多属性群决策分析.docx
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1、n上一章所所研究的的多属性性决策问问题是由由单个决决策者从从有限个个方案中中,选择择一个决决策者认认为满意意的方案案。其决决策行为为主要表表现在单单一效用用函数或或单一优优先关系系的构造造和分析析,这一一类决策策是所谓谓的独断断型决策策。但在在现代社社会生活活中,实实际决策策的形成成往往不不是一个个人说了了算的。由于各各种经济济决策问问题变得得越来越越复杂,在许多多情况下下都有必必要集中中一群人人的智慧慧来共同同解决决决策问题题。即使使是人们们每天碰碰到的日日常决策策,虽然然本质上上不属于于群决策策的范畴畴,但也也会征求求亲友或或同事们们的意见见,然后后才作出出决定。因此,根据群群体各个个成员
2、的的意见和和偏好来来制订统统一的决决策是人人类决策策的普遍遍形式。现代群决决策(GGDM)理论的的研究范范畴已经经从早期期的社会会选举理理论发展展到近代代的多属属性群决决策理论论,又从从多属性性群决策策理论进进一步推推广到现现代的专专家系统统理论和和对策理理论,并并与模糊糊集理论论结合在在一起,形成了了一个十十分活跃跃而广泛泛的研究究领域。多属性决决策问题题从单个个决策者者的独断断情形转转变到多多个决策策者集议议的情形形,给决决策分析析带来许许多复杂杂的因素素,并提提出一系系列的新新问题。由于不不同的决决策者对对同一问问题的理理解和愿愿望彼此此不同,甚至是是相互抵抵触和矛矛盾的,如何根根据每个
3、个成员的的偏好形形成整个个群体的的偏好,即从单单一优先先关系或或单一效效用函数数形成群群体优先先关系或或群体效效用函数数,进而而排列方方案的优优劣次序序,便成成为解决决多属性性群决策策问题的的关键。12.11 选举举函数和和福利函函数12.11.1 社会选选举理论论选举是民民主社会会中表达达民众意意愿的基基本形式式,也是是最典型型的群决决策方法法之一。当选民民在投票票的时候候,心中中对候选选人的各各方面条条件,如如资格、能力、诚信度度等,都都已经作作了综合合性的衡衡量与比比较,才才形成自自己的选选择意愿愿。所以以,选举举过程实实质上是是一个多多属性的的群决策策过程,只是这这里的决决策属性性没有
4、以以外在的的形式表表现出来来而已。社会选举举方法的的形成和和发展可可以划分分为三个个主要的的历史时时期。第第一个历历史时期期发生在在十八世世纪八十十年代的的法国,其代表表人物为为 Boordaa和Coondoorceet。第第二个历历史时期期发生在在十九世世纪六十十年代和和九十年年代之间间的英国国,其代代表人物物为Doodgsson和和Nannsonn。第三三个历史史时期发发生在二二十世纪纪五十年年代至八八十年代代的美国国,其代代表人物物为Arrroww,Giibbaard和和 Saatteerthhwaiite。选举需要要解决的的根本问问题是如如何在充充分考虑虑个人意意愿的基基础上形形成合理
5、理的全社社会的选选举结果果。对于于只有两两个候选选人的选选举情况况,简单单多数的的选举原原则被普普遍认为为是公正正可行的。但如如果有多多名候选选人存在在时,简简单多数数的选举举原则却却有可能能导致矛矛盾荒谬谬的结果果。譬如如,设有有三个选选民甲、乙、丙丙和三个个候选人人,如果果甲认为为 优于于,又优于于;乙认认为优于于,又优于于;而丙丙认为优优于,又优于于。那么么两两比比较的结结果是:优于有两两票赞成成一票反反对,优优于也有有两票赞赞成一票票反对,但是优优于只有有一票赞赞成两票票反对。因此,按简单单多数原原则得到到的结果果是不传传递的,即优于,优于,但但却不优优于。这这就是十十八世纪纪末由CC
6、onddorccet揭揭示的选选举问题题中的多数悖悖论,称为CConddorccet现现象,或或Conndorrcett效应。为了克服服Conndorrcett 现象象在选举举理论上上造成的的极大困困扰,许许多不同同的群决决策程序序相继提提出,形形成了社社会选举举函数和和社会福福利函数数两大类类别。前前者主要要用于政政治选举举问题,后者主主要用于于经济决决策问题题。当方方案集为为有限集集时,社社会选举举函数和和社会福福利函数数是完全全等价的的,只有有当方案案集为无无限集时时,社会会福利函函数才有有别于社社会选举举函数。社会选举举函数基基于Coondoorceet倡议议的简单单多数原原理,并并由
7、Boordaa (117844),CCopeelannd (19551),Nannsonn (118833),DDodggsonn (118766),KKemeeny (19959),Coook和和Seiiforrd (19778),Fisshbuurn (19977),Beernaardoo (119811), Milllerr (119833),SSheppslee和Weeinggastt (119844),BBankks (19885),Mckkelvvey (19986),Feeld 及其合合作者(19887),Harrtleey和KKilggourr (119877),DDuttta
8、 (19888),Zavvistt 和TTideemann (119899) 等等人围绕绕着Coondoorceet现象象从不同同角度对对社会选选举函数数进行了了改进和和推广。Blaack (19958) 和 Fisshbuurn (19977) 以及及Gehhrleein (19983) 对早早期的这这些方法法进行了了总结,并从理理论上作作了详细细的比较较性研究究。社会福利利函数的的概念由由Berrgsoon (19338) 提出,经过SSamuuelsson (19947),Gooodmman- Maarkoowitts (19552) 的改进进和发展展,并由由Arrrow (19963)
9、 加以以创新和和推广。此后,Kirrkwoood (19972),Boowmaan-CColaantooni (19973),Giibbaard (19973),Bllin-Whiinstton (19974),Saatteerthhwaiite (19975),Faarriis-SSagee (119755),PParkks (19776),Polllakk (119799),DDyerr-Saarinn (119799),MMackkay (19980),Boowerrs (19881),Greetheer-PPlottt (19882),Fisshbuurn (19983, 19987)
10、,Nuurmii (119877),MMerrrilll (119888),EEnellow-Hinnichh (119899) 等等人在AArroow 的的不可能能性定理理的基础础上,提提出了各各种各样样的改进进方法。Lucce-RRaifffa (19957),Rootheeberrg (19661),Kellly (19978) 和FFishhburrn (19773, 19884, 19990) 对各种种社会福福利函数数都有过过精辟的的论述。下面我们们将扼要要介绍社社会选举举函数和和社会福福利函数数的基本本理论和和方法。12.11.2 社会选选举函数数在社会选选举问题题中,候候选人集集
11、合是一一个非空空有限集集合,记记为A。设有有n位选民民参加投投票,每每个人将将按照自自己的意意愿对候候选人进进行排队队。对于于任何两两个候选选人x, yA,采用用符号# (ii:xiy)表示x优于y的票数数,则有有# (i:xiy)+ # (ii:yix) = n, xy。那么么简单多多数原则则可以被被定义为为:x y当且仅仅当 # (ii:xiy) # (i:yix)如果 # (ii:xiy) = # (i:yix),则认认为x与y无差异异。Conddorccet认认为,在在简单多多数原则则下,如如果存在在某一个个候选人人能够击击败所有有的对手手,则该该候选人人必然是是最能代代表大多多数选民
12、民意愿的的选举结结果。换换言之,Conndorrcett原则被被定义为为:x = x* 当且且仅当xxA,x y, yAx但是,当当选举结结果出现现循环现现象时,不存在在以简单单多数胜胜出的候候选人。为此,许多学学者对上上述简单单多数原原则进行行了推广广,并由由此产生生了多种种多样的的社会选选举函数数。现选选择其中中有代表表性的几几种社会会选举函函数分别别介绍如如下。(1) Conndorrcett函数当简单多多数胜出出的候选选人不存存在时,Conndorrcett提议采采用下面面的方法法。设则候选人人的优先先顺序将将按照函函数fC (x)的值来来排列。这里,fC (x)的值表表示x与其它它候
13、选人人比较时时所处的的最不利利情形。因此,fC (x)是一个个极大极小型型的保守守函数。(2) Borrda函函数在包含mm个候选选人的选选举问题题中,BBordda提议议对每一一个候选选人依据据其排序序名次分分别记分分,称为为Borrda分分。记分分原则是是排在第第一位得得m1分,第第二位得得m2分,这样依依次递减减,直到到最后一一位得00分。候候选人的的最终排排名取决决于Boordaa总分的的高低,其数学学表示式式为(3) CoookSeiiforrd函数数Cookk和Seeifoord引引进了距距离函数数d以度量量排序的的不一致致性,并并将总距距离最小小的排序序方式定定义为一一致性排排序
14、。设设rij表示示选民ii对候选选人j的排序序结果,令rj*表示候候选人jj的一致致性排序序结果,那么选选民i排序的的不一致致性可以以表示为为故排序的的总偏差差为因为rjj*只能等等于序数数1, 2, , m中的某某一个,设rj* = k,则可可定义从而假定每个个候选人人都有mm个不同的的k值,则则一共要要计算mmm个个距离系系数djk ,j, k = 1,2,m。显然,寻寻找使总总距离最最小的一一致性排排序问题题等价于于求解一一个mm的分分配问题题。限于本教教材的撰撰写目的的和篇幅幅,其它它社会选选举函数数不再一一一列举举,有兴兴趣的读读者可参参阅书后后所列的的参考文文献。例12.1假设设某
15、班级级60位位学生拟拟从3名名任课教教师中评评选1名名优秀教教师,投投票结果果为:23票:a b c17票:b c a 2票:b a c10票:c a b 8票:c b a(1) Conndorrcett函数:两两比比较结果果为# (ii:a ib) = 333,# (i:bia) = 277,# (i:aic) = 255,# (ii:c ia) = 355,# (i:bic) = 422,# (i:cib) = 188。显然,这这里不存存在能以以简单多多数胜出出的候选选人。采采用Coondoorceet函数数的计算算结果可可表示为为如下矩矩阵形式式:abcfC a332525b274227
16、c351818结论:bb a c。(2) Borrda函函数:abcfBa332558b274269c351853结论:bb a c。(3) CoookSeiiforrd函数数:已知知i = 1,22,60,j = a, b,c,k = 1, 2, 3类似地,可算出出:以上距离离系数被被总结在在下面的的矩阵表表中: kj123a624858b512969c674353这是一个个使总偏偏差达到到最小的的分配问问题,其其求解过过程为:62485814010000512969220408030674353240101000结论:aa b c。12.11.3 社会福福利函数数福利经济济学是西西方的一一
17、种经济济学派,主要研研究社会会资源和和商品的的分配理理论与方方法,旨旨在发现现某种合合理的社社会结构构,以使使由资源源和商品品产生的的社会福福利达到到最大。福利经经济学家家从社会会福利的的观点去去评价各各种可能能的社会会结构,并用一一个反映映社会状状况的实实值函数数福利利函数去去度量和和判断每每种社会会结构的的优劣。早期的社社会选举举函数和和社会福福利函数数对候选选人或事事所处状状态的描描述采用用的都是是序数型型变量,即排序序比较方方法。针针对这种种情形,Arrrow提提出了满满足一致致性要求求的两条条公理和和五项条条件,并并在此基基础上证证明了著著名的AArroow不可可能性定定理,即即在一
18、般般情形下下不可能能找到一一种程序序或方法法将所有有社会成成员的个个人偏好好集成为为整个社社会的群群体偏好好而不违违背一致致性原则则。为此此,其它它学者作作出了种种种假设设,旨在在将序数数型的社社会福利利函数改改写成基基数型的的效用函函数,从从而发展展为现代代的多属属性群决决策理论论与方法法。在介绍AArroow的不不可能性性定理之之前,我我们先引引进二元元关系和和社会福福利函数数的定义义与性质质:定义122. 11 集合合A上的一一个二元元关系RR是域AA上的一一个子集集,定义义为 AA上全部部有序对对(x, y)的集合合,记作作xRy,并用用符号, 和分别表表示x, y之间的的强序关关系,
19、弱弱序关系系和无差差异关系系,记作作xy,xy和xy。定义122. 22 设R是集合合A上的一一个二元元函数。则:(1) R是自反反的当且且仅当:xRx, xA。(2) R是连通通的当且且仅当:。式中中是逻辑辑或的符号号,即对对于集合合A中的任任何x, y不是xRy,就是是yRx。(3) R是不循循环的当当且仅当当:不存存在 ,使得式中是是逻辑与的的符号。(4) R是可传递递的当且且仅当:,即如如果,而而且yRz,则xRz。(5)RR是一个个弱序关关系当且且仅当:R是连通通的和可可传递的的。定义122.3 设有有一组方方案和决决策群体体D = (D1, D2, , DDm)。社会会福利函函数f
20、是将决决策者个个人在方方案集AA上的独独立序关关系合成成为决策策群体DD在A上的总总序关系系R的法则则,亦即即f是从积积空间RR m到空间间R的一个个映射,记为, 或 定义122. 44 对于A中的任任意方案案x, y,当决决策者DDi认为xiy,xiy和xi y时,分分别记 R ii =1, 0 和1。则由由社会福福利函数数f确定的的群决策策法则具具有以下下性质:(1) 可决策策性:;(2) 公正性性:;(3) 平等性性:如果果是11,m上的的任一排排列,则则 (4) 正相关关性:;(5) 均分性性:对于于任意正正整数 m,;(6) 弱Paaretto最优优性:;(7) 强Paaretto最
21、优优性:如如果中的的某些值值等于11,而其其它值等等于0,则如果果中的全全部值等等于0,则。对定义110.44中的有有关性质质可作如如下解释释,(11) 可可决策性性:指由由社会福福利函数数产生的的群决策策法则对对于选民民的每一一种选择择意向都都应该能能得到一一个有意意义的、唯一的的决策结结果。(2) 公正性性:如果果所有的的人都改改变原来来的选择择意向,则原决决策的结结果将会会被推翻翻,其作作用是防防止任何何候选人人或候选选方案被被外部势势力内定定为决策策的必然然结果。(3)平等性性:避免免某一个个决策成成员享有有高于其其它决策策成员的的权力,体现了了一人一一票的选选举原则则。(44) 正正
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