Matematični modeli in operacijske raziskave v bioznanostih

Opis predmeta

Predmet je glede na vsebino izrazito metodološki, saj je glavni poudarek na oblikovanju modelov za podporo odločanju v bioznanosti.

1. Pristop k matematičnemu modeliranju in definiranju problemov/modelov

• postopek matematičnega modeliranja in pregled pristopov glede na različne probleme v bioznanosti
• odločitveni proces kot ekološko-ekonomsko-socio-tehnični proces v naravnih sistemih
• struktura sistema in integracija posameznih kvantitativnih in kvalitativnih metod v celovit model (sistem) upravljanja z naravnimi sistemi (decision support systems – DSS)

• izbrana poglavja iz linearne algebre, verjetnostnega računa, diferenčnih in diferencialnih enačb, teorije grafov, zaporedij in vrst (Taylorjeva in Fouriereva vrsta), funkcij dveh spremenljivk (gradient)

• vloga in pregled postoptimalnih testov in analiz ter adaptivnosti pri vrednotenju rešitev celovitega modela
• vloga  in pregled ustreznih računalniških programov (Excel, Expert Choice, MS project, Web-HIPRE, itd)

1. Linearni in nelinearni modeli

• faze odločanja, diskretni in zvezni sistemi, linearni modeli, analiza ovojnice podatkov (DEA), odločanje po več kriterijih, večkriterialno linearno programiranje, ciljno programiranje, Kuhn-Tuckerjev izrek
• preferenčne relacije, odločanje v popolni negotovosti in s tveganjem, vrste konkuriranja, opis strateške situacije, koncepti nekooperativnih iger, Nashovo ravnovesje, dinamične igre, igre z nepopolnimi informacijam

• splošni linearni modeli, dualnost in teorija občutljivosti, celoštevilsko linearno programiranje
• nelinearni modeli (Lagrangeovi multiplikatorji, kvadratično in separabilno programiranje)

1. Večfazni procesi

• pomen grafov in maksimalni tok skozi graf (Bellmanov princip optimalnosti)
• diskretni deterministični in stohastični dinamični modeli

• homogene Markovske verige
• kombinatorična optimizacija
• teorija lokacije
• modeli oskrbovalnih sistemov

1. Večparametersko odločanje

• metodi ELECTRE in PROMETHEE

• hierarhični modeli (AHP, ANP, DEXi)
• conjoint analiza (CA)
• funkcije koristnosti (MAUT)

1. Metode mehke logike in kvalitativne metode za ocenjevanje netržnih koristi

• uvod v mehko logiko, lingvistične spremenljivke in relacije med njimi
• mehko linearno programiranje
• metode za ocenjevanje koristi in stroškov okolja (direktne – CVM, WTP, WTAC in indirektne metode – TCM)
• skupinsko odločanje in družbena izbira, metode vrednotenja alternativ glede na več odločevalcev
• ekonometrijsko modeliranje in ocenjevanje njegovih parametrov
• metode za merjenje biodiverzitete (indeksi, parametri)

Cilji in kompetence

Izobraževalni cilji: Temeljni izobraževalni cilj je seznanitev slušatelja z zahtevnejšimi matematičnimi pojmi in odločitvenimi modeli. Cilj je tudi, da slušatelj poglobi, predvsem pa pridobi dodatna znanja s področja linearnih in nelinearnih modelov, večkriterialnih in večfaznih modelov, ter metod za vrednotenje in razvrščanje odločitev pri upravljanju z okoljem.

Pridobljeno znanje naj bi zagotovilo razumevanje odnosov med obravnavanimi vsebinskimi kategorijami in metodološkimi orodji, tako da bo slušatelj razumel zmožnost posameznih metod in občutljivost rešitev konkretnih problemov glede na spremembe vhodnih podatkov.

Kompetence: Študent bo obvladal bistveno terminologijo s področja matematičnega modeliranja, seznanjen bo z razvojnimi trendi in raziskovalnimi dosežki na področju modeliranja. Študent bo pridobil specifična znanja, potrebna za uspešno samostojno iskanje dodatnih informacij oziroma širjenje znanja metod modeliranja na področje bioznanosti.

Metode poučevanja in učenja

Izvajanje predmeta bo organizirano s predavanji (10 ur), projektno/seminarsko nalogo (15 ur), laboratorijskimi vajami s pomočjo ustrezne programske opreme (15 ur), konzultacijami (5 ur) in samostojnim delom študenta (80 ur)

Predvideni študijski rezultati

Znanje, razumevanje in uporaba

Predviden študijski rezultat je kandidata usposobiti za samostojno raziskovalno delo na področju modeliranja in sprejemanja optimalnih odločitev v bioznanosti ob upoštevanju ekonomskih, ekoloških in socialnih faktorjev. Rezultati teh raziskav bodo pomemben prispevek k temeljnim in aplikativnim raziskavam na področju upravljanja z naravnimi sistemi v Sloveniji kot tudi v svetu.

Refleksija in prenosljive spretnosti

Predmet predstavlja metodološki predmet, ki usposablja študenta za razumevanje teorije metod optimiranja in uporabo le-teh v strokovni praksi – na področju bioznanosti. Usmerja študenta v kritično vrednotenje dobljenih rezultatov in zaključkov.

Pridobljene spretnosti pa so: logično sklepanje, natančno formuliranje problemov, kritičen odnos do prebranega in lastnih rezultatov, razumevanje procesov, identifikacija, formulacija in reševanje kvantitativnih modelov, pisno poročanje.

Reference nosilca

GROŠELJ, Petra, ZADNIK STIRN, Lidija. Between compromise and consensus in group decisions in forest management = Grupno odlučivanje u upravljanju šumama : između kompromisa i konsenzusa. Šumarski list, ISSN 0373-1332, 2013, god. 137, br. 7/8, str. 403-410, ilustr. http://www.sumari.hr/sumlist/pdf/201304030.pdf. [COBISS.SI-ID 2146441], [JCR, SNIP, Scopus do 5. 11. 2013: št. citatov (TC): 0, čistih citatov (CI): 0, čistih citatov na avtorja (CIAu): 0, normirano št. čistih citatov (NC): 0]
kategorija: 1A4 (Z1); uvrstitev: SCI, Scopus, MBP; tipologijo je verificiral OSICB
točke: 22.84, št. avtorjev: 2

2.  GROŠELJ, Petra, ZADNIK STIRN, Lidija. Acceptable consistency of aggregated comparison matrices in analytic hierarchy process. European journal of operational research, ISSN 0377-2217. [Print ed.], 2012, vol. 223, no. 2, str. 417-420, graf. prikazi. http://dx.doi.org/10.1016/j.ejor.2012.06.016, doi: 10.1016/j.ejor.2012.06.016. [COBISS.SI-ID 2033801], [JCR, SNIP, WoS do 12. 2. 2014: št. citatov (TC): 1, čistih citatov (CI): 1, čistih citatov na avtorja (CIAu): 0.50, normirano št. čistih citatov (NC): 3, Scopus do 8. 1. 2014: št. citatov (TC): 6, čistih citatov (CI): 6, čistih citatov na avtorja (CIAu): 3.00, normirano št. čistih citatov (NC): 21]
kategorija: 1A1 (Z1, A'', A', A1ll/2); uvrstitev: Scopus (d,h), SCI, SSCI, MBP; tipologijo je verificiral OSICD
točke: 67.57, št. avtorjev: 2

3. OBLAK, Leon, ZADNIK STIRN, Lidija, MORO, Maja, HROVATIN, Jasna, MOLE, Samo, KITEK KUZMAN, Manja. Choice of quantitative method for forecasting of parquet sales = Izbor kvantitativne metode za predviđanje prodaje parketa. Drvna industrija, ISSN 0012-6772, 2012, vol. 63, no. 4, str. 249-254. [COBISS.SI-ID 2071689], [JCR, SNIP, WoS do 5. 2. 2013: št. citatov (TC): 0, čistih citatov (CI): 0, čistih citatov na avtorja (CIAu): 0, normirano št. čistih citatov (NC): 0, Scopus do 28. 8. 2013: št. citatov (TC): 2, čistih citatov (CI): 2, čistih citatov na avtorja (CIAu): 0.33, normirano št. čistih citatov (NC): 2]
kategorija: 1A4 (Z1); uvrstitev: SCI, Scopus, MBP; tipologijo je verificiral OSICB
točke: 9.5, št. avtorjev: 6

4.  PEZDEVŠEK MALOVRH, Špela, GROŠELJ, Petra, ZADNIK STIRN, Lidija, KRČ, Janez. The present state and prospects of slovenian private forest owners' cooperation within machinery rings = Sadašnje stanje i perspektive suradnje privatnih šumovlasnika Slovenije u udruženjima za uporebu šumske mehanizacije. Croatian journal of forest engineering, ISSN 1845-5719, 2012, vol. 33, iss. 1, str. 105-114, ilustr. http://hrcak.srce.hr/file/128037. [COBISS.SI-ID 3414950], [JCR, SNIP, WoS do 8. 1. 2014: št. citatov (TC): 2, čistih citatov (CI): 2, čistih citatov na avtorja (CIAu): 0.50, normirano št. čistih citatov (NC): 2]
kategorija: 1A3 (Z1); uvrstitev: SCI, Scopus, MBP; tipologijo je verificiral OSICB
točke: 16.75, št. avtorjev: 4

5   GROŠELJ, Petra, PEZDEVŠEK MALOVRH, Špela, ZADNIK STIRN, Lidija. Methods based on data envelopment analysis for deriving group priorities in analytic hierarchy process. Central European Journal of Operations Research, ISSN 1435-246X, 2011, vol. 19, iss. 3, str. 267-284, ilustr. http://dx.doi.org/10.1007/s10100-011-0191-x, doi: 10.1007/s10100-011-0191-x. [COBISS.SI-ID 3119270], [JCR, SNIP, WoS do 2. 10. 2013: št. citatov (TC): 2, čistih citatov (CI): 1, čistih citatov na avtorja (CIAu): 0.33, normirano št. čistih citatov (NC): 1, Scopus do 26. 6. 2013: št. citatov (TC): 3, čistih citatov (CI): 2, čistih citatov na avtorja (CIAu): 0.67, normirano št. čistih citatov (NC): 8]
kategorija: 1A3 (Z1); uvrstitev: Scopus (d,h), SCI, MBP; tipologijo je verificiral OSICB
točke: 24.84, št. avtorjev: 3

6.         LIPUŠČEK, Igor, BOHANEC, Marko, OBLAK, Leon, ZADNIK STIRN, Lidija. A multi-criteria decision-making model for classifying wood products with respect to their impact on environment. The international journal of life cycle assessment, ISSN 0948-3349, 2010, vol. 15, no. 4, str. 359-367, ilustr. http://dx.doi.org/10.1007/s11367-010-0157-6, doi: 10.1007/s11367-010-0157-6. [COBISS.SI-ID 2538662], [JCR, SNIP, WoS do 8. 10. 2013: št. citatov (TC): 4, čistih citatov (CI): 4, čistih citatov na avtorja (CIAu): 1.00, normirano št. čistih citatov (NC): 2, Scopus do 9. 7. 2013: št. citatov (TC): 4, čistih citatov (CI): 4, čistih citatov na avtorja (CIAu): 1.00, normirano št. čistih citatov (NC): 2]
kategorija: 1A1 (Z1, A', A1/2); uvrstitev: SCI, Scopus, MBP; tipologijo je verificiral OSICB
točke: 32.14, št. avtorjev: 4

Temeljni viri in literatura

• Bouyssou, D., Marchant, T., Pirlot, M., Tsoukias, A., Vincke, P., 2006. Evaluation and Decision Models with Multiple Criteria; Stepping Stone for the Analyst. Springer, New York, 445 str., ISBN: 0-387-31098-3
• Curwin, J., Slater, R., 2008. Quantitative methods for business decisions. Thomson Learning, London.
• Ishizaka, A., Nemery, P., 2013. Multi-CriteriaDecision Analysis, John Wiley. 

• Kant,S., Berry, R.A., 2005. Economics, Sustainability and Natural Resources: Economics of Multiple Forest Use. Springer, Dordrecht, The Netherlands, 272 str., ISBN:1-4020-3465-2.

• Klein, M., Methie, L.B., 1990. Expert systems: a decision approach with applications in management and finance. Addison-Wesley Pub. Company, New York.

• Pukkala, T., 2002. Multiobjective forest planning, Kluwer.

• Shields, D.J., Martin, I. M., Martin, W.E., Haffele, M.A., 2002. Survey results of the American Public'c values, objectives, beliefs and attitudes regarding forests and grasslands. USA Dept. Of Agriculture, Washington DC.
• Weintraub, A., Romero, C., Bjorndal, T., Epstein, R., 2007. Handbook of Operations Research in natural resources, Springer.
• Winston, W., 1998. Operations research: applications and algorithms. Duxbury Press, Belmont.
• Članki iz tekoče znanstvene periodike s področja modeliranja in upravljanja v naravnih sistemih (Forest Science, Forest Ecology and Management, Ecological Modeling, European Journal of Operations Research, Central European Journal of Operations Research,….…) posredovani na predavanjih in vajah .