運用Excel創建蒙地卡羅方法
2015/4/1 作家:李育文

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蒙地卡羅方法(Monte Carlo method)是廣泛運用的方法,特別在企業管理、金融工程、總體經濟、生物醫學、物理化學等領域均可運用。對專案經理而言,在專案風險評估上,蒙地卡羅方法提供量化參考依據。
相信各位讀者或許對『蒙地卡羅方法』一詞並不陌生,因為在PMBOK@ Guide都有提到;但如何實務運用就較為困難,加上蒙地卡羅方法需要結合軟體運用會較為方便,但使用那種軟體、軟體介面熟悉度、或者軟體的費用等,這就需要再三評估。筆者提供一個普遍性的軟體來介紹,這軟體相信大家都非常熟悉,就是微軟Excel軟體。各位不用太訝異,其實Excel可以發揮功能非常多,不用過度迷信特定分析軟體。但要會使用Excel創建蒙地卡羅方法,首先要了知道該方法基本架構與假設,才能了解為何Excel可以協助支援。
什麼是『蒙地卡羅方法』?蒙地卡羅是一種數值方法,利用亂數取樣 (random sampling) 模擬來解決數學問題。一般公認蒙地卡羅方法一詞為著名數學家 John von Neumann 等人於1949年一篇名為「The Monte Carlo method」所提出。
為什麼會稱之為『蒙地卡羅』?在數學上,所謂產生亂數,就是從一給定的數集合中選出的數,若從集合中不按順序隨機選取其中數字,這就叫是亂數,若是被選到的機率相同,這就叫是一均勻亂數。例如擲骰子,出現1點至6點骰子出現機率均等(各六分之一)。在早期電腦設備尚未完備時,研究者就是利用賭場輪盤以機械方式產生亂數,所以才會以摩洛歌首都,蒙地卡羅(賭城)命名。
所以蒙地卡羅方法要先知道事件發生的"次數"與"機率"。舉個例子,某一銀行櫃台在評估現有櫃台人員是否需要增設,避免顧客等候太久,造成滿意度下降。可是如果每增設一位行員就會多一位人力成本,這也是管理階層所擔心。
一般來說到銀行的顧客通常是隨機性,因此可視為亂數,而發生次數的多寡就會得出機率。例如,發生一百次中,出現一次的機率為0.01(或稱為1%)。另外,在統計學中非常強調『常態分布(Normal Distribution)』,所以一般來說建議要調查時間次數要多(亦指樣本數不能太少,統計學上建議至少有30個樣本以上),才能盡量降低分析的誤差。舉例來說,銀行在過年前跟後總是會有大批民眾等候,如果銀行只取過年前或過年後幾天來做分析,可能評估下來,增設十位行員都不夠。
那對於專案經理要如何運用『蒙地卡羅方法』?根據MBA智庫百科(http://wiki.mbalib.com/),提供專案管理中蒙特卡羅方法的執行步驟如下:
Step 1:對每一項活動,輸入最小、最大和最可能估計數據,做為其選擇一種合適的先驗分布模型。
Step 2:電腦根據上述輸入,利用給定的某種規則,快速實施充分大量的隨機抽樣。
Step 3:對隨機抽樣的數據進行必要的數學計算,求出結果。
Step 4:對求出的結果進行統計學處理,求出最小值、最大值以及數學期望值和單位標準差。
Step 5:根據求出的統計學處理數據,讓電腦自動生成機率分布曲線和累積機率曲線(通常是基於常態分布的機率累積S曲線);
Step 6:依據累積機率曲線進行專案風險分析。
根據上述步驟,我們以微軟Excel開始計算。
Step 1:先求出十分鐘內顧客出現人數"標準差"。
該銀行之前是以各級距區間來紀錄,因此以各級距中位數視為出現人數。
Step 2:根據分布次數,將中位數Key入Excel中。
請各位筆者用滑鼠拖曳方式輸入,"3"輸入5次、"8"輸入15次、"13" 輸入30次、"18" 輸入30次、"23" 輸入15次、"28" 輸入5次,總計為100次。
Step 3:撰寫函數"=AVERAGE(A2:A101)" 即得出平均數15.5;撰寫函數"=STDEV(A2:A101)"標準差6.05。
Step 4:接著結合Excel函數中的"NORMINV"加上"RAND"。完整的函數公式為"=NORMINV(RAND(),平均數,標準差)"。
請各位筆者用滑鼠拖曳方式即可創建出100個蒙地卡羅摸擬數字。另外,筆者在創建出蒙地卡羅摸擬數字後,亦可以透過鍵盤上的"F9"做隨機更新,而更新所產生的數字原則仍與Excel函數規則一樣。
Step 5:接著將蒙地卡羅所模擬產出的數字,整理並彙整。
Step 6:接用利用Excel圖表功能(工具列/插入/圖表/直條圖),繪製成長條圖。
Step 7:亦可透過Excel協助產生累積機率曲線。
上述為如何利用Excel創建蒙地卡羅方法的過程,至於結果要如何改善,則端看各位智慧的專案經理。各位讀者在進行蒙地卡羅分析時,比較常遇到是"樣本數",因為沒有樣本數就無法得出機率、平均數、標準差等數據。另外,面對新問題或質性相關問題,該方法仍有局限之處。
最後筆者推薦另一套協助軟體,在創建蒙地卡羅也可以利用『Crystal Ball』這套軟體,
不過該軟體則需有付費使用的問題,請各位讀者評估。
著作:
以PMP觀點:專案經理工具箱(經瑋出版社,2015年)
以PMP觀點:Project 2010實務操作與運用(易習出版社;2011年)
微軟認證技術專家MCTS 70-632攻略:Project 2007(易習出版社;2010年)
授課機構:全省職訓機構、巨匠電腦、大專院校
專長:量化統計、專案管理
擅長軟體:SPSS、MS Project
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