（金融学专业论文）中国银联网络资金分配鲁棒优化模型研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ni ne c o n o m i c s ar e s e a r c ho nr o b u s t o p t i m i z a t i o nm o d e l f o r f u n da l l o c a t i o no fc h i n a u n i o n p a y n e t w o r k b yz o u y i s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f e s s o rg a oy i n g n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u l y2 0 0 7 。1 i 爹 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。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作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名：坪峙 日 期：研7 哆 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： - 一 。， q ， f 东北大学硕士学位论文摘要 中国银联网络资金分配鲁棒优化模型研究 摘要 近年来，随着计算机网络技术及银行间支付清算体系的不断发展与进步，银行业务 也随之发生了革命性的变革，银行的经营网点已从砖墙式建筑向a t m 、p o s 等网络支 付体系转移，银行卡及其服务己成为各大商业银行及存款机构的重要产品和核心业务。 银行卡运营网络状况的好坏，在银行的经营管理当中占有举足轻重的地位。因此，为了 保持银行卡网络j 下常的运行，银行应当在实现收益最大、抗风险能力最强的前提下为银 行卡网络分配适当的资金，以满足网络内银行卡的资金需求，这是当前银行管理者迫切 需要解决的难题。 本文将中国银联网络环境下的银行卡资金分配问题作为本文的研究对象，以中国银 联网络内银行卡不确定的资金需求为切入点，对中国银联网络环境下银行卡资金的分配 问题进行了初步研究。本文通过对中国银联网络下银行卡资金需求的分解与分析，使用 仿真优化混合情景生成算法生成银行卡资金需求情景矩阵，结合鲁棒优化的思想建 立了中国银联网络资金分配鲁棒优化模型。在此基础之上，文章结合中国银联网络的实 际环境，运用s p s s l 3 0 对仿真的情景进行聚类，得到了一个两阶段五个情景的情景树。 使用这一情景树描述网络内不确定的资金需求，并运用m a t l a b 7 1 的遗传算法与优化 工具箱求解模型，讨论了在不同模型鲁棒性权重下，对网络系统总收益、总收益方差和 需求偏离值平方和的影响，验证了鲁棒优化模型抗扰动、稳定性与可靠性高的特点。 关键词：中国银联网络；资金分配；不确定资金需求；鲁棒优化；情景生成 、一 t i ， f 一 i 东北大学硕士学位论文a b st l a c t ar e s e a r c ho nr o b u s t o p t i m i z a t i o nm o d e l f o r f u n da l l o c a t i o no fch i n au n i o n p a yn e t w o r k a bs t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，ar e v o l u t i o n a r yc h a n g eh a sh a p p e n e di nt h eb a n ks e r v i c e sf o l l o w i n gb y t h ec o n t i n u a ld e v e l o p m e n ta n di m p r o v e m e n to fc o m p u t e rn e t w o r k sa n di n t e r - b a n kp a y m e n t a n d c l e a n i n gs y s t e m t h e s e r v i c en e t w o r ko fb a n k sh a st r a n s f e r r e df r o mp h y s i c a l i n f r a s t r u c t u r e st on e t w o r kp a y m e n ts y s t e m ss u c ha sa t ma n dp o s b a n k c a r d sa n dt h e i r s e r v i c e sh a v eb e c o m et h ei m p o r t a n tp r o d u c t sa n dc e n t r a lb u s i n e s s t h eo p e r a t i o nc o n d i t i o n s o fb a n k c a r dn e t w o r k p l a ya ni m p o r t a n tr o l ei nt h em a n a g e m e n to fb a n k s t h u s ，b a n k ss h o u l d a l l o c a t ep r o p e rf u n df o rt h eb a n k c a r dn e t w o r kt om a i n t a i ni t sd a i l yo p e r a t i o ni nt h e p r e c o n d i t i o n so fr e a l i z i n gt h em a x i m a lr e t u r n sa n da n t i r i s ka b i l i t ya n ds a t i s f yt h e f u n d d e m a n d so f b a n k c a r d si nt h en e t w o r k ，w h i c hi st h eu r g e n tp r o b l e m st ob es o l v e db yb a n k e r s i th a sb e e nc o n s i d e r e di nt h i sd i s s e r t a t i o nt h a tt h ef u n da l l o c a t i o np r o b l e mi nt h e e n v i r o n m e n to fc h i n au n i o n p a yn e t w o r k t h ed i s s e r t a t i o nt a k e st h eu n c e r t a i nf u n dd e m a n do f c h i n au n i o n p a yn e t w o r ka sab r e a k i n gp o i n ta n dc a r r i e so nap r e l i m i n a r yr e s e a r c ho ni t a c c o r d i n gt ot h ed e c o m p o s i t i o na n da n a l y s i so ff u n dd e m a n do fb a n k c a r d si nt h ec h i n a u n i o n p a yn e t w o r k t h ed i s s e r t a t i o nm a k e su s eo fs i m u l a t i o n a n d o p t i m i z a t i o n b a s e dh y b r i d s c e n a r i og e n e r a t i o na l g o r i t h mt og e n e r a t et h ef u n dd e m a n ds c e n a r i om a t r i c e so fb a n k c a r d s a n de s t a b l i s h e st h er o b u s to p t i m i z a t i o nm o d e lf o rf u n da l l o c a t i o no fc h i n au n i o n p a yn e t w o r k o nt h ef o u n d a t i o no ft h i s ，t h ed i s s e r t a t i o nc l u s t e r st h es c e n a r i o sg e n e r a t e df r o ms i m u l a t i o n w i t ht h eh e l po fs p s s13 0a n do b t a i n sat w os t a g es c e n a r i ot r e e so ff i v es c e n a r i o s t h e u n c e r t a i nf u n dd e m a n d si nt h en e t w o r ka r ed e s c r i b e db yt h es c e n a r i ot r e e s m o r e o v e r , t h e g e n e t i ca l g o r i t h ma n do p t i m i z a t i o nt o o l b o x e so fm a t l a b 7 1a r eu s e df o rs o l v i n gt h em o d e l i th a sb e e nd i s c u s s e dt h a tt h ei n f l u e n c e so fd i f f e r e n tm o d e lr o b u s tw e i g h t so nt o t a lr e t u r no f n e t w o r ks y s t e m ，v a r i a n c eo ft o t a lr e t u r no fn e t w o r ks y s t e ma n ds q u a r es u mo fd e m a n d d e p a r t u r e si nt h ep a p e r f u r t h e r m o r e ，t h ea n t i - j a m m i n gf e a t u r e s ，s t a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t yo ft h e r o b u s to p t i m i z a t i o nm o d e la r ev e r i f i e d k e yw o r d s ：c h i n au n i o n p a yn e t w o r k ；f u n dm l o c a t i o n ；u n c e r t a i nf u n dd e m a n d ；r o b u s t o p t i m i z a t i o n ；s c e n a r i og e n e r a t i o n ， 东北大学硕士学位论文目录 目录 独创性声明i 摘要i i a b s t r a c t i i i 第1 章引言1 1 1 研究背景1 1 2 问题提出1 1 3 研究意义2 1 4 相关研究现状3 1 4 1 资金支付清算优化3 1 - 4 2 鲁棒优化方法3 1 4 3 描述不确定性的情景生成方法5 1 5 研究主要对象与方法5 1 6 研究主要内容6 1 7 论文框架6 第2 章相关概念及鲁棒优化与情景生成理论8 2 1 相关概念8 2 1 1 银行卡8 2 1 2 主要银行卡发卡组织9 2 1 3 中国银行卡发卡组织1 l 2 2 传统优化方法及相关理论1 3 2 2 1 线性规划1 4 2 2 2 有约束非线性规划1 5 2 2 3 整数规划1 7 2 3 鲁棒优化方法及相关理论1 7 2 3 1 鲁棒性的涵义1 7 东? 匕大学硕士学位论文 目录 2 3 2 鲁棒优化的性质与一般形式1 8 2 4 描述不确定性的情景生成方法1 9 2 4 1 情景树结构1 9 2 4 2 仿真聚类情景生成算法2 1 2 4 3 优化情景生成算法2 2 2 4 4 仿真优化混合情景生成算法2 3 第3 章银联网络资金分配鲁棒优化模型2 6 3 1 中国银联网络资金需求分析2 6 3 1 1 中国银联银行卡信息交换网络2 6 3 1 2 中国银联网络环境下银行卡资金需求分解2 6 3 2 模型假设2 8 3 3 符号定义2 8 3 3 1 上标与下标2 8 3 3 2 确定性参数2 8 3 3 3 不确定性参数2 9 3 3 4 决策变量2 9 3 3 5 其他变量3 0 3 4 银联网络资金需求的仿真优化混合情景生成算法3 0 3 4 1 算法3 0 3 4 2 初始化与参数预测3 1 3 4 3 随机仿真3 3 3 4 4 矩阵聚类3 4 3 4 5 概率计算3 4 3 5 目标函数3 6 3 6 约束条件3 7 第4 章银联网络环境下模型仿真计算3 9 4 1 数据选取3 9 4 1 1 发卡机构3 9 4 1 2 模型参数3 9 东北大学硕士学位论文 目录 4 2 情景生成结果4 l 4 2 i 第一阶段情景生成结果4 1 4 2 2 第二阶段情景生成结果4 6 4 2 3 最终情景树生成4 7 4 3 模型求解4 8 4 4 结果分析4 9 第5 章结论与展望5 4 5 1 主要结论5 4 5 2 本文不足与局限性5 4 5 3 未来研究的方向5 5 参考文献5 6 致谢5 9 攻读学位期间发表的论著情况6 0 附录6 1 _ 东北大学硕士学位论文第1 章引言 1 1 研究背景 第1 章引言 现代金融业务是由现代金融理论及信息技术、金融创新的结合与发展而诞生的，它 的突出特点是依靠应用软件来控制和监督金融业的经营。现代金融业务与传统金融业务 相比，其内涵发生了深刻变化：一是用电子货币的支付方式逐步代替传统的现金交易和 手工凭证的传递与交换，大大加快了资金的周转速度；二是金融业已从单一的信用中介 发展为一个全开放的、全天候的和多功能的现代化金融体系，是集金融业务服务和金融 信息服务为一身的金融“超级市场 ；三是金融业的营业网点已从砖墙式建筑向a t m 、 p o s 、网络、电话等系统转移，提高了金融业的效率，降低了经营成本；四是银行业务 重点从存、贷款转向提供金融服务和信息服务，使银行的收入结构发生了根本性的变化。 银行以传统的存、贷款利息作为主要收益来源的局面，将被以提供各种金融服务和金融 信息作为主要收益来源所代替。因此，商业银行信息技术应用能力和电子业务的研发水 平是发展现代金融业务，增强市场竞争力的关键。 近年来，随着计算机网络技术及银行间支付清算体系的不断发展与进步，银行业务 也随之发生了革命性的变革，银行的经营网点已从砖墙式建筑向a t m 、p o s 等网络支 付体系转移，银行卡及其服务已成为各大商业银行及存款机构的重要金融产品和核心金 融业务。截至2 0 0 6 年底，我国银行卡总量1 1 7 5 亿张，同比增长2 3 。其中借记卡1 1 1 9 亿张，增长2 2 ；信用卡5 6 0 0 万张，增长3 8 9 。2 0 0 6 年全年银行卡交易额预计超过 6 0 万亿元，其中消费交易金额超过1 6 万亿元，同比增长7 0 以上【1 1 。银行卡业务已成 为银行服务的一个新的增长点，银行卡运营网络状况的好坏，在银行的经营管理当中占 有举足轻重的地位。 1 2 问题提出 有关银行电子业务的研究文献通常从战略上来研究银行卡网络给参与者所带来的 利益，而很少有关于如何银行卡网络实际运行方面的理论研究。目前，国内以银行卡为 研究对象的文献主要分三类：一是基于产业理论的对我国银行卡产业运作机制和市场机 构的宏观研究，程贵孙和孙武( 2 0 0 6 ) 在双边市场理论基础之上，对我国银行卡产业的 运作机制进行了分析，并对相应的产业规制问题进行了评析【2 】；二是建立在理论模型基 础之上对银行卡网络发展的实证分析，李春燕和俞乔( 2 0 0 6 ) 构建了金融机构网络金融创 东北大学硕士学位论文第1 章引言 新产品扩散模型，并应用这一模型对中国台湾的信用卡及大陆的银行卡在金融市场扩散 的动态过程进行实证研究【3 】；三是对诸多影响银行卡业务发展的因素进行的分析和总结， 胥莉等( 2 0 0 5 ) 通过毫特林( h o t e l l i n g ) 模型，对商户受理银行卡的策略性行为进行了 分析【4 1 。当前我国对银行卡的研究多停留在产业研究和策略研究方面，很少涉及对银行 卡网络的资金运作方式的研究，特别缺少在银行卡需求不确定的情况下对银行卡网络的 资金分配层面的研究。 为了保持银行卡网络正常的运行，银行应当在实现收益最大、抗风险能力最强的前 提下为银行卡网络分配适当的资金，以满足网络内银行卡的资金需求，这是当前银行管 理者迫切需要解决的难题。银行卡网络资金的正常流动与清算通常依赖于两个因素：一 是网络的容量应当满足持卡人的资金需求，二是银行为网络所分配的资金应当能应付持 卡人的资金需求。只有满足这两点，银行卡网络才能真正实现全天候的实时运作，发挥 其支付和信用中介的作用。然而，由于持卡人的资金需求难以确定，所以银行卡网络的 资金分配问题研究一直是金融网络运行中的难题之一。 1 3 研究意义 随着银行电子支付和电子结算技术的进步，银行卡作为现代电子支付的重要媒介， 在当代社会支付结算中发挥着越来越重要的作用。如何为银行卡网络中的a t m 、p o s 及柜台配备适宜的资金，在符合市场需求的前提下提高收益、减少成本，是银行的资金 管理者需要着重考虑的问题。与此同时，由于银行卡的资金需求具有很大的不确定性， 如何准确预测银行卡的资金需求，在需求预测的基础之上为银行卡网络的实时和高效运 行提供适当的现金资金与账户清算资金，这就成为解决银行卡网络资金分配问题的关键 所在。银行卡资金分配问题中主要难题是如何处理消费者不确定的资金需求，因为银行 卡系统的稳定和高效运行需要充足的资金保障，预备过多资金会引起成本的增高，减少 银行卡业务的盈利能力；而过少的资金又会降低银行卡支付系统的可靠性，无法满足客 户的需求。 目前，对不确定问题处理多借助情景生成、概率分析和区间分析等手段，结合随机 规划方法，对期望收益( 损失) 进行最大( 最小) 化。其优化结果在外界经济环境发生 变化的时候，往往不能保持最优，甚至会与实际最优值产生较大偏离。此类方法在处理 不确定问题时，降低了优化结果的可靠性和稳定性。据可查文献显示，目前还很少有人 将不确定性引入到银行卡网络环境下的银行系统运营管理、特别是银行卡资金的分配问 题的研究中。所以，精确地描述银行卡资金不确定的资金需求，同时考虑满足不确定资 东北大学硕士学位论文 第1 章引言 金需求情况下的银行卡网络资金分配问题，为银行卡网络的实时高效运行提供适当的现 金资金与账户清算资金就显得尤为重要。适当的现金资金与账户清算资金准备既能在最 大程度上满足银行卡网络内持卡人的提现、消费及转账需求，又可以兼顾银行卡网络的 资金容量与处理能力，同时还考虑到了提供资金的成本与收益，对提高银行卡网络的运 营效率、实现银行资金的有效运用和提升银行卡业务的运营水平具有积极意义。 1 4 相关研究现状 1 4 1 资金支付清算优化 在银行间支付清算过程中，通常包含了数额巨大的资金与数量众多的参加者，支付 清算的过程通常可以被描述为一个离散优化问题，即银行清算问题( b a n kc l e a r i n g p r o b l e m ，b c p ) 。在这一优化问题中，清算资金的数量通常是作为目标函数，银行的清 算账户资金数量作为模型的约束条件。g i i n t z e r ，j u n g n i c k e l 与l e c l e r c ( 1 9 9 8 ) 通过对德 国最大银行间支付清算系统e a f 2 中出现的银行清算问题的研究，并提出了几个简单、 高效的启发式算法，并对这些算法进行了仿真分析，证明了算法的有效性【5 1 。s h a f r a n s k y 与d o u d k i n ( 2 0 0 6 ) 研究了同样的银行清算问题，即清算过程中银行只有有限的维持资 金的情况下，如何最大化银行间支付清算数量，满足账户资金清算的需要。通过对银行 清算问题复杂性的分析，证明了b c p 是一个不可逼近的离散优化问题。在此基础之上， 他们给出了一种解决银行清算问题的新近似算法。通过一个数值算例说明了算法的有效 性，同时给出了对算法的比较分析【6 】。s h a f r a n s k y 与d o u d k i n 使用计算机执行其近似算 法，在白俄罗斯银行清算中心的实际运行结果表明，在约2 0 的清算时期中其近似算法 都给出了较好的结果【6 】。 目前对银行间资金清算优化的研究，都侧重于传统运筹优化方法，此类方法通过采 用近似计算的方式求解银行清算问题的优化模型，在面临模型参数内部及外部扰动时 候，最优解往往不能保持最优的特性，不适于处理资金需求不确定情况下的银行间资金 分配问题。 1 4 2 鲁棒优化方法 鲁棒性( r o b u s t n e s s ) 通常用来表征控制系统在其特性或参数发生摄动时仍可使品质 指标保持不变的性能。鲁棒性原是统计学中的一个专门术语，2 0 世纪7 0 年代初开始在 控制理论的研究中流行起来，用以表征控制系统对特性或参数摄动的不敏感性。在实际 东北大学硕士学位论文第1 章引言 问题中，系统特性或参数的摄动常常是不可避免的。因此，鲁棒性已成为控制理论中的 一个重要的研究课题，也是一切类型的控制系统的设计中所必须考虑的一个基本问题【7 1 。 接婧( 2 0 0 5 ) 指出由于鲁棒性在学术界的研究日益增加，鲁棒性作为复杂系统的一种值 得注意的属性已经成为人们关注的一个热点议题。在面临不确定性和危机时，系统的鲁 棒性已经成为系统能否存在的关键因素，鲁棒性将是决定性的因素，而不是其他属性【8 】。 由于鲁棒优化具有抗内外参数扰动的鲁棒性，特别适合应用于具有很强不确定性的 系统环境中。因为利率、汇率、有价证券价格的波动频繁，且难于预测，所以鲁棒优化 在金融领域具有广泛的应用前景。v a s s i a d o u - z e n i o u 与z e n i o s ( 1 9 9 6 ) 在传统的仿真模 型基础之上，建立了两个可赎回债券的投资组合管理模型：惩罚下跌轨迹误差的鲁棒优 化单期模型与多期随机规划模型，将这两种模型应用于追踪债券指数，实证结果表明两 种模型的表现均优于债券指剡9 1 。m u l v e y 、v a n d e r b e i 与z e n i o s ( 1 9 9 5 ) 提出了鲁棒优化 模型的一般形式，解释了模型鲁棒性与解鲁棒性之间的冲突性，比较了线性规划、灵敏 度分析和随机线性规划之间的异同，指出了鲁棒优化抗内外参数扰动的特性，并列出了 鲁棒优化在资产负债管理情景免疫、空军飞行航线设计、发电站扩建、影像重建、结构 设计等领域的具体应用【1 0 】。b a i 、c a r p e n t e r 和m u l v e y ( 1 9 9 7 ) 指出了传统随机线性规划 解决应用问题时的局限性，研究了当决策者是风险厌恶时，鲁棒优化在电信网络设计和 金融投资组合选择中的应用【1 1 】。g o l d f a r b 与i y e n g a r ( 2 0 0 3 ) 研究了构建与求解投资组合 鲁棒优化模型的方法，在他们的鲁棒优化模型中，目标函数最小化最优投资组合与相关 市场参数间的统计误差。文献中引入了市场参数的“不确定结构，证明了对应于这些 不确定结构，鲁棒投资组合选择问题可以被重新表示为二次规划问题【l2 1 。b e r t s i m a s a 与 p a c h a m a n o v a ( 2 0 0 6 ) 研究了多阶段投资组合选择中的不同鲁棒优化方法，提出了多阶 段线性投资组合鲁棒优化问题的一般形式，当决策者对投资组合的结构具有特殊要求 时，线性的特性是这一类模型的显著特剧1 3 】。高莹等( 2 0 0 7 ) 运用线性矩阵不等式方法， 建立了以均值方差为基础的商业银行贷款组合选择的鲁棒优化模型，并使用多个期 望收益向量和协方差矩阵描述未来贷款收益的不确定性，从而得到了线性矩阵不等式的 求解方法【1 4 】。高莹与黄小原( 2 0 0 7 ) 在跟踪误差投资组合优化模型基础上，建立了具有 v a r 约束的跟踪误差投资组合鲁棒优化模型，同时以国内证券市场为背景，运用线性矩 阵不等式方法进行了实证计算，并与基准组合、跟踪误差投资组合模型和无v a r 约束的 跟踪误差投资组合鲁棒模型的投资结果进行了比较，结果表明了所建立模型要优于其它 模型15 1 。 目前鲁棒优化在经济管理领域得到广泛运用，鲁棒供应链运作、鲁棒飞行航线设计、 东北大学硕士学位论文笫1 章引言 鲁棒投资组合管理、鲁棒网络设计等是鲁棒优化应用的主要代表【9 之3 1 ，但在银行间资金 分配问题、特别是银行卡网络资金分配问题的研究中还未能检索到有关文献，很少人将 鲁棒优化引入银行卡网络资金分配问题的研究中。 1 4 3 描述不确定性的情景生成方法 情景通常用来表示随机参数的可能实现值，所有情景组成的集合被称为情景集，这 类含有离散化随机的情景集一般被视为随机参数在现实世界的替代，因此，情景方法被 广泛运用于描述现实世界中的不确定性随机参数，将确定性的情景集合输入到优化模型 当中以获得不确定条件下的最优解。情景生成方法得到了越来越多学者的重视。 c a s e y 与s e n ( 2 0 0 4 ) 指出当多阶段随机线性规划中的任意随机变量是连续时，问 题具有无穷多维，为了在数值上处理这个问题，经常使用一个有限维数的近似值来替代 它，因此在随机规划领域的一个主要挑战是发现更有效的途径去估计情景值和使用这些 信息去整理情景树【2 4 】。m u l v e y 、r o s e n b a u m 与s h e t t y ( 1 9 9 9 ) 提出了一种被称为“综合 参数估计”( i n t e g r a t e dp a r a m e t e re s t i m a t i o n ，i p e ) 的新的估计方法，并运用一种禁忌搜 索的变形，求解了这个非凸优化问题【2 5 1 。b a t l l e 与b a r q m n ( 2 0 0 4 ) 研究了一种燃料价 格情景生成方法，这种方法提出了随机易变性之间的强相关性，并设计了一个多变量 g a r c h 模型用来生成将来燃料价格的路径【2 6 1 。l a t o r r e 、c e r i s o l a 与r a m o s ( 2 0 0 7 ) 运 用一个具有两阶段的过程来生成情景树，首先生成一个能精确代表原始概率分布的情景 树，然后使用聚类方法来减小情景树大小，并对不同聚类方法进行了讨论【2 7 】。g u l p i n a r 、 s e t t e r g r e n 与s e t t e r g r e n ( 2 0 0 4 ) 介绍了基于随机仿真、优化与随机仿真优化混合情 景生成算法，并使用l o 只金融时报指数的成分股作为投资组合对其历史价格进行情景 生成，验证了提出方法的有效性【2 引。吉小东等( 2 0 0 6 ) 建立了一种基于聚类分析的多阶 段情景生成方法，考虑套利可能存在的情况给出了排除套利的线性规划模型，实证结果 表明该方法在模拟历史数据的变化趋势和多阶段投资组合决策方面的作用【2 9 1 。 1 5 研究主要对象与方法 中国银联网络目前为国内唯一的银行卡跨行信息交换网络，其成员银行包括了国内 四大国有商业银行、全部股份制商业银行、部分城市商业银行与信用合作机构，是我国 最重要的银行卡服务网络。据文献 3 0 显示，2 0 0 6 年银联标准银行卡境内新增1 4 4 亿张、 境外发行4 0 3 2 万张，同比增长1 8 0 。银联网络开通的地区已达到2 4 个，覆盖了9 5 以上中国人经常到达的地区。与此同时，银行网络的受理环境继续改善，截至2 0 0 6 年 东北大学硕士学位论文第1 章引言 底，全球能够受理银联卡的商户总数已经接近5 7 万家，入网p o s 机8 9 8 万台，受理银 联卡的a t m 机近4 0 万台。此外，2 0 0 6 年银联网络跨行交易达2 8 3 亿笔，其中消费交 易笔数同比增长5 8 1 ，取现交易笔数同比增长1 4 5 ；银联网络跨行交易总金额达1 8 万亿元，同比增长6 6 8 ，其中消费交易金额同比增长8 1 8 ，取现交易金额同比增长 3 0 8 5 t 3 0 】因此本文把中国银联网络环境下的银行卡资金分配问题作为本文的研究对象。 本文以银行卡网络内银行卡不确定的资金需求为切入点，使用仿真优化混合情 景生成算法描述银行卡不确定性的资金需求，与此同时，本文还运用鲁棒优化方法对仿 真优化混合情景生成算法所描述的银行卡的不确定性的资金需求进行处理，建立了 银联网络资金分配的优化模型。通过实际仿真计算，在得到模型的最优解之后，对模型 的鲁棒性进行了对比研究。本文试图通过权衡模型鲁棒性与解鲁棒性，在分析不同的模 型鲁棒性权重对网络系统总收益、总收益的方差以及需求偏离值的平方和所产生的影响 的基础之上，对各种不同的银联网络资金分配方案进行探讨。 本文着重运用对比分析、定性与定量分析相结合的方法，通过对鲁棒优化模型中解 鲁棒性与模型鲁棒性的对比分析，对不同抗扰动状态下的银联网络资金分配鲁棒策略进 行比较，综合分析其网络系统总收益的特点，以得出相关结论。 1 6 研究主要内容 本文首先介绍了银行卡、银行卡发卡组织、银行卡网络等相关概念，在对银行卡的 产生与发展进行分析介绍的基础上、阐述了其相关功能，还对银行卡在中国的产生与发 展、中国银联的成立及其网络进行了相关介绍。其次，本文在介绍传统优化方法的基础 之上，给出了鲁棒优化方法的一般形式及相关概念。然后，文章阐述了描述不确定性的 情景生成方法，并介绍了三种情景生成算法。文章接着对银行卡网络资金需求进行了分 析，结合a r i m a 模型，运用仿真优化混合情景生成算法处理银行卡不确定的资金 需求，建立了银联网络资金分配鲁棒优化模型，并在银联网络环境下对这一模型进行了 仿真运算，验证了模型的抗扰动、稳定性与可靠性高的特点。最后讨论了在不同模型鲁 棒性权重下，系统总收益、抗扰动性、稳定性与靠性之间的关系。 1 7 论文框架 本文框架如下： 第一章是引言。本章着重阐述论文选题的背景及意义，同时对资金支付清算优化、 鲁棒优化及情景生成的有关文献进行总结与回顾，阐述论文的主要研究对象和方法，明 东北大学硕士学位论文笫1 章引言 确论文的主要工作。 第二章是相关概念及鲁棒优化与情景生成理论。本章从银行卡、发卡组织等若干相 关概念出发，介绍了中国银联网络的相关内容。在介绍传统优化方法的基础上，引入鲁 棒优化方法的思想方法。在引入情景树有关概念的基础之上，介绍了三种情景生成算法： 仿真及随机聚类情景生成算法、优化情景生成算法和仿真优化混合情景生成算法， 并给出了算法的具体步骤。 第三章是银联网络资金分配鲁棒优化模型。本章在前文研究的基础上，通过对中国 银联网络下银行卡资金需求的分解与分析，运用a r i m a 预测时间序列参数，使用仿真 优化混合情景生成算法生成银行卡资金需求情景矩阵，在此基础上，结合鲁棒优化 的思想建立了银联网络资金分配鲁棒优化模型。 第四章是银联网络环境下模型仿真计算。本章在前文所提出的银联网络资金分配鲁 棒优化模型基础上，结合中国银联网络的实际环境，运用s p s s l 3 0 对仿真的情景进行 聚类，得到了一个两阶段五个情景的情景树。运用这一情景树描述网络内不确定的资金 需求，并运用m a t l a b 7 1 的遗传算法与优化工具箱求解模型，讨论了不同模型鲁棒性 权重对网络系统总收益、总收益方差和需求偏离值平方和的影响，验证了模型的抗扰动、 稳定性与可靠性高的特点。 第五章是结论与展望。本章是对全文的归纳与总结，主要总结了鲁棒优化在金融领 域的广泛应用前景及作用。最后指出了本文的局限性，提出了将来进一步研究的方向。 东北大学硕士学位论文第2 章相关概念及鲁棒优化与情景生成理论 第2 章相关概念及鲁棒优化与情景生成理论 2 1 相关概念 2 1 1 银行卡 根据中国人民银行发布的银行卡业务管理办法，银行卡是指由商业银行( 含邮 政金融机构) 向社会发行的具有消费信用、转帐结算、存取现金等全部或部分功能的信 用支付工具。银行卡的种类繁多、分类标准各异，银行卡业务管理办法中所规定的 银行的基本类型为两种：信用卡和借记卡。按照有关资料，借记卡，也可称储蓄卡，被 定义为由商业银行向公众发行的、具有消费信用、转账结算、存取现金等全部或部分功 能的支付工具。借记卡只能在账户存款金额内进行提款、消费和转账，不能透支。信用 卡，也可称贷记卡，被定义为由银行或信用卡公司向资信状况良好的个人和机构签发的 一种信用凭证，持卡人可在指定的特约商户购物或获得服务【3 。信用卡持卡人只能在银 行授予其的信用额度内进行提款、消费。因为信用卡可以透支，所以通常被视为发卡机 构发放循环信贷和提供相关服务的凭证，同时也是持卡人身份、地位和信誉的象征。 银行卡的雏形产生于美国，创立于纽约的“大莱俱乐部”( d i n e r sc l u b ) ，即大莱信 用卡公司前身。当时，大莱俱乐部为会员提供一种能证明身份和支计能力的卡片，会员 凭卡可在纽约2 家饭店2 7 家餐馆记帐消费，这就是银行卡的雏形1 9 5 2 年，美国加利福 尼亚州的富兰克林国民银行( f r a n k l i nn a t i o n a lb a n k ) 发行了第一张银行信用卡，标志 着银行卡的正式诞型3 2 】。 银行卡按不同的标准可分为不同的种类。银行卡按业务币种的不同可分为人民币 卡、外币卡与双币卡；按持卡人的不同可分为单位卡( 商务卡) 与个人卡；按卡片信息 载体的不同可分为磁条卡与芯片( i c ) 卡。按借记卡功能的不同还将其分为转帐卡、专 用卡和储值卡。其中转帐卡是实时扣帐的借记卡，可以用于存取现金、转账结算与刷卡 消费。专用卡一般用于专门用途( 即使用于百货、餐饮和娱乐行业以外) 、限制在特定 区域使用，可以进行存取现金、转帐结算，而不能用于刷卡消费。储值卡相当于一种预 存款的银行卡，根据持卡人要求，发卡银行将向其资金转入卡内，交易时直接扣款的借 记卡，相当于一种电子钱包。在我国，由于历史原因，信用卡还可分为两种，即贷记卡 和准贷记卡，区别在于两种卡的授信方式不同。国际通行的贷记卡是指发卡银行授予持 卡人一定的信用额度，持卡人可在信用额度内先提现或刷卡消费、再按照某一还款规则 东北大学硕士学位论文 第2 章相关概念及鲁棒优化与情景生成理论 归还欠款的银行卡。准贷记卡则是持卡人首先要按照发卡行的相关规定交纳一定金额的 备用金，当备用金账户余额不足支付时，力可在发卡银行规定授予的信用额度内透的银 行卡。在银行卡中，还有一种特殊的卡联名认同卡。一般是银行与机构合作发行的 银行卡产品，可以依附不同银行卡品种( 如联名借记卡或联名贷记卡) 。联名卡持卡人 在联名单位使用联名卡可以获得一定比例的折扣优惠或特殊服务，而持有认同卡通常表 示对卡片上记载的认同单位事业的支持。 银行卡的出现极大地促进了银行货币电子化服务的发展，在最大程度上减少了纸币 的使用，可以避免纸币流通过程中的损耗及免除运输保管费用，有利于促进消费、转账 和支付结算，具有使用方便快捷、使用范围宽广、功能多样、使用安全等突出特点。 2 1 2 主要银行卡发卡组织 最早的银行卡是信用卡，最早的发卡组织刚开始也是信用卡的发卡组织。作为一种 重要的信用支付工具，信用卡既可以由社会的资金的融通部门银行发行，也可以由 其他独立的信用卡公司发行，最早的信用卡并不是产生于银行部门。上世纪2 0 年代， 美国的一部分零售商店为了刺激消费、增加其销售额，向一些老顾客发行了一种信用筹 码，这些顾客可凭这种信用筹码的向其发行商店或分店赊购商品、分期付款，这就是信 用卡的最初形式。随着社会经济的发展和支付结算业务需求的增长，由于这种形式的信 用筹码用途单一、使用范围限定在发卡的商店和其连锁店，这种由零售商发行的信用筹 码，一直不能得到迅速的发展【3 3 】。社会需要一种通用的、多用途和有广泛使用范围的信 用支付工具。直到银行业介入信用卡领域，发行银行信用卡，再次激发了信用卡活力， 信用卡业务得到了迅速发展。首先发行银行信用卡的是美国加州富兰克林国民银行。此 后，越来越多的商业银行纷纷加入到发卡银行行列。由于银行资金雄厚、信誉良好、具 有一定的分支机构，所以这种由买卖双方以外的第三方发行的信用卡，得到了广泛应用， 信用卡的使用领域得到了极大地扩展，发行和办理信用卡业务也日益成为银行提供金融 服务、吸引客户和盈利的重要手段。 与此同时，随着信用卡业务的发展和客户数量的增加，对银行网点分布数量提出了 更高的要求，单一银行尤其是中小银行独立发行的信用卡就很难满足这种要求，联合发 卡成为了解决这一问题的重要手段，所以联合经营信用卡业务的国际信用卡组织应运而 生。第三方发行的信用卡主要包含了两种类型：银行信用卡与t r a v e la n de n t e r t a i n m e n t 信用卡。两类不同的信用卡也代表了目前世界上不同的信用卡产业运作的模式，即银行 卡协会信用卡发行模式和独立信用卡发行模式，银行卡协会信用卡发行模式的主要代表 东北大学硕士学位论文第2 章相关概念及鲁棒优化与情景生成理论 为世界上两个最大的发卡组织：威士( v i s a ) 与万事达( m a s t e r ) ；独立信用卡发行 模式的主要代表为美国运通卡和大莱信用卡【3 4 1 。信用卡国际组织的出现让信用卡的使用 不再限制在本地、本国，还可以跨越国界，在国际上通用。下面以银行卡协会信用卡发 行模式为例介绍银行卡发卡组织及其网络。 2 1 2 1 威士国际组织( v i s a ) 威士国际组织的前身是美洲银行信用卡公司，早在1 9 5 9 年美洲银行就开始在美国 加利福尼亚州发行“美洲银行卡( b a n ka m e r i c a r d ) ，2 0 世纪6 0 年代，银行信用卡在 发达国家的流行，美洲银行将其信用卡发行的许可证发售给美国和外国的许多银行。2 0 世纪7 0 年代美洲银行信用卡公司与西方国家的一些商业银行合作，于1 9 7 4