项目的经济结果指标，如投资回收期、净现值、 内部收益率等的影响，从中找出敏感性因素，并确定其影响程度。敏感性分析是经济决 策中常用的一种不确定性分析方法。 当某个影响因素发生较小的变化时，而结果指标发生较大的变化，则称结果指标对 此因素敏感；反之，若影响因素发生较大的变化时，结果指标发生较小变化，则称结果 指标对此因素不敏感。在多方案比较过程中，若某影响因素发生同样变化，结果指标变 化较大的方案为敏感性强的方案，结果指标变化较小的方案为敏感性弱的方案。 若最优方案对自然状态概率变动的反应不敏感，这样决策可靠性就大，决策错误的 风险就小。因此，在实际工作中，我们需要把概率值、损益值等在可能发生的范围内作 若干次不同的变动，重复进行多次计算，借以观察期望损益值是否相差很大，是否影响 最佳方案的选择。如果自然状态概率稍加变动，而晟优方案保持不变，则这个方案是比 一 一5 一。吣 一 _ j 一 ，一：一。 曲安年i 油大学硕士学位论文 较稳定的，决策可靠性大。反之，这个方案就是不稳定的，即灵敏度高，决策可靠性小， 需进一步分析，加以改进。 2 4 2 敏感性分析的目的 a 研究不确定性因素变化将引起结果指标变化的范围。 b 找出影响结果指标的最关键因素，即最敏感因素，并进一步分析这种因素产生不 确定性的原因。 c 通过对多个方案敏感性大小的对比，区别敏感性强或敏感性弱的方案，以选取敏 感性小的，即风险小的方案与项目规划方案。 d 通过可能出现的最有利与最不利的结果范围分析，寻找代替方案或对原方案采取 某些控制措施的办法，来确定现实的方案组成，或实现最佳控制。 2 4 3 敏感性分析的一般步骤 敏感性分析一般包括以下步骤： ( 1 ) 确定敏感性分析的指标，即确定敏感性分析的具体对象。一般说来，项目敏感性分 析的对象应该是项目的经济效益，而项目的经济效益是由作为评价标准的技术经济指标 加以反映的，如投资回收期、投资效果系数、净现值以及内部收益率等。 ( 2 ) 设定不确定因素及其变化幅度。应在调查研究的基础上，根据可能发生的情况和 实际需要而定。例如在邮电通信项目中，可能引起项目经济效益发生较大变化的主要因素 通常为：邮电资费标准，通信产品需求量，主要设备价格，外汇比值，经营成本和建设周期 等。在进行通信项目的敏感性分析时，通常仅需对固定资产投资、再分析收入和经营成本 等3 个因素的变化幅度作出假设。 ( 3 ) 分析、计算不确定因素的变化对指标的影响程度。首先假设在计算、分析一个不 确定因素变化对分析指标的影响时，其它因素不变，而且每个不确定因素变动的概率相 等。可根据已知的公式逐一计算各个不确定因素的变化对分析指标影响的具体数值，在此 计算的基础上，将结果加以整理，绘制成图表。 ( 4 ) 求出敏感因素。项目的敏感因素是指各个不确定因素在相同变化幅度的条件下， 影响项目经济效益较大的那个因素。只有充分了解和掌握项目的敏感因素，才能提高项目 经济评价的可靠性和实用性。可以在分析指标的表格表示法中，根据指标相对于不确定因 素的变化率来判断：或在分析指标的图像表示法中，根据因素曲线的斜率变化来判断。 2 4 4 敏感性分析方法 以下简单描述了实际应用中比较常见的敏感性分析方法。 ( 1 ) 名义范围敏感性分析( n o m i a lr a n g es e n s i t i v i t y a n a l y s i s - - n r s a ) 。也叫局部敏感 性分析或阀值分析。此方法适用于确定性模型。描述：单独改变一个输入的值，在其可 1 4 第二章风险分析方法研究 能的范围内取值，同时其他所有输入保持基本值不变。输出的变动用于评价模型对于此 输入的敏感度。优点是：相对简单，易于应用。当模型是线性模型，并且对于输入的可 能的取值范围有一定认识时，此法有较好效果。此方法可以对输入按重要程度排序。缺 点是：难以处理输入间的相互作用。对于非线性模型，此方法的结果是否可靠还不清楚。 ( 2 ) 几率对数差( d i f f e r e n c ei nl o g o d d sr a t i o 一? l o r ) 。是名义范围敏感性分析的一 种具体应用。当模型输出是概率时可用此法。描述：在条件c 下，事件e 发生的概率是 p ( c ) ，不发生的概率是1 - p ( c ) ，记l o r ( c ) = l o g ( p ( c ) ( 1 一p ( c ) ) ) ，用c 代表输入有变化，c 代表输入无变化，则工o r = l o r ( c ) 一l o r ( c ) 。优点是：当模型输出是概率时，? l o r 是一个有效的敏感度指标。缺点是：仅当模型输出是概率时才能应用此方法。并且名义 范围敏感性分析的缺点此方法也有。 ( 3 ) 无亏损分析( b r e a k e v e n a n a l y s i s ) 。无亏损分析与其说是一种方法不如说是一 种概念。此法的目的是评估当输入改变时决策的健壮性。描述：表现为一条无亏损线或 无差异曲线，比如等风险曲线。这条线上的每个点代表一种情况，并且它们对于决策者 来说没有差别。优点是：一个输入的不确定范围包含或越接近无亏损点，说明该输入对 于决策的意义越大，应该对该输入做进一步的研究。缺点是：无亏损分析不是一种能够 直接应用的方法。尽管它是一种有用的概念，但是当输入增多时，该方法的应用也越来 越复杂。并且该方法不能对输入按重要程度排序。 ( 4 ) 自动微分技术( a u t o m a t i cd i f f e r e n t i a t i o nt e c h n i q u e - - a d ) 。是一种计算大型模型 的局部敏感性的自动过程。计算机代码自动估计各个输入发生微小变化时输出的一阶偏 导数，以此作为局部敏感性的度量。描述：现存的大多数基于微分的敏感性分析方法， 比如数值微分法，有下列一个或多个局限：结果不精确，人力和时间的高耗费，数学公 式和实现计算机程序困难。为了克服这些局限性，发展了a d 方法。a d 本身不是一种 新方法，它是一个执行局部敏感性分析的技术。a d 用预编译器来实现，预编译器分析 复杂模型的代码，然后加入必要的指令以高效地计算一阶或高阶导数，节省计算时间和 降低复杂度。扩充后的结果代码用一个标准编译器来编译，以便代码能估算函数值、输 出和导数。a u t o m a t i cd i f f e r e n t i a t i o ni nf o r t r a n ( a d i f o r ) 是实现a d 的一种软件。优点是： a d 技术，比如a d i f o r ，不需要对模型的算法实现有详细了解。a d 在计算导数的差分 近似时表现出众，因其精度高耗时少。如果模型经常改动，a d i f o r 能够适应，而其它 技术很难适应。缺点是：使用a d i f o r 时，a d 技术只能局限于特定的计算机语言 f o r t r a n ，需要用户为模型提供f o r t r a n 代码。因为a d