公共医疗服务设施的网络布局直接影响公共卫生服务水平,决定了城乡公共医疗服务体系建设的公平与和谐,对于提高全民健康水平、促进社会和谐具有重要意义。随着城乡发展在政府公共投入和居民收入等方面差距的增加,公共医疗服务资源在城乡和群体之间呈现出明显的不均等状况,导致公共医疗服务总供给与日益增长的公共医疗服务需求之间缺乏良好的匹配度,严重影响了公共卫生服务水平的提高。优化公共医疗服务设施网络迫在眉睫。由于公共医疗服务设施网络的改造项目依托于大量的人力和物力资源,因此需要政府部门和公共卫生相关职能部门协调配合,共同决策,制定合理有效的网络优化方案,这也使得公共医疗服务设施网络优化问题变得更加复杂。公共医疗服务设施网络优化问题的挑战性主要体现在多个主体之间决策关系的刻画与建模,和带有黑箱模型的大规模离散双层规划的有效求解方法的设计两个方面。一方面,在公共医疗服务设施网络优化问题中,政府部门为公共医疗服务设施网络改造项目提供财政补贴,致力于提高公共医疗服务设施网络效用,提升公共卫生服务水平;另一方面,公共卫生相关职能部门则在政府部门财政补贴支持下实施具体的设施选址和服务区域划分工作,作为公共医疗服务设施的建造者和运营管理者,职能部门具有一定的趋利性。但是政府部门要求职能部门在运营的同时亦要救死扶伤,保证实现一定的社会福利价值。政府部门和职能部门的决策目标相互冲突,政府部门对职能部门有一定的管控性,二者之间的决策过程属于斯塔克尔伯格博弈。本文结合双层规划理论和公共医疗服务设施网络优化问题的特点,利用离散双层规划对双决策主体下带有补贴的公共医疗服务设施网络优化问题进行建模。另一方面,双决策主体下带有补贴的公共医疗服务设施网络优化问题的求解具有极大的挑战性,例如,公共医疗服务设施网络效用的度量难以直接定性分析,基于历史数据构造的效用函数的黑箱模型难以解析化表达,离散双层规划的可行域非常复杂并且难以刻画,实际问题中的大规模离散双层规划的求解更是极具挑战性。如何设计有效的数据驱动方法和高效的精确算法,从而求解带有黑箱模型的大规模离散双层规划问题是双决策主体下带有补贴的公共医疗服务设施网络优化研究的关键。本文结合公共医疗服务设施网络优化问题的特点为离散双层规划模型量身设计加强版分支规则,设计精确的分支定界算法,结合实际问题和数据设计仿真方法,为大规模公共医疗服务设施网络优化问题提供最优方案。本文的主要研究内容如下:（1）双决策主体下带有补贴的公共医疗服务设施网络优化问题分析与建模。对双决策主体下带有补贴的公共医疗服务设施网络优化问题进行界定,描述政府部门和公共卫生相关职能部门的决策目标,分析两个主体之间的决策过程,并结合政府部门财政补贴方案和宏观指导方针以及公共医疗服务设施选址的物理条件,建立具有普适性的离散双层规划模型,并基于分层抽样方法和符号回归方法对网络效用函数的解析化表达设计仿真方案。（2）双决策主体下考虑总量补贴情境的公共医疗服务设施网络优化算法。针对总量补贴情境下的公共医疗服务设施网络优化模型的上层包含一维离散决策变量、下层包含多维离散决策变量的结构特点,提出一种定制分支思想,能够有效提升一般分支规则的效率。通过数值实验分析发现定制分支思想在求解较大规模算例时的加速效果更显著,能够有效缩短大规模问题的计算时间。（3）双决策主体下考虑定向列表补贴情境的公共医疗服务设施网络优化算法。针对定向列表补贴情境下的公共医疗服务设施网络优化问题,设计分支定界框架下的高效精确算法求解一般形式的离散双层规划问题。在数值实验中,建立实验算例集合,其中包括离散双层规划算法研究领域中已公开的所有一般双层整数规划算例,以及本文随机生成的大规模算例。将本章加强版分支定界算法与历史文献中求解效果最好的精确算法进行比较,实验结果表明本章算法在求解规模最大、复杂性最高的问题时具有明显优势。（4）应用研究。结合某地区的急救医疗数据和创伤事件历史记录,将双决策主体下带有补贴的公共医疗服务设施网络优化问题的理论研究应用到该地区由政府部门和医院系统共同决策的创伤中心网络优化实际问题中,为创伤中心网络优化提供最优方案。经检验,优化后的创伤中心网络的效用值得到明显提升,改善了该地区医疗急救系统中由于创伤中心分布不均匀导致分级诊疗错误频发的现状,有助于为该地区公民提供更好的医疗急救服务,进而验证了本文所提出的方法论的有效性和实用性。本文的研究内容在理论层面上丰富了数据驱动理论与方法领域、斯塔克尔伯格博弈理论与应用领域、离散双层规划领域的研究,丰富了基于数据驱动方法的网络优化理论,填补了离散双层规划领域中针对大规模问题的精确算法设计方面的空缺。本文的研究成果在应用层面上能够显著提升公共医疗服务设施网络的效用和服务水平,维系公共医疗服务设施的运营与管理,有效改善公共医疗服务设施网络分布不均匀的缺陷,提高公共医疗服务总供给与日益增长的公共医疗服务需求之间的匹配度,从而提升公共卫生服务水平。