L15多属性决策3hgw.pptx
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1、L15 多属性决策3n詹文杰(教授詹文杰(教授/博导)博导)n Office:华中科技大学管理学院华中科技大学管理学院611室室n Tel:027-87556472n Email:学习目标学习目标n理想解法(TOPSIS);n基于估计相对位置的方案排队法。15 多属性决策n15.1 逼近理想解(TOPSIS法)n15.2 基于估计相对位置的方案排队法15.1 逼近理想解(TOPSIS法)nTOPSIS又称双基点法,是逼近理想解的排序方法(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution)的英文缩略。n通过构造多指标问题
2、的理想解和负理想解,并以靠近理想解和远离负理想解两个基准靠近理想解和远离负理想解两个基准,作为评价各可行方案的判据。n理想解:是设想各指标属性都达到最满意值的解。n负理想解:是设想各指标属性都达到最不满意值的解。理想解与负理想解示意图f1f2OA1A2A3AmA*A-n设决策问题有设决策问题有m个可行方案个可行方案 a1,a2,am,两个评,两个评价指标价指标f1、f2,不妨设二指标均为效益型指标。,不妨设二指标均为效益型指标。n方案方案ai的二指标值记为的二指标值记为(xi1,xi2),于是方案,于是方案ai可以用可以用平面平面f1-f2上的点上的点Ai(xi1,xi2)表示。记:表示。记:
3、则:则:理想解为理想解为 A*(x*1,x*2);负理想解负理想解为为 A-(x-1,x-2)。理想解与负理想解的数学描述相对贴近度 设方案设方案ai对应的点对应的点Ai到理想点到理想点A*和负理想和负理想点点A-的距离分别为:的距离分别为:定义方案定义方案ai与理想解、负理想解的相对贴近与理想解、负理想解的相对贴近度为度为满足:满足:0Ci*1;理想点理想点:Ci*1;负理想点负理想点:Ci*0.方案逼近理想解而远离负理想解时方案逼近理想解而远离负理想解时Ci*1。TOPSIS法的基本步骤:用用向量归一化法向量归一化法对对决策矩阵进行标准化处决策矩阵进行标准化处理,得理,得规范化矩阵:规范化
4、矩阵:Z=(zij)mn;用适当的方法确定各决策指标的权重用适当的方法确定各决策指标的权重wj,得,得加权规范化矩阵加权规范化矩阵:确定确定理想解理想解和和负理想解负理想解:效益型指标效益型指标成本型指标成本型指标TOPSIS法的基本步骤:(续)计算各方案到计算各方案到理想解理想解和和负理想解负理想解的距离的距离 计算各方案的相对贴近度计算各方案的相对贴近度Ci*,相对贴近,相对贴近度大者为优,小者为劣。度大者为优,小者为劣。例5:用TOPSIS法解”买车”问题效益指标成本指标备选车价格(万元)y1(w1=0.6)油耗(升/百公里)y2(w2=0.35)舒适度y3(w3=0.05)x14025
5、10 x215183x325106x435158成本指标步骤1:向量规范化备选车价格(万元)y1(w1=0.6)油耗(升/百公里)y2(w2=0.35)舒适度y3(w3=0.05)x10.65980.70040.6917x20.24740.50430.2075x30.41240.28020.4150 x40.57740.42020.5534效益指标成本指标成本指标步骤2:加权规范阵备选车价格(万元)y1(w1=0.6)油耗(升/百公里)y2(w2=0.35)舒适度y3(w3=0.05)x10.39590.24510.0346x20.14850.17650.0104x30.24740.09810
6、.0208x40.34640.14710.0277效益指标成本指标成本指标步骤3:理想解与负理想解nV*=0.1485,0.0981,0.0346nV=0.3959,0.2451,0.0104效益型指标效益型指标成本型指标成本型指标步骤4:距离计算与排序S*S-C*10.28790.02420.077620.08210.25680.757730.09990.20920.676840.20400.11120.3527方案排序:x2x3x4x1例6:用TOPSIS法解研究生院排序问题。n设决策人设定的各属性权重分别为(0.2,0.3,0.4,0.1)效益指标效益指标成本指标区间指标 指标指标方案方
7、案人均专著人均专著 C1(本(本/人)人)生师比生师比 C2科研经费科研经费 C3(万元(万元/年)年)逾期毕业率逾期毕业率 C4(%)A10.1550004.7A20.2740002.2A30.61012603.0A40.3430003.9A52.822841.2步骤1:数据预处理(区间指标)效益指标效益指标成本指标 指标指标方案方案人均专著人均专著 C1(本(本/人)人)生师比生师比 C2科研经费科研经费 C3(万元(万元/年)年)逾期毕业率逾期毕业率 C4(%)A10.11.050004.7A20.20.833340002.2A30.60.333312603.0A40.30.666630
8、003.9A52.80.02841.2效益指标步骤1:向量规范化人均专著y1生师比y2科研经费y3逾期毕业率y410.03460.66670.69560.648220.06930.55550.55650.303430.20780.22220.17530.413740.10390.44450.41740.537850.96960.0000.03950.1655效益指标效益指标成本指标效益指标步骤2:加权规范阵人均专著y1生师比y2科研经费y3逾期毕业率y410.00690.20000.27820.064820.01390.16670.22260.030330.04160.06670.07010.
9、041440.02080.13330.16690.053850.19390.00000.01580.0165效益指标效益指标成本指标效益指标步骤3:理想解与负理想解nV*=0.1939,0.2000,0.2782,0.0165nV-=0.0069,0.0000,0.0158,0.0648步骤4:距离计算与排序S*S-C*10.19310.33000.630820.19190.26790.582730.29140.09560.247040.21950.20230.479650.33000.19310.3692方案排序:x1x2x4x5x3例例7:用理想解法对购机问题进:用理想解法对购机问题进行决
10、策。行决策。n例例4:某航空公司欲购买飞机按某航空公司欲购买飞机按6个决策指标对不同型号的个决策指标对不同型号的飞机进行综合评价。这飞机进行综合评价。这 6个指标是,最大速度个指标是,最大速度(f1)、最大、最大范围范围(f2)、最大负载、最大负载(f3)、价格、价格(f4)、可靠性、可靠性(f5)、灵敏度、灵敏度(f6)。现有。现有4种型号的飞机可供选择,具体指标值如下表:种型号的飞机可供选择,具体指标值如下表:指标指标(fj)机型机型(ai)最大速最大速度度(马赫马赫)最大范最大范围围(公里公里)最大负最大负载载(千克千克)费用费用(106美元美元)可靠可靠性性灵敏度灵敏度a12.0150
11、0200005.5一般一般很高很高a22.52700180006.5低低一般一般a31.82000210004.5高高高高a42.21800200005.0一般一般一般一般 指标指标(fj)机型机型(ai)最大速最大速度度(马赫马赫)最大范最大范围围(公里公里)最大负最大负载载(千克千克)费用费用(106美元美元)可靠可靠性性灵敏度灵敏度a12.01500200005.5一般一般很高很高a22.52700180006.5低低一般一般a31.82000210004.5高高高高a42.21800200005.0一般一般一般一般 指标指标(fj)机型机型(ai)最大速最大速度度(马赫马赫)最大范最大
12、范围围(公里公里)最大负最大负载载(千克千克)费用费用(106美元美元)可靠可靠性性灵敏度灵敏度a12.01500200005.559a22.52700180006.535a31.82000210004.577a42.21800200005.055例例7:定性指标定量化处理:定性指标定量化处理例例7:购机决策问题。:购机决策问题。求决策矩阵的向量归一标准化矩阵求决策矩阵的向量归一标准化矩阵Z;指标指标(fj)机型机型(ai)最大速最大速度度(马赫马赫)最大范最大范围围(公里公里)最大负最大负载载(千克千克)费用费用(106美元美元)可靠性可靠性灵敏度灵敏度a12.01500200005.559
13、a22.52700180006.535a31.82000210004.577a42.21800200005.055例例7:购机决策问题。:购机决策问题。适当的方法确定各决策指标的权重为:适当的方法确定各决策指标的权重为:计算加权规范矩阵:计算加权规范矩阵:V=(wjzij)mn;效益效益效益效益效益效益 成本成本 效益效益 效益效益例例7:购机决策问题。:购机决策问题。确定确定理想解理想解和和负理想解负理想解;计算各方案到理想解和负理想解的计算各方案到理想解和负理想解的距离距离;计算各方案的相对贴近度计算各方案的相对贴近度Ci*:Ci*最大的方案最优,故满意方案为方案最大的方案最优,故满意方案
14、为方案1。15.2 基于估计相对位置的方案排队法n前面几节介绍的求解多属性决策问题的方法,包括加权和法,字典序法,加权积法和逼近理想点的排队法(TOPSIS法),都需要有较多的初始信息,需要在事先给出决策矩阵,即需要给出每个备选方案的各属性的数值。n但在很多实际问题中,总有一些属性无法或很难量化,这时就给不出决策矩阵,决策人只能给出每个目标下各方案的优劣次序。例如,选择干部问题,要给出每个候选人的德、才、体的属性值是令人伤脑筋的事,但要决策人按照德、才、体这几个方面分别排出候选人的优劣次序却并不困难。n对这种可以给出这种可以给出序数信息序数信息,但,但给不出基数信息给不出基数信息的问题的问题,
15、应当有适当的方法求解。Navarrete,1979提出的基于估计相对位置的方案排队法是求解这类问题的一种较好的方法。一、方案优先关系的表述一、方案优先关系的表述n首先根据各方案对在各目标下的优先次序(即序数信息)及各目标的权重进行排序。n各方案间的优先关系可以用语言说明,也可以用第三章介绍和等符号描述。n但是它们都不如指向图直观,也不如0-1矩阵便于运算。指向图指向图n指向图用小圆表示方案,称为节点;有向弧表示优先关系,箭头从表示优方案的节点出发指向代表劣方案的节点。例如,若xixk,则有向弧从节点xi出发,指向节点xk;若xixk,则在xi和xk之间画两条有向弧,一条从从xi指向xk,另一条
16、从从xk指向xi;若方案xi与xk不可比,则节点xk和xi之间不画有向弧。图9.6所示为某个方案集中各方案的指向图。其中方案x1优于方案x2和x3,方案x1与方案x4无差异,方案x1和方案x5不可比。(2)0-1矩阵矩阵n优先关系还可以用0-1矩阵(或称优先关系表)P=pikmm来表示。与图9.6对应的优先关系表如表9.15所示。其中,若xixk,则pik1,pki0;若xi xk,则pikpki1;若xi与xk不可比,则pikpki0。x1x2x3x4x5x111110 x201000 x301111x410011x500001表9.15(3)各方案的排序n利用指向图或优先关系表可以方便地确
17、定方案集X中各方案的排序。对指向图,可以设从xi发出的有向弧为ri条,指向xi的有向弧有qi条,则排队指示值:viriqi vi的值越大,方案xi越优,根据vi的大小可以排定方案集中各方案的优劣。n对0-1矩阵,xi所在行行中元素为1的个数(不包括对角线上的元素)记为ri,元素为0的个数记为qi,(xi所在列列中元素为1的个数(不包括对角线上的元素记为qi),仍用上式计算排队指示值。二、基于估计相对位置的方案二、基于估计相对位置的方案排队法的求解步骤排队法的求解步骤n第一步:由决策人设定各目标或属性j的权wj,j1,2,n,且使wj1.0。n第二步对每一目标或属性j,进行方案的成对比较,给出优
18、先关系矩阵或指向图。nxi的第j个属性值优于xk的第j个属性值记作(xixk)j,nxk的第j个属性值优于xi的第j个属性值记作(xixk)j的各目标j的权相加,记作w(xixk),即:类似地,把xixk的各目标的权相加,记作w(xixk),把xixk的各目标的权相加,记作w(xixk;若A(xi,xk)1/A,则xixk;若1/AA(xi,xk)A,则xi xk。根据上面判定的方案总体优劣,画出方案集X中各方案的总体优劣指向图或优先关系表。n3.第三步 确定各方案对(xi,xk)的总体优先关系:二、基于估计相对位置的方案二、基于估计相对位置的方案排队法的求解步骤排队法的求解步骤n第四步:计算
19、方案xi的总体优劣的排队指标值。根据方案集X中各方案的总体优劣指向图或优先关系表,可以计算方案xi的总体优劣的排队指标值:n第五步:按vi的大小排定方案集X中各方案xi(i=1,2,m)的优劣次序。例8:用基于估计相对位置的方案排序法解研究生院排序问题。指标指标方案方案人均专著人均专著 C1(本(本/人)人)生师比生师比 C2科研经费科研经费 C3(万元(万元/年)年)逾期毕业率逾期毕业率 C4(%)A10.1550004.7A20.2740002.2A30.61012603.0A40.3430003.9A52.822841.2例8:用基于估计相对位置的方案排序法解研究生院排序问题。例8:用基
20、于估计相对位置的方案排序法解研究生院排序问题。例8:用基于估计相对位置的方案排序法解研究生院排序问题。例8:用基于估计相对位置的方案排序法解研究生院排序问题。小结:小结:基于估计相对位置法n基于估计相对位置的方案排队法采用序数信息判断方案间的优劣,它所要求的信息较少,这是一大优点;与此同时,因为没有决策矩阵中的基数信息,所以不能反映方案集X中各方案在各自标下的优先程度,评价可靠性欠佳,这又是该方法的缺点。所以凡是属性值均能定量表示,能给出决策矩阵的,不宜采用这种方法。n基于估计相对位置的方案排序法的评价结果也是平局太多。在方案数较小时,方案之间出现平局的可能性较大。例9:估计相对位置的方案排队
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