多目标决策的基本概念
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多目标决策的基本概念内部编号:(YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128)第七章多目标决策的基本概念Foundational Concept of Multi-criterion Decision-making 本章主要参考文献: 68, 111, 112§概述一、特点1.目标多于一个2.目标间不可公度(Non-commensurable)3.目标间的矛盾性例:毕业分配的去向: 收入、工作强度、学术性、社会地位、地理位置…接班人的选择: 德、才、年龄、健康状况…水库库容( 坝高)的选择发电、防洪、淹没(移民)、投资…扩建学校 : 地点、质量、投资…买衣服价廉、物美(尺寸、款式、颜色) 、面料结实、加工质量…二、分类1.按方案个数分MC: MA(multi-attribute) :决策变量离散,方案有限……方案评估、排序 MO(multi-objective):决策变量连续,方案无限……向量优化,数学规划2.按自然状态分:确定型非确定型风险型不确定性3.按决策者个数: 单人多人三、几个术语的含义1.属性(Attributes) characteristic; essential quality是备选方案的特征、品质或性能参数2.目标(objectives) final aim是决策人所感觉到的比现状更佳的客观存在表示决策人的愿望或DMer所希望达到的方向例:制定发展规划:经济增长、生活改善、社会安定、对外援的依赖小、失业率低3.目的(Goals)是在特定时间、空间状态下,DMer所期望的事情目标给出预期方向,给出希望达到的水平。
但目标与目的两个词的区别已模糊,常常互换使用.4.准则(Criterion) standard of judgment; principle by which sth. Is measured for value准则是判断的标准或检验合意性的规则。
多目标决策理论与方法
多目标决策理论与方法是一种能够同时考虑多个目标和多个决策变量的决策模型和决策方法。
它的主要目标是在决策过程中寻找一种最优解,使得在给定的约束条件下,多个目标都能够得到最优的平衡。
多目标决策理论与方法主要包括以下几个方面:
1. 多目标决策模型:多目标决策模型是描述多个目标之间的关系和权衡的数学模型。
它可以通过建立目标函数和约束条件,并确定决策变量的取值来寻找最优解。
2. 多目标优化方法:多目标优化方法是为了求解多目标决策模型而设计的算法和技术。
它包括传统的多目标线性规划、多目标非线性规划、多目标动态规划等方法,以及基于进化算法的多目标优化方法如多目标遗传算法、多目标粒子群优化算法等。
3. 多目标决策分析:多目标决策分析是为了帮助决策者对多个目标进行评估和权衡的方法。
它可以通过建立决策树、层次分析法、模糊综合评价等方法来帮助决策者进行决策分析和决策评估。
4. 多目标决策支持系统:多目标决策支持系统是为了帮助决策者进行多目标决策而设计的计算机应用系统。
它通过结合多目标优化方法和决策分析方法,提供
了一种交互式的决策支持环境,帮助决策者进行决策方案的生成、评估和选择。
总之,多目标决策理论与方法为决策者提供了一种全面、系统和有效的决策工具,能够考虑多个目标和多个变量之间的复杂关系,帮助决策者做出更好的决策。
决策理论与方法多属性决策多目标及序贯决策多属性决策是指在决策过程中考虑多个属性或指标,通过对这些属性进行量化和比较,找出最优选择的决策方法。
在实际决策中,我们常常需要考虑多个属性因素,而这些因素往往是相互矛盾甚至相互制约的。
多属性决策的关键是建立合理的评价指标体系,将不同属性进行量化,再通过合适的决策模型或方法进行计算和比较。
常用的多属性决策模型包括加权法、层次分析法和灰色关联法等。
多目标决策是指在决策过程中存在多个决策目标,且这些目标往往是相互冲突或无法同时达到的。
多目标决策的目标是找到一个最佳的折衷方案,使得各个决策目标能够得到尽可能满足。
多目标决策的关键是建立合理的决策模型,将各个决策目标进行量化和比较,再通过适当的优化方法或规划方法寻找最优解。
常用的多目标决策方法包括线性规划、整数规划、动态规划和遗传算法等。
序贯决策是指在决策过程中需要根据不完全的信息和不确定的环境进行连续的决策,即通过一系列的决策步骤逐渐完善和调整决策方案。
序贯决策的关键是建立适当的决策模型,将决策过程分解为多个连续的阶段,每个阶段根据已有的信息和条件做出决策,并根据反馈信息不断调整和优化决策方案。
常用的序贯决策方法包括马尔可夫决策过程、博弈论和贝叶斯决策等。
在实际应用中,多属性决策、多目标决策和序贯决策往往会相互结合使用。
例如,在制定企业的发展战略时,需要考虑多个因素,如市场需求、竞争环境和资源能力等,这涉及到多属性决策的内容。
同时,为了实现企业的长远目标,需要考虑多个决策目标,如利润最大化、成本最小化和风险最小化等,这也涉及到多目标决策的内容。
而在制定战略的实施方案时,可能需要根据不断变化的市场和竞争环境进行序贯的决策,这涉及到序贯决策的内容。
综上所述,多属性决策、多目标决策和序贯决策是决策理论与方法中常用的三个重要方法。
它们分别从不同的角度和需求出发,帮助人们在复杂和不确定的决策环境中做出最佳决策。
这些方法在实际应用中相互结合,能够提供更全面和准确的决策支持。
多目标决策的基本概念多目标决策是在一个决策问题中涉及多个决策目标时的决策过程。
在实际生活和工作中,人们往往需要考虑多个因素和目标,以求达到一个最优的决策结果。
多目标决策的基本概念包括目标、决策变量、约束条件、权重和决策方案评估等。
首先,目标是多目标决策的核心概念之一、目标是指在决策问题中需要达到的效果或期望结果。
不同的决策问题有不同的目标,可以是经济利益、环境保护、社会福利等各种方面。
在多目标决策中,可能存在多个相互矛盾或互不相容的目标,需要在有限的资源和条件下进行权衡和优化。
其次,决策变量是指用来影响和决定决策结果的相关因素。
在多目标决策中,决策变量是指可以调整和选择的决策参数。
这些决策变量可能与不同的目标有不同的相关性,因此需要进行权衡和优化。
约束条件是指对决策变量的限制和要求。
在多目标决策中,可能存在各种各样的约束条件,如资源限制、技术要求、法律法规等等。
这些约束条件限制了决策变量的可选范围和限制,需要在决策过程中加以考虑和满足。
权重是多目标决策中用于指示和衡量各个目标重要性的参数。
在多目标决策中,不同的目标往往具有不同的重要性和优先级。
通过给每个目标赋予一个权重,可以将多个目标整合为一个综合指标,以进行优化和决策。
最后,决策方案评估是多目标决策中的一个重要环节。
在多目标决策中,不同的决策方案可能会产生不同的目标效果。
通过对每个决策方案的评估和比较,可以确定最优的决策方案。
常用的评估方法包括多属性决策分析方法、灰色关联分析方法、层次分析法等。
总之,多目标决策是在一个决策问题中涉及多个决策目标时的决策过程。
在这个过程中,需要明确目标、确定决策变量、考虑约束条件、赋予目标权重,并通过决策方案评估确定最优解。
多目标决策的基本概念可以帮助我们更好地理解和应用多目标决策方法,以取得最优的决策结果。
多目标决策的方法多目标决策是指在决策过程中存在多个目标,在各个目标之间存在相互制约和冲突的情况下,寻求最优的决策方案。
在实际生活和工作中,我们常常需要面对多个目标同时考虑的情况,如企业在经营过程中需要同时考虑利润、市场份额和员工满意度等多个目标。
在多目标决策中,有许多方法可以帮助我们找到最优的决策方案。
下面将就一些常用的多目标决策方法进行介绍。
1. 加权综合评价法(Weighted Sum Method)加权综合评价法是一种常用且直观的多目标决策方法。
在这种方法中,首先需要确定各个目标的权重,然后将每个目标的影响程度与权重相乘得到加权值,再将各个目标的加权值相加得到综合评价值,最终依据综合评价值大小进行决策。
这种方法适用于目标间存在明确的优先级关系的情况。
2. 顺序偏好法(Lexicographic Method)顺序偏好法是一种逐步筛选的多目标决策方法。
在这种方法中,首先确定目标的优先级次序,然后按照优先级次序进行筛选,直到最终找到满足所有条件的最优决策方案。
这种方法适用于目标之间存在确定的优先级关系,且决策者能够明确地对优先级关系排序的情况。
3. 线性规划法(Linear Programming)线性规划法是一种常用的数学优化方法,也可以用于多目标决策。
在这种方法中,将多目标决策转化为一系列线性规划问题,然后通过求解这些线性规划问题得到最优决策方案。
线性规划法适用于目标之间存在明确的线性关系的情况,且决策者可以准确地量化目标之间的关系。
4. 敏感度分析法(Sensitivity Analysis)敏感度分析法是一种通过分析目标变量对决策变量的敏感程度来进行多目标决策的方法。
在这种方法中,通过改变决策变量的取值,观察目标变量的变化情况,从而评估目标变量对决策变量的敏感程度,进而对多目标决策进行优化。
这种方法适用于目标之间存在不确定关系的情况,可以帮助我们确定不同决策变量对目标变量的重要程度。
5. 具有偏好信息的多目标优化方法(Multi-objective Optimization with Preference Information)具有偏好信息的多目标优化方法是一种结合决策者偏好信息的多目标决策方法。
第十七章 多目标决策法基本内容一、多目标决策概述多目标决策:统计决策中的目标通常不会只有一个,而是有多个目标,具有多个目标的决策问题的决策即称为多目标决策。
多目标决策的方法有多属性效用理论、字典序数法、多目标规划、层次分析、优劣系数法、模糊决策法等。
多目标决策的特点:1、目标之间的不可公度性,即众多目标之间没有一个统一标准。
2、目标之间的矛盾性。
某一目标的完善往往会损害其他目标的实现。
常用的多目标决策的目标体系分类:单层目标体系;树形多层目标体系;非树形多层目标体系。
多目标决策遵循的原则:1、在满足决策需要的前提下,尽量减少目标个数。
2、分析各目标重要性大小,分别赋予不同权数。
二、层次分析法层次分析法,简称AHP 法,是用于处理有限个方案的多目标决策方法。
(一)层次分析的基本原理层次分析法的基本思想:是把复杂问题分解为若干层次,在最低层次通过两两对比得出各因素的权重,通过由低到高的层层分析计算,最后计算出各方案对总目标的权数,权数最大的方案即为最优方案。
层次分析法的基本假设:层次之间存在递进结构,即从高到低或从低到高递进。
(二)层次分析法的步骤1、明确问题,搞清楚涉及的因素以及因素相互之间的关系。
2、建立层次结构模型。
将决策问题层次化,划分为总目标层、分目标层和方案层。
2、通过对各层元素的重要性进行两两比较,构造判断矩阵。
3、由各层判断矩阵确定各层权重。
用特征向量法中的和积法求解判断矩阵的最大特征值和归一化后的特征向量。
4、对各层判断矩阵的一致性进行检验。
一致性检验通过后,按归一化处理过的特征向量作为某一层次对上一层次某因素相对重要的排序加权值。
否则,对判断矩阵进行调整。
5、层次加权得出各方案关于总目标的权重,最大权重的方案为最优方案。
(三)判断矩阵以每两个方案(或子目标)的相对重要性为元素的矩阵称为判断矩阵。
判断矩阵是层次分析法的核心。
判断矩阵的元素ij a 具有三条性质:(1)1=ii a (2)ji ij a a /1= (3)kj ik ij a a a ⋅=判断矩阵的元素ij a 可以利用决策者的知识和经验估计出来。
10、多目标决策▪在决策时,所考虑的目标通常不止一个;▪目标越多,决策的复杂程度也越高;▪在设定目标时应遵循以下原则:(1)尽量减少目标数剔除从属目标,将类似目标归类合并;通过构造综合函数形成综合目标(2)按重要性排列目标实现次序目标评价准则是能用数量大小来表示或衡量结果是否达到预定目标,或多大程度上达到预定目标的某种准绳或法则。
有时,对现有目标无法找到合适的评价准则,必须对其细分为多级子目标,对最下级的子目标建立评价准则。
▪单层目标体系所有目标均属同一层次,不须分解,可分别用单个准则加以衡量。
▪序列多层目标体系各目标按序列分解为下一级子目标,不同类子目标之间无相互影响▪非序列多层目标体系不同类子目标之间存在相互影响通过多轮专家咨询来构建目标准则体系;专家人数20-50书面反应(背靠背)。
Delphi法通过对多个专家意见进行统计处理,归纳和综合,然后进行多次信息反馈,使成员意见逐步集中,从而得出最终结果。
Delphi法的实施步骤(1)提出问题(2)选择并确定专家组成(3)制定第一个咨询表并发给专家(4)收集第一个咨询表并加以初步分析(5)制定第二个咨询表并发给专家(6)收集第二个咨询表并加以统计处理(7)制定第三个咨询表并发给专家(8)收集第三个咨询表并对新数据加以统计处理(9)准备最后的报告⏹层次分析法(Analytic Hierarchy Process通过确定优先权数对方案进行排序。
⏹当准则间的结构比较复杂且具有多个层次时,是准则归并最有效的方法之一⏹AHP的两大优势作用✓有效确定子目标或准则权重✓通过定性评估(总目标第一级目标第n级目标准则方案AHP的基本思路是根据准则对目标、以及方案对准则两两比较其优先权数(“根据优先权数得出各方案的综合评估。
子目标对上一级目标的重要性准则对目标的重要性方案对准则的优劣基本思想—m个物体相对重量矩阵重量向量⎢⎢⎢⎢⎣⎡=m m g g g g g g g g g g g g B //////1212111相对重量矩阵(已知)不难看出,有矩阵B 的特性biibijbij条件3实际上表示一种传递性,即若比C好n倍,则⎢⎢⎢⎢⎣⎡=m m g g g g g g g g g g g g B //////1212111 当矩阵零特征根λmax 的特征向量!相对重量矩阵(已知)故可通过求最大特征值对应的特征向量的方法由相对重量求出重量。
第七章多目标决策的基本概念
Foundational Concept of Multi-criterion Decision-making
本章主要参考文献: 68, 111, 112
§7.0 概述
一、特点
1.目标多于一个
2.目标间不可公度(Non-commensurable)
3.目标间的矛盾性
例:毕业分配的去向: 收入、工作强度、学术性、社会地位、地理位置…
接班人的选择: 德、才、年龄、健康状况…
水库库容( 坝高)的选择发电、防洪、淹没(移民)、投资…
扩建学校: 地点、质量、投资…
买衣服价廉、物美(尺寸、款式、颜色) 、面料结实、加工质量…
二、分类
1.按方案个数分
MC: MA(multi-attribute) :决策变量离散,方案有限……方案评估、排序
MO(multi-objective):决策变量连续,方案无限……向量优化,数学规划
2.按自然状态分:确定型
非确定型风险型
不确定性
3.按决策者个数: 单人
多人
三、几个术语的含义
1.属性(Attributes) characteristic; essential quality
是备选方案的特征、品质或性能参数
2.目标(objectives) final aim
是决策人所感觉到的比现状更佳的客观存在
表示决策人的愿望或DMer所希望达到的方向
例:制定发展规划:经济增长、生活改善、社会安定、对外援的依赖小、失业率低
3.目的(Goals)
是在特定时间、空间状态下,DMer所期望的事情目标给出预期方向,给出希望达到的水平。
但目标与目的两个词的区别已模糊,常常互换使用.
4.准则(Criterion) standard of judgment; principle by which sth. Is measured for value
准则是判断的标准或检验合意性的规则。
兼指属性及目标我国现状:多目标分成①有限方案多目标决策
②无限方案多目标决策
§7.1 多目标决策与多目标评价
一、多目标决策的求解过程
启始
构造问题
系统建模
分析评价
图7.1 多目标决策的求解步骤
二、多目标评价
通常针对现有系统或设计中的系统
(例外:三峡工程综合效益研究,评价的是各种设计方案与不兴建三峡工程的利弊得失)
•关于价值判断
1.元素的分类
·factual (事实元素) 可以用科学手段、方法检测或通过变换成为可检测的因素
·value (价值元素) 无法用任何科学手段来检测或处理的因素
决策科学区别于自然科学的根本因素在于决策科学要考虑价值元素,要作价值判断.
2.决策过程所需要进行的价值判断
·构造问题步: 需要、企图等主观因素对①辩识问题的界限和环境
②确定目标及相应属性的影响
·选择模型形式、确定模型的关键变量
·选择决策规则
3.侧重点
·实验心理学家与行为科学家关心判断中的心理状态·管理科学与运筹学家关心作判断的指导原则
·MCDM最重要的判断是决策人的偏好结构
§7.2 多目标决策问题的五要素
一、决策单元(Decision-making Unit)
决策人、分析人员、人机系统构成决策单元.
决策单元的作用:提供价值判断,据以排列方案的优先序功能:接受输入信息产生内部信息形成系统知识作决定
二、目标集(Set of Objectives)及其递阶结构
目标是决策人希望到达的状态
目标可以表示成层次结构:
最高层目标是促使人们研究该问题的原动力, 但是它过于笼统,不便运算,需分解为具体而便于运算的下层目标。
某流域水资源项目的目标如下图:
图7.2目标的递阶结构
三、属性集(Set of Attributes)和代用属性(Proxy attribute) ·属性是对基本目标达到程度的直接度量
当目标无法用属笥值直接度量时,用以衡量目标达到程度的间接量叫代用属性
例如:i生态保护:用野生动植物品种数量的增减、鱼类的品种数量,洄游鱼类的通过量
ii,合格的教师队伍: 用教师的学历结构、职称结构、专业结构、科研能力(论文、成果数量)等来衡量.
·对属性的要求:
①可理解:属笥要能充分说明目标满足的程度
②可测:给定方案的属性在实际上可以用数值(以一定单位)来表示
·对属性集的要求:
①完全的:反映了决策问题的所有重要方面
②可运算的:能有效地用于进一步的分析
③可分解的:属性集可以分成几部分,使评价简化
④非冗余的:问题没有那个方面被重要考虑
⑤最小的:对同一问题,找不到另一个完全的属性集,它有更少数目的元素
四、决策形势(情况)( Decision Situation)
决策形势指决策问题的结构和环境,它的范围宽窄不等。
·宽到包括全过程,方案无限多, 如:大型水利工程,区域规划,国民经济规划
·窄到只包括分析评价步……方案数有限, 例:购物,分配选点,扩建学校。
五、决策规则(Decision Rule)
·决策即选择最好的可行方案,这就需要对方案根据其性能排序(或分挡定级).而对方案排序或分挡定级的依据称作决策规则.
·有时目标的阐述包含了决策规则, 如:公司的目标:获得最大利润.
·有时需另加说明, 例:改善水质.
决策规则可分为两大类:1.优化:Optimizing
2.满意:Satisfying
§7.3多目标决策问题(MCDP)的符号表示
完整地表达MCDP需说明五要素。
MADP
MODP
决策变量x .= (x1,x2,…,xN)
方案集X = { x1,x2,…,xm } X = { x.|gi(x.)≤0,I=1,2,…,m, x.∈}
属性集{f1,f2,…,fn} 用目标函数fj(x.)
j=1,2,…,n 表示
(可列出属性矩阵)
决策情况分析一评价建模→方案集→偏好解
非劣解
决策规则(见pp123-124之例)
§7.4 非劣解(Non-inferior solution)
非劣解又称非控解(non-dominance solution)
有效解(efficient solution)
巴列托最优解(Pareto-optimal solution)
锥最优解( cone-optimal solution)
一、定义
1. f.(x.)为多目标决策问题向量目标函数,其分量fj(x.) j=1,2, …,n 均越大越优,对x.∈X, 若在X中不存在x.使fj(x.) ≥fj(x.) 对j=1 或2 或…n,且至少对一个j严格不等式成立,则称x.为向量优化问题的非劣解.
或2. (用文字表述) 所谓非劣解是指这样的方案(记作A),在可行解集中我们再也找不到另一方案B,方案B的各目标函数值(属性值)都不劣于方案A的相应目标值,而且B至少有一个目标比方案A优。
3. 若Y∩(y.∪D(y.))= y., 则y.是锥最优解
其中D(y.)={d.| d.∈,d=y-y≥0}
MCDP若无最优解,就有一个以上非劣解。
二、最佳调和解(Best Compromise Solution)
根据决策人的偏好结构从非劣解集中选出的决策人最满意的解叫最佳调和解.。