Решение задачи многокритериального оптимального выбора методом нечеткого отношения предпочтения
⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3 Методологической основой данного формализованного аппарата является создание на основе исходной информации в результате критериальных парных сравнений по декартову множеству альтернатив (n x n) по принципу «каждая с каждой» обратносимметричных матриц на основе двойной тетрарной шкалы Т.Саати с последующим отысканием векторов локальных приоритетов по каждому из критериев с попутной оценкой степени транзитивности экспертных суждений. В качестве исходных данных будем использовать ту же табл. 1, но без последней, относящейся к предыдущему методу, строки. Как уже отмечалось ранее, оба метода различаются лишь способом получения вектора локальных приоритетов U = {uij}, i=1,n; j=1,m в п.7 алгоритма решения МК ЗПР. Метод вычисления вектора локальных приоритетов. В отличие от предыдущего метода, место расчетных формул (11) и (12) занимают следующие положения. В основу построения решения по каждому из критериев (всего их m) положено векторное уравнение A∙ n= w. (13) В уравнении (13) вектор-столбец весов ω представляетсобой степени принадлежности альтернативы как нечеткому множеству, носителем которого является исходный список исследуемых альтернатив. Элементы вектора и будут выступать в качестве вектора локального приоритета для каждого критерия {uij} (для каждого столбца табл. 2). Матрица А представляет собой квадратную обратносимметричную матрицу типа «объект-объект», построенную из элементов аij, обладающих свойством аij = 1 / аji, (14) а максимальное собственное число матрицы λmax и ее порядок n (по числу альтернатив) связаны соотношением: λmax ≥ n. (15) В свою очередь, построение матрицы А осуществляется на основе исходной информации (табл. 1) и использованием девятипозиционной (двойной тетрарной) таблицы (табл. 3) [Т.Саати, К.Кернс. Аналитическое планирование. – М.: Радио и связь, 1991], [Борисов А.Н., Крумберг и др. Применение нечетких методов в принятии решений.- Рига: Зинанте, 1990]:
Таблица 3 Двойная тетрарная шкала
Замечание. В одном из источников (точно не припоминается. – Авт.) по поводу данной шкалы. Королевским указом в Британии (XIII в.) был открыт первый университет. Оценка знаний вагантов: «ниже среднего» - «средние» - «выше среднего». Самый последний из «ниже среднего» награждался деревянной ложкой, заодно получал и одноименную кличку. Но «средних» оказалось много, поэтому среди них – тоже разделили на ниже средних, средних и выше средних. Получилась двойная тетрарная шкала, больше известная нам как «пятибалльная». Помнится, где-то 1993 г. издания монография Т.Саати, где он с логарифмами доказывает эффективность такой шкалы.
Попытаемся далее при расчете вектора локальных приоритетов для первого критерия (первый столбец табл. 1) воспользоваться шкалой табл. 3 для построения матрицы А = { аij } с учетом особенностей (14), оценить степень транзитивности наших экспертных суждений с учетом свойства (15) и организовать решение (13) с привлечением дополнительных вычислительных процедур. Построение обратносимметричной матрицы для первого критерия. Для этого необходимо провести попарные сравнения по всему множеству альтернатив n=3. Тогда для каждого критерия декартово множество будет содержать z элементов: n∙(n – 1) 3∙(3 – 1) z = ———— = ———— = 3 (парных сравнения). (16) 2 2 Всего с учетом m критериев для создания вектора U необходимо произвести zsum = z∙m = 3∙3 = 9 парных сравнений, тогда как прежде тот же вектор также состоял из 9-ти компонентов, но которые были найдены применением формул (11) и (12).
Эти сравнения: первая альтернатива со второй, первая с третьей и вторая с третьей. Следовательно, матрица А = { аij }, i=1,n; j=1,n (понятно, что текущая переменная j здесь «другая», чем для U) для первого (и для оставшихся двух критериев)будет представлять собой квадратную матрицу типа «объект-объект», в которой необходимо определиться лишь с тремя наддиагональными элементами; остальные находятся по соотношению (14). Поскольку каждый объект (альтернативы МК ЗПР) матрицы подобен сам себе, что означает а11 = а22 = а33 = 1, то в итоге получим рефлексивные обратносимметричные отношения вида (17). Построим их. Сравнение отображений альтернатив на первый критерий х1 и х2 – 2 млн. руб. 3 млн. руб. проводим в два этапа. На первом этапе устанавливаем, какая альтернатива лучше (варианты: хуже; равноценны). На втором – степень их различий согласно табл. 3. Понятно, что в контексте критерия «Стоимость» первая альтернатива лучше второй (х1 ≻ х2), причем «лучше» со степенью примерно на уровне различий «существенных». Следовательно, по табл. 3 элемент формируемой экспертной матрицы А в лице а12 = 5. тогда симметричный ему элемент примет согласно формуле (14) значение а21 = 1/5. Два элемента найдены. Остается еще два. Сравнение отображений альтернатив на первый критерий х1 и х3 – 2 млн. руб. 1 млн. руб. проводим в также в два этапа. На первом устанавливаем, что в контексте того же критерия «Стоимости» третья альтернатива предпочтительней первой: 1 млн. руб. лучше, чем 2 млн. руб., то есть третья альтернатива лучше первой: х3 ≻ х1 (или первая альтернатива хуже третьей х1 ≺ х3, что одно и то же), со степенью согласно табл. 3 уже чуть больше, чем «существенно». Действительно, если предыдущее сравнение 2 и 3 млн. руб. (различаются в полтора раза) мы оценили как «существенное», то разница между 2 и 1 млн. руб. (различаются уже в 2 раза), быть ниже «существенной» логически никак не может. А еще ведь надо предусмотреть гипотетическую реализацию оценок «сильные» и «абсолютные» различия, для которых сравниваемые отображения альтернатив может различаться уже в разы. Тогда для искомого элемента матрицы а12 примем значение, промежуточное между «существенными» и «сильными» различиями: а13 = 1/6; тогда а31 = 6.
Сравнение отображений альтернатив на тот же первый критерий х2 и х3 – 3 млн. руб. 1 млн. руб. (различаются уже в 3 раза): в результате выполнения первого этапа устанавливаем, что х2 ≺ х3), в результате второго - а23 = 1/7; тогда а32 = 7 (согласно табл. 3 «различия сильные»). Экспертная обратносимметричная матрица A типа «объект-объект» (17) по содержанию первого критерия МК ЗПР r1 = «Стоимость» нами создана. j=1 j=2 j=3
i=1 │ 1 5 1/6 │ │ │ А = i=2 │ 1/5 1 1/7 │. (17) │ │ i=3 │ 6 7 1 │
Теперь, на основе матрицы (17) существуют возможности не только отыскать вектор-столбец локальных приоритетов {u1i}, но и оценить степень непротиворечивости наших экспертных суждений при формировании для первого критерия экспертной матрицы, иначе говоря, транзитивность приведенных выше суждений в процессе оценки компонентов (элементов) матрицы аij. Сначала произведем оценку трензитивности; если построенные нами отношения аij транзитивны (непротиворечивы), то общее отношение согласованности для матрицы (17) не превысит пороговых 20% (т.н. «нечеткая транзитивность»), то экспертные суждения, построенные на основе содержаний табл. 1 и 3, следует считать приемлемыми, и далее можно принять попутно вычисленные компоненты вектора-столбца локальных приоритетов (см. п. 7 алгоритма). Если же отношение согласованности превысит пороговые 20%, экспертные суждения вида аij.следует пересмотреть (уточнить). Содержание оценки степени транзитивности построенных отношений вида аij. Под транзитивностью суждений в алгебре отношений понимают выполнение следующего правила: «если А лучше В и В лучше С, то А лучше С» или «если А ≻ В ∩ В ≻ С, то А ≻ С» [Ю.А.Шрейдер. Равенство. Сходство. Порядок. – М., 1971]. Сформированные орграфы (матрицы отношений) между указанными объектами A, B и C являются транзтивными, если квадрат матрицы отношений типа «объект-объект» А = {aij}, i,j=1,n совпадает с транзитивным замыканием А2 = Â, которое, в свою очередь, есть объединение всех степеней исходной матрицы отношений: Â = A1U A2U A3U ….
Вычисление вектора-стоблца локальных приоритетов и оценка транзитивности с приемлемой для практики точностью применяют приблизительную методику оценивают следующим образом. 1. Нахождение ненормированных значений вектора-столбца локальных приоритетов bi, i=1,n как среднего геометрического по строкам матрицы А:
n bi = (∏ aij)1/n. (18) j=1
2. Нормирование результатов (18): n bsum = ∑ bi; i=1 bi wi = ———. (19) bsum
Степень нечеткой транзитивности экспертных суждений на основании информации, приведенной в табл. 1 и 3 с приемлемой практической точностью применяют приблизительную методику оценивают следующим образом 2. Вычисление максимального собственного числа А - обратносимметричной исследуемой матрицы λmax, удовлетворяющей свойству (15). С приемлемой практической точностью применяют также приблизительную методику. Для этого сначала вычисляют сумму элементов матрицы А по ее столбцам dj, j=1,n, а затем с учетом (20) и (19) определяют максимальное собственное число матрицы λmax: n dj = ∑ aij; (20) i=1 n λmax = ∑ dj ∙ wi. (21) i,j=1 3. Вычисление индекса согласованности is через применение свойства максимального собственного числа матрицы и ее размерности (15) отношения согласованности os: λmax - n is = ————. (22) n - 1 is os = ——— ∙ 100%. (23) sch(n) В формуле (23) sch(n) является случайным числом, отражающим элемент случайности в выборе степени различий сравниваемых альтернатив и зависящим от размера матрицы. Так, для n=3 sch(3)=0,58; для n=4 sch(4)=0,90 и т.д. Затем полученное значение os % сравнивается с пороговым osпорог = 20% (в отдельных случаях величина порогового значения решением ЛПР может быть уменьшено до 10%). Если вычисленное в формуле (23) значение os % не превышает (меньше или равно) назначенного порогового значения osпорог , суждения экспертов при построении обратносимметричной матрицы вида (17) принимаются как транзитивные (непротиворечивые), и вектор-столбец, вычисленный по формуле (19) принимается как часть вектора локальных приоритетов U по рассматриваемому критерию и заносится в соответствующий столбец итоговой рабочей таблицы (табл. 2). Если же в формуле (23) значение os % превышает назначенного порогового значения osпорог , суждения экспертов при построении обратносимметричной матрицы вида (17) как транзитивные не принимаются и подлежат пересмотру, а попутно вычисленные в (19) значения вектора-столбца wi в качестве части вектора локальных приоритетов U не принимаются. На материалах матрицы (17) рассматриваемого модельного примера необходимо последовательно реализовать действия согласно выражениям (18) – (23).
Практические расчеты вектора локальных приоритетов на данных модельного примера (табл. 1). По выражениям (18) и (19) находим среднее геометрическое по строкам матрицы (17), сумму средних геометрических и вектор-столбец локальных приоритетов:
b1 = (a11 ∙ a12 ∙ a13 )1/3 = (1 ∙ 5 ∙ 1/6)1/3 = (0,8333)1/3 ≈ 0,9410;
b2 = (a21 ∙ a22 ∙ a23 )1/3 = (1/5 ∙ 1 ∙ 1/7)1/3 = (0,0285)1/3 ≈ 0,3057;
b3 = (a31 ∙ a32 ∙ a33 )1/3 = (6 ∙ 7 ∙ 1)1/3 = (42,0000)1/3 ≈ 3,4760.
bsum = (b1 + b2 + b3 ) = (0,9410 + 0,3057 + 3,4760) = 4,7227.
w1 = 0,9410 / 4,7227 = 0,1992;
w2 = 0,3057 / 4,7227 = 0,0647;
w3 = 3,4760 / 4,7227 = 0,7360.
В случае корректного определения компонентов вектора локальных приоритетов должно соблюдаться требования к нормированию (2), проверим его: n ∑ wj = (0,1992 + 0,0647 + 0,7360) = 0,9999 ≈ 1,00.. j=1 Элементы столбца-вектора по первому критерию рассчитаны корректно. Далее рассчитываем сумму элементов матрицы А вида (17) последовательно по столбцам dj для j=1, j=2, j=3 с помощью выражения (20) и максимальное собственное значение матрицы λmax по выражению (21): d1 = (a11 + a21 + a31) = (1 + 1/5 + 6) = 7,200;
d2 = (a12 + a22 + a32) = (5 + 1 + 7) = 13,000;
d1 = (a13 + a23 + a33) = (1/6 + 1/7 + 1) = 1, 309.
λmax = d1∙w1 + d2∙w2 + d3∙w3 = 7,200∙0,1992 + 13∙0,0647 + 1,309∙0,736 = = 1,433 + 0,845 + 0,963 = 3,241. Из последнего выражения становится очевидным смысл свойства обратносимметричных матриц (15): максимальное собственное число не может быть меньше размерности самой матрицы λmax ≥ n. Действительно, 3,267 > 3 и мера данного неравенства может быть положена в основу оценки степени нечеткой транзитивности отношений, приведенных в матрице (17). Далее по формулам (22) и (23) последовательно определяем индекс согласованности и отношение согласованности: 3,241 - 3 0,241 is = ————— = ——— = 0,120. 3 – 1 2 0,120 os = ——— ∙ 100% = 0,2068 ∙ 100% = 20,7 %.. 0,58 При сравнении с пороговым значением в 20% видим, что рассчитанное нами значение отношения согласованности os = 20,7% > osпорог = 20%: транзитивность построенных отношений по исходным данным табл. 1 в шкале табл.3 недостаточна, и вектор-столбец локальных приоритетов (w1 = 0,199; w2 = 0,065; w3 = 0,736) по первому критерию в качестве истинного принят быть не может. Для коррекции суждений необходимо уточнить наши предпочтения при повторном построении матрицы отношений вида (17). Примечание. Вид вектора-столбца в приведенном выше виде wi (с одним индексом i) означает, что он в табл. 2 займет место вектора-столбца uij, то есть в силу того, что табл. 2 заполняется нами последовательно от критерия к критерию, то для первого критерия в табл.3 место u11 займет элемент w1, место u12 займет элемент w2, место u13 займет элемент w3,
Коррекция экспертных предпочтений. При построении отношений при формировании матрицы А важно предварительно оценивать «размах выборки» в пределах отображений альтернатив на тот или иной критерий. Уточним наши предпочтения по первому критерию (17) в виде новой матрицы отношений (24):
j=1 j=2 j=3
i=1 │ 1 3 1/4 │ │ │ А = i=2 │ 1/3 1 1/6 │. (24) │ │ i=3 │ 4 6 1 │
Тогда, повторив все расчеты по выражениям (18) – (23) получим: λmax = 3,0536; is = 0,0268; os = 4,62% < 20%. Компоненты вектора локальных приоритетов w1 = 0,218 (прежнее значение = 0,199); w2 = 0,091 (прежнее значение = 0,065); w3 = 0,691 (прежнее значение 0,736). Отличия новых значений – весьма незначительны, в пределах 3% или 0,03 – в относительных единицах. Построенные отношения транзитивны, полученные компоненты вектора локальных приоритетов принимаются к дальнейшим расчетам. Тогда искомые компоненты вектора локальных приоритетов для новой рабочей таблицы (табл. 4) примут вид: u11 = w1; u21 = w2; u31 = w3. Далее построим такую же экспертную матрицу для второго критерия «Площадь» (25):
j=1 j=2 j=3
i=1 │ 1 3 1/4 │ │ │ А = i=2 │ 1/3 1 1/7 │. (25) │ │ i=3 │ 4 7 1 │
Проведя расчеты по выражениям (18) – (23) получим: λmax = 3,0323; is = 0,0161; os = 2,79% < 20%. Компоненты вектора локальных приоритетов w1 = 0,210; w2 = 0,084; w3 = 0,705. Построенные отношения транзитивны, полученные компоненты вектора локальных приоритетов принимаются к дальнейшим расчетам. Тогда искомые компоненты вектора локальных приоритетов для второго критерия табл. 4 примут вид: u12 = w1; u22 = w2; u32 = w3. Далее построим такую же экспертную матрицу для третьего критерия «Площадь» (26):
j=1 j=2 j=3
i=1 │ 1 4 9 │ │ │ А = i=2 │ 1/4 1 4 │. (26) │ │ i=3 │ 1/9 1/4 1 │
Проведя расчеты по выражениям (18) – (23) получим: λmax = 3,1806; is = 0,0184; os = 3,18% < 20%. Компоненты вектора локальных приоритетов w1 = 0,717; w2 = 0,217; w3 = 0,066. Построенные отношения транзитивны, полученные компоненты вектора локальных приоритетов принимаются к дальнейшим расчетам. Тогда искомые компоненты вектора локальных приоритетов для второго критерия табл. 4 примут вид: u13 = w1; u23 = w2; u33 = w3. Таблица 4 Вектор локальных приоритетов и вектор U глобальных приоритетов V
Далее – по формулам (9) и (10) придем к выводу также о доминировании третьей альтернативе над остальными: выбираем альтернативу «дом С» как оптимальную, удовлетворяющую лучшим образом по отношению к остальным альтернативам по всем критериям одновременно. Если же критерии принять равноважными, с весом по 0,33, то приоритеты сохранятся, однако степень принадлежности (комплексный, интегральный рейтинг) первой альтернативы с 0,300 повысится до 0,382 (на 8,2%), второй – с 0,110 до 0,131 (на 3,1%), третьей – с 0,589 понизится до 0,487 (на 10,2%). Сравнение табл. 2 и 4 показывает достаточно наглядную разницу: метод нечеткого отношения предпочтения более адекватный в выборе оптимального многокритериального решения, однако применение его сопряжено с заметными трудозатратами, особенно с ростом числа принятых к рассмотрению альтернатив. Вместе с тем данный метод является незаменимым при отсутствии информации по отображениям альтернатив на тот или иной критерий: такая информация добывается как бы неявно путем применения попарных сравнений при формировании матриц вида А по каждому критерию. Авторская система принятия многокритериальных решений методом нечеткого отношения предпочтений реализована в виде комплекта компьютерных программ с развитым интерфейсом пользователя в среде FoxPro 2.5 и апробирована по оболочке в Центре программных исследований Российской академии наук (ЦПИ РАН) в 1993 г. Комплект программ предполагалось ЦПИ РАН использовать при выборе наиболее перспективных исполнителей академических х/д НИР различного назначения по 26-ти критериям. Последняя из опубликованных работ была направлена на определение оптимального места размещения логистического центра среди регионов Приволжского федерального округа – РТ, Самарской и Нижегородской обл. по 39-ти критериям. Исходные данные для моделирования и полученные результаты приведены в Приложении1. В качестве средства моделирования процесса решения МК ЗПР использовалась методика АК&M (публикация 2012 г.).
Заключение
Таким образом, одна и та же проблема – наилучший из возможных случаев (оптимальный) выбор был осуществлен двумя методами на одних и тех же статистических исходных данных. Данный метод может быть использован студентами как в текущем учебном процессе, написании квалификационных работ, так и для практического решения проблем, далеко выходящих за рамки чисто учебного процесса. В качестве примера приведены Приложения и последующие материалы из статей автора, которая достаточно наглядно иллюстрируют возможности одного из методов МК ЗПР – АК&М.
Приложение 1 Таблица 5 Частные критериальные оценки конкурсных альтернатив в различных шкалах для оценки размещения логистических центров (ЛЦ)
Была проведена структуризация перечисленных в табл. 5 39-ти критериальных показателей (в скобках указаны номера критериев из табл. 5). 1. Технические показатели ЛЦ (12 критериальных показателей): 1.1. По расстоянию (28 - 31); 1.2. По объемам перевозок видами транспорта (32 - 36); 1.3. По возможностям складов (37 - 39). 2. Макро-показатели ЛЦ (16 показателей). В этом блоке представлены традиционные и инновационные показатели оценки ЛЦ, в т.ч. такие которые используются Европейским институтом транспорта (Париж, Франция) [16]: 2.1. Традиционные показатели оценки потребителей (20 – 27); 2.2. Макроэкономические показатели (10 – 13); 2.3. Инновационные показатели (15 – 18). 3. Степень включенности ЛЦ в МТК по набору товаров (2 показателя): 3.1. Степень региональной транзитности (14); 3.2. Степень интегративности ЛЦ (19). 4. Институциональный блок (3 показателя) (4, 8, 9). 5. Экономико-географический блок (6 показателей): 5.1. Географические показатели (1 – 3); 5.2. Степень урбанизации региона (5 – 7).
Полученные результаты решения МК ЗПР методом АК&M приведены в табл. 6 Таблица 6 Результаты решения МК ЗПР для различных сценариев развития
В табл. 6 приведен интегральный рейтинг регионов – альтернатив, где ГОМ – государствнно-ориентированная модель, когда в качестве приоритетов рассматриваются социальные аспекты (см. табл. 5); ЛОМ – либерально-ориентированная модель, когда приоритеты отдаются только экономическим аспектам. РТ с позиций 39-ти критериев по размещению логистического центра – предпочтительнее других альтернатив при любых сценариях развития. ___________
Читайте также: A) устный или письменный запрет, наложенный на какое-либо решение управомоченным на то органом или лицом Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|