美国运筹学家Saaty于20世纪70年代初提出了著名的层次分析法(Analytic Hierarchy Process简称AHP)。层次分析法是将与决策有关的元素分解成目标、准则、方案等层次,在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法。该方法具有系统、灵活、简洁的优点。
运用层次分析法建模来解决实际问题,可按如下五个步骤:
步骤l 定义问题,确定目标
步骤2从最高层(目标层),通过中间层(准则层)到最低层(方案层)构成一个层次结构模型
步骤3 两两比较打分,确定下层对上层的分数
准则层中的各准则在目标衡量中所占的比重并不一定相同,在决策者的心目中,它们各占有一定的比例。引用数字1-9及其倒数作为标度来定义判断矩阵A=〖(a_ij)〗_(n×n) (见表1)。
表1 判断矩阵标度定义
标度含义含义
l表示两个因素相比,具有相同重要性
3表示两个因素相比,前者比后者稍重要
5表示两个因素相比,前者比后者明显重要
7表示两个因素相比,前者比后者强烈重要
9表示两个因素相比,前者比后者极端重要
2,4,6,8表示上述相邻判断的中间值
倒数若因素i与因素j的重要性之比为a_ij,那么因素j与因素i重要性之比为1/a_ij
步骤4 层次合成计算
步骤5 一致性检验
1)计算一致性指标CI(consmtency index)
CI= (λ_max-n)/(n-1)
其中,λ_max为判断矩阵的最大特征值。
2)查找一致性指标RI(见表2)
表2 平均随机一致性指标
n1234567891011121314
RI0OO.520.891.121.241.361.411.461.491.521.541.561.58
3)计算一致性比例CR(consistency ratio)
CR= CI/RI
当CR<0.10时,认为通过了一次性检验,否则应作适当修正。
二、层次分析法权重向量W计算方法
层次分析法有四种计算方法求权重:算术平均法、几何平均法、特征向量法、最小二乘法。
1、算术平均法(求和法)
由于判断矩阵A中的每一列都近似地反映了权值的分配情形,故可采用全部列向量的算术平均值来估计权向量。即
W_i=1/n ∑_(j=1)^n▒a_ij/(∑_(k=1)^n▒a_kj ),i=1,2,…,n
计算步骤:
①A的元素按列归一化,即求 a_ij/(∑_(k=1)^n▒a_kj );
②将归一化后的各行相加;
③将相加后的向量除以n即得权重向量。
三、层次分析法在选择旅游地分析中的应用
1、国庆假期打算出去旅游,有3个旅游目的地:桂林、黄山、北戴河,按照景色、费用、居住、饮食、旅途等因素选择。
2、
3、
景色费用居住饮食旅途
景色11/2433
费用21755
居住1/41/711/21/3
饮食1/31/5211
旅途1/31/5311
即:
A=[■(1&1⁄2&4&3&3@2&1&7&5&5@1⁄4&1⁄7&1&1⁄2&1⁄3@1⁄3&1⁄5&2&1&1@1⁄3&1⁄5&3&1&1)]
λ_max=5.073,CI= (5.073-5)/(5-1)=0.018
随机一致性指标 RI=1.12(查表)
CR= 0.018/1.12=0.016<0.1,通过一次性检验。
第3层(方案)对第2层每一元素(准则):
景色P1P2P3
P1125
P21/212
P31/51/21
λ_max=3.0055, CR= 0.00275/0.52=0.0053<0.1,通过一次性检验。
费用P1P2P3
P111/31/8
P2311/3
P3831
λ_max=3.0015, CR= 0.00075/0.52=0.0014<0.1,通过一次性检验。
居住P1P2P3
P1124
P21/212
P31/41/21
λ_max=3, CR= 0/0.52=0<0.1,通过一次性检验。
饮食P1P2P3
P1131/2
P21/311/5
P3251
λ_max=3.0037, CR= 0.00185/0.52=0.0036<0.1,通过一次性检验。
旅途P1P2P3
P1125
P21/212
P31/51/21
λ_max=3.0055, CR= 0.00275/0.52=0.0053<0.1,通过一次性检验。
4、层次合成计算
①算术平均法(求和法)
景色费用居住饮食旅途权重
景色0.2553230.244750.2352940.2857140.2903240.262
费用0.5106470.48950.4117650.476190.4838730.474
居住0.0638310.069950.0588240.0476190.0322550.054
饮食0.0850990.09790.1176470.0952380.0967750.099
旅途0.0850990.09790.1764710.0952380.0967750.110
求第3层(方案)对第2层每一元素(准则)的权重
景色费用居住饮食旅途总分
0.2620.4740.0540.0990.110
P10.5950.0820.5710.3090.5950.322
P20.2770.2360.2860.1100.2770.241
P30.1290.6820.1430.5810.1290.436
P3> P1> P2,最后的决策为去北戴河。
②几何平均法(方根法)
景色费用居住饮食旅途权重
景色11/24330.264
费用217550.477
居住1/41/711/21/30.053
饮食1/31/52110.099
旅途1/31/53110.107
同样求第3层(方案)对第2层每一元素(准则)的权向量
景色费用居住饮食旅途总分
0.2640.4770.0530.0990.107
P10.5950.0820.5710.3090.5950.321
P20.2760.2360.2860.1090.2760.241
P30.1280.6820.1430.5820.1280.438
P3> P1> P2,最后的决策为去北戴河。
③特征向量法
A=[■(1&1⁄2&4&3&3@2&1&7&5&5@1⁄4&1⁄7&1&1⁄2&1⁄3@1⁄3&1⁄5&2&1&1@1⁄3&1⁄5&3&1&1)]
A的最大特征值λ_max=5.0721
相应的特征向量为 W2=(0.4658,0.8409,0.0951,0.1733,0.1920)T
特征值景色费用居住饮食旅途
λ_max3.00553.001533.00373.0055
相应的特征向量为W3=[■(0.8902 &0.1128 &0.8729 &0.4629 &0.8902 @0.4132 &0.3255 &0.4364 &0.1640 &0.4132 @0.1918 &0.9388 &0.2182 &0.8711 &0.1918 )]
W=W3W2=[■(0.8902 &0.1128 &0.8729 &0.4629 &0.8902 @0.4132 &0.3255 &0.4364 &0.1640 &0.4132 @0.1918 &0.9388 &0.2182 &0.8711 &0.1918 )][■(0.4658@0.8409@0.0951@0.1733@0.1920)]=[■(0.331@0.242@0.427)]
P3> P1> P2,最后的决策为去北戴河。
5、一致性检验
CR<0.10,均通过了一次性检验。
四、结论
方法算术平均法几何平均法特征向量法
P10.3220.3210.331
P20.2410.2410.242
P30.4360.4380.427
各种方法的权重排序均为:P3> P1> P2.
P1,P2,P3分别表示桂林、黄山、北戴河,故最后的决策应为去北戴河。
通过比较可以发现,运用不同的确定权重的方法,并不影响决策结果。不同的计算方法得出的结果差异很小。综合运用各种方法可以避免产生偏差,使得出的结果更有效
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