基于自适应专家权重的群决策系统的设计与实现本科论文.doc

山西大学论文 编号：论文题目基于自适应专家权重的群决策系统的设计与实现姓 名 院系、专业 计算机与信息技术学院、计算机科学与技术 学习年限 2010 年 9 月至 2014 年 7 月指导教师 学位级别 学 士 2014年5月10日基于自适应专家权重的群决策系统的设计与实现学生姓名： 指导教师：内容提要 本课题选择开发具有自适应专家权重的语言型多属性群决策系统，在已给出专家主观权重的基础上，通过自适应算法不断调整专家权重，从而得到更为合理的权重值，使群决策结果更为有效。目前相关研究主要集中在理论算法方面，并取得了大量的研究成果。但是，缺乏成型的应用程序或实用软件辅助决策者进行决策。该系统可应用于实际的决策问题中，简化决策过程，提高决策效率。关键词 多属性群决策 偏离权重 语言评估标度 专家权重 熵权 权重调整1 引言多属性决策是根据多个属性或准则对有限个方案进行排序或择优。多属性群决策顾名思义就是由多个专家参与的一种多属性决策，在工程、管理、经济等领域有着广泛的应用。多属性群决策过程中一个关键问题就是如何确定专家权重，目前相关研究主要集中在理论算法方面，并取得了大量的研究成果。但是，缺乏成型的应用程序或实用软件辅助决策者进行决策。为此，本项目选择开发具有自适应专家权重的语言型多属性群决策系统，在已给出专家主观权重的基础上，通过自适应算法不断调整专家权重，从而得到更为合理的权重值，使群决策结果更为有效。该系统基于技术，采用交互式的操作方式，在得到自适应专家权重的基础上，快速及时的给出所有方案的排序结果，并可通过调整参数得到不同的群决策结果，方便决策者进行比较和分析。该系统可应用于实际的决策问题中，简化决策过程，提高决策效率。2 基本原理2.1问题描述在多属性群决策专家权重调整问题中，设为参与决策的专家群体集，用户可以通过主观赋值法给出的专家的权重（），多属性群决策的方案集合，评价属性集合，属性的权重是（ ）。专家对方案评价后，得到专家对各方案的评价值矩阵 。其中是专家集合中对方案集合中的各属性进行评价后得分的分值。在用户通过主观赋值法给出多属性群决策的专家权重和属性权重的基础上，即可得出单个专家对各方案的综合评价值 （1）和专家群体对各方案的综合评价值 （2）将单个专家对各方案的综合评价值向量组成专家对各方案的评估结果矩阵。其中： 。2.2 偏离权重的计算利用公式（1）可得到单个专家对各个方案综合评价向量和专家群体对各方案的综合评价向量，在此，定义一个偏离差向量，表示单个专家对各方案的综合评价与专家群体对各方案的综合评价值。其中：，, 。定义单个专家对各方案的评价值与专家群体对各方案的评价值的总偏离量为， （3）最理想的结果是，多属性群决策的专家权重值应随着总偏离差量的增加而降低，故定义专家的偏离权重为， （4）单个专家的偏离差越大的话，说明对应的权重偏离量就越小。2.3 熵权的计算熵是系统无序状态的度量，表征系统的紊乱程度。我们知道系统会处在不同状态，而每种状态出现的概率是时，则熵为 （5）当时，。对方案的多属性群决策有以下的定义：设有个方案，位专家，由这位专家对其进行评价。在根据上文得到的专家对各方案的评价结果矩阵，可知第个专家的熵为， （6）其中：，规定当时，。由公式（5）知，当时，熵最大，即。因为这时系统紊乱程度最高的，而熵值也就最大。并且还可以由这一情况知，如果各个专家在对各个不同方案上的评价结果越接近，则熵值越大（即越大），决策结果的差异程度就越小。由公式（6）计算出专家的熵，并且当相等时，最大，。用对熵值进行归一化 （7）再对计算其互补值，并进行归一化处理，计算出专家的熵权，有 （8）其中：，。2.4 权重的调整在得到专家的偏离权重和熵权后，采用线性加权求取专家权重调整值 （9）其中。为偏离权重系数，为熵权系数，且，由用户自行给出，在不同情况下给出不同的值，其收敛速度也是不一样的，应该由具体情况设定其值。进而将集结后的专家权重代入公式（2）求得新的群体决策结果。定义两次多属性群体决策的结果之间的距离为 （10）设表示阈值。若，就表明两次决策结果偏差度很小，即决策结果已经趋于平稳，权重调整结束，作为最终的评价结果。否则，令，使用以上的算法，继续进行专家权重的自适应调整。2.5 相关技术(1) 程序设计语言Visual Basic是当今流行的编程语言，用Visual Basic.NET解决应用问题简单方便，它开发的程序源代码的执行过程是：源代码-编译成中间代码-通用语言运行（CLR）-执行。它是不能直接在操作系统上执行二进制代码。Visual Basic.NET的版本经历了2002、2003、2005、2008、2010、2012。它是一种面向对象的语言，但必须构建在.NET framework之上。使用Visual Basic .NET开发系统用户界面设计简单，只需要在form控件上添加相应的控件即可，代码也只需要在相应的事件中添加即可，每一个控件都有其相应的属性，可以直接在界面设计区域找到相应的属性块，在属性块内直接设置属性值，当然在代码中也可以设置，不需要像JAVA语言那样，还需要程序员来写界面代码，节省了大量的时间和精力。(2) Access数据库Access 2010是微软公司Office 2010组件之一，也是目前流行的桌面数据库管理系统之一，它在很多地方都得到了运用，比如在一些小的企业和一些大公司的部门等，它可以用来进行数据分析和开发软件，并且在开发网站时也可以用来存储数据等，它的界面十分友好、简单易用且功能强大，非常方便、快捷。深受广大数据库管理者的喜爱。但是它的数据文件也有一个限度，不能超过2G。所以如果数据过大时最好不要使用Access数据库来存储数据，一般处理的数据超过100M时，其性能就不能得到保证了，此外Access数据库在安全方面做的不是很好，所以对保密性要求高的数据最好也不要使用Access数据库来存储。总之每个数据库都有其使用的范围，选择适合自己程序的数据库将极大的提高软件的性能。在本项目中，由于只保存用户的登录名和密码，并且在安全方面要求不是很高，故选用Access数据库就十分合适。(3)Excel表Excel 2010是微软公司Office 2010组件之一，使用Excel所制作的美观使用的电子表格，广泛应用在财务、管理、统计分析、市场营销、工程计算等方面。在Excel中，用户可以高效的输入数据，通过公式和函数计算数据，对数据进行排序、筛选、汇总等处理，还可以轻松地将数据转化为各类图表。本项目中，用Excel来存储数据。2.6 开发环境及工具软件环境：Microsoft Windows7、Access数据库、Excel、Microsoft Visaul Studio 2008硬件环境：Intel(R) Core(TM)i3-2310M CPU 2.10GHz 2.10 GHz处理器、2GB内存、500G硬盘、32位操作系统。3 系统分析3.1 需求分析本课题是基于自适应专家权重的群决策系统的设计与实现，依照具体环境提出如下具体要求：（1）系统基于，面向单机用户，可以实现用户注册和登录功能，用户信息存储在Access数据库中；（2）程序实现Excel连接，通过Excel实现用户对数据信息的导入与保存，方便用户操作；（3）保证程序的灵活性，根据用户提供的专家个数、方案个数、属性个数信息动态生成数据输入界面，在输入界面中也直接由Excel表导入已有的数据信息；（4）根据界面提示步骤可逐步得出计算结果，操作简单；（5）保证程序的稳定性；（6）保证程序的健壮性，在用户操作错误或是程序出错时，都会出现相应提示。3.2 系统总体设计本系统主要完成了Access数据库连接，Excel表连接，从Excel表中导入专家名及专家权重、属性名及属性权重、方案名和专家在各属性下对各方案的评价值（也可手动输入这些数据信息），通过计算得到专家群体关于各方案的综合评价值，再计算偏离权重及熵权，最后计算出调整后的专家权重，给出方案排序，选出最佳方案。图3-1为系统功能模块图，本系统共分为五大模块：用户信息管理、多属性群决策、专家权重调整、Excel数据存储、导航等模块。基于自适应专家权重的群决策系统导入数据保存数据Excel数据存储模块专家权重调整模块多属性群决策模块导航模块用户信息管理模块偏离权重的计算熵权的计算导出数据各专家关于各方案的综合评价值专家群体关于各方案的综合评价值用户登录用户注册调整后的群决策结果采用线性加权计算专家权重的调整值方案排序，选出最佳方案图3-1系统功能模块图图3-2为该系统总体流程图。专家个数、方案个数、属性个数需要手动输入，此外要谨记输入信息的准确性，其直接影响着以后的运算过程能否正常执行下去，所以用户必须认真填写。专家名、专家权重、方案名、属性名、属性权重及专家在各属性下对各方案的评价值可以手动输入，也可点击“导入数据”按钮从Excel中导入。输入或修改后的数据还可以点击“保存”按钮将其保存到Excel中，如果输入的数据不符合条件，系统会给出相应的提示，由于输入的数据会影响最终的结果，所以也必须要认真的填写。首先输入专家个数、方案个数，属性个数，系统会自动地生成表格用以输入专家名、专家权重、属性名、属性权重、方案名，然后再生成用于输入专家在各属性下对各方案的评价矩阵表，最后得出专家群决策结果的各方案得分，进而进行专家权重调整，在调整过程中需要手动输入偏离权重系数、熵权系数、阈值及允许调整的最大次数，计算出调整结果，选出最佳方案并加以显示。开始登录界面N登录成功？Y输入专家个数、方案个数、属性个数输入专家名、专家权重、方案名、属性名、属性权重、语言评估标度输入专家在各属性下对各方案的评价值输入偏离权重系数、熵权系数、阈值、最大调整次数求得专家群体的综合评价值及最佳方案调整过程求得调整后专家群体的综合评价值及最佳方案结束图3-2 系统总体流程图图3-3为权重调整流程图。系统开始时输入原始数据信息，计算出调整前的专家群体的综合评价值，进而计算偏离权重与熵权，采用线性加权计算专家权重的调整值，由新的权重值计算新的专家群体的综合评价值，在计算前后两次专家群体关于各方案的综合评价值之间的距离，在此设定阈值与最大调整次数，如果满足调整次数，则说明调整未结束，还需继续进行调整，如果不满足，则表示调整结束，可得到最后的群体决策结果，在对其进行排序并给出调整后的最佳方案。开始输入原始数据信息计算专家群体的综合评价值计算熵权计算偏离权重采用线性加权计算专家权重的调整值由新的权重值计算新的专家群体的综合评价值计算两次专家群体关于各方案的综合评价值之间的距离设置阈值及最大调整次数Y调整次数N求得最后的群体决策结果结束排序并给出最佳方案图3-3 权重调整流程图4. 系统设计与实现 4.1 数据的存储格式在本系统中，只用到一张Access数据库表，图4-1为这张表的设计结构图，主要是用来保存用户注册的用户名和密码等信息。图4-1 Access数据库设计结构图数据库的表中内容如表4-1所示，表4-1用户名密码数据表本系统除了在注册登录时用到Access数据库，剩下的数据全部是用Excel来进行保存的，大体由四张Excel表组成，下面介绍这四张表，表4-2是专家名及专家权重输入表表4-2 专家名及专家权重A列：专家名字，B列：专家权重表4-3是属性名及属性权重输入表表4-3 属性名称及属性权重 A列：属性名称，B列：属性权重表4-4是方案名输入表表4-4 方案名称A列表示方案名称表4-5是专家群体在各属性下对各方案的评价值输入表表4-5 专家群体在各属性下对各方案的评价值输入表权重调整过程数据也可存放在一张Excel表中，如表4-6所示表4-6 调整过程数据表4.2 用户界面设计（1）用户注册界面和登录界面在注册界面，输入用户名、密码即可，注册成功后会自动跳到登录界面，然后在登录界面输入用户名，密码及验证码后将会成功进入该系统。图4-2是用户注册界面，在这个界面中主要填入用户名、密码，点击确定即可，注册成功后将直接返回登录界面。如果输入用户名已经被注册或输入错误，则会给出如图4-3所示的提示。需要注意的是本系统的账户名和密码最多只能接受16位的长度，如果超过则会自动省略超过范围后输入的那些数据信息。图 4-2 用户注册界面图4-3 注册错误提示图4-4为用户登录界面，填入用户名、密码、验证码等信息后点击“登录”，信息验证正确后进入系统，如果输入有误，将会给出如图4-5所示的提示。图4-4 用户登录界面图4-5 登录错误提示（2）系统运行主界面登录名验证成功后就将进入该系统，从这里用户必须需要认真填写。首先是专家、方案、属性个数输入界面，如图4-6，这三个数据非常重要，将直接影响着本系统能否正常的服务，请认真填写，用户确认无误后，再点击“下一步”按钮，进行下一步的计算，在下面的计算中若发现图4-6中输入错误则可返回到图4-6处进行修改，但那样就会浪费不必要的时间，影响效率。在输入信息不符合系统规定时，也将会给出相应提示。图4-6 初始化专家、方案、属性个数在图4-6这个界面输入相应数据后，即可点击“下一步”，进入如图4-7界面，在这一界面输入信息较多，若已有数据，则可点击“导入已有数据”，将数据导入。输入信息必须符合规定，专家权重和属性权重必须介于0到1之间，所有专家权重之和必须等于1，所有属性权重之和也必须等于1，输入错误则会给出相应提示。语言评估标度也必须给出，一般输入的为偶数，例如：如果输入为2，则“0”表示“差”，“1”表示“一般”，“2”表示“好”；如果输入的是6，则“0”表示“很差”，“1”表示“差”，“2”表示“较差”，“3”表示“一般”，“4”表示“较好”，“5”表示“好”，“6”表示“很好”等，在计算出最后结果时，可看出专家对各方案的评价值在哪个标度内。所有信息输入正确后，点击“下一步”则会进入如图4-8界面。 图4-7专家、方案、属性名及权重图4-8专家在各属性下对各方案的评价值图4-8界面用于用户输入专家在各属性下对各方案的评价值，可手动输入数据，若已有数据，则可点击“导入已有数据”，将Excel中的数据导入，评价值的大小必须符合在图4-7界面输入的语言评估标度范围内，否则系统会给出相应提示，并将光标停留在不符合条件的数据上，让用户进行修改，如果不修改或修改错误将不能进行以后的操作，如图4-9。如果检查输入的数据符合条件并正确无误的话，点击“下一步”按钮则即可得到如图4-10的计算结果。图4-9 输入数据错误提示图4-10 专家权重调整前的群决策结果在图4-10中用户不需要输入任何数据信息，主要为用户显示计算出的单个专家的综合评价值、专家群体的综合评价值及方案排序，并给出调整前的最佳方案，用户可直接由专家群体的综合评价值对比语言评估标度可看出专家对各个方案的评价值属于哪个段位（即“好”、“一般”还是“差”等）。用户查看后即可点击“下一步”，进入如图4-11界面，在这一步中需要用户输入偏离权重系数（熵权系数=1-偏离权重系数）、两次专家群体综合评价值的距离的阈值、允许最大调整次数（以防设置阈值过小而使调整次数过多，而使系统在较长一段时间内不能运行完毕），在图4-11这一界面的输入中，必须使给出的数据符合系统要求，不然在点击“下一步”的时候会给出相应的错误提示。每个数据都必须给出，不然不能进行下一步的计算。在检查输入无误后，点击“下一步”，即可得到如图4-12计算过程中的数据。图4-11 初始化各系数及阈值图4-12 权重调整过程数据图4-12这个界面，用以显示专家权重调整过程，直观的向用户显示权重调整过程中的数据变化，方便用户查看，在界面上主要给出专家权重调整次数、各专家的权重、各专家偏离权重系数、各专家熵权等信息。如果想导出调整过程数据，可点击“保存数据”按钮来保存数据，然后点击“下一步”进入如图4-13界面。在图4-13界面中给出调整前的专家群体的综合评价值、排序及最佳方案和调整后的专家群体的综合评价值、排序及最佳方案。用户可以直观的看出专家权重调整前和调整后专家群体对各方案评价值及其排序变化，也可以直观看到调整前后选出最佳方案是哪一个方案。图4-13 调整结果（3）导航模块在本系统每个界面的左侧都有一个导航模块，该模块包含各个界面的链接供用户在各界面中进行快速的切换，从而方便用户查看各界面显示的信息。若向前查看，则在前面的界面中输入的数据一般不作修改，查看完毕后可返回到当前界面，继续进行计算。若需要改动之前的数据，可点击“修改数据”按钮进行修改，则原来的计算数据将不保存，系统将从修改数据的那个界面开始重新进行计算。如果修改了的数据需要进行保存以备下次使用，在点击界面上相应的“保存”按钮即可将数据保存到Excel中。点击“返回登录界面”，则可直接返回图4-4所示的用户登录界面。点击每个界面右上角的关闭按钮“X”，则会给出退出系统提示。点击“是”退出系统，点击“否”返回当前界面。5 系统的优缺点分析优点：（1）本系统占用空间小，实用性强。（2）本系统的界面设计简洁，在系统中的关键处都有错误提示，便于用户操作。缺点：由于自己编程能力有限，设计步骤可能会繁琐一些，代码编写可能不够简洁，界面有的地方设计不合理，这是系统的不足之处，只能使用Microsoft Access数据库，也只能使用Microsoft Excel进行数据保存，需要改进。6 结束语通过这半年多的学习和努力，完成了这个系统的全部功能。在这过程中我遇到了很多的问题，我通过不断查阅资料不断学习和咨询导师，排除一个个的问题，促使自己的动手能力得以提高，独自解决问题的能力也得以提高，这将对我今后的发展起着重要的促进作用。这是一个理论与实际相结合课题，一方面很好的检验了理论，一方面也有利于具体问题的解决。学习开始时，自己一片茫然不知道从何处下手，编程语言不太熟练、理论知识理解不到位，但通过不断的学习，并且在庞老师的指导下，最终完成了这个系统，提高了自己的编程能力，自己也得到了很好的锻炼。由于这是一个理论性较强的课题，所以在许多不懂的地方都得到了导师庞继芳的悉心指点，这使自己少走了不少弯路。庞老师严谨态度影响了我，也是我的一大收获。这些对于自己以后不管是工作、学习还是生活都大有裨益，真诚感谢庞老师的帮助和点拨。参考文献：1岳超源. 决策理论与方法M. 北京: 科学出版社, 2003.2陈侠, 樊治平. 基于不同偏好信息的评价专家水平研究J. 系统工程理论与实践, 2007, 27(2): 27-35. 3王坚强. 一种信息不完全确定的多准则语言群决策方法J. 控制与决策, 2007, 22(4): 394-398. 4陈晓红, 徐选华, 曾江洪. 基于熵权的多属性大群体决策方法J. 系统工程与电子技术, 2007, 29(7): 1086-1089.5王应明. 运用离差最大化方法进行多指标决策与排序J. 系统工程与电子技术, 1998, 20(7): 24-26.6陈华友. 多属性决策中基于离差最大化的组合赋权方法J. 系统工程与电子技术, 2004, 26(2): 194-197.7马永红, 周荣喜, 李振光. 基于离差最大化的决策者权重的确定方法J. 北京化工大学学报, 2007, 34(2): 177-180.8宋光兴, 邹平. 多属性群决策中决策者权重的确定方法J. 系统工程, 2001, 19(4): 84-89.9梁墚, 熊立, 王国华. 一种群决策中专家客观权重的确定方法J. 系统工程与电子技术, 2005, 27(4): 652-655.10刘业政, 徐德鹏, 姜元春. 多属性群决策中权重自适应调整的方法J. 系统工程与电子技术, 2007, 29(1): 45-48.11邱菀华. 管理决策和应用熵学M. 北京: 机械工业出版社, 2002.12万俊. 海军基地级装备保障方案评估研究D. 武汉: 海军工程大学, 2008.13万俊,邢换革,张晓晖.基于熵理论的多属性群决策专家权重的调整算法J,控制决策,2010,25(6):907-910.14Jifang Pang, Jiye Liang. Evaluation of the results of multi-attribute group decision-making with linguistic information, 2012, 40: 294301.Design and implementation of group decision-making system based on adaptive expert weights Student Name：Weiqiang Li Tutor：Jifang PangAbstract This paper chose to Design and implementation of group decision-making system based on adaptive expert weights. Base on the experts subjective weights have been given, through adaptive algorithm to constantly adjust the weights of experts, it can a more reasonable weight value, and make group decision more effective. The research focuses on the theoretical aspects of the algorithm now, and get great achievements. However, it is lack the molding applications or utility software to help decision makers make decisions. The system can be applied to the actual decision-making problems, Simplify the decision-making process and improve decision-making efficiency.Keywords Multi-attribute group decision-making; The weights of decision makers; Deviation weights; Language assessment scale; Entropy weight adjustment19