Методы принятия решения и экспертного выбора

Классические и производные критерии принятия решений в условиях неопределенности и риска. Их использование в задачах векторной оптимизации. Методы Электра, Подиновского и порядковой оптимизации в задачах экспертного выбора. Ранжирование альтернатив.

Рубрика Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид учебное пособие
Язык русский
Дата добавления 16.05.2013
Размер файла 1,3 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

4

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методы принятия решения и экспертного выбора

C.п. жогаль, c.и. жогаль, т.я. каморникова

Введение

экспертный выбор решение

Целью практического пособия по спецкурсу является оказание помощи студентам в овладении основными разделами теоретической и прикладной математики, основами быстро развивающихся и перспективных направлений современных знаний таких, как теория принятия решений в условиях неопределенности и риска, многокритериальная оптимизация и экспертный выбор, теория благосостояния и кооперативное принятие решений. Этой цели подчинена и структура пособия: в начале каждой темы кратко излагается теоретический материал, знание которого необходимо для решения прикладных задач данной темы, рассматриваются алгоритмы решения задач конкретного вида, разбираются примеры их применения и приводится список индивидуальных заданий для студентов для закрепления знаний по каждой рассматриваемой теме.

Практическое пособие по спецкурсу «Методы принятия решения и экспертного выбора» адресовано студентам специальности 1-31 03 01 02 «Математика (научно-педагогическая деятельность)» специализации 1- 31 03 01 02 15 «Математическая информатика», но может быть использовано и студентами других математических специальностей и специализаций.

Тема 1. Классические критерии принятия решений в условиях неопределенности и риска

1.1 Основные понятия по теме

Принятие решений представляет собой выбор одного из некоторого множества вариантов: . Условимся, что каждый вариант вырабатывает некоторую количественную оценку . Будем искать вариант решения с наибольшим значением , полагая, что характеризует также величины как полезность, надежность, выигрыш, прибыль. Таким образом, выбор оптимального варианта производится с помощью критерия

(1.1)

Пусть требуется изготовить изделие, долговечность которого зависит от вида материала, из которого оно состоит, и внешних условий, связанных с той или иной степенью нагрузки при эксплуатации изделия. Нагрузки считаются известными. Требуется определить вид материала, из которого целесообразно изготовить изделие.

Варианты решений в данном примере таковы:

- выбор вида материала из соображений максимальной долговечности;

- выбор вида материала из соображений минимальной долговечности;

- промежуточные решения (i = 2,3,…,m-1).

- условия, обеспечивающие максимальную долговечность;

- условия, обеспечивающие минимальную долговечность;

- промежуточные условия (j = 2,3,…,n-1).

Под результатом решения будем понимать оценку, соответствующую варианту решения и условиям и характеризующую экономический эффект (прибыль), полезность или надежность изделия.

Ситуация, соответствующая описанному примеру, характеризуется следующей матрицей решений (таблица 1.1):

Таблица 1.1 - Матрица решений

F1

F2

Fn

E1

e11

e12

e1n

E2

e21

e22

e2n

Em

em1

em2

emn

По данной матрице необходимо выбрать тот вариант решения, которому соответствует наилучший результат, но так как неизвестно, какое из внешних условий может наступить, необходимо принимать во внимание все оценки . Целесообразность применения той или иной оценочной функции определяется комплексом условий. Определяя таким образом желаемый результат, лицо принимающее решение (ЛПР) исходит из компромисса между оптимистическим и пессимистическим подходами. Приведем некоторые примеры оценочных функций.

Оптимистическая позиция:

Позиция нейтралитета:

Позиция пессимиста:

Позиция относительного пессимизма:

1.2 Описание основных классических критериев принятия решений

Минимаксный критерий (ММ-критерий). Минимаксный критерий использует оценочную функцию, соответствующую позиции крайнего пессимизма:

,

то есть множество оптимальных решений Е0 определяется соотношением

Выбранные таким образом варианты полностью исключают риск. Однако это достоинство стоит некоторых потерь. Применение ММ-критерия бывает оправдано, если ситуация характеризуется параметрами:

- о возможности появления состояний ничего не известно;

- решение реализуется один или очень малое число раз;

- необходимо исключить какой бы то ни было риск.

Критерий Севиджа (S-критерий). Оценочная функция критерия Севиджа имеет вид:

.

Множество оптимальных вариантов решения строится следующим образом:

Для понимания величины её нужно трактовать как дополнительный выигрыш, если вместо варианта в состоянии выбрать другой, оптимальный для этого состояния результат.

Условия для применения критерия Севиджа такие же, как и для

ММ-критерия.

Критерий Байеса-Лапласа (BL-критерий). Пусть - вероятность появления внешнего состояния , тогда для критерия Байеса-Лапласа оценочная функция примет вид:

то есть

Применение критерия рекомендуется, если ситуация характеризуется следующим образом:

-вероятности появления состояний известны и не зависят от времени;

- решение реализуется (теоретически) бесконечно много раз;

- для малого числа реализаций решения допускается некоторый риск.

Тема 2. Производные критерии принятия решений в условиях неопределенности и риска

2.1 Основные понятия теории производных критериев принятия решений

Критерий Ходжа-Лемана (HL-критерий). Этот критерий опирается на BL-критерий и MМ-критерий. С помощью параметра v выражается степень доверия к использованному распределению вероятностей. Если это доверие велико, то акцентируется BL-критерий, в противном случае доверие отдается ММ-критерию.

Оценочная функция определяется равенством

0? v ?1,

то есть

Критерий Ходжа-Лемана предъявляет к ситуации принятия следующие требования:

- вероятности появления состояний Fj неизвестны, но некоторые предположения о распределении вероятностей возможны;

- принятое решение теоретически допускает бесконечно много реализаций;

- при малых числах реализаций допускается некоторый риск.

Критерий Гурвица (HW-критерий). Стараясь занять наиболее уравновешенную позицию, ЛПР также может воспользоваться критерием Гурвица, оценочная функция которого находится как средневзвешенное между точками зрения предельного оптимиста и крайнего пессимиста:

0? с ?1,

то есть

Чаще всего весовой множитель берется С = 0,5. Критерий предъявляет к ситуации принятия решений следующие требования:

- о вероятности появления состояний ничего не известно;

- решение реализуется лишь малое количество раз;

- допускается некоторый риск.

Критерий Гермейера (G-критерий). Критерий Гермейера ориентирован на величины потерь, то есть при его применении предполагается, что еij - отрицательные. В качестве оценочной функции G-критерия выступает

G-критерий имеет следующее решение:

Поскольку при решении целого ряда производственных и экономических задач преимущественно имеют дело с ценами и затратами, то условие отрицательности оценок eij обычно выполняется. Если среди еij имеются положительные величины, то путем преобразования eij - а при подходящем выборе a > 0 матрица решений преобразуется к отрицательному виду, однако следует учитывать, что оптимальное решение может зависеть от величины а.

G-критерий некоторым образом обобщает ММ-критерий, а в случае равномерного распределения qj (qj = 1/n, j=1,2,...,n) они становятся идентичными.

Условия применимости G-критерия таковы:

- вероятности появления состояний Fj известны;

- допускается некоторый риск;

- решение может реализовываться как малое, так и большое число раз.

Если функция распределения известна не очень надежно, а числа реализаций малы, то при использовании G-критерия, вообще говоря, имеется неоправданно большой риск.

Составной BL(ММ)-критерий. Стремление получить критерии, которые бы лучше приспосабливались к имеющейся ситуации, чем все до сих пор рассмотренные, привело к построению так называемых, составных критериев. Исходным для построения данного был BL-критерий. Вследствие того, что распределение q = (q1,...,qn) устанавливается эмпирически и потому известно не точно, происходит, с одной стороны, ослабление критерия, а с помощью заданных границ для риска и посредством ММ-критерия обеспечивается соответствующая свобода действий.

Зафиксируем прежде всего задаваемое ММ-критерием опорное значение

где io, jo - оптимизирующие индексы для рассматриваемых вариантов решений и, соответственно, состояний.

Посредством некоторого заданного или выбираемого уровня допустимого риска определим некоторое множество согласия, являющееся подмножеством множества индексов :

Величина для всех iI1 характеризует наибольшие возможные потери в сравнении со значением, задаваемым ММ-критерием. С другой стороны, в результате такого снижения открываются возможности для увеличения выигрыша по сравнению с тем, который обеспечивается ММ-критерием. Поэтому мы рассматриваем также некоторое выигрышное подмножество:

Тогда в множество-пересечение I1?I2 соберутся только такие варианты решений, для которых, с одной стороны, в определенных состояниях могут иметь место потери по сравнению c состоянием, задаваемым ММ-критерием, но зато в других состояниях имеется по меньшей мере такой же прирост выигрыша. Теперь оптимальными в смысле составного BL(ММ)-критерия будут решения из множества

Применение ВL(ММ) критерия бывает целесообразным, если:

- вероятности появления состояний Fj неизвестны, однако имеется некоторая априорная информация в пользу какого-либо определенного распределения;

- необходимо считаться с появлениями различных состояний как по отдельности, так и в комплексе;

- допускается ограниченный риск;

- принятое решение реализуется один раз или многократно.

BL(ММ)-критерий хорошо приспособлен для построения практических решений прежде всего в области техники и может считаться достаточно надежным. Однако задание границы риска и, соответственно, оценок риска не учитывает ни число применений решения, ни иную подобную информацию. Условие существенно в тех случаях, когда решение реализуется один или малое число раз.

Критерий произведений (Р-критерий). Критерий произведений ориентирован на величины выигрышей, то есть на положительные еij. Оценочная функция Р-критерия определяется следующим образом:

=

то есть оптимальными в смысле Р-критерия будут решения вида:

Следует отметить, что выбор оптимального решения по Р-критерию оказывается менее пессимистичным, чем выбор в соответствии с ММ-критерием. Применение этого критерия обусловлено следующими обстоятельствами:

- вероятности появления состояний Fj неизвестны;

- критерий может быть применен при любом числе реализаций;

- допустим некоторый риск.

2.2 Образец применения классических и производных критериев для поиска оптимального решения

Пусть некоторую технологическую установку требуется подвергнуть проверке с приостановкой ее эксплуатации. Из-за этого на некоторое время будет приостановлен и выпуск продукции. Если же существующая неисправность не будет вовремя обнаружена, то это приведет к еще большим потерям, поскольку технологическая установка выйдет из строя.

У руководства предприятия есть возможность выбора одного из следующих альтернативных вариантов решения:

1) Е1 - осуществить полную проверку оборудования с привлечением специалистов- ремонтников со стороны;

2) Е2 - провести проверку и возможный' ремонт своими силами;

3) Е3 - вообще отказаться от какой либо проверки и не приостанавливать выпуск продукции.

После длительного срока эксплуатации установка может находиться в одном из следующих, состояний:

1) F1 - неисправностей нет и установка может продолжать работать без какого-либо ремонта;

2) F2 - требуется незначительный ремонт отдельных деталей;

3) F3 - дальнейшая эксплуатация установки возможна лишь после капитального ремонта.

Накопленный на предприятии опыт позволил составить следующую матрицу решений, элементы которой отрицательны, поскольку включают в себя затраты на проверку и устранение неисправностей, а также затраты, связанные с потерями выпускаемой продукции и поломкой установки (таблица 2.1):

Таблица 2.1 - Матрица решений

F1

F2

F3

E1

-20,0

-22,0

-25,0

E2

-14,0

-23,0

-31,0

E3

0

-24,0

-40,0

Применяя ММ-критерий, получаем, что следует проводить полную проверку: Е0 = Е1. Этого и следовало ожидать, так как данный критерий соответствует позиции крайнего пессимиста и исключает какой-либо риск, который в данной ситуации при отсутствии информации о вероятностях возможных состояний установки сопряжен, например, с ее поломкой в случае отказа от проверки и продолжения ее эксплуатации при имеющихся серьезных неисправностях.

Если предположить, что все возможные состояния установки равновероятны (qj = 1/3), то при применении BL-критерия будет рекомендовано решение Е3 - отказ от проверки. Если применить S-критерий, то в качестве оптимального будет рекомендовано принять решение Е2 - провести проверку оборудования без привлечения специалистов со стороны.

Итак, воспользовавшись теоретическими рекомендациями, мы мало что выиграли, поскольку ситуация осталась неопределенной - каждый из критериев рекомендует свой вариант решения. Но следует помнить о том, что различные критерии связаны с различными аспектами ситуации, в которой решение принимается. Поэтому прежде, чем воспользоваться тем или иным критерием, необходимо тщательно проанализировать ситуацию принятия решения и только потом выбрать подходящий критерий. Если принимаемое решение относится к сотням работающих установок с одинаковыми параметрами и если информация о вероятностях состояний Fj достаточно точна, то целесообразно воспользоваться BL-критерием. Если число реализаций решения на практике невелико, то больший вес приобретают более осторожные рекомендации S или ММ-критериев.

Если рассмотреть ситуацию, когда состояние F3 - серьезная неисправность установки наиболее вероятно, например q1 = q2 = 1/4, q3 = 1/2, то тогда и BL-критерий и ММ-критерий рекомендуют провести полную проверку установки.

Применяя производные критерии для принятия решения по данной проблеме, получим следующие результаты:

Критерий Гурвица. При с = 0,5 рекомендуется отказаться от проверки (решение Е3). При с > 0,57 в качестве рекомендуемого будет выступать уже решение Е1 .

Критерий Ходжа-Лемана. При v = 0,5 и q1 = q2 = q3 = 1/3 по HL-критерию рекомендуется воспользоваться решением Е1 - выполнить полную проверку установки. Лишь при v > 0,94 рекомендуются менее осторожные варианты решений - Е2 или Е3.

Критерий Гермейера. Также рекомендует в случае равномерного распределения состояний установки придерживаться более осторожного варианта решения Е1 .

Составной ВL(ММ)-критерий. Данный критерий является одним из наиболее гибких критериев и довольно часто может применяться на практике при решении конкретных технических задач. ВL(ММ)-критерий при q1= q2 = q3 = 1/3 в большинстве случаев при незначительном уровне допустимого риска также указывает на осторожный вариант Е1, как на оптимальный. Вариант Е3 (отказ от проверки) принимается этим критерием лишь при > 15, однако во многих технических и хозяйственных задачах уровень допустимого риска бывает намного ниже, составляя лишь незначительный процент от возможных затрат.

Лабораторная работа

Цель работы: получение практических навыков применения классических и производных методов принятия решений.

Материалы и оборудование: персональный компьютер.

Для данной матрицы решений применить классические и производные критерии и найти оптимальное решение.

Варианты матриц решений:

Тема 3. Методы принятия решений в задачах векторной оптимизации

3.1 Основные понятия теории принятия решений для многокритериальных задач

В общем виде задачи векторной оптимизации могут быть записаны следующим образом:

(3.1)

Решение представляет собой эффективное решение многокритериальной задачи, если не существует решения, не уступающего ему по всем критериям и превосходящего его хотя бы по одному из них.

Рассмотрим некоторые часто применяемые на практике методы многокритериальной оптимизации.

Метод выделения главного критерия. Определяется главный критерий

(предположим ) и задача (3.1) преобразуется в следующую:

.

Метод последовательных уступок. Критерии эффективности располагаются в порядке уменьшения степени важности: . Допустим, что соответствующая нумерация была осуществлена в самом начале при постановке задачи (3.1) и, кроме того, допустим, что для всех : . Алгоритм получения решения сводится к следующему. Вначале находится решение, обращающее в максимум главный критерий .

Затем из практических соображений назначается некоторая «уступка» . Требуя выполнения неравенства

, где

находим такое решение x, при котором . Далее снова назначается «уступка» по критерию , с помощью которой можно максимизировать и т. д.

Метод «составного» критерия. ЛПР определяет важность каждого критерия , которая выражается весом критерия . Затем формулируется составной критерий:

,

где - вес -го критерия, если , , если .

Несмотря на удобную форму записи, «составные» критерии имеют существенные недостатки, связанные с произволом в выборе весов , а также с тем фактом, что недостатки эффективности по одним критериям могут компенсировать за счет преимуществ по другим критериям.

Нормативные методы векторной оптимизации. Нормативные методы являются своего рода обобщением рассмотренных выше методов и состоят в предварительном получении нормативов , на основе приближенного решения многоцелевой задачи и приближения к этим нормативам по некоторой заданной метрике , где может быть определено различными способами, например:

;

;

.

Методы логического объединения критериев. Предположим, что критерии могут принимать только два значения: 0 или 1:

Тогда обобщенный критерий может быть записан:

- в виде коньюнкции критериев , если общая цель состоит в выполнении всех целей одновременно, т. е.

;

- в виде дизъюнкции критериев, когда общая цель достигается, если достигнута хотя бы одна частная цель, т. е.

.

3.2 Образец поиска оптимального решения с помощью метода уступок

Пример. Найти компромиссное решение при условии, что отклонение по первому критерию от максимального значения составляет 50 :

;

;

Поскольку данная задача является задачей линейного программирования, то на каждом шаге для решения соответствующих однокритериальных задач можно воспользоваться симплекс-методом.

Решим однокритериальную задачу по первому критерию. Составляем симплекс-таблицу:

1

6

-2

-1

5

2

0

-2

5

0

2

-1

0

-3

0

-2

Так как данный план не удовлетворяет условию оптимальности, то, находя разрешающий элемент и применяя преобразование Гаусса-Жордана, строим следующую последовательность симплекс-таблиц:

1

1

10

2

-1

10

2

-1

1

2

1

0

-2

22

5

-2

2

5

0

2

-1

15

2

1

6

3

0

-8

86

19

-8

8

1

25

52

15

206

35

8

16

Максимальное значение целевой функции достигается, таким образом, для плана

= 206.

Делая уступку на 50 , получаем:

и вводим дополнительное ограничение:

Теперь решаем однокритериальную задачу для второй целевой функции с учетом дополнительного ограничения. Получаем следующую последовательность симплекс таблиц:

1

1

6

-2

-1

5

10

2

-1

2

Размещено на http://www.allbest.ru/

4

Размещено на http://www.allbest.ru/

0

-2

2

1

0

-2

5

0

2

-1

5

0

2

-1

-103

-3

0

-2

-97

3

0

-8

0

-1

-2

-1

2

1

-2

-3

1

1

10

2

-1

1

97/8

22

5

-2

2

105/4

15

2

1

1

137/8

-17

19

8

17/8

32

7

-5

3

341/8

-39/8

-5/8

-2

Таким образом, при заданных условиях задачи эффективным является следующий план:

для которого =103; .

Лабораторная работа

Цель работы: получение практических навыков поиска оптимального решения с помощью метода уступок.

Материалы и оборудование: персональный компьютер.

Используя метод уступок, найти компромиссное решение задачи, считая второй критерий наиболее предпочтительным. Его отклонение от минимального значения составляет (%):

50 % 20 %

1 2

15 35 %

3 4

20 % 20 %

5 6

15 % 30 %

7 8

50 % 20 %

9 10

15 35 %

11 12

+

Используя метод уступок, найти компромиссное решение задачи, считая первый критерий наиболее предпочтительным. Его отклонение от максимального значения составляет (%):

20 % 10 %

1 2

15 % 30 %

3 4

30 % 45 %

5 6

25 % 20 %

7 8

15 % 20 %

9 10

45 % 20 %

11 12

15 % 20 %

1314

Тема 4. Метод анализа иерархий (метод Т.Л. Саати)

4.1 Основные понятия метода Саати для поиска наилучшего решения

Принцип идентичности и декомпозиции. Метод Саати состоит в декомпозиции проблемы на все более простые составные части и дальнейшей обработке последовательности суждений ЛПР по парным сравнениям. В результате может быть выражена относительная степень (интенсивность) взаимодействия элементов в иерархии проблемы. МАИ включает в себя процедуры декомпозиции проблемы, синтеза множественных суждений эксперта, получения приоритетных критериев и нахождения альтернативных решений.

Принцип декомпозиции проблемы предусматривает структурирование проблемы в виде иерархии или сети, что является первым этапом применения МАИ. Иерархия считается полной, если каждый элемент заданного уровня связан со всеми элементами последующего уровня. Простейшая полная иерархия проблемы многокритериального выбора включает в себя следующие три уровня:

Размещено на http://www.allbest.ru/

4

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4.1 - Иерархия проблемы

Принцип дискриминации и сравнительных суждений. Чтобы установить приоритеты критериев, получить оценки для альтернативных решений в МАИ используется метод парных сравнений: строятся матрицы парных сравнений

,

где , - «вес» i-го элемента иерархии. Очевидно, что

.

При заполнении матриц парных сравнений ЛПР рекомендуется пользоваться следующей шкалой относительной важности для .

Таблица 4.1 - Шкала относительной важности

Пояснения

1

Равная важность сравниваемых элементов иерархии

3

Умеренное превосходство i-го элемента иерархии над j-ым

5

Существенное или сильное превосходство i -го элемента

7

Значительное превосходство i-го элемента

9

Очень значительное превосходство i-го элемента

2, 4, 6, 8

Промежуточные степени превосходства

Следует помнить, что между собой сравниваются элементы принадлежащие к одному уровню иерархии, сравнение происходит по степени их соответствия конкретному элементу вышестоящего уровня.

Таким образом, для проблемы, обладающей приведенной выше простой иерархией, необходимо будет составить N+1 матрицу парных сравнений (одну - для сравнения элементов второго уровня, т. е. критериев, по степени их важности для ЛПР при достижении цели; и N матриц - для сравнения элементов третьего уровня, т. е. альтернативных решений, по степени их соответствия каждому из N критериев).

Принцип синтеза приоритетов. Итак, будем считать, что построены матрицы парных сравнений: одна для второго уровня иерархии, а на каждом последующем уровне - столько матриц парных сравнений, сколько элементов содержит предшествующий уровень иерархии. Какую информацию содержат эти матрицы?

Для каждой матрицы мы можем рассчитать локальные приоритеты сравниваемых элементов. Каждой строке матрицы, а, следовательно, соответствующему элементу, ставим в соответствие геометрическое среднее ее элементов. Суммируя полученные результаты, делим геометрические средние каждой из строк матрицы на эту сумму.

В результате получаем локальные приоритеты соответствующих сравниваемых элементов.

Важно также вычислить так называемый индекс согласованности (ИС) суждений по каждой матрице

,

где n - размерность матрицы, а считается следующим образом: вначале суммируется каждый столбец суждений, затем сумма первого столбца умножается на величину первой компоненты нормализованного вектора приоритетов, сумма второго столбца - на вторую компоненту и т. д., затем полученные числа суммируются.

Теперь необходимо сравнить ИС с той величиной, которая получилась бы при случайном выборе суждений по нашей шкале: 1/9...9. Значения этой величины - случайной согласованности (СС) представлены в таблице 4.2:

Таблица 4.2 - Случайная согласованность

Размер матрицы

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Случайная согласованность

0

0

0,58

0,9

1,12

1,24

1,32

1,41

1,45

1,49

Определяя ИС и СС, находим отношение согласованности

Если для конкретной матрицы окажется, что ОС > 0,17, то можно утверждать, что суждения эксперта, на основе которых заполнена исследуемая матрица, сильно разсогласованы, и ему надлежит заполнить матрицу заново, более внимательно используя при этом шкалу парных сравнений.

Теперь обратимся непосредственно к принципу синтеза приоритетов. Приоритеты синтезируются, начиная со второго уровня вниз.

Локальные приоритеты альтернатив перемножаются на приоритеты соответствующих критериев предшествующего уровня и суммируются по каждому элементу в соответствии с критериями.

Приоритеты элементов второго уровня умножаются на единицу.

4.2 Образец использования метода Саати для поиска наилучшего решения

Использование метода МАИ может быть проиллюстрировано на следующем примере. Предположим, что некоторая крупная преуспевающая фирма ставит перед собой цель строительства своего филиала в одной из стран с так называемой «переходной экономикой». Пусть в качестве таковых определены Египет, Турция, Хорватия, Беларусь и Россия.

Цель строительства: получение доступа к зарубежным рынкам сбыта и снижение издержек производства за счет более низкой оплаты труда в этих странах. При этом не сбрасываются со счета и потенциальные издержки: некоторая потеря контроля за управлением, преобладание неквалифицированной рабочей силы, риск изменения политических и экономических условий в выбранной стране.

Воспользовавшись методом Саати для решения данной проблемы, надлежит, в первую очередь, четко определить те потенциальные выгоды и издержки, которые необходимо учитывать.

Допустим, что в результате получены следующие иерархии выгод и издержек (рисунки 4.2, 4.3):

Размещено на http://www.allbest.ru/

4

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4.2 - Иерархия выгод

Размещено на http://www.allbest.ru/

4

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4.3 - Иерархия издержек

После создания иерархии проблемы необходимо приступить к заполнению матриц парных сравнений. Матрица парных сравнений для второго уровня первой иерархии имеет следующий вид (предположим, что эксперт фирмы заполнил ее с учетом интересов и суждений своих и руководства) (таблица 4.3).

Таблица 4.3 - Матрица парных сравнений для второго уровня

Сравнение выгод

Экономические выгоды

Управленческие выгоды

Экономические выгоды

1

3

Управленческие выгоды

1/3

1

Из вида заполненной матрицы следует, что эксперт при решении проблемы отдает предпочтение (хотя и незначительное) достижению экономических выгод перед управленческими. После этого для данной матрицы по описанной выше методике рассчитываются локальные приоритеты и ее согласованность.

Приведем здесь незаполненные матрицы парных сравнений для третьего уровня критериев (таблицы 4.4, 4.5).

Таблица 4.4 - Матрица парных сравнений для третьего уровня

Важность критерия при достижении экономических выгод

Дешевая рабочая сила

Финансовая помощь страны-хозяина

Близость к рынку

Сила валюты страны

Дешевая рабочая сила

1

Финансовая помощь страны-хозяина

1

Близость к рынку

1

Сила валюты страны-хозяина

1

Таблица 4.5 - Матрица парных сравнений для третьего уровня

Важность критерия при достижении управленческих выгод

Знание местных условий рынка

Несущественное вмешательство государства

Надежность транспортных коммуникаций

Знание местных условий рынка

1

Несущественное вмешательство государства

1

Надежность транспортных коммуникаций

1

Что касается последнего - четвертого уровня, то для него необходимо составить семь (по числу критериев - элементов вышестоящего уровня) матриц для сравнения альтернатив - государств предполагаемого строительства филиала по степени их соответствия каждому критерию (таблицы 4.6, 4.7).

Таблица 4.6 - Матрица парных сравнений для четвертого уровня

Дешевая рабочая сила

Египет

Турция

Хорватия

Беларусь

Россия

Египет

1

Турция

1

Хорватия

1

Беларусь

1

Россия

1

Таблица 4.7 - Матрица парных сравнений для четвертого уровня

Надежность транспортных коммуникаций

Египет

Турция

Хорватия

Беларусь

Россия

Египет

1

Турция

1

Хорватия

1

Беларусь

1

Россия

1

После того как все эти матрицы будут заполнены, будет проверена согласованность суждений эксперта при заполнении каждой из них и в случае удовлетворительного значения ОС по этим матрицам будут рассчитаны локальные приоритеты сравниваемых объектов. Зная локальные приоритеты всех элементов иерархии, можно переходить к этапу синтеза глобальных приоритетов. Таким образом, будут получены глобальные приоритеты стран-альтернатив с точки зрения выгод строительства в них филиала фирмы. Повторяя описанные выше действия для иерархии издержек, получим глобальные приоритеты стран-альтернатив с точки зрения возможных издержек строительства филиала. И, наконец, вычислив отношения приоритетов выгод к приоритетам издержек по каждой из стран, определим ту страну, для которой это отношение является максимальным. Это и будет та страна, которая в наибольшей степени удовлетворяет требованиям фирмы.

Лабораторная работа Цель работы: получение практических навыков поиска оптимального решения с помощью метода Саати.

Материалы и оборудование: персональный компьютер.

Используя метод анализа иерархий (метод Саати), проанализировать проблему выбора выпускником ВУЗа будущего места работы (рисунок 4.4).

Размещено на http://www.allbest.ru/

4

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4.4 - Иерархия проблемы

Шкала относительной важности представлена в таблице 4.1, случайную согласованность определить с помощью таблицы 4.2

Тема 5. Методы ЭЛЕКТРА, Подиновского и порядковой оптимизации в задачах экспертного выбора

5.1 Основные понятия теории экспертного выбора

Группа методов (ЭЛЕКТРА I, ЭЛЕКТРА II, ЭЛЕКТРА III) была разработана коллективом французских ученых, возглавляемым профессором Б. Руа. В этих методах бинарное отношение предпочтения, более сильное, чем отношение Парето, строится следующим образом.

Для каждого из n критериев (предполагается, что критерии числовые) определяется вес - число, характеризующее важность соответствующего критерия, которое тем больше, чем важнее для ЛПР соответствующий критерий. Эти веса могут быть определены либо ранжированием, либо, например, по методу Саати. Для того, чтобы определить, превосходит альтернативный вариант , вариант (где - значения i-го критерия, сообщаемые ему вариантами х и у соответственно), производятся следующие действия.

Множество I критериев разбивается на три подмножества:

- критерии, по которым х превосходит у;

- критерии, по которым х и у имеют одинаковые оценки;

- критерии, по которым у превосходит х.

Далее определяется относительная важность , , каждого из этих подмножеств

(5.1)

Устанавливается также некоторый порог с и считается, что вариант х превосходит вариант у только в том случае, когда некоторая функция, называемая индексом согласия, удовлетворяет условию

(5.2)

Вид функции определяется по своему для каждой модификации метода ЭЛЕКТРА.

В качестве условия (5.2) в методе ЭЛЕКТРА I предлагается рассматривать выражение вида:

(5.3)

в методе ЭЛЕКТРА II - выражение вида

(5.4)

Следует отметить, что условие (5.3) можно применять лишь тогда, когда сравнение альтернатив происходит в строгих шкалах (тогда множество пусто) или когда число совпадающих оценок у различных вариантов достаточно мало по сравнению с n. В противном случае отношение предпочтения, может оказаться симметричным: x лучше у (хRу) и у лучше х (уRх) одновременно. Поэтому, если используются нестрогие шкалы, то лучше пользоваться условием (5.4).

Условие (5.2) является необходимым, но не достаточным условием превосходства х над у. В методах ЭЛЕКТРА формулируются дополнительные условия, предназначенные учитывать не только порядок следования оценок х и у по критериям, но и значения модулей разностей . Эти условия, называемые индексом несогласия, могут быть записаны в виде

(5.5)

где - пороговое значение индекса несогласия .

для каждой модификации метода ЭЛЕКТРА определяются по-своему.

Таким образом, отношение предпочтения определяется следующим образом:

(5.6)

Особенность методов ЭЛЕКТРА состоит в том, что в них несколько отступают от традиционных методов выделения подмножества недоминируемых вариантов. Следуя теории игр, их создатели предлагают несколько расширить это подмножество путем выделения в исходном множестве некоего ядра, все элементы которого несравнимы между собой, а любой вариант, в ядро не вошедший, доминируется хотя бы одним элементом ядра.

Выделение ядра на множестве исходных вариантов является заключительным этапом методов ЭЛЕКТРА. Дальнейшее сужение ядра может быть достигнуто заданием других, более жестких ограничений в условиях (5.2) и (5.5), т. е. увеличением порогового значения индекса согласия с и уменьшением порогового значения индекса несогласия d.

Метод Подиновского также имеет своей целью построение более сильного, нежели паретовское, бинарного отношения предпочтения. Как и в ЭЛЕКТРА, для этого используется дополнительная информация о сравнительной важности критериев. Однако основное и существенное отличие метода Подиновского состоит в том, что качественная информация о критериях, получаемая от ЛПР, не преобразуется в количественную. Автору метода впервые в практике многокритериальной оптимизации удалось освободиться от необходимости ввода весовых коэффициентов важности критериев, вносящих большую неопределенность в решение задачи.

Информация о сравнительной важности критериев задается совокупностью сообщений ЛПР типа:

- критерий t важнее, чем критерий j (tВj);

- критерии t и j равноценны (tSj);

- набор критериев (t1,..., tl) важнее, чем набор (j1,..., jm);

- наборы критериев (t1,..., tl) и (j1,..., jm) равноценны по важности.

Построенное на основании информации о важности критериев бинарное отношение предпочтения позволяет существенно сузить множество Парето. Так, если имеется информация о том, что все n критериев равноценны, то при большом числе сравниваемых вариантов это позволяет сузить паретовское множество приблизительно в n! раз.

Метод Подиновского в описанном виде может быть применен только в случае однородности критериев, т. е. критериев, значения которых принадлежат одному и тому же множеству. Примером однородных критериев может служить, например, множество суждений одинаково компетентных экспертов, оценивающие варианты по одной и той же шкале. В этом случае действительно может быть непринципиально, получил вариант х оценки экспертов х1 = а, х2 = b или х1 = b, х2 = a. Сложности появляются, когда критерии оказываются неоднородными, что бывает довольно часто. При неоднородных критериях определение их сравнительной важности сводится по-существу к определению коэффициентов важности критериев. Это является основным недостатком метода Подиновского и в этом случае чаще целесообразнее использовать методы ЭЛЕКТРА.

Метод порядковой оптимизации. В основе данного метода лежит аппроксимация изнутри структуры предпочтений ЛПР, описываемой бинарным отношением, некоторым отношением из конечного класса.

В основе метода порядковой оптимизации лежит следующая процедура:

- определение упорядочения критериев по важности;

- нахождение порядковых отношений, удовлетворяющих этому упорядочению;

- построение пересечения по всем этим порядковым отношениям,которое и будет аппроксимацией R* предпочтений ЛПР.

5.2 Образец применения методов ЭЛЕКТРА, Подиновского и порядковой оптимизации

Метод ЭЛЕКТРА. Пусть в исходном множестве альтернативных вариантов, сравниваемых по пяти критериям, определены следующие семь недоминируемых по Парето:

Применим метод ЭЛЕКТРА для того, чтобы, получив у ЛПР дополнительную информацию, сократить число вариантов, которое будет предложено ему для окончательного выбора.

1-й этап. От ЛПР получается информация о сравнительной важности критериев. Пусть ЛПР сообщил, что:

- критерии 1 и 2 имеют одинаковую важность;

- критерии 3, 4 и 5 имеют также одинаковую важность;

- каждый из первых двух критериев важнее каждого из оставшихся.

Пусть в соответствии с этой информацией критериям назначены веса:

2-й этап. Строим матрицу 7*7, в которой элемент atj определяется следующим образом:

Допустим, что в качестве порогового значения индекса согласия выбрано на основе консультаций с ЛПР c2 = 1,25. Как видно из таблицы 5.1, любой из семи вариантов доминируется хотя бы одним из остальных.

Таблица 5.1 - Матрица значений atj

-

6

1,3

0,75

0,75

0,75

0,17

0,17

-

0,75

0,75

0,75

0,75

0,17

0,75

1,3

-

0,75

0,75

0,75

0,17

1,3

1,3

1,3

-

0,75

0,75

0,75

1,3

1,3

1,3

1,3

-

0,4

1,3

1,3

1,3

1,3

1,3

2,5

-

0,75

6

6

6

1,3

0,75

1,3

-

Поэтому без учета индекса несогласия подмножество оптимальных вариантов оказалось бы пустым.

3-й этап. С помощью ЛПР устанавливается индекс несогласия. Пусть

D = {(х, у): xt - уt > 5}.

В этом случае один из вариантов - х7 - оказывается недоминируемым, оптимальным будет считаться также и вариант х5, который несравним с х7.

Таким образом, применение метода ЭЛЕКТРА позволило более полно учесть мнение ЛПР и сократить исходное множество недоминируемых по Парето решений до двух элементов.

Метод Подиновского для решения описанной выше задачи используем в наиболее благоприятном случае, когда все критерии для ЛПР равноценны. Тогда, следуя методу Подиновского, нам необходимо упорядочить оценки каждого из альтернативных вариантов (например, по убыванию) и среди полученных векторов выбрать в качестве оптимальных недоминируемые по Парето. Упорядочив оценки, получаем:

Среди вновь образованных упорядоченных векторов оценок недоминируемыми по Парето оказались векторы , Следовательно, руководствуясь методом Подиновского, в качестве эффективных решений при равнозначности критериев рекомендуются варианты х4 и х7.

Метод порядковой оптимизации. Рассмотрим пример сравнения семи вариантов по пяти критериям.

Допустим, что в роли ЛПР выступает покупатель автомобиля. Он сформулировал пять критериев, которыми будет руководствоваться при выборе:

- цена (критерий 1);

- комфортность (критерий 2);

- фирма-производитель (критерий 3);

- скоростные качества (критерий 4),

- внешний вид автомобиля (критерий 5).

Пусть в результате опроса ЛПР получена следующая информация о важности критериев: входящие в группы L1 = {1, 2} и L2 = {3, 4, 5} имеют одинаковую важность, причем каждый критерий из L1 важнее любого критерия из L2. Кроме того, после дополнительного уточнения структуры предпочтений покупателя, проведенного на основе его опроса специалистом по маркетингу, было определено, что в качественное понятие «быть лучше» ЛПР вкладывает следующий смысл: «быть лучше» - значит, быть лучше по первым двум и по любой паре из оставшихся трех критериев. Нетрудно показать, что в этом случае полином аппроксимирующего отношения имеет вид:

Если рассматривать предыдущий пример, то недоминируемыми по R* будут варианты х4, x5, x6, x7. Чем сильнее будут упорядочены критерии, тем меньшее число альтернативных вариантов будет рассматриваться в качестве эффективных. Пусть, например, удалось упорядочить все критерии, кроме двух последних:

крит.1> крит.2 > крит.З >(крит.4 - крит.5).

В этом случае аппроксимирующий полином имеет вид:

и выбранными окажутся только два варианта: х4 и х7. Вариант х7 всегда оказывался в числе рекомендуемых ЛПР для окончательного выбора.

Лабораторная работа

Цель работы: получение практических навыков поиска альтернативных решений с помощью методов ЭЛЕКТРА II, Подиновского и порядковой оптимизации.

Материалы и оборудование: персональный компьютер.

Сравнить альтернативные решения, используя методы в случае пяти критериев (таблица 5.2).

Таблица 5.2 - Исходное множество вариантов

Тема 6. Ранжирование альтернатив и групповой экспертный выбор

6.1 Основные понятия теории ранжирования альтернатив и группового экспертного выбора

Метод ранжирования - это один из методов измерения данных в порядковых шкалах. Этот метод состоит в расположении объектов в порядке убывания (возрастания) какого-либо свойства, присущего им. Обычно степень, с которой то или иное свойство присуще объектам, не поддается количественному измерению и оценивается только качественно, а объекты можно сравнить между собой по степени их соответствия данному качеству.

Пусть n элементов, обладающих свойством X, расположены экспертами в порядке возрастания или убывания степени обладания этим свойством. Обозначим через хi место (ранг) i-го элемента среди остальных (n-1) элементов. Сумма рангов в таком ряду составляет при сравнении в строгих шкалах, т. е. когда нет повторяющихся рангов:

(6.1)

т. к. это есть сумма n членов арифметической прогрессии: .

Это соотношение обычно выполняется, когда число ранжируемых объектов невелико (). Если эксперты затрудняются присвоить всем сравниваемым объектам различные ранги, то тогда сравнение будет вестись в нестрогих шкалах, (эксперты будут присваивать нескольким объектам одинаковые ранги). Тогда общее число N рангов будет меньше n. В этом случае полученную ранжировку необходимо привести к так называемому нормальному виду, т. е. к такому виду, при котором условие (6.1) выполняется. Для этого используется процедура развязывания рангов. При ее применении объектам, имеющим одинаковые ранги, приписывается ранг, равный среднему значению мест, которые объекты поделили между собой в ранжировке с совпадающими рангами. В результате использования метода ранжирования получается упорядоченный ряд, элементами которого являются ранги. Будем считать ранги случайными числами и введем для них статистику связи. Показателем связи ранжированных рядов может служить коэффициент ранговой корреляции.

Пусть n объектов ранжированы сначала по степени обладания свойством X, а затем по степени обладания свойством Y. Коэффициент ранговой корреляции оценивает степень связи между этими рядами. Ранжировки представим в виде:

X: x1, x2, …,,xn

Y: y1, y2,…,yn

Предположим, что условие (6.1) выполняется. Пусть требуется определить связь между свойствами X и Y для n объектов. Обозначим связь между рангами xi и хj через aij, а связь между yi и через . Для них выполняются условия:

Тогда коэффициент корреляции определяется как

(6.2)

Если в формуле (6.2) положить и учесть, что ранги суть числа натурального ряда, то путем несложных преобразований получим коэффициент ранговой корреляции Спирмэна:

(6.3)

В том случае, когда ранжировки содержат совпадающие ранги, выражение для р принимает вид:

(6.4)

Где

ti,, ui - числа повторений i-го ранга в ранжировках по Х и У соответственно.

Проверка значимости коэффициента ранговой корреляции и конкордация. Исследование распределения вероятностей коэффициента ранговой корреляции показывает, что при отсутствии связи в ранжировках распределение величины р стремится к нормальному распределению с дисперсией . Поэтому для оценки значимости р можно воспользоваться нормальным законом распределения.

Пример. На предприятии по производству синтетического каучука требовалось установить, существует ли связь между степенью износа сита и производительностью лентоотливочной машины. Для этого были проранжированы степень износа сита (X) и производительность (У) для различных (п = 12) моментов времени (таблица 6.1).

Таблица 6.1 - Ранжировка степени износа сита и производительности

Износ сита xi

1

2

...


Подобные документы

  • Принятие решений в условиях неопределенности. Классические и производные критерии принятия решений. Критерии Байеса-Лапласа, Сэвиджа, Гурвица, Ходжа-Лемана и Гермейра. Графоаналитический метод решения матричных игр. Основные элементы матрицы решений.

    контрольная работа [1,4 M], добавлен 26.04.2012

  • Задача анализа деловой активности, факторы, влияющие на принятие решений. Современные информационные технологии и нейронные сети: принципы их работы. Исследование применения нейронных сетей в задачах прогнозирования финансовых ситуаций и принятия решений.

    дипломная работа [955,3 K], добавлен 06.11.2011

  • Построение дерева принятия решений, реализация данной системы в табличном процессоре. Построение математической модели: в режиме вычислений и показа формул до и после оптимизации. Окно поиска решения. Информационно-логическая модель, ее содержание.

    курсовая работа [955,8 K], добавлен 10.10.2012

  • Теория математических моделей принятия оптимальных решений. Принятие решения в условиях неопределённости. Критерий пессимизма-оптимизма Гурвица, минимаксного риска Сэвиджа, Ходжа-Лемана. Разработка программного приложения. Программная среда разработки.

    дипломная работа [999,7 K], добавлен 23.04.2015

  • Применение методов векторной оптимизации для повышения эффективности функционирования транспортных систем. Оптимизация выбора маршрутов и объемов предоставления поставщиками услуг спутниковой связи его потребителям. Распределение объемов трафика.

    курсовая работа [682,3 K], добавлен 07.10.2021

  • Человеко-машинные комплексы, специально предназначенные для принятия решений. Процесс принятия решений и его этапы. Методы поиска новых вариантов решений: дерево решений, морфологические таблицы, конференции идей. Принцип математической оценки тенденций.

    курсовая работа [272,1 K], добавлен 30.07.2009

  • Методы решения проблем, возникающих на стадиях и этапах процесса принятия решений, их реализация в информационных системах поддержки принятия решений (СППР). Назначение СППР, история их эволюции и характеристика. Основные типы СППР, области их применения.

    реферат [389,3 K], добавлен 22.11.2016

  • Краткие сведения о системах принятия решения в режиме показа формул и в режиме пользователя. Принципы решения задач оптимизации. Построение математической модели. Диаграмма "Оптимизация плана перевозок". Создание таблицы БД в Access: база данных, запросы.

    курсовая работа [482,3 K], добавлен 12.08.2012

  • Сущность задач оптимизации и методы их решения с ориентацией на современные средства компьютерной техники. Область допустимых решений. Структура оптимизационной модели. Проверка правильности нахождения точек координат методом половинного деления.

    курсовая работа [2,4 M], добавлен 25.04.2015

  • Анализ применения нейронных сетей для прогнозирования ситуации и принятия решений на фондовом рынке с помощью программного пакета моделирования нейронных сетей Trajan 3.0. Преобразование первичных данных, таблиц. Эргономическая оценка программы.

    дипломная работа [3,8 M], добавлен 27.06.2011

  • Использование библиотеки готовых компонентов как основы процесса построения моделей организационных систем. Характеристика качественных методов принятия решений. Применение порядковой классификации в процессе UFO-моделирования систем телемеханики.

    магистерская работа [732,7 K], добавлен 26.04.2011

  • Система поддержки принятия решений "Мыслитель" и метод, заложенный в её основу. Порядок работы в программе: новая задача, составление списка альтернатив, списка критериев их оценки, сравнение критериев по степени важности, попарное сравнение альтернатив.

    отчет по практике [719,2 K], добавлен 08.03.2016

  • Программирование численных методов одномерной оптимизации. Решение одномерных задач оптимизации методами последовательного поиска. Градиентные методы и их применение для оптимизации на ЭВМ математических моделей объектов. Методы нулевого порядка.

    контрольная работа [257,9 K], добавлен 15.01.2009

  • Описание подхода, позволяющего для методов оптимизации, основанных на использовании точных штрафных функций, преодолеть проблему сходимости к стационарным точкам, не принадлежащим допустимой области исходной задачи. Теория субаналитических функций.

    курсовая работа [365,6 K], добавлен 28.09.2015

  • Системы и задачи их анализа. Методы системного анализа: аналитические; математические. Сущность автоматизации управления в сложных системах. Структура системы с управлением, пути совершенствования. Цель автоматизации управления. Этапы приятия решений.

    реферат [324,3 K], добавлен 25.07.2010

  • Виды обрабатываемой социально-правовой информации. Формализация процесса принятия решения для моделирования его в компьютерной системе. Полнотекстовые и фактографические автоматизированные информационные системы. Автоматизация экспертного исследования.

    реферат [23,7 K], добавлен 17.09.2009

  • Описание предметной области автоматизации. Программа обследования и план-график выполнения работ на предпроектной стадии. Метод группового принятия решения с помощью кластеризации экспертных оценок альтернатив. Построение диаграммы потоков данных DFD.

    дипломная работа [375,8 K], добавлен 07.12.2014

  • Проектирование системы принятия решения для аттестации знаний абитуриента на основе тестирования. Особенности создания базы данных и плана перевозок с минимизацией затрат. Разработка информационно-логической модели предметной области "Книга" с атрибутами.

    курсовая работа [7,9 M], добавлен 10.10.2012

  • Требования к защите систем электронных платежей. Разновидности процедур, выполняемые лицом, принимающим решения. Методы иерархического упорядочивания альтернатив на заданном множестве критериев. Описание применения метода ОРКЛАСС, схема базы данных.

    дипломная работа [1,7 M], добавлен 02.03.2016

  • Разработка автоматизированной программы выбора оптимального решения с использованием критерия Гермейера и минимаксного критерия; блок-схема программы. Особенности подхода Гермейера к отысканию пригодных к компромиссу решений в области полиоптимизации.

    контрольная работа [524,4 K], добавлен 05.07.2014

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.