Este documento presenta un enfoque matemático para analizar los costos de reducción de carbono y la asignación de permisos de emisión de carbono en los sectores industriales de China. Utilizamos datos de entrada-salida de 30 provincias chinas entre 2009 y 2018 para estimar los costos de reducción de carbono mediante la aplicación del modelo de eficiencia de medida basada en holgura (SBM) y su forma dual. El modelo SBM captura las ineficiencias y ofrece un marco riguroso para medir los costos de reducción. Utilizando estos costos, desarrollamos un modelo de análisis de envoltura de datos (DEA) de asignación centralizada, que maximiza los beneficios sectoriales a través de una redistribución óptima. Este modelo DEA se formaliza como un problema de programación lineal, con el objetivo de determinar las asignaciones eficientes de permisos de carbono manteniendo la productividad económica del sistema. Además, construimos modelos DEA de asignación intertemporal, interregional y espacio-temporales para examinar la dinámica de la asignación de permisos de emisión de carbono a lo largo del tiempo, el espacio y las dimensiones espacio-temporales combinadas. Estos modelos ofrecen información sobre la eficiencia de los mercados de carbono bajo condiciones variables. Nuestras nuevas formulaciones matemáticas propuestas revelan estrategias de asignación óptimas que pueden equilibrar las reducciones de emisiones con la productividad industrial. Este estudio también proporciona marcos matemáticos novedosos para analizar la distribución de permisos de carbono y las contribuciones tanto a la teoría como a la aplicación de la optimización matemática en el diseño de políticas ambientales. Nuestros hallazgos revelan que los costos de reducción de carbono en la industria de China muestran diferencias significativas entre provincias interprovinciales y regionales. Las provincias desarrolladas con niveles más altos de desarrollo industrial tienen mayores costos de reducción de carbono, mientras que las provincias con sectores industriales menos desarrollados tienen costos más bajos. Bajo el escenario de asignación interregional de permisos de emisión de carbono que considera los costos de reducción, las provincias desarrolladas tienen reducciones de emisiones de carbono industriales más pequeñas, mientras que las provincias menos desarrolladas tienen reducciones más grandes. En el escenario de asignación intertemporal, las provincias con economías industriales más grandes enfrentan tareas de reducción de emisiones mayores. Bajo el escenario combinado de asignación interregional e intertemporal, los sectores industriales en provincias costeras desarrolladas tienen menores reducciones de emisiones de carbono, mientras que aquellos en provincias menos desarrolladas en el interior tienen reducciones mayores, reflejando los resultados de asignación espacial de los permisos de emisión de carbono.