層次分析法步驟.doc

精品文檔 層次分析法實例與步驟結(jié)合一個具體例子，說明層次分析法的基本步驟和要點?！景咐治觥渴姓こ添椖拷ㄔO決策：層次分析法問題提出市政部門管理人員需要對修建一項市政工程項目進行決策，可選擇的方案是修建通往旅游區(qū)的高速路（簡稱建高速路）或修建城區(qū)地鐵（簡稱建地鐵）。除了考慮經(jīng)濟效益外，還要考慮社會效益、環(huán)境效益等因素，即是多準則決策問題，考慮運用層次分析法解決。1. 建立遞階層次結(jié)構應用AHP解決實際問題，首先明確要分析決策的問題，并把它條理化、層次化，理出遞階層次結(jié)構。AHP要求的遞階層次結(jié)構一般由以下三個層次組成：l 目標層（最高層）：指問題的預定目標；l 準則層（中間層）：指影響目標實現(xiàn)的準則；l 措施層（最低層）：指促使目標實現(xiàn)的措施；通過對復雜問題的分析，首先明確決策的目標，將該目標作為目標層（最高層）的元素，這個目標要求是唯一的，即目標層只有一個元素。然后找出影響目標實現(xiàn)的準則，作為目標層下的準則層因素，在復雜問題中，影響目標實現(xiàn)的準則可能有很多，這時要詳細分析各準則因素間的相互關系，即有些是主要的準則，有些是隸屬于主要準則的次準則，然后根據(jù)這些關系將準則元素分成不同的層次和組，不同層次元素間一般存在隸屬關系，即上一層元素由下一層元素構成并對下一層元素起支配作用，同一層元素形成若干組，同組元素性質(zhì)相近，一般隸屬于同一個上一層元素（受上一層元素支配），不同組元素性質(zhì)不同，一般隸屬于不同的上一層元素。在關系復雜的遞階層次結(jié)構中，有時組的關系不明顯，即上一層的若干元素同時對下一層的若干元素起支配作用，形成相互交叉的層次關系，但無論怎樣，上下層的隸屬關系應該是明顯的。最后分析為了解決決策問題（實現(xiàn)決策目標）、在上述準則下，有哪些最終解決方案（措施），并將它們作為措施層因素，放在遞階層次結(jié)構的最下面（最低層）。明確各個層次的因素及其位置，并將它們之間的關系用連線連接起來，就構成了遞階層次結(jié)構?！景咐治觥渴姓こ添椖窟M行決策：建立遞階層次結(jié)構在市政工程項目決策問題中，市政管理人員希望通過選擇不同的市政工程項目，使綜合效益最高，即決策目標是“合理建設市政工程，使綜合效益最高”。為了實現(xiàn)這一目標，需要考慮的主要準則有三個，即經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益。但問題絕不這么簡單。通過深入思考，決策人員認為還必須考慮直接經(jīng)濟效益、間接經(jīng)濟效益、方便日常出行、方便假日出行、減少環(huán)境污染、改善城市面貌等因素（準則），從相互關系上分析，這些因素隸屬于主要準則，因此放在下一層次考慮，并且分屬于不同準則。假設本問題只考慮這些準則，接下來需要明確為了實現(xiàn)決策目標、在上述準則下可以有哪些方案。根據(jù)題中所述，本問題有兩個解決方案，即建高速路或建地鐵，這兩個因素作為措施層元素放在遞階層次結(jié)構的最下層。很明顯，這兩個方案于所有準則都相關。將各個層次的因素按其上下關系擺放好位置，并將它們之間的關系用連線連接起來。同時，為了方便后面的定量表示，一般從上到下用A、B、C、D。代表不同層次，同一層次從左到右用1、2、3、4。代表不同因素。這樣構成的遞階層次結(jié)構如下圖。合理建設市政工程，使綜合效益最高(A)目標層A環(huán)境效益(B3)社會效益(B2)經(jīng)濟效益(B1)準則層B改善城市面貌(C6)減少環(huán)境污染(C5)方便假日出行(C4)方便日常出行(C3)間接帶動效益(C2)直接經(jīng)濟效益(C1)準則層C建地鐵(D2)建高速路(D1)措施層D圖1 遞階層次結(jié)構示意圖2. 構造判斷矩陣并賦值根據(jù)遞階層次結(jié)構就能很容易地構造判斷矩陣。 構造判斷矩陣的方法是：每一個具有向下隸屬關系的元素（被稱作準則）作為判斷矩陣的第一個元素（位于左上角），隸屬于它的各個元素依次排列在其后的第一行和第一列。重要的是填寫判斷矩陣。填寫判斷矩陣的方法有：大多采取的方法是：向填寫人（專家）反復詢問：針對判斷矩陣的準則，其中兩個元素兩兩比較哪個重要，重要多少，對重要性程度按1-9賦值（重要性標度值見下表）。 表1 重要性標度含義表重要性標度含 義1表示兩個元素相比，具有同等重要性3表示兩個元素相比，前者比后者稍重要5表示兩個元素相比，前者比后者明顯重要7表示兩個元素相比，前者比后者強烈重要9表示兩個元素相比，前者比后者極端重要2，4，6，8表示上述判斷的中間值倒數(shù)若元素I與元素j的重要性之比為aij, 則元素j與元素I的重要性之比為aji=1/aij設填寫后的判斷矩陣為A=(aij)nn，判斷矩陣具有如下性質(zhì)：(1) aij0(2) aji=1/ aji(3) aii=1根據(jù)上面性質(zhì)，判斷矩陣具有對稱性，因此在填寫時，通常先填寫aii=1部分，然后再僅需判斷及填寫上三角形或下三角形的n(n-1)/2個元素就可以了。在特殊情況下，判斷矩陣可以具有傳遞性，即滿足等式：aij*ajk=aik 當上式對判斷矩陣所有元素都成立時，則稱該判斷矩陣為一致性矩陣?！景咐治觥渴姓こ添椖拷ㄔO決策：構造判斷矩陣并請專家填寫接前例，征求專家意見，填寫后的判斷矩陣如下：表2 判斷矩陣表AB1B2B3B1C1C2B2C3C4B3C5C6B111/31/3C111C313C513B211C21C41C61B31C1D1D2C2D1D2C3D1D2C4D1D2D115D113D111/5D117D21D21D21D21C5D1D2C6D1D2D111/5D111/3D21D213. 層次單排序（計算權向量）與檢驗對于專家填寫后的判斷矩陣，利用一定數(shù)學方法進行層次排序。層次單排序是指每一個判斷矩陣各因素針對其準則的相對權重，所以本質(zhì)上是計算權向量。計算權向量有特征根法、和法、根法、冪法等，這里簡要介紹和法。和法的原理是，對于一致性判斷矩陣，每一列歸一化后就是相應的權重。對于非一致性判斷矩陣，每一列歸一化后近似其相應的權重，在對這n個列向量求取算術平均值作為最后的權重。具體的公式是：需要注意的是，在層層排序中，要對判斷矩陣進行一致性檢驗。在特殊情況下，判斷矩陣可以具有傳遞性和一致性。一般情況下，并不要求判斷矩陣嚴格滿足這一性質(zhì)。但從人類認識規(guī)律看，一個正確的判斷矩陣重要性排序是有一定邏輯規(guī)律的，例如若A比B重要，B又比C重要，則從邏輯上講，A應該比C明顯重要，若兩兩比較時出現(xiàn)A比C重要的結(jié)果，則該判斷矩陣違反了一致性準則，在邏輯上是不合理的。因此在實際中要求判斷矩陣滿足大體上的一致性，需進行一致性檢驗。只有通過檢驗，才能說明判斷矩陣在邏輯上是合理的，才能繼續(xù)對結(jié)果進行分析。一致性檢驗的步驟如下。第一步，計算一致性指標C.I.（consistency index）第二步，查表確定相應的平均隨機一致性指標R.I.（random index）據(jù)判斷矩陣不同階數(shù)查下表，得到平均隨機一致性指標R.I.。例如，對于5階的判斷矩陣，查表得到R.I.=1.12表3 平均隨機一致性指標R.I.表（1000次正互反矩陣計算結(jié)果）矩陣階數(shù)12345678R.I.000.520.891.121.261.361.41矩陣階數(shù)9101112131415R.I.1.461.491.521.541.561.581.59第三步，計算一致性比例C.R.（consistency ratio）并進行判斷當C.R.0.1時，認為判斷矩陣不符合一致性要求，需要對該判斷矩陣進行重新修正。【案例分析】市政工程項目建設決策：計算權向量及檢驗上例計算所得的權向量及檢驗結(jié)果見下：表4 層次計算權向量及檢驗結(jié)果表A單(總)排序權值B1單排序權值B2單排序權值B3單排序權值B10.1429C10.5000C30.7500C50.7500B20.4286C20.5000C40.2500C60.2500B30.4286CR0.0000CR0.0000CR0.0000CR0.0000C1單排序權值C2單排序權值C3單排序權值C4單排序權值D10.8333D10.7500D10.1667D10.8750D20.1667D20.2500D20.8333D20.1250CR0.0000CR0.0000CR0.0000CR0.0000C5單排序權值C6單排序權值D10.1667D10.2500D20.8333D20.7500CR0.0000CR0.0000可以看出，所有單排序的C.R.0.1，認為每個判斷矩陣的一致性都是可以接受的。4. 層次總排序與檢驗總排序是指每一個判斷矩陣各因素針對目標層（最上層）的相對權重。這一權重的計算采用從上而下的方法，逐層合成。很明顯，第二層的單排序結(jié)果就是總排序結(jié)果。假定已經(jīng)算出第k-1層m個元素相對于總目標的權重w(k-1)=(w1(k-1),w2(k-1),wm(k-1)T，第k層n個元素對于上一層（第k層）第j個元素的單排序權重是pj(k)=(p1j(k),p2j(k),pnj(k)T，其中不受j支配的元素的權重為零。令P(k)=(p1(k),p2(k),pn(k),表示第k層元素對第k-1層個元素的排序，則第k層元素對于總目標的總排序為：w(k)=(w1(k),w2(k),wn(k)T= p(k) w(k-1)或 I=1,2,n同樣，也需要對總排序結(jié)果進行一致性檢驗。假定已經(jīng)算出針對第k-1層第j個元素為準則的C.I.j(k)、R.I.j(k)和C.R.j(k), j=1,2,m,則第k層的綜合檢驗指標C.I.j(k)=（C.I.1(k) ,C.I.2(k) , C.I.m(k)）w(k-1)R.I.j(k)=（R.I.1(k) ,R.I.2(k) , R.I.m(k)）w(k-1)當C.R.(k)0.1時，認為判斷矩陣的整體一致性是可以接受的。【案例分析】市政工程項目建設決策：層次總排序及檢驗上例層次總排序及檢驗結(jié)果見下：表5 C層次總排序(CR = 0.0000)表C1C2C3C4C5C60.07140.07140.32140.10710.32140.1071表6 D層次總排序(CR = 0.0000)D1D20.34080.6592可以看出，總排序的C.R.0.1，認為判斷矩陣的整體一致性是可以接受的5. 結(jié)果分析通過對排序結(jié)果的分析，得出最后的決策方案?！景咐治觥渴姓こ添椖拷ㄔO決策：結(jié)果分析從方案層總排序的結(jié)果看，建地鐵（D2）的權重（0.6592）遠遠大于建高速路（D1）的權重（0.3408），因此，最終的決策方案是建地鐵。根據(jù)層次排序過程分析決策思路。對于準則層B的3個因子，直接經(jīng)濟效益（B1）的權重最低（0.1429），社會效益（B2）和環(huán)境效益（B3）的權重都比較高（皆為0.4286），說明在決策中比較看重社會效益和環(huán)境效益。對于不看重的經(jīng)濟效益，其影響的兩個因子直接經(jīng)濟效益（C1）、間接帶動效益（C2）單排序權重都是建高速路遠遠大于建地鐵，對于比較看重的社會效益和環(huán)境效益，其影響的四個因子中有三個因子的單排序權重都是建地鐵遠遠大于建高速路，由此可以推出，建地鐵方案由于社會效益和環(huán)境效益較為突出，權重也會相對突出。從準則層C總排序