第21卷 第1期 重 庆 工 学 院 学 报 2o07年1月 V01.21 No.1 Journa1ofChonging Institute of Technology Jan.2oo7 ....q【数理化科学】 层次分析法方案排序向量的研究 兰继斌 ,一,刘 雁2,王中兴2 (1.西南交通大学经济管理学院,成都610031;2.广西大学数学与信息科学学院,南宁530004) e 甜e e甜e e 、 、 、’ 如 、 摘要:提出了一种确定一族AHP排序向量的新方法.通过引进2个参数,这一方法就能满足决策 者对标度喜好和分辨率的要求.由此得出3个重要的结论:方案的优先关系只与行元素乘积的几 何平均值有关;得到的排序向量不是固定的而是一族排序向量;在同一准则下,方案权重之比会 随着参数的变化而变化,但优先关系不变.最后给出算例说明. 关键词:层次分析法;排序向量;正互反判断矩阵;排序 中图分类号:0212 文献标识码:A 文章编号:1671一o924(20o7)O1—0037—05 、= q 计 矫 Research on the Priority Vector of Analytic Hierarchy Process LAN Ji.bin1,2,LIU Yan2,WANG Zhong.xingz (1.School ofEconomics and Management,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China; 2.School of Math and Information cSience,Guangxi Univemity,Nanning 530004,China) Abstract:A new approach to determining a family of priority vectors of Analytic Hierarchy Process(AHP) iS proposed,which can meet DM’S demands on favor scale and better Just Noticeable Diference(JND)by introducing two parameters.Three interesting conclusions ale deduced as follows:(1)The ordinal relation— ship of laternatives is only relevant to the geometric mean of elements lined in the same row;(2)Prioriyt vectors are not fixed but a family of ranking vectors;and(3)The ratios of prioriyt should change wiht pa— rameter,but prioriyt relationship remains unchanged,which are demonstartde iwth an example. Key words:Analytic Hierarchy Process;prioriyt vector;positive reciprocal matrix;rnaking 方面进行.目前提出的标度有“1—9”标度u J、“1— O引言 5”标度 2、 ̄/ 标度【2、“9/9—9/1”标度【2j3、“10/10 3j—18/2”标度[ 、指数标度[ 、“0.1—0.9”标度[ ]等 层次分析法(Analytic Hierarchy Process, 等.不同的标度可能会产生不同的排序向量,有时 AHP)[ ]是由美国运筹学家Saaty提出的一种定性 甚至会影响方案的优先顺序.哪种标度最优至今 与定量相结合的系统化、层次化的分析方法,它在 仍没有一致答案,Harker和Vargasr[ J认为标度的 管理和生产领域都得到了广泛的应用.近年来,对 选择是一个开放性的问题.Saaty[7 J认为:“标度选 层次分析法的研究主要围绕着标度和排序方法等 择什么数字不是最重要的,重要的主观感觉落在 标度上的分布,如何体现决策者对标度的偏好,这 ・收稿日期:2006—11—09 作者简介:兰继斌(1962一),男,广西都安人,博士研究生,教授,主要从事决策分析研究 维普资讯 http://www.cqvip.com
38 是问题之一.” 重庆工学院学报 平等因素的影响,再加上问题本身的复杂性和不 确定性,判断矩阵往往不具有一致性,将方程(1) 拓展到一般意义下,具有如下函数形式: 最早提出的排序方法是特征向量法(EM)[IJ. 许多文献已经证明:当正互反判断矩阵是一致或 者接近一致时,EM可以得出比较精确的结果.但 是EM也存在一些局限性,例如当正互反判断矩阵 a ( j∈l- 的阶数比较高时,求解特征值和特征向量非常困 难.针对这一问题,Saaty又提出另一种估计的方 法即和法(AN)[引.AN简单易行,但是精确度较差, 在实际应用中只能解决一些简单的问题.Cogger和 yu[9J从递归的角度提出了另一种称为梯度特征向 量法(GEM)的估计方法.然而Golly和Kress-10J通 过对不同准则下该法产生的误差进行研究,指出 GEM缺乏有效性.另一方面,从优化模型的角度, 学者们提出了不少排序方法,如最小二乘法 向使 (LSM)[11]、对数最小二乘法(LI.SM)[12]、量对数目标 得 规划法(LGP)[13J.基于模糊规划的思想,又提出了 = /L 模糊偏好规划法(FPP)[H].一些学者[巧]把这些排 序方法应用在一些实例中,并比较了不同方法的 计算结果,得出结论:没有哪一种排序方法在任何 n 、 情况下都比其他排序方法优越,在有些情况下,T 是 这种方法好,有些情况下是另一种方法比较好,选 > 择哪种排序方法取决于具体情况和决策者个人的 O /L 偏好.如何让排序结果体现决策者个人偏好,.‘ ∈ 这是 问题二. 、 , 本文中将体现决策者对排序结果分辨率 且 (JND)要求的参数a和体现决策者对标度偏好的 ∑ 参数 引入排序中,提出一种参数排序法(PPM),= ●I 从而使得排序结果能更好地体现决策者的需要. 1参数排序法(PPM) 设有方案集{Al,A2,…A },在某一准则c下, 得到正互反判断矩阵为: A= 其中:。 =1/aj ̄,。 >0,i,j6,,,={1,2,…,n}. 如果A=(n ) 是一致性的,并且排序向量 为W=(W ..,W )T,Wf>0,(i∈,),则有: ,j6i (1) 但由于决策者的知识结构,个人偏好、判断水 其中f为单调增函数. 定理1正互反判断矩阵A=(。 ) 是一致 性判断矩阵的充分必要条件是,存在正的归一化 。 =flog.,i, ∈, (2) 其中a>1,卢>1. 必要性证明: 令 , (3) l ̄g#(t2 k I =1 显然W >0,i∈,,且∑ 1,从而 l。踟 一l0g口 =l。即(直a/k) 一l。即(直 ) = V ■——~ log ̄4旦au,/ajk 于是,A=(a ) 为一致性正互反判断矩阵, 由一致性正互反判断矩阵定义有: l —l =l。印√直嚣= 婀= log0a ̄. 因此n = 哩a ,i,j6,. 充分性证明: 若A=(。 ) 的元素。 能表示为aq= 。 ,i,j6,,其中 >0,i∈,,且 =】,贝4: 0g n = 芎= lo哩g. wl= lo.lo.os 0g。 / 0g口 一 : / 卜: 所以A=(n ) 是一致的正互反判断矩阵. 由式(2)有: 。 <1甘wi<wi 。 I甘wi 。 >1甘wi> 这说明选择正的归一化向量W=(W 一, 维普资讯 http://www.cqvip.com
兰继斌,等:层次分析法方案排序向量的研究 39 W )T作为评价方案优劣程度的排序向量是合理 的.当正互反判断矩阵A不一致时,我们通过构造 最优化模型确定方案的排序向量. 引理设A=(a ) 为正互反判断矩阵,则 (4) 得: ,a>1, >1,i∈, Wi ————— —— ∑a 。 ( 1 ) ali=1 对于任意的常数卢>1,有:∑∑log ̄a =0 即得所证. 显然,当a= =e,(P1)可以变为(P3): 证明:因为A=(aO.) 为正互反判断矩阵,所 以由定义有Ⅱ =1/a V i,k∈,,于是,ⅡⅡ。 = I 口 l 1,且nlog ̄0.:l0gJ9 Ⅱ =log#1=0. . 定理2当正互反判断矩阵A=(a ) 不具 有一致性时,通过求解下面的最优化模型确定排 序向量w:(w1,w2,…,w ) ’: lTlin毒壹(10g —l。& 一log ̄a ) (P1) S.t.∑WI==1 W >0 i∈, 其中常数 >1,a>1,这时仍有: =—————■—— ,(i∈,) (5) ∑a log#(a ‘‘ ll 。 ) ‘ 证明: 用拉格朗日乘子法将(P1)转化为下面无约束 规划问题: (P2)nfinL(W, )= ∑( log Wi 一 log wj 一;-1 log ̄a0) +2 f一1) 令 :0,则有: O'Wi 一 卑 l +’ :0‘ =1 wiⅡl“ 整理得: x,a(1og Wk—l% 一log ̄aki)+XwiIna =0,所以: [聋(1% 一loga 一log ̄akj)+ iIna]=0 根据正互反矩阵的定义、引理 log ̄ao=0 和约束条件 ^:1得:;tin :0,又因为a>I,所 以 =0. 解下列方程组: 『 (1% ^一log ̄wf—log ̄a版)=0, ∈, 1【 \、LaW 1,Wf>0, i∈, min 1 ∑∑(l,窖(。=l 。haw 一IIl 一I 一 InaO )(P3) s.t. ∑W】==1 W >0 i∈, 这说明对数最小二乘法是本法的特例. 2主要结论 结论1:在同一准则下,方案的优先关系只与 其对应的正互反判断矩阵行元素的几何平均值 (II a )l/n,i∈,有关,而与参数a, 的选取无关. 证明: 因为对于a>1, >1,和 ,jE,,都有: 。 :。 。 wy a, 所以 n广i— Wi(a, )> (a, )§l。印√ a/k— rl厂 一 l厂 一 嘟√旦 >0甘l哪√ [I1a/k> n厂 — n厂 — n厂 ■一一 10都 娶 qk§  ̄=1aik> 娶 ajk 这表明,如果决策者只关注方案的优先关系, 那么他只需要比较判断矩阵每一行元素的几何平 均值的大小即可,与参数a, 的选择无关.参数排 序法理论上容易理解,操作上简单易行. 结论2一般的排序方法对于同一个正互反 判断矩阵,对应一个排序向量,而参数排序法推导 出的排序向量为一族排序向量W(a, ):(W (a, p),…,W (a, )) . 结论3在同一准则下,方案权重之比会随着 参数的变化而变化,但优先关系不变.对于正互反 判断矩阵 =(aij) ,令 ( >1)是一个常数 ,则权重只与参数a有关,随着a值的增大,权 重之比W (a,lfo)/ (a, )增大.类似的,令a(a >1)是一个常数ao,则权重只与参数 有关,且随 着 值的减少,权重之比W (a0,1f)/w ̄(a0,卢)增 维普资讯 http://www.cqvip.com
于 是 : 重庆工学院学报 = 大 证明: 一 b V 印 牌 lim。 ~. Ⅱ 设正互反判断矩阵为A=(口 ) ,则令Po ~ 口 (Po>1)是一个常数, 一 当a一∞(或 一1)时,排序向量的某些分量 接近1,同时其他分量趋近于0,这样,最好和最劣 的方案就可以很快辨别出来. 唧 V 3参数口, 的实际意义 (口: 。 一 :。 ,。> ~3.1参数 在AHP中,对2个方案优先关系的主观判断 , log 如果Wi(口,Po)> (口,Po),则‘ >0,从而 W (a,Po)/w;(a, )是关于a的增函数.同理,令 是通过标度中的绝对数值来表达.标度有比值型 标度,如“1—9”标度,“1—5”标度,√ 标度,“9/9— 9/1”标度,“10/10—18/2”标度,指数标度、互补型 OtO(口o>1)是一个常数,则Wf(口o,p)/wj(口o, )是 关于 的减函数. 此外 一 lim 标度(如“0.1—0.9”标度)等,其对应的判断语气 如下表所示. 表1各标度对应的判断语气 判断语气 1—9 1—5 标度( ) 9 —9/1 1O/1O一18/2 指数标度 O.1一O.9 同等重要 1 1 1 1 1 1 O.5 稍微重要 3 明显重要 5 强烈重要 极端重要 中间语气 逆判断 2 3 4 5 √3(=1.731) √5(=2.236) (=2.246) (=3.000) 9/7(=1.286) 9/5(=1.800) 9/3(=3.ooo) 9/1(=9.ooo) 倒数1/k 12/8(=1.500) 14/6(=2.333) 16/4(=4.ooo) 18/2(=9.ooo) 9 (=1.277) 9坍(=2.080) 9∽(=4.327) 9 (=9.ooo) O.6 O.7 O.8 O.9 互补1一k 7 9 相邻两级别的中间值 比值型标度符合人类思维特点,因此颇受欢 证明: 迎,但由于其使用绝对数值来表示相对优先语气, 这可能会产生同样的语气在不同的比值型标度中 对应不同的数值和同一数值在不同的标度中对应 显然对V ,.『,k∈,,a >0且aik/%"= / ̄-0.5/ aik/a = 一 = —Pki,而P=(p ) 是一致性 = -0 =aO.,所以,A=(口 ) × 的互补判断矩阵,所以P 一朋=P 一0.5,于是 是一致性的正互反判断矩阵. 定理4设A=(口 ) 是一致性的正互反判 不同的语气的现象,有时这样的一种绝对数值可 能会对排序结果造成影响,产生逆序现象.如果能 将比值型标度适当的转换为互补型标度,则可以 避免逆序产生,另外Saaty最近的研究表明:决策 者在选用标度时重要的不是标度的数值,而是数 值在标度的分布.因此,应当允许决策者根据实际 情况和自己的偏好选用标度,但排序时将比值型 标度转换为[O,1]区间的互补型标度,可以通过如 下方法转换. 断矩阵,令 ( )=1% +0.5, >l, ,-『∈,,则 P=(p ) 是一致性的互补判断矩阵. 证明: A=( ) 是一致性的正互反判断矩阵,则 aij=au,/aki,V , , ∈,,而Po( )=log ̄ao.+0.5 =k哆 (口 / )+0.5=(10g +0.5)一(10 + 定理3设P=(P ) 是一致性的互补判 O.5)+0.5=Pu,( )一 ( ),所以P=(po) 是 一断矩阵,令口 ( )=Wi/ 『= -0~, ,-『∈,, >l, 那么A=(口 ) 是一致性的正互反判断矩阵. 致性的互补判断矩阵. 这样比值型标度和互补型标度就可以通过关 维普资讯 http://www.cqvip.com
兰继斌,等:层次分析法方案排序向量的研究 于 的函数进行相互转换.例如正互反判断矩阵 A=(。 ) 采用“1—9”标度,则aO.∈[1/9,9],利 81.其他标度 的取值范围如表2. 41 当 =81时,各标度转换后的数值以及对应 用定理4的转换公式转换,则 ∈[0,1],则 的语气并与“0.1—0.9”标度对照如表3. 表2标度口的取值范围 标度 1—9 9/9—9/1 1O/1O一18/2 指数标度 1—5 口的取值范围 81 25 9 表3各标度转换后的数值以及对应的语气并与“o.1一o.9”标度对照表 判断语气 标度(J}) 1—9 1—5 9/9—9/1 1O/1O一18/2 指数标度 O.1一o.9 同等重要 O.5 O.5 O.5 O.5 O.5 O.5 O.5 稍微重要 O.75O O.658 0.625 o.557 O.592 O.6ll O.6 明显重要 O.866 O.75O 0.683 0.634 O.693 O.722 O.7 强烈重要 O.943 0.815 O.72l 0.750 0.815 O.833 O.8 极端重要 1.oo0 O.866 0.75o 1.o00 1.oo0 0.944 0.9 其他类型的比值型标度也可以采用类似的方 入式(5)求出最终的排序向量. 法确定 的取值范围,至于在此基础上 具体取 什么值,笔者建议决策者应该根据自己的偏好和 4实例 具体问题选用. 3.2参数口 假设在某一准则c下,决策者用“1—9”标度, 当 确定为常数 ( >1)后,排序向量就只 对3个方案A1,A2,A3进行两两比较得到的正互 与a有关.假设最优方案的权重为cu(a),次优方 案的权重为 ,用比值r= /cu(a)来衡量 A= 排序结果的分辨率,显然0s rs1,由式(5)得: ■一 ■一 。 —0.25,0.5, r: 。 k 。 (6) 应用特征向量法计算排序向量得 =(显然排序结果的分辨率是一个关于a的单调 0.25)T.决策者对方案的排序向量分辨率有不同的 递增的函数,另外由式(6)整理出: 要求,即r1=0.9,r2=0.5,r3=0.2.由式(7)求得 对应的口1=2.O11 2,口2=99.161 7,a3=43 188, j 1 (7) 这里取 =243,则根据式(5)求得排序向量为: 决策者的分辨能力与决策者个人知识、经验 等因素有关,通常情况下是确定不变的,它隐藏在 判断矩阵中.如果决策者的分辨能力比较差,那么 3种分辨率要求得到的方案的优先顺序均为: 在他的眼中,各方案优先关系区别不大,最优方案 A1>A2>A3,值得说明的是计算出的排序向量与 ,lr 一 与次优方案的差别也不大,即l0 旦监一logpo 特征向量法有较大的差异,主要是因为决策者将 ^r-= —一 个人对标度和分辨率的偏好融入排序中,得到的 / 比较小.但是增大a,就可以提高排序结 是令决策者满意的排序向量. 果的分辨率,所以a是分辨率改善因子.a的取值 由决策者的分辨率要求r来决定,r=0.9,0.5, 参考文献: 0.3,0.1均可.建议r=0.9.例如决策者需要排序 [1]Saaty T L.The c Hierarchy Process[M].New 结果的分辨率为r,则由式(7)先求出a,然后再代 York:McGraw-Hill,1980.(下转第66页) 维普资讯 http://www.cqvip.com
重庆工学院学报 http://cts.virginia.edu/d0cs/IⅣACIS一13—15—52. 3结束语 本文中在分析NTCIP协议簇的基础上,结合 了NTCIP提出了基于Web Service实现C2C通信的 方案.该方案充分利用XI ̄JSOAP协议和Intemet 应用十分普及的优势,方便地实现交通系统中心 到中心的通信. pdf. 柴晓路,梁宇奇.Web Services技术、架构和应用[M]. 北京:电子工业出版社,2003. 潘哲信,咚俐鹃.基于Web服务的分布式异构数据库 集成研究[J].计算机应用研究,20O6(3):208—210. W3C.x地Inclusiom(XIndude)Version 1.0:W3C can. didate recommendation[EB/OL J.【2006—08—20 J. http://www.w3.o ̄o/'m/xinc]udeS. W3C.Extensible l arkup L anguage(XML)1.O(Second Edition)[EB/OL].http://www.w3c.ow/.2001—06. 参考文献: [1] 张飞舟,范耀祖.交通控制工[M].北京:中国铁道出 版社。2(X)5. W3C.S0AP Version1.2:M 豫framework W3C rec.  ̄maendation[GB/0Lj.[2OO6一o8—30].http://www. w3c.org/Trt/2OO3/REC soap一22partl一2oO30624/. W3C.SOAP Version 1.2:Messaging framework W3C pro- [2] 1he Joint Committee on the NI℃II'. 列 r【r引 L rL NI℃II'GuirL rL de rL p0sed recommendation[EB/OL].【2OO6—08—30 J. r三L ' rL http://www.w3c.org/TR12OO3/Pa—soapl2一part— (NTCIP 9001) ̄,,el's,ion 3[EB/OL].[2OO6—08—11]. http://www.ntcip.org. DD3050rl7/. hWest Research Institute.Investigation into Investi・ [3] The Soutgation into Alternative ITS Protocols for Center-to-Center 王愚,张海盛.Web服务若干技术问题的解决方案 Communieatiom,10—9174[r,B/OI.】.[2OO6—08—12 J. http://www.swri.org/3 ̄[4] lO一9274.him. Michael J,De ̄tsl,y B,Park B.1tamlalmar Venkata- [J].计算机应用,1003(13):66—68. 唐俊伟,薛贺.基于x池和wleb Services的数据交换 平台的研究与设计[J].微电子学与计算机,2OO6(1): 】42一】46. nalllyana.A Research Proieet Report For theⅥrgiI1ia De・ partn ̄nt of Transportation[EB/OL].[2OO6一o8—15]. (责任编辑刘舸) (上接第4l页) [2]Xiong L.Method Research on Selection and Valuation of Numeirc Scale in Ar ̄lytie Hierarchy PIDoe蟠[J].Chinese Journal of systems Engineefing-'llaeory and Praetlee,2005 [9] Cogger K,Yu P L.Estimating criterion weights us eigenveetors:a compal' ̄Ve study[j].European Journal of Operational Research,1987,29:360—369. (3):72—77. [10]Golany B,Kress 1.A multicriteria evaluation of methods for obtaining weights from radio scale matrices[JJ.Euro- pean Joumal of Operational Research,1993,69:210— 220. [3]Wang H,IVla D.Scale evaluation and new meth ̄[J J. Chinese Joumal of systems EngirlceriII n啪Iy and Prac- dee,1993,13(5):24—26. [11]Chu A,Kalaba R,Springam K.A comparison of two methods for determining the weights[J].Journal of Opti- mization Theory and Appfieations,1989,127:531—41. [4]Shu K,Liang Z w.Index n脚ber scale in Arn,[jJ.clli・ nese Journal of systems F..gi, ̄.ing—Theory and Practice, 1990,10(1):6—8. [12]S, ̄ty T L.Eigenvector and logarithmic least squares[J]. European Journal of Operational Research,1990,48:156 —[5]Du D.Rf:seaI℃h 0n AHP based on 0.1—0.9 seale[J]. Chinesejoumal of Systems F..gi ̄ring and electron teeh’ nology.2001(5):36—62. 60. [6]Hanker P T,Vargas L G.Reply to remarks on the analytic hierarchy process by JS ayer[J].Management Science, 1990,36:269—273. [13]Bryson N.A goal D 锄ing method for genemdng prior・ ides veetors[J].Journal of Operational Research Society, 1995,46:641—648. [7]Saaty T L.Rank from compariso,ls and from rati ̄in the anal ̄e hierarchy/network process[J】.European Joumal Operadorlal Research,2OO6,168:557—570. [14]Mikhailov L.A fu=y programming method for deriving pri・ orities in the analytic hierarchy pID( ess[J].Journal of Op・ eratiorlal Research Society,2000,51:341—349. [8]S, ̄ty T L.Axiomatic foundation of the analytic hierarchy process[J].Martagea' ̄nt Science,1986,32(7):841— 855. [15]Srdjevie B.Combini ̄diferent Prioritlzation methods in the analytic hierarchy process synthesis[J].Computers and Operations Research,2(X)5,32:1897—1919. (责任编辑刘舸)
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