收稿日期:2004-04-01第22卷 第3期计 算 机 仿 真2005年3月文章编号:1006-9348(2005)03-0120-04基于灵敏度分析的动态指标选取方法李盛阳1,张晓武2,邢立宁3(1.华南理工大学,广东广州510640;2.北京软通科技发展有限公司,北京100083;3.国防科技大学信息系统与管理学院,湖南长沙410073)摘要:在传统的方法中,采用静态的评价指标来评估动态发展的事物,显然是不合时宜的。
为了对动态发展的事物进行客观的评价,该文提出了一种基于灵敏度分析的动态指标选取方法。
该方法应用评价指标对评价结果影响程度的大小来进行评价指标的取舍,有力地避免了人为主观因素对评价指标体系建立的影响。
该方法具有以下两个优点:指标的动态选取和指标的客观选取。
该文以坦克陆上机动性能评估指标体系的建立为例,就如何进行评估中指标及其数量的选取这一问题,详细介绍了这种方法的具体应用。
不难看出,只要评价方法正确,应用这种/基于灵敏度分析的动态指标选取0方法,建立一套动态的、客观的评价指标体系完全是正确的、可行的。
关键词:动态指标选取;灵敏度分析;正交实验法;中图分类号:TJ 81+0.2 文献标识码:AThe Method of Dynamic Selecting Measures Based on Sensitivity AnalysisLI Sheng-yang 1,Z HANG Xiao-wu 2,XING Li-ning 3(1.South China University of Technology,Guangzhou Guangdong 510640,China;2.Star Soft Technology Ltd.,Beijing 100083,Chi na;3.National University of Defense Technology ,Changsha Hunan 410073,China)ABSTRACT:The dynamic practicality is evaluated wi th static measures in the conventional methods.As anybody can see,it is not appropriate.In order to evaluate dynamic develop mental p racticality,this paper advances a method of dynamic se -lectin g measures based on sensi tivity analysis.This method introduces a new way,which in the light of influencing degree that the measure affecting the evaluating result,can accept or reject one measure.This method avoids the influence pro -duced from subjective factor in the process of establishing measure system.This method has two ad vantages,viz.dynamic selecting measures and impersonal selecting measures.This paper gives an example that relates to establish measure system for evaluating the overland mobility of tank.With regard to the problem of how to select the measures,this example intro -duces the material application of the method of dynamic selecting measures based on sensiti vity analysis.It is apparent that we can establish a set dynamic impersonal measure applying the method of dynamic selecting measures based on sensi tivity analysis in terms of accurate evaluating method.The example suggests that the method is scientific and reasonable.KEYWORDS:Dynamic selecting measures;Sensitivity analysis;Orthogonal experi ment method1 引言目前,效能评估的方法基本上分为两大类,即统计法和解析法[1]。
统计法的特点是应用数理统计方法,依据实践、演习、试验以及计算机仿真获得大量统计资料来评估效能指标。
统计法包括试验统计法、作战模拟法等[2]。
解析法主要有以下几大类:结构评估法、量化标尺评估法、阶段概率法、WSEIAC 模型法、能力指数法等[3]。
在所有的评价方法中,评价指标及其数量的选取、指标权重与评价标准的设定是两个极其重要的方面,关系到评估的成功与否[4]。
1.1 指标选取的现有方法¹目标层次分类展开法。
把规划拟定的抽象或含糊其词的目的按逻辑分类向下展开为若干目标,再把各个目标分别向下展开为分目标或准则,依次类推,直到可定量或可进行定性分析(指标层)为止。
工程评价决策多采用完全的层次结构[5]。
º因果法。
因果法多用于环境、社会方面指标选取。
它是根据社会、环境与规划项目之间的因果关系及影响程度进行评价指标选取,即所谓的状态-压力-回应(Cond-i tion Stress Response)[6]。
»复合法。
把两种或两种以上的单个评价指标按一定的数学规则组合在一起,使原来指标各自)120)的优点得到加强,同时克服了原有的部分缺点。
有时候,为了方便人们对某个问题的理解和量化,也把独立完备的单个指标组合在一起,组成复合指标,如大气污染综合指数[7]。
1.2现有方法的缺陷¹不能反映事物的动态变化性。
随着社会的飞速发展,所有事物都在以惊人的速度快速发展。
应用静态的评价指标体系去评估动态发展的事物,是很不合时宜的。
º缺乏一套标准、统一的评价指标体系。
应用现有的方法确定指标体系,即使是同一时期的相同事物,在评价指标体系的确立上,也是/仁者见仁,智者见智0,缺乏一套标准、统一的评价指标体系。
就拿坦克机动性能评估指标体系的确立举个简单的例子。
文献[8-11]分别给出了各自的坦克机动性能评价指标,它们侧重点不同,差异很大,很难推广应用。
1.3本文的解决思路考虑到现有指标确立方法的不足,本文提出基于灵敏度分析的动态指标选取方法。
基本思路:1)列出考虑到的所有影响评价结果的指标,建立一个比较完备的指标体系;2)基于这个指标体系,评价出系统的效能值;3)采用灵敏度分析方法,计算单个指标对效能值的影响程度;4)剔除掉那些对效能值影响很小的指标,构成评价现阶段某系统的评价指标体系。
1.4灵敏度分析方法简介在优化设计中,定量研究目标函数、约束函数对设计变量的敏感程度称为灵敏度分析。
目前,提出的灵敏度分析方法已有不少,如M ckeown(1980)[12]和Sobieski(1982)[13]分别研究了基于罚函数法和几何规划法的灵敏度分析方法,Be-l tracch和Gabriele[14]提出一种不需要二价信息的灵敏度分析新方法,吴祈宗等提出了基于广义简约梯度法的灵敏度分析法[15]。
这些方法的提出使灵敏度分析在实际优化设计中得到一定程度的应用,如Vanderpleat和Yoshida将其应用于结构设计中[16],Pecht将其应用于电子设备的设计中[17]。
以上提及的灵敏度分析方法有严重的缺陷:依赖于特定算法,不适用于离散、不可微或者隐式优化问题。
文献[18]提出了一种不依赖于特定算法,通用于离散、不可微或者隐式优化问题的基于正交试验的灵敏度分析方法。
本文应用这种基于正交试验的灵敏度分析方法进行动态的指标选取。
2动态指标选取方法2.1灵敏度与因素优水平、极差之间的关系在某个设计点处,某个设计函数对设计变量的灵敏度定义为:S ij=5<i(x)5x jx=xk(1)其中,|S ij|表示<i(x)对变量x j的敏感程度,|S ij|越大,表示设计函数<i(x)对变量x j越敏感。
S ij的符号表示<i(x)对变量x j的单调性,如果S ij<0,<i(x)对x j单调递减,即表示x j增大<i(x)反而减少;如果S ij>0,<i(x)对x j单调递增。
在正交试验中,因素的优水平反映了因素对试验指标的影响方向,其实质蕴含了函数对变量的单调性。
例如,当某设计变量对目标函数的优水平大于劣水平时,表明该变量对目标函数正影响,也即该变量取值越大,对目标函数越有利。
如果这时所追求的是目标函数极小值min(f),则该变量取值越大,目标函数越小,即目标函数对该变量单调递减。
反之,如果追求的是目标函数极大值max(f),那么这时目标函数对该变量呈单调递增。
同样,对约束函数如果以g[0表示满足约束条件,那么约束函数越小表示越有利,这时约束函数对该变量单调递减。
表1列出了在所追求目标函数为极大、极小,约束函数以g[0或g\0为得到满足等情况下,变量的优水平与单调性之间的关系。
表1变量优水平与单调性关系表影响方向追求目标max(f)min(f)g[0g\0优水平>劣水平单调增单调减单调减单调增优水平<劣水平单调减单调增单调增单调减极差R j反映了因素对试验指标的影响程度,其蕴含了函数对变量的敏感程度|S ij|。
在各变量取二水平进行分析时, R j=| y j1- y j2|,所以R j/(x j1-x j2类似于S ij的数值微分式,即有|S ij|=R j/(x j1-x j2)。
2.2基于正交试验的灵敏度分析过程根据正交试验的分析方法,基于正交试验的灵敏度分析过程可归纳如下:1)确定感兴趣的目标函数、约束函数以及参与分析的设计变量。
2)根据参与分析的变量个数(因素数)选取合适的二水平正交表。
