网络分析法(Analysis Network Process Method)简介
1996年Saaty教授在层次分析法(AHP)的基础上提出了网络分析法(Analysis Network Process Method ,ANP)。
ANP方法的基本理论与AHP法相同,不同的是模型结构,ANP 法中引入超矩阵的概念,采用这种方法,所有网络结构中的元素均能够对结论产生影响,最终结果不仅被备选方案的权重影响,也被备选方案所属元素集影响,可以通过反馈更好的反映现实生活。
ANP法的基本结构
与AHP法自上而下的层次结构不同,ANP法的网络结构中的连接没有固定方向,它既包括元素集之间的循环连接,也包括元素集对自身的反馈连接,这种网络结构往往能够较好的反映现实社会的问题,并且采用这种将问题细化结构、简单计算的方法远比采用简单划分结构、复杂计算过程的方法得到结果更令人满意。
网络分析法模型将系统分为控制层和网络层两个部分,控制层包括决策问题的目标和决策准则,至少应存在一个目标,但决策的准则可以没有,网络层由元素组组成,这些元素组受到控制层的支配,元素组间以及内部元素之间相互依存、相互影响,形成了网络结构。
典型的ANP模型如图所示:
网络分析法的基本步骤:
1)分析问题
对决策问题进行分析,形成元素集,分析元素层次是否内部独立,是否存在依存和反馈,分析方法类同于AHP方法,可采用会议法、专家填表等形式进行。
2)构造ANP的典型结构
首先构造控制层,界定决策目标和准则,再构造网络层次,分析每一个元素集的网络结构和相互影响关系,元素集间关系确定后即可构建相应的ANP网络,基本实际问题中都是既有内部依存又有循环的ANP网络层次。
3)构造ANP的超矩阵计算权重
网络分析法中的1-9标度法
几种常用的多目标决策方法
VAGUE 方法
Vague 方法由Cau 和Buehrer 提出,其本质是模糊集理论的一种推广形式。
Vague 集由真、假隶属函数定义,体现了元素对模糊概念的属于与不属于程度,较传统的模糊集理论有更强的表达不确定性的能力,且更具灵活性。
目前Vague 理论已经成功运用于模糊控制、模式识别、决策分析和专家系统领域,应用效果优于传统模糊集理论。
定义:假设论域{}12,,,n X x x x = ,X 上Vague 集A 由真隶属函数A t 和假隶属函数A f 描述:[0,1]A t X →,:[0,1]A f X →,其中()A i t x 是由支持i x 的证据所导出的肯定隶属度的下界,()A i f x 是由反对i x 的证据所导出的否定隶属度的下界,且()()1A i A i t x f x +≤。
元素i x 在Vague
集A 中的隶属度被区间[0,1]的一个子区间[(),1()]A i A i t x f x -所界定,称为该区间为i x 在A 中的Vague 值,记为()A i v x 。
对Vague 集A ,当X 离散时,记为:
1[(),1()]/,n
A i A i i i i A t x f x x x X ==-∈∑
当X 连续时,记为:
[(),1()]/,A A X
A t x f x x x X =-∈⎰
x X ∀∈,称()1()()A A A x t x f x π=--为x 相对于Vague 集A 的Vague 度,刻画了x 相对
于Vague 集A 的踌躇程度,是x 相对于A 的未知信息的一种度量。
()A x π值越大,说明x 相对于A 的未知信息越多,显然0()1A x π≤≤。
可知,x 相对于A 的隶属情况应具有三维表示((),(),())A A A t x f x x π。
对Vague 集的解释例如,设()[0.6,0.7]A v x =,则()0.6A t x =,()10.70.3A f x =-=,
()1()()0.1A A A x t x f x π=--=,此时可解释为,元素x 属于A 的程度为0.6,不属于A 的程
度是0.3,x 对A 的踌躇程度是0.1.用投票模型解释为,赞成6票,反对3票,弃权1票。
Vague 集将x 的隶属度限制在区间[0,1]中的一个子区间[(),1()]A A t x f x -内,如果
()1()A A t x f x =-,Vague 集退化为模糊集,如果()A t x 和1()A f x -同时为0或1,Vague 集退
化为经典集合。
模糊决策
模糊决策中常用的模糊数类型为三角模糊数。
若^
[,,]L M U a a a a =,其中0L M U a a a <≤≤,则称^
a 为一个三角模糊数,其特征函数(隶属函数)可表示为:
^()0L
L M M L U
M U M
U
a
x a a x a a a x a x a x a a a μ⎧-≤≤⎪-⎪⎪-=≤≤⎨-⎪⎪⎪⎩
其他
式中:L
a 和U
a 分别为^
a 所支撑的上届和下届,M
a 为^
a 的中值。
三角模糊数具有如下的运算法则:
假设^
[,,]L
M
U
a a a a =和^
[,,]L M U b b b b =为两个任意的三角模糊数,k 为任意的正实数,则有: (1)^
^[,,][,,][,,]L M U L M U L L M M U U a b a a a b b b a b a b a b +=+=+++ (2)^
^[,,][,,][,,]L M U L M U L L M M U U a b a a a b b b a b a b a b ⨯=⨯=⨯⨯⨯ (3)^[,,]L M U k a k a k a k a ⨯=⨯⨯⨯ (4)^1
111
[
,,]U M L
a a a a -= 三角数比较的可能度公式
假设^
[,,]L M U
a a a a =和^
[,,]L M U b b b b =为两个任意的三角模糊数,则称:
^
^
()max 1max ,0,0(1)max 1max ,0,0M L U M M L M L U M U M
b a b a p a b a a b b a a b b λλ⎧⎫⎧⎫⎛⎫⎛⎫--⎪⎪⎪⎪
≥=-+--⎨⎬⎨⎬ ⎪ ⎪-+--+-⎪⎪⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎩⎭⎩⎭
为^^
a b ≥的可能度,其中[0,1]λ∈。
这里,λ值的选择取决于决策者的风险态度,当0.5λ>时,称决策者是追求风险的,
当0.5λ=时,决策者是风险中立的,当0.5λ<时,称决策者是厌恶风险的。
特别当1λ=时,称^^()p a b ≥为^^a b ≥的悲观可能度,当0λ=时,称^^()p a b ≥为^^
a b ≥的乐观可能度。
定理1:若^
[,,]L M U a a a a =和^
[,,]L M U b b b b =为两个三角模糊数,则: (1)^
^0()1p a b ≤≥≤
(2)若U L
b a ≤,则^^
()1p a b ≥= (3)若U L a b ≤,则^
^
()0p a b ≥=
(4)^
^
^
^
()()1p a b p b a ≥+≥=,特别是^
^
()0.5p a a ≥=
若m 个三角模糊数两两进行比较,由上述定理1可知,得到的可能度矩阵()ij m m P p ⨯=是模糊互补判断矩阵。
熵权法
层次分析法和网络分析法确定权重实质上基本都是一种主观赋权法,它需要决策者对指标的重要性进行两两比较,主观性较强。
为在考虑专家意见的基础上使权重更加客观,可引入熵权的概念。
熵在信息理论中作为不确定性和信息量的度量,完全利用原始指标数据信息,以指标值之间的差异大小反映指标的“信息价值”来确定权重。
熵权法具体过程如下:
在有m 个评价指标,n 个方案的多目标评价问题中,由于各目标的量纲不一致,首先将决策矩阵进行标准化处理,得到优属矩阵[]ij m n μμ⨯=,然后定义第i 个指标的熵i E :
1
1ln()ln n
i ij ij j E p p n ==∑
式中:1
/1,2,,n
ij ij ij
j p i m μμ===∑ 。
由熵的定义可知,如果某个目标的熵i E 越小,就表明其目标值的变异程度越大,提供的信息量越大,则其权重也越大。
反之,某目标的信息熵越大,表明其目标值的变异程度越小,提供的信息量越小,则其权重也应越小。
因此可根据各目标值的变异程度,利用计算熵值来确定各目标的权重,再对所有目标进行加权,从而得出较为客观的综合评价结果。
在这里,认为差异程度越大的目标越重要,则可将熵值取补后进行归一化,作为该目标的客观权重,第i 个指标的熵权计算公式如下:
1
1i
ei m
i
i E m E ω=-=-∑ 熵权法是一种客观赋权法,特点是完全利用原始指标数据信息来确定权重,独立于人的偏好与经验之外,客观性较强。
为保留专家和决策者主观意见的基础上使权重更为客观,即兼顾主客观两个方面,可将熵权法和层次分析法或网络分析法相结合。
熵权是对层次分析法和网络分析法确定的先验主观权重的一种修正,取ai ω为先验权重,熵权ei ω为后验权重,可得到第i 个指标的组合权重i ω:
1
ai ei
i n
ai ei
i ωωωωω==
∑。