《多目标决策》PPT课件.ppt
《《多目标决策》PPT课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《《多目标决策》PPT课件.ppt(90页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、第13章 多目标决策,13.1 基本概念13.2 决策方法13.3 多目标风险决策分析模型13.4 有限个方案多目标决策问题的分析方法13.5 层次分析法(AHP)思考与练习,13.1 基本概念,例13.1 房屋设计。某单位计划建造一栋家属楼,在已经确定地址及总建筑面积的前提下,作出了三个设计方案,现要求根据以下5个目标综合选出最佳的设计方案:(1)低造价(每平方米造价不低于500元,不高于700元)(2)抗震性能(抗震能力不低于里氏5级,不高于7级);(3)建造时间(越快越好);(4)结构合理(单元划分、生活设施及使用面积比例等设计合理);(5)造型美观(评价越高越好)。这三个方案的具体评价
2、如表13.1所示。,表13.1 三种房屋设计方案的目标值,1 多目标决策问题的基本特点例13.1就是一个多目标决策问题。类似的例子可以举出很多。多目标决策问题除了目标不止一个这一明显的特点外,最显著的有以下两个特点:目标间的不可公度性和目标间的矛盾性。所谓目标间的不可公度性,是指各个目标没有统一的度量标准,因而难以直接进行比较。例如房屋设计问题中,造价的单位是元/平方米,建造时间的单位是年,而结构、造型等则为定性指标。所谓目标间的矛盾性,是指如果选择一种方案以改进某一目标的值,可能会使另一目标的值变坏。如房屋设计中造型、抗震性能的提高,可能会使房屋建造成本提高。,2 多目标问题的三个基本要素一
3、个多目标决策问题一般包括目标体系、备选方案和决策准则三个基本因素。目标体系是指由决策者选择方案所考虑的目标组及其结构。备选方案是指决策者根据实际问题设计出的解决问题的方案。有的被选方案是明确的、有限的,而有的备选方案不是明确的,还有待于在决策过程中根据一系列约束条件解出。决策准则是指用于选择方案的标准。通常有两类:一类是最优准则,可以把所有方案依某个准则排序;另一类是满意准则,它牺牲了最优性,使问题简化,把所有方案分为几个有序的子集,如“可接受”与“不可接受”,“好的”、“可接受的”、“不可接受的”与“坏的”。,3 几个基本概念1)劣解和非劣解劣解:如某方案的各目标均劣于其它目标,则该方案可以
4、直接舍去。这种通过比较可直接舍弃的方案称为劣解。非劣解:既不能立即舍去,又不能立即确定为最优的方案称为非劣解。非劣解在多目标决策中起非常重要的作用。,图13.1 劣解与非劣解,单目标决策问题中的任意两个方案都可比较优劣,但在多目标时任何两个解不一定都可以比较。如图13.1所示,希望f1和f2两个目标越大越好,则方案A和B、方案D和E相比就无法简单定出其优劣。但是方案E和方案I比较,显然E比I劣。而对方案I和H来说,没有其它方案比它们更好。而其它的解,有的两对之间无法比较,但总能找到令一个解比它们优。I、H这一类解就叫非劣解,而A、B、C、D、E、F、G叫作劣解。如果能够判别某一解是劣解,则可淘
5、汰之。如果是非劣解,因为没有别的解比它优,就无法简单淘汰。倘若非劣解只有一个,当然就选它。问题是在一般情况下非劣解远不止一个,这就有待于决策者选择。,对于m个目标,一般用m个目标函数f1(x),f2(x),fm(x)刻画,其中x表示方案,而x的约束就是备选方案范围。最优解:设最优解为x*,它满足fi(x*)fi(x)i=1,2,n(13.1)2)选好解在处理多目标决策时,先找最优解。若无最优解,就尽力在各待选方案中找出非劣解,然后在非劣解之间权衡,从中找出一个比较满意的方案。这个比较满意的方案就称为选好解。,单目标决策主要是通过对各方案两两比较,即通过辨优的方法来求得最优方案。而多目标决策除了
6、需要辨优以确定哪些方案是劣解或非劣解外,还需要通过权衡的方法来求得决策者认为比较满意的解。权衡的过程实际上就反映了决策者的主观价值和意图。,13.2 决策方法,13.2.1 化多目标为单目标的方法1.主要目标优化兼顾其它目标的方法 设有m个目标f1(x),f2(x),fm(x),xR均要求为最优,但在这m个目标中有一个是主要目标,例如为f1(x),并要求其为最大。在这种情况下,只要使其它目标值处于一定的数值范围内,即 fifi(x)fii=2,3,m,就可把多目标决策问题转化为下列单目标决策问题:R=x|fifi(x)fi,i=2,3,m;xR(13.2)例13.2 设某厂生产A、B两种产品以
7、供应市场的需要。生产两种产品所需的设备台时、原料等消耗定额及其质量和单位产品利润等如表13.2所示。在制定生产计划时,工厂决策者考虑了如下三个目标:计划期内生产产品所获得的利润为最大;为满足市场对不同产品的需要,产品A的产量必须为产品B的产量的1.5倍;为充分利用设备台时,设备台时的使用时间不得少于11个单位。,表13.2 产品消耗、利润表,显然,上述决策问题是一个多目标决策问题,今若将利润最大作为主要目标,则后面两个目标只要符合要求即可。这样,上述问题就可变换成单目标决策问题,并可用线性规划进行求解。设x1为产品A的产量,x2为产品B的产量,则将利润最大作为主要目标,其它两个目标可作为约束条
8、件,其数学模型如下:max z=4x1+3.2x22x1+4x212(设备台时约束)3x1+3x212(原料约束)x1-1.5x2=0(目标约束)2x1+4x211(目标约束)x1,x20(13.3),2.线性加权和法 设有一多目标决策问题,共有f1(x),f2(x),fm(x)等m个目标,则可以对目标fi(x)分别给以权重系数i(i=1,2,m),然后构成一个新的目标函数如下:(13.4)计算所有方案的F(x)值,从中找出最大值的方案,即为最优方案。在多目标决策问题中,或由于各个目标的量纲不同,或因有些目标值要求最大而有些要求最小,则可首先将目标值变换成效用值或无量纲值,然后再用线性加权和法
9、计算新的目标函数值并进行比较,以决定方案的取舍。,3.平方和加权法 设有m个目标的决策问题,现要求各方案的目标值f1(x),f2(x),fm(x)与规定的m个满意值f*1,f*2,f*m的差距尽可能地小,这时可以重新设计一个总的目标函数:(13.5)并要求min F(x),其中i是第i(i=1,2,m)个目标的权重系数。,4.乘除法 当有m个目标f1(x),f2(x),fm(x)时,其中目标f1(x),f2(x),fk(x)的值要求越小越好,目标fk+1(x),fm(x)的值要求越大越好,并假定fk+1(x),fm(x)都大于0。于是可以采用如下目标函数:并要求min F(x)。,(13.6)
10、,5.功效系数法设有m个目标f1(x),f2(x),fm(x),其中k1个目标要求最大,k2个目标要求最小。赋予这些目标f1(x),f2(x),fm(x),以一定的功效系数di(i=1,2,m),0 di 1。当第i个目标达到最满意时,di=1;最不满意时,di=0;其它情形,di则为0、1之间的某个值。描述di与fi(x)关系的函数叫作功效函数,用di=F(fi)表示。不同性质或不同要求的目标可以选择不同类型的功效函数,如线性功效函数、指数型功效函数等。图13.2所示为线性功效函数的两种类型。图13.2(a)所示为要求目标值越大越好的一种类型,即fi值越大,di也越大。图13.2(b)为要求
11、目标值越小越好的一种类型,即fi越小,di越大。,图13.2 线性功效函数(a)目标值愈大愈好的类型;(b)目标值愈小愈好的类型,记maxfi(x)=fimax,minfi(x)=fimin,若要求fi(x)越大越好,则可设di(fimin)=0,di(fimax)=1,第i个目标的功效系数di的值为(13.7)若要求fi(x)越小越好,则可设di(fimin)=1,di(fimax)=0,第i个目标的功效系数di的值为,(13.8),同理,对于指数型功效函数的两种类型,亦可类似地确定di的取值。当求出n个目标的功效系数后,即可设计一个总的功效系数,设以(13.9)作为总的目标函数,并使得D最
12、大。从上述计算D的公式可知,D的数值介于0、1之间。当D=1时,方案为最满意,D=0时,方案为最差。另外,当某方案第i目标的功效系数di=0时,就会导致D=0,这样人们也就不会选择该方案了。,13.2.2 重排次序法 例13.3 设某新建厂选择厂址共有n个方案m个目标。由于对m个目标重视程度不同,事先可按一定方法确定每个目标的权重系数。若用fij表示第i个方案的第j个目标的目标值,则可列表如表13.3所示。,表13.3 n个方案的m个目标值,(1)无量纲化。为了便于重排次序,可先将不同量纲的目标值fij变成无量纲的数值yij。变换的方法是:对目标fj,如要求越大越好,则先从n个待选方案中找出第
13、j个目标的最大值确定为最好值,而其最小值为最差值。即并相应地规定 fibjyibj=100 fiwjyiwj=1而其它方案的无量纲值可根据相应的f的取值用线性插值的方法求得。,对于目标fi,如要求越小越好,则可先从n个方案中的第j个目标中找出最小值为最好值,而其最大值为最差值。可规定fibjyibj=1,fiwjyiwj=100。其它方案的无量纲值可类似求得。这样就能把所有的fij变换成无量纲的yij。(2)通过对n个方案的两两比较,即可从中找出一组“非劣解”,记作B,然后对该组非劣解作进一步比较。(3)通过对非劣解B的分析比较,从中找出一个“选好解”,最简单的方法是设一新的目标函数iB(13
14、.10)若Fi值为最大,则方案i为最优方案。,13.2.3 分层序列法分层序列法是把目标按照重要程度重新排序,将重要的目标排在前面,例如已知排成f1(x),f2(x),fm(x)。然后对第1个目标求最优,找出所有最优解集合,用R1表示,接着在集合R1范围内求第2个目标的最优解,并将这时的最优解集合用R2表示,依此类推,直到求出第m个目标的最优解为止。将上述过程用数学语言描述,即,i=1,2,m-1;R0=R,(13.11),这种方法有解的前提是R1,R2,Rm-1等集合非空,并且不止一个元素。但这在解决实际问题中很难做到。于是又提出了一种允许宽容的方法。所谓“宽容”,是指当求解后一目标最优时,
15、不必要求前一目标也达到严格最优,而是在一个对最优解有宽容的集合中寻找。这样就变成了求一系列带宽容的条件极值问题,也就是,i=1,2,m-1;R0=R,(13.12),13.3 多目标风险决策分析模型,多目标风险决策分析模型可表述为:假设有n个目标,m个备选方案(A1,A2,Am),第i个备选方案Ai面临li个自然状态,这li个自然状态发生的概率分别为pi1,pi2,pili;方案Ai在其第k个自然状态下的n个后果值分别为(1)ik,(2)ik,(n)ik。如图13.3所示。,图13.3 多目标风险型决策模型,各方案中各目标的期望收益值分别为,(13.13),这样,便把有限个方案的多目标风险型决
16、策问题转化成为有限方案的多目标确定型决策问题:,(13.14),13.4 有限个方案多目标决策问题的分析方法,13.4.1 基本结构这一问题可表述为:从现有的m个备选方案A1,A2,Am中选取最优方案(或最满意方案),决策者决策时要考虑的目标有n个:G1,G2,Gn。决策者通过调查评估得到的信息可用表13.4表示(其中aij表示第i个方案的第k个后果值)。,表13.4 有限个方案多目标决策问题的基本结构,显然这一表式结构可用矩阵表示为这个矩阵称为决策矩阵,它是大多数决策分析方法进行决策的基础。决策准则为(13.16)其中j为第j个目标的权重。,(13.15),13.4.2 决策矩阵的规范化1
17、向量规范化令(13.17)这种变换把所有目标值都化为无量纲的量,且都处于(0,1)范围内。但这种变换是非线性的,变换后各属性的最大值和最小值并不是统一的,即最小值不一定为0,最大值不一定为1,有时仍不便比较。,2 线性变换如目标为效益(目标值愈大愈好),可令(13.18)显然0bij1。如目标为成本(目标值愈小愈好),令(13.19)同样有0bij1。这种变换是线性的,变换后的相对数量和变换前相同。,3 效用值法把每一目标的各后果值转化为效用值。4其它变换在决策矩阵中如果既有效益目标又有成本目标,则采用上述变换就产生了困难,因为它们的基点不同。这就是说,变换后最好的效益目标和最好的成本目标有不
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 多目标决策 多目标 决策 PPT 课件
链接地址:https://www.31ppt.com/p-5489118.html