第五章:系统评价方法.ppt
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1、第五章 系统评价方法,第一节:系统评价原理第二节:关联矩阵法第三节:层次分析法第四节:模糊综合评判法,一、系统评价原理,1.意义,2.概念,系统评价:评价价值。对系统方案满足系统目标程度的综合分析及判定。评价对象(What)评价主体(Who)效用:某主体对某种利益和损失所独有的感觉及反应。,一杯水和一颗钻石哪个更有价值?,事实上,对不同损失期望值,不同决策者的态度不一定相同。这由其不同素质、心理、处境、对未来的期望等决定。决策者对于利益和损失的独特的兴趣、感觉或反应,叫做效用。效用实际上代表了决策者对于风险的态度。效用函数至少有以下三类:,评价目的(Why)评价时期(When)期初评价、期中评
2、价、期末评价、跟踪评价 评价地点(Where)评价的范围、评价的立场 评价方法(How)系统评价是多方面要素(5W1H)所构成的问题复合体。评价的基本过程是首先确定评价尺度,然后再依据评价尺度来测定评价对象的价值。,3.程序和方法,关联矩阵法(原理性方法)层次分析法(评价要素多层次分布)模糊综合评判法(多评价主体),系统评价的复杂性,复杂系统常常需要实现多个目标,而且需要给出定量依据,存在如下困难:,有的指标难以数量化;不同指标可能存在矛盾,方案之间各有所长而难取舍;评价指标和结果易受评价主体的主观因素影响。,解决上述困难的方法:,指标数量化;指标无量纲化;指标归一化。,与系统决策的区别与联系
3、,系统评价是技术工作,由技术人员完成;系统决策是领导工作,由领导者最终完成,更多是一种艺术。系统评价可给出方案优劣性的评定结果,是决策的主要依据;但系统决策还受某些隐蔽、难以描述或不宜公开的因素影响。,系统评价与系统开发、系统决策之间的关系,二、关联矩阵法,:评价对象(可替代且非劣的方案),:评价指标(准则、项目),:评价指标权重,,Vi,X1 X2 Xn,Xj,Vij,Ai,Vij=?,逐对比较法、古林法,A1A2Am,V11 V12 V1nV21 V22 V2nVm1 Vm2 Vmn,.,.,.,一、逐对比较法,对各替代方案的评价指标进行逐对比较,对相对重要的指标给予较高的得分,得到各评价
4、项目的权重Wj根据评价主体给定的评价尺度,对各替代方案在不同评价指标下一一进行评价,得到相应的评价值,进而求加权和得到综合评价值.,方案预期结果例表,逐对比较法例表,评价尺度例表,Vij,Ai,Xj,关联矩阵表(逐对比较法),二、古林法,古林法是确定指标权重和方案价值评定量的基本方法.计算步骤:(1)确定评价指标的重要度Rj,按评价项目自上而下的两两比较其重要性,并用数值表示其重要程度.(2)Rj的基准化处理,处理结果为Kj,以最后一个评价指标作为基准,令K值为1,自上而下计算其他评价项目的K值。3)Kj的归一化处理.将Kj 列的数值相加,分别除以各行的K值,所得结果即分别为各评价项目的权重W
5、j。,古林法求 例表,3,4,0.5,3,二、古林法,算出各评价项目的权重后,可按同样的计算方法对各替代方案逐项进行评价。这里方案Ai在指标Xj下的重要度Rij不需要再予以估计,可按照已知的方案实施结果进行计算。,古林法求Vij例表,关联矩阵例表(古林法),Vij,Ai,Xj,用古林法确定各评价指标的权重,课堂练习,A1的优越性是A2的2倍,A5没有比较,为1.0,以A5为基准,依次往上进行,13.75,4.50,三、层次分析(AHP)法,Analytic Hierarchy ProcessAHP(美国运筹学家、匹兹堡大学教授T.L.Saaty,1977),一种定性与定量分析相结合的系统分析方
6、法,可以综合定性和定量分析、模拟人的决策思维过程,以解决多因素复杂系统,特别是难以定量描述的社会系统。我国于1982年开始引进,现已在能源政策分析、产业结构研究、科技成果评价、发展战略规划、人才考核评价等方面得到了应用。,通过两两比较的方式确定层次中诸因素的相对重要性,综合有关人员的判断,确定被选方案相对重要性的总排序.步骤:分析评价系统中各要素之间的关系,建立系统递阶层次结构对同一层次的各要素关于上一层次中某一准则的重要性进行两两比较,构造两两比较判断矩阵,并进行一致性检验.由判断矩阵计算被比较要素对于该准则的相对权重计算各层要素对系统目的的合成权重,并对各备选方案排序,三、层次分析(AHP
7、)法,分析步骤,AHP分析法的步骤,1、建立层次结构模型,将所包含的因素分组设层,并标明各层因素之间的关系,如对决策问题,可构造出下图所示的层次结构模型。,目标层A,准则层C,方案层P,2、构造判断矩阵,人们在日常生活中经常要从一堆同样大小的物品中挑选出最重的物品。这时,人们总是利用两两比较的方法来达到目的。比如挑西瓜,每只西瓜的重量分别为W1,W2,Wn,很容易得到表示n只西瓜相对重量关系的判断矩阵A:,A,W1/W1 W1/W2 W1/WnW2/W1 W2/W2 W2/Wn.Wn/W1 Wn/W2 Wn/Wn,(aij)nn,显然 aii=1,aij=1/aji,aij=aik/ajk(i
8、,j,k=1,2,n),2、构造判断矩阵,即n是A的一个特征根,每只西瓜的重量是A对应于特征根n的特征向量的各个分量。反过来,如通过西瓜两两比较能得到判断矩阵A,也可推导出西瓜的相对重量。因为判断矩阵A有完全一致性时,可通过解特征根问题AW=max W求出归一化特征向量(即设西瓜总重量为1),从而得到n只西瓜的相对重量。,AW,W1/W1 W1/W2 W1/WnW2/W1 W2/W2 W2/Wn Wn/W1 Wn/W2 Wn/Wn,nW,W1W2Wn,nW1nW2 nWn,2、构造判断矩阵,2、构造判断矩阵,同样,对于复杂的社会、经济、科技等问题,通过建立层次分析结构模型,构造出判断矩阵,利用
9、特征值方法即可确定各种方案和措施的重要性排序权值,以供决策者参考。使用AHP,判断矩阵A的一致性很重要,但要求所有判断都有完全的一致性不大可能。因此,一般只要求A具有满意的一致性,此时max稍大于矩阵阶数n,其余特征根接近零。这时,基于AHP得出的结论才基本合理。为使所有判断保持一定程度上的一致,AHP步骤中需要进行一致性检验。,2、构造判断矩阵,判断矩阵是针对上一层次某因素而言,本层次与之有关的各因素之间的相对重要性的数量表示。这是将定性判断转变为定量表示的一个过程。设准则层中因素Ck与下一层P中的因素P1,P2,Pn有关,则构造的判断矩阵如下表:,Ck,P1,P2,Pn,P1,P2,.,P
10、n,b11,b12,.,b1n,b21,b22,.,b2n,.,.,.,bn1,bn2,.,bnn,2、构造判断矩阵,其中bij通常取为1,2,3,9及它们的倒数,其含义是:bij=1,表示Pi与Pj一样重要;bij=3,表示Pi比Pj重要一点(稍微重要);bij=5,表示Pi比Pj重要(明显重要);bij=7,表示Pi比Pj重要得多(强烈重要);bij=9,表示Pi比Pj极端重要(绝对重要)。其间的数2,4,6,8及各数的倒数具有相应的类似意义。,3、层次单排序计算相对重要度,根据判断矩阵,计算对于上一层次某因素而言,本层次与之有关的因素的重要性次序的权值。层次单排序可归结为计算判断矩阵特征
11、根和特征向量问题。即对判断矩阵B,计算满足BW=maxW 的特征根与特征向量,W的各个分量Wi即是相应因素单排序的权值。,4、层次单排序中的一致性检验,为了检验判断矩阵的一致性,需要计算它的一致性指标,max n,n1,CI=,将CI与平均随机一致性指标RI比较,RI可从下表查得:,阶数,RI,1,2,3,4,5,6,7,8,9,0.00,0.00,0.58,0.90,1.12,1.24,1.32,1.41,1.45,只有当随机一致性比例CR=0.10 时,判断矩阵才具有满意的一致性,否则就需要对判断矩阵进行调整。,CI,RI,38,5、层次总排序计算综合重要度,利用单排序结果,可综合计算最底
12、层(方案层)相对最高层(目标层)重要性顺序的组合权值。层次总排序从上到下进行。C层因素C1、C2、C3对A层目标的单排序 结果为c1、c2、c3假设已知 P层因素P1、P2、P3对 的单排序 结果为,C1,C2,C3,b11,、b21,、b31,b12,、b22,、b32,b13,、b23,、b33,目标A,准则C1,准则C2,准则C3,方案P1,方案P2,方案P3,5、层次总排序,则综合计算P1、P2、P3相对A的总排序结果可用下表表示:,C对A,P对C,C1,C2,.,Cm,c1,c2,.,cm,P1,P2,.,Pn,b11,b12,.,b1m,b21,b22,.,b2m,.,.,.,bn
13、1,bn2,.,bnm,P层次的总排序,i=1,m,cib1i,m,i=1,cib2i,.,m,i=1,cibni,6、总排序的一致性检验,为评价总排序的计算结果的一致性,需要计算与单排序类似的检验量。同样,当CR 0.1时,我们认为层次总排序具有满意的一致性,其结果可提供决策者参考。,AHP计算的根本问题是计算判断矩阵的最大特征根max及其对应的特征向量W.三种常用的计算方法:幂法、求和法、方根法幂 法(特征根方法):计算机进行,可得到任意精确度的最大特征根max及其相应的特征向量W。求和法(算术平均法):近似算法。方根法(几何平均法):近似算法。,特征值的计算方法,1)幂法,计算步骤如下:
14、(1)取与判断矩阵B同阶的归一化的初值向量W。(2)计算(3)令,计算,(4)给定一个精度,当,,对所有,成立时停止计算,则,就是,所需求的特征向量。(5)计算最大特征值:,2)求和法,例1用求和法计算下述判断矩阵的最大特征根及其对应的特征向量。,B,C1,C2,C3,C1,C2,C3,1,5,3,1/5,1,1,1/3,1/3,3,解:(1)将判断矩阵每一列归一化,本例得到按列归一化后的判断矩阵为:,(2)列归一化后的判断矩阵按行相加本例有:,2)求和法,(3)将向量 归一化,则所求特征向量:W=0.106,0.634,0.261 T,2)求和法,本例有:,(4)计算判断矩阵的最大特征根 m
15、ax,2)求和法,1 1/5 1/3,5 1 3,3 1/3 1,0.106,0.634,0.261,BW=,(BW)1=1 0.106+1/5 0.634+1/3 0.261=0.320,(BW)2=5 0.106+1 0.634+3 0.261=1.941,(BW)3=3 0.106+1/3 0.634+1 0.261=0.785,2)求和法,=,(BW)1,(BW)2,(BW)3,本例有:,则,2)求和法,一致性检验(检验该矩阵是否具有满意的一致性),一致性指标 CI=0.018;,max n,n-1,3.036 3,2,查表,三阶矩阵的平均随机一致性指标 RI=0.58;,由于该矩阵的
16、随机一致性比例,CR=0.03 0.1,CI,RI,0.018,0.58,所以该矩阵具有满意的一致性。C1,C2,C3相对B的排序为:,2)求和法,W=0.106,0.634,0.261 T,例2 用方根法计算下述判断矩阵的最大特征根及其对应的特征向量。,B,C1,C2,C3,C1,C2,C3,1,5,3,1/5,1,1,1/3,1/3,3,3)方根法,解:(1)将判断矩阵B的元素按行相乘本例有:,(2)所得的乘积分别开n次方本例有:,3)方根法,(3)将方根向量归一化,即得所求特征向量W本例有:,3)方根法,W=0.105,0.637,0.258 T,(4)计算判断矩阵最大特征根此处与求和法
17、相同,略。本例有:max=3.037,3)方根法,例:AHP用于方案排序,例3决定某厂一笔企业留成利润目标:合理使用留成利润,促进企业进一步发展可选方案:5个,层次结构模型,(1)判断矩阵A C,如该厂认为根据总目标有:,例:AHP用于方案排序,A,C1,C2,C3,C1,C2,C3,1 1/5 1/3,5 1 3,3 1/3 1,归一化,C1,A,C2,C3,C3,C1,C2,0.1111 0.1304 0.0769,0.5556 0.6522 0.6923,0.3333 0.2174 0.2308,W,0.1042,0.6372,0.2583,AW=,=,例:AHP用于方案排序,可见,判断
18、矩阵AC具有满意的一致性。故有:,例:AHP用于方案排序,(2)判断矩阵C1 P,如该厂认为:针对准则C1,有:P1最重要,P2很重要,P4重要,P3次要,P5更次要。,例:AHP用于方案排序,C1,P1,P2,P3,P1,P2,P3,1 3 5 4 7,1/3 1 3 2 5,1/5 1/3 1 1/2 3,P4,P5,P4,P5,1/4 1/2 2 1 3,1/7 1/5 1/3 1/3 1,W,0.491,0.232,0.092,0.138,0.046,判断矩阵C1 P,例:AHP用于方案排序,(3)判断矩阵C2 P,如该厂认为根据准则C2,有:P3 最重要,P5 很重要,P4重要,P2
19、 次要。,例:AHP用于方案排序,例:AHP用于方案排序,C2,P2,P3,P2,P3,1 1/7 1/3 1/5,7 1 5 3,P4,P5,P4,P5,3 1/5 1 1/3,5 1/3 3 1,W,判断矩阵C2 P,0.055,0.564,0.118,0.263,(4)判断矩阵C3 P,如该厂认为根据准则C3,有:方案P1、P2比较重要,方案P3、P4相对次要。,例:AHP用于方案排序,例:AHP用于方案排序,C3,P1,P2,P1,P2,1 1 3 3,1 1 3 3,P3,P4,P3,P4,1/3 1/3 1 1,1/3 1/3 1 1,W,判断矩阵C3 P,0.406,0.406,
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