多属性决策1-基础篇52687.pptx
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1、9 多属性决策1-基础篇学习目标了解多目标决策的特点;掌握多属性决策的决策矩阵;掌握多属性决策问题的方案筛选方法;掌握多属性决策问题的数据预处理方法;掌握多属性决策问题权的确定方法;掌握一般加权和与加权积方法。9 多属性决策1-基础篇9.1 多目标决策的特点9.2 多属性决策矩阵9.3 方案筛选9.4 数据预处理9.5 权的确定方法9.6 加权和法9.7 加权积法9.8 权的灵敏度分析9.1 多目标决策的特点一、多目标决策的例子:买车决策二、多目标决策的目标准则体系三、评价准则和效用函数四、目标准则体系的风险因素处理五、多目标决策问题的分类六、多目标决策的求解过程一、多目标决策的例子:买车决策
2、例例1 1:买车决策问题。:买车决策问题。单目标决策1(价格):价格(C)价格(T)价格(V)价格(M)单目标决策2(油耗):油耗(T)油耗(V)油耗(C)舒适(V)舒适(T)舒适(C)多目标决策的特点 决策问题的决策问题的目标(或指标)多于一个目标(或指标)多于一个。多多 目目 标标 决决 策策 问问 题题 的的 目目 标标 间间不不 可可 公公 度度 性性(non-commensurable),即即各各目目标标(或或指指标标)没没有有统统一一的的衡衡量量标标准或计量单位,因而难以进行比较。准或计量单位,因而难以进行比较。各各目目标标间间的的矛矛盾盾性性,即即提提高高了了一一个个指指标标的的
3、值值,可可能能损损害另一指标的值。害另一指标的值。目标和属性(Objective&attribute)Max(satisfaction car to buy)Min(油耗)Min(价格)Max(舒适度)40,15,25,3525,18,10,1510,3,6,8总目标分目标属性值例例1:买车决策问题:买车决策问题术语1:Objectives Objectives(目标)(目标):An objective has been defined by Keeney and Raiffa as an indication of the preferred direction of movement.Th
4、us,when stating objectives,we use terms like minimize or maximize.Typical objectives might be to minimize costs or maximize market share.术语2:AttributesAttributes(属性)(属性):An attribute is used to measure performance in relation to an objective.Sometimes we may have to use an attribute which is not dir
5、ectly related to the objective.Such an attribute is referred to as a proxy attribute.For example,a company may use the proxy attribute staff turnover to measure how well they are achieving their objective of maximizing job satisfaction for their staff.多目标决策术语n (1)属性属性(attribute)备选方案的特征、品质或性能参数。n (2)
6、目标目标(objective)它是决策人所感觉到的比现状更佳的客观存在,用来表示决策人的愿望或决策人所希望达到的、努力的方向。n (3)目的目的(goal)是在特定时间、空间状态下,决策人所期望的事情。目标给出预期方向,目的给出希望达到的水平或具体数值。n (4)准则准则(criterion)是判断的标准或度量事物价值的原则及检验事物合意性的规则,它兼指属性及目标。二、多目标决策的目标准则体系在多目标决策问题中,其目标或者经过逐层分解,或者依据决策主体要求和实际情况需要,形成多层次结构的子目标系统,使得在最低一层子目标可以用单一准则进行评价,称之为目标准则体系。目标准则体系的层次结构,一般用树
7、形结构图直观表示。最上一层,通常只有一个目标,称之为总体目标,最下一层,其中的每一个子目标都可以用单一准则评价,称之为准则层。决策目标决策目标准则准则1准则准则2准则准则k子准则子准则1子准则子准则2子准则子准则m方案方案1方案方案2方案方案n目标层目标层准则层准则层子准则层子准则层方案层方案层二、多目标决策的目标准则体系1)单层次目标准则体系各个目标都属于同一层次,每个目标无须分解就可以用单准则给出定量评价。图图1 1 单层次目标准则体系单层次目标准则体系总目标总目标目标目标m目标目标m-1目标目标2目标目标12)多层次树型目标准则体系各子目标可按序列关系分属各类目标,不同类别的目标准则之间
8、不发生直接联系;每个子目标均由相邻上一层的某个目标分解而成。总目标总目标目标目标m目标目标m-1目标目标2目标目标1子目标子目标11子目标子目标12子目标子目标13子目标子目标m1子目标子目标m2子目标子目标m3子目标子目标21子目标子目标22子目标子目标233)多层次网状目标准则体系相邻两层次子目标之间,仅按自身的属性建立联系,存在联系的子目标之间用实线连结,无实线连结的子目标之间,不存在直接联系。G.c1c2cn-1cng11g12g1n-1g1n最高层最高层中间层中间层准则层准则层g21g22g1k-1g1k三、评价准则和效用函数在在多多目目标标决决策策中中,制制定定了了目目标标准准则则
9、体体系系,不不同同的的目目标标用不同的评价准则衡量。用不同的评价准则衡量。在在多多目目标标决决策策中中,目目标标准准则则体体系系一一经经制制定定,任任何何一一个个可可行行性性方方案案实实施施的的效效果果,均均可可由由目目标标准准则则体体系系的的全全部部结果值所确定。结果值所确定。可可行行方方案案在在每每一一个个目目标标准准则则下下确确定定一一个个结结果果值值,对对目目标标准准则则体体系系,就就得得到到一一组组结结果果值值,并并经经过过各各目目标标准准则则的效用函数,得出一组效用值。的效用函数,得出一组效用值。效效用用值值分分别别表表示示了了可可行行方方案案在在各各目目标标准准则则下下,对对决决
10、策策主主体体的的价价值值,都都用用区区间间(0 0,1 1)上上的的实实数数表表示示。这这样样任任何何一一个个可可行行方方案案在在总总体体上上对对决决策策主主体体的的满满意意度度,通通过过这这些些效效用用值值按按照照某某种种法法则则并并合合而而得得,满满意意度度是是综综合合评价可行方案的依据。评价可行方案的依据。四、目标准则体系的风险因素处理多多目目标标决决策策的的风风险险因因素素,应应该该在在目目标标准准则则体体系系中中对涉及风险因素的各子目标分别加以处理。对涉及风险因素的各子目标分别加以处理。可以利用单目标风险决策技术,对某些存在风险因素的目可以利用单目标风险决策技术,对某些存在风险因素的
11、目标准则,将可行方案在各自然状态下的结果值转化为期望标准则,将可行方案在各自然状态下的结果值转化为期望结果值。结果值。对存在风险因素的所有目标准则都分别做这样的技术处理。对存在风险因素的所有目标准则都分别做这样的技术处理。于是,于是,任何一个可行方案在目标准则体系所有准则下,都任何一个可行方案在目标准则体系所有准则下,都只有一个确定的结果值,风险型多目标问题就转化为确定只有一个确定的结果值,风险型多目标问题就转化为确定型多目标问题型多目标问题。五、多目标决策问题的分类最常用的分类法是按备选方案的数量来划分:1.1.多属性决策问题多属性决策问题 (multi-attribute decision
12、 making problems):(multi-attribute decision making problems):这一类决策问题中的决策变量是这一类决策问题中的决策变量是离散型离散型的,其中的备选方案数量为有限个,的,其中的备选方案数量为有限个,因此,有些文献也称之为因此,有些文献也称之为有限方案多目标决策问题有限方案多目标决策问题。这一类问题求解的核。这一类问题求解的核心是对各备选方案进行评价后排定各方案的心是对各备选方案进行评价后排定各方案的优劣次序优劣次序,再,再从中择优从中择优。2.2.多目标决策问题多目标决策问题(multi-objective decision making
13、 problems):(multi-objective decision making problems):这一类决策问题中的决策变量是这一类决策问题中的决策变量是连续型连续型的,即备选方案数有无限多个,因的,即备选方案数有无限多个,因此,有些文献也称之为此,有些文献也称之为无限方案多目标决策问题无限方案多目标决策问题。求解这类问题的关键是。求解这类问题的关键是向量优化向量优化,也即,也即数学规划数学规划问题。问题。多属性决策和多目标决策统称多属性决策和多目标决策统称多准则决策多准则决策(multi-criterion decision(multi-criterion decision mak
14、ing)making)。六、多目标决策的求解过程例例2:设某人拟购买住宅一栋,有四所房屋可供选择,房屋的设某人拟购买住宅一栋,有四所房屋可供选择,房屋的合意程度用五个指标去衡量,即价格、使用面积、距工作地合意程度用五个指标去衡量,即价格、使用面积、距工作地点的距离、设备、环境。见下表的决策矩阵:点的距离、设备、环境。见下表的决策矩阵:8.2 多属性决策矩阵多属性决策矩阵:多属性决策矩阵:设有设有n个决策指标个决策指标Cj (j=1,2,n),m个可行方个可行方案案Ai(i=1,2,m),方案方案Ai 在指标在指标Cj 下的下的指标(属性)值为指标(属性)值为yij,则有如下决策矩阵则有如下决策
15、矩阵(或属性值表或属性值表):8.2 多属性决策矩阵例1:买车例例3:研究生院试评估研究生院试评估8.2 多属性决策矩阵8.3 方案筛选当方案集X 中方案的数量太多时,在使用多属性决策或评价方法进行正式评价之前就应当尽可能筛除一些性能较差的方案,以减少评价的工作量。常用的方案预筛选方法有如下三种:一、选优法 二、满意值法 三、逻辑和法一、选优法选优法(Dominance)又称优势法,是利用非劣解的概念(也称优势原则)淘汰一批劣解。若方案集X中的方案xi与方案xk相比,方方案案xi至至少少有有一一个个属属性性值值严严格格优优于于方方案案xk,而而且且方方案案xi的的其其余余所所有有属属性性值值均
16、均不不劣劣于于方方案案xk,则则称称方方案案xi比比方方案案xj占占优优势势,处处于于劣劣势势的的方方案案xk可可从从方方案案集集X中中删除。删除。从大批方案中选取少量方案时,可以用选优法淘汰全部劣解。一、选优法例子1:买车注意:在用选优法淘汰劣解时,不必在各目标或属性之间进行在用选优法淘汰劣解时,不必在各目标或属性之间进行权衡,不用对各方案的属性值进行预处理,也不必考虑各属性权衡,不用对各方案的属性值进行预处理,也不必考虑各属性的权重。的权重。二、满意值法满意值法(Conjunctive)又称逻辑乘法(即“与门”)。不失一般性,设各属性均为效益型。满意值法首先对每个属性都提供一个能够接受的最
17、低值,称为切除值,记作yj0(j=1,.,n)。只有当方案xi的各个属性值yij都不低于相应的切除值时,即yij yj0(j=1,.,n)均满足时,方案xi才被保留;只要方案xi有一个属性值小于切除值,即yij yj0,方案xi就被删除。这种方法的主要缺点是:属性之间完全不能补偿,一个方案的某个属性值只要稍稍低于切除值,其他属性值再好,它也会被删除。二、满意值法例子1:买车。切除值:价格高于切除值:价格高于3030万的不与考虑万的不与考虑三、逻辑和法逻辑和法(Disjunctive)意义为“或门”,该方法与满意值法的思路正好相反。不失一般性,设各属性均为效益型。逻辑和法首先为每个属性规定一个阀
18、值yj*(j=1,.,n)。只要当方案xi有某个属性值yij优于相应阀值yj*,即yij yj*(j=1,.,n),方案xi就被保留。这种方法的主要特点是:该方法显然不利于各属性都不错但没有特长的方案,但是可以用来保留某个方面特别出色的方案。例子1:买车。阀值:油耗低于阀值:油耗低于1515的都考虑的都考虑三、逻辑和法小结:方案筛选n上面介绍的这些方法可以用于初始方案过的预选,但是都不能用于方案排序,因为它们都无法量化方案的优先程度。8.4 数据预处理数据的预处理又称属性值的规范化,主要有如下三个作用:(1 1)统一化。属性值有效应型和成本型,对决策矩阵中的数据进行预处理,使表中任一属)统一化
19、。属性值有效应型和成本型,对决策矩阵中的数据进行预处理,使表中任一属性下性能越优的方案变换后的属性值越大。性下性能越优的方案变换后的属性值越大。(2 2)非量纲化。设法消去)非量纲化。设法消去(而不是简单删除而不是简单删除)量纲,仅用数值的大小来反映属性值的优劣。量纲,仅用数值的大小来反映属性值的优劣。(3 3)归一化。把表中数均变换到)归一化。把表中数均变换到0 0,1 1区间上。区间上。8.4 数据预处理数据预处理的主要方法:一、线性变换 二、标准0-1变换 三、区间数变换 四、向量规范化 五、统计处理 六、专家打分的预处理 七、定性指标的量化处理一、线性变换n原始的决策矩阵为:Y=yij
20、,变换后的决策矩阵记为:Z=zij,i=1,m,j=1,n。设yjmax是决策矩阵第 j 列中的最大值,若yj 为效益型属性效益型属性,则:n采用上式进行变换后:最差属性值不一定为0,最佳属性值为1。一、线性变换n原始的决策矩阵为:Y=yij,变换后的决策矩阵记为:Z=zij,i=1,m,j=1,n。令yjmax是决策矩阵第 j 列中的最大值yjmin是决策矩阵第j列中的最小值,若yj为成本型属性,则:n(1)n经上式变换后,最佳属性值不一定为1,最差为0。n(2)n经上式变换后,最差不一定为0,最佳为1,且是非线性变换。二、标准0-1变换n属性值进行线性变换后,若属性yj的最优值为1,则最差
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