模糊数学模型
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模糊综合评价模型模糊综合评价模型(FCM)是一种基于模糊数学理论的多准则决策方法,广泛应用于各种评价问题中,如经济、管理、环境、教育等领域。
FCM能够处理多个评价指标同时存在的复杂评价问题,并通过对各个指标的权重进行模糊化处理,最终得到一个综合评价结果。
本文将介绍FCM的基本原理、应用场景以及优缺点。
FCM的基本原理是将评价指标和权重都表示成模糊数值,并进行模糊综合运算。
模糊数值是介于0和1之间的数值,表示一些事物或概念的模糊程度。
在FCM中,评价指标通过模糊隶属函数表示,权重通过模糊权重函数表示。
通过对这些模糊数值进行模糊综合运算,可以得到一个综合评价结果。
FCM的应用场景非常广泛。
在经济领域,FCM可以用于评估企业的综合实力,帮助企业进行战略决策。
在管理领域,FCM可以用于评估员工的绩效,帮助企业进行人力资源管理。
在环境领域,FCM可以用于评估环境影响,帮助政府进行环境保护政策的制定。
在教育领域,FCM可以用于评估学生的学术表现,帮助学校进行教学管理。
FCM的优点主要包括以下几个方面。
首先,FCM能够处理多个评价指标的模糊性和不确定性,使评价结果更加客观和准确。
其次,FCM能够考虑到不同指标的重要性,通过对权重进行模糊化处理,使评价结果更具权威性。
最后,FCM能够处理评价指标之间的相互关系,考虑到评价指标之间的相互作用,使评价结果更具有实际意义。
然而,FCM也存在一些缺点。
首先,FCM的模型建立需要大量的数据和专业知识支持,对于一些复杂的评价问题,模型建立可能会比较困难。
其次,FCM的模糊综合运算需要进行一系列的计算,计算过程比较复杂,需要一定的计算资源支持。
最后,FCM的评价结果具有一定的主观性,依赖于权重的确定和模糊数值的选择,可能会存在一定的不确定性。
综上所述,模糊综合评价模型是一种灵活、有效的多准则决策方法,可广泛应用于各种评价问题中。
通过对评价指标和权重进行模糊化处理,能够得到一个综合评价结果,帮助决策者进行决策。
金融风险评估中的模型建立方法金融风险评估是金融领域中非常重要的一项工作,它旨在利用适当的模型和方法来评估金融机构或个体所面临的各种风险。
本文将介绍金融风险评估中常用的模型建立方法,并探讨其优缺点。
一、VaR模型VaR(Value at Risk)模型是一种衡量金融市场风险的常用方法。
其基本原理是通过统计方法对金融资产的价格波动进行测量,从而确定在给定置信水平下的最大可能损失。
VaR模型可以是历史模型、蒙特卡罗模型或基于参数模型,根据实际情况选择合适的模型进行建立。
优点:VaR模型简单易懂,直观反映了风险水平。
缺点:VaR模型只关注损失的可能性,忽略了损失的大小、分布和时间因素。
二、ES模型ES(Expected Shortfall)模型是对VaR模型的延伸和改进。
它通过衡量超过VaR水平的损失部分的期望值,更全面地评估金融风险。
ES 模型能够捕捉到在极端情况下的风险,并提供更加准确的风险度量。
优点:ES模型更加全面地考虑了损失的分布和大小。
缺点:ES模型依然没有考虑时间因素,可能低估了风险的真实水平。
三、模糊数学模型模糊数学模型是一种较新的金融风险评估方法,它可以较好地处理不确定性和模糊性的问题。
该模型将金融风险看作是一个模糊的概念,通过引入模糊隶属度函数来量化风险的程度,从而进行风险评估和决策。
优点:模糊数学模型能够考虑到现实中的不确定性和模糊性,增加了评估的准确性。
缺点:模糊数学模型在实际应用中存在计算复杂度高、数据需求量大等问题。
四、Copula模型Copula模型是用于描述随机变量间相互依赖结构的数学工具,可以通过将边缘分布函数和相互依赖结构分开建模来对金融风险进行评估。
Copula模型通过刻画多个变量之间的相关性,提高了金融风险评估的准确性。
优点:Copula模型能够准确描述变量之间的相关性。
缺点:Copula模型对数据要求较高,且在实际应用中存在计算复杂度高的问题。
结论金融风险评估中的模型建立方法多种多样,每种方法都有其优缺点。
模糊数学模型
模糊数学模型是一种基于模糊集合理论,将模糊概念引入数学模型中,用来解决模糊
不确定性问题的数学方法。
模糊数学模型具有在模糊情况下进行决策和优化的能力,可以
有效地处理模糊性和不确定性的问题。
模糊数学模型最早是由L.A. Zadeh于1965年提出的,它可以被广泛地应用于工程、
管理、经济、环境等领域。
通过构建模糊数学模型,可以将人类对事物的模糊认知转化为
数学形式,用数学语言来描述和解决实际问题。
模糊数学模型基本元素包括:模糊集合、隶属函数和运算。
其中,模糊集合是一种比
传统集合更为广泛的概念,它可以描述某个事物与某种属性之间的关系。
隶属函数是模糊
集合的核心,它用来描述每个元素与模糊集合之间的隶属关系,通常用数学函数来表示。
运算则是针对模糊集合进行的各种运算,包括交、并、补、复合等。
在实际应用中,模糊数学模型可以用来解决许多具有模糊性和不确定性的问题。
比如,在工程中,可以利用模糊数学模型来设计模糊控制器,对不确定的系统进行控制;在管理中,可以利用模糊数学模型进行模糊决策,对模糊问题进行分析和解决;在经济学中,可
以利用模糊数学模型进行模糊预测,对经济变量进行分析和预测。
总之,模糊数学模型是一种能够应对模糊不确定性、处理大量信息、解决复杂问题的
有效工具,具有非常广泛的应用前景。
模糊综合评价模型的研究及应用模糊综合评价模型是一种基于模糊数学理论的决策分析方法,它可以解决具有模糊性问题的综合评价和决策问题。
模糊综合评价模型主要通过建立模糊评价矩阵,利用模糊数学的运算规则计算出各个评价指标的权重和综合评价值,从而对评价对象进行排序和决策。
在模糊数学的基本理论中,包括模糊集合的定义、模糊关系的建立和运算等内容。
模糊集合是对现实事物或现象的模糊描述,可以用来表示评价指标的隶属度程度。
模糊关系是一种模糊数值之间的映射关系,它可以用来描述评价指标之间的相互关系。
模糊数学的运算规则包括模糊矩阵的加法、减法、乘法和除法等运算,在模糊综合评价模型中起到了关键作用。
在模糊综合评价方法的建模和计算中,常用的方法包括模糊层次分析法、模糊敏感性分析法和模糊综合评判法等。
模糊层次分析法是一种基于层次结构的模糊评价方法,它通过建立评价指标的层次结构,确定各个层次之间的关系,以及评价指标之间的相对权重。
模糊敏感性分析法是一种基于模糊关系的模糊评价方法,它通过计算评价指标之间的模糊关系矩阵,对各个评价指标进行排序和评价。
模糊综合评判法是一种基于模糊矩阵的模糊评价方法,它通过计算评价指标之间的模糊矩阵,确定各个指标的权重和综合评价值。
在模糊综合评价模型的改进和应用中,主要包括模糊综合评价方法的改进和拓展以及模糊综合评价模型在各个领域的应用。
模糊综合评价方法的改进和拓展包括模糊综合评价模型的模糊数学运算规则的改进和扩展、评价指标的模糊化处理方法的改进和扩展等。
模糊综合评价模型在各个领域的应用包括工业工程、管理科学、经济学、环境科学等领域。
在工业工程中,模糊综合评价模型可以用于产品质量评价、供应链绩效评价等;在管理科学中,模糊综合评价模型可以用于人力资源评价、员工绩效评价等;在经济学中,模糊综合评价模型可以用于产业竞争力评价、金融风险评价等;在环境科学中,模糊综合评价模型可以用于环境污染评价、生态系统评价等。
基于模糊数学理论的运动员能力评价模型构建运动员能力评价一直是体育界所关注的问题之一。
在评价中,如何准确地衡量运动员的技术水平、体质素质等方面,是很多人一直在探索的问题。
而基于模糊数学理论的运动员能力评价模型就是很好的解决方案之一。
下面将详细阐述基于模糊数学理论的运动员能力评价模型的构建和实现过程。
一、模糊数学理论简介模糊数学理论是一种处理模糊性问题的学科,它基于集合论的基础上,引入了模糊集合和隶属度的概念。
所谓模糊集合,就是集合中的元素不是绝对的成员或者非成员,而是有一定的隶属度;隶属度表示成员的程度,是一个0到1之间的实数。
模糊数学理论将实际问题抽象成模糊集合,用隶属度来描述元素的归属情况,并在此基础上建立数学模型,从而解决模糊性问题。
二、运动员能力评价模型的构建在运动员能力评价中,可以将每个运动员的技术水平、体质素质等要素看作一个模糊集合,运用模糊数学理论,可以将这些要素的隶属度作为评价指标,建立运动员能力评价模型。
1.确定评价指标首先,需要确定哪些要素是评价指标,这些要素对于不同的运动项目而言也不同。
具体的评价指标包括但不限于:技术水平、速度、力量、耐力、柔韧性等。
其中,对于每个指标,可以根据不同的需求,设计出对应的模糊集合,并确定其隶属度。
2.模糊数学建模对于每个评价指标,可以根据其隶属度,进行数学建模。
根据模糊数学理论,可以构建模糊集合,确定隶属度函数,计算出每个评价指标的数值。
将每个评价指标的数值进行加权平均,就可以得到运动员的能力得分,从而对运动员的能力进行量化评价。
三、运动员能力评价模型的实现过程通过以上的模型构建方法,可以实现对运动员能力的评价。
具体实现过程如下:1.收集数据首先,需要收集运动员的相关数据,包括技术水平、速度、力量、耐力、柔韧性等数据。
这些数据可以通过实验室测量、比赛统计、专业测试等方式得到。
2.设计模糊集合基于收集到的数据,可以设计对应的模糊集合,确定不同指标的隶属度函数。
数学建模常用算法模型数学建模是将实际问题抽象为数学模型,并利用数学方法求解问题的过程。
在数学建模中,算法模型是解决问题的关键。
下面介绍一些常用的数学建模算法模型。
1.线性规划模型:线性规划是一种用于求解线性约束下的最优化问题的数学方法。
线性规划模型的目标函数和约束条件均为线性函数。
线性规划广泛应用于供需平衡、生产调度、资源配置等领域。
2.非线性规划模型:非线性规划是一种用于求解非线性目标函数和约束条件的最优化问题的方法。
非线性规划模型在能源优化调度、金融风险管理、工程设计等方面有广泛应用。
3.整数规划模型:整数规划是一种在决策变量取离散值时求解最优化问题的方法。
整数规划模型在网络设计、物流调度、制造安排等领域有广泛应用。
4.动态规划模型:动态规划是一种通过将问题分解为多个阶段来求解最优化问题的方法。
动态规划模型在资源分配、投资决策、路径规划等方面有广泛应用。
5.随机规划模型:随机规划是一种在目标函数和约束条件存在不确定性时求解最优化问题的方法。
随机规划模型在风险管理、投资决策、资源调度等方面有广泛应用。
6.进化算法模型:进化算法是一种通过模拟生物进化过程来求解最优化问题的方法。
进化算法模型包括遗传算法、粒子群算法、蚁群算法等,被广泛应用于参数优化、数据挖掘、机器学习等领域。
7.神经网络模型:神经网络是一种模仿人脑神经元连接和传递信息过程的数学模型。
神经网络模型在模式识别、数据分类、信号处理等领域有广泛应用。
8.模糊数学模型:模糊数学是一种用于处理不确定性和模糊信息的数学模型。
模糊数学模型在风险评估、决策分析、控制系统等方面有广泛应用。
除了以上常用的数学建模算法模型,还有许多其他的算法模型,如图论模型、动力系统模型、马尔科夫链模型等。
不同的问题需要选择合适的算法模型进行建模和求解。
数学建模算法模型的选择和应用需要根据具体的问题和要求进行。
第六部分模糊数学第十五章模糊数学模型15.1 模糊数学的起源15.1.1数学是精确的数学是关于物质世界的空间形式和数量关系的科学。
在二十世纪三十年代,数学的发展被划分成三个阶段:第一阶段:数学是数,量,几何图形的科学;第二阶段:数学是研究量的变化和几何图形变换的科学;第三阶段:数学是作为关于现实世界一切普遍性的数量形式和空间形式的科学。
近代科学技术的发展同精确数学方法的发展和应用是密切相关的,牛顿力学为其经典。
到了19世纪,天文,力学,屋里,化学等理论自然科学先后在不同程度上走向定量化,数学化,形成一个被称为“精密科学”的学科群。
大量使用数学方法,反过来又推动了数学的巨大进步。
19世纪是精确科学方法飞速发展的时期。
20世纪以来,精确数学及其应用以更大的规模和速度发展着。
相对论,量子力学,分子生物学,原子能,电子计算机和空间技术等邻域的创建和开发为精确方法奏响了一曲又一曲的凯歌,但也进一步助长了对精确方法的盲目崇拜。
人们愈加相信,一切都应当精确化,只有现在还没有实现精确化的问题,没有不需要或不可能精确化的问题。
客观而言,精益求精是科学工作者的美德,是评价研究工作科学性的一条准则,但是,这种对精确方法的崇拜,似乎被当作一种不言而喻的真理,在很长的历史时期中未受到人们的怀疑。
科学方法论中的这种绝对化的观点,也反映到哲学中。
例如,一些分析哲学家提倡把一切概念,包括日常用语都加以精确化,这种现象的发生是值得深思的。
但是,实践是检验真理的唯一标准,任何理论上的片面性和绝对化,迟早会在实践中暴露其错误而得到纠正。
15.1.2精确数学的局限性人脑的思维活动一般说来具有两方面的特征:(1)直觉性跟严格性的有机结合,可以进行整体性和平行性的思考,例如联想过程,这些是具有模糊性的;(2)逻辑推理过程,它具有逻辑和顺序的特点,因而又是形式化的。
关于形式化思维,可以用数理逻辑的方法把它数学化,这样就能把它变成一系列的数学符号,可以用计算机去解。
最突出的成果就是1976年美国人阿贝尔和哈肯利用电子计算机解决有名的数学难题——四色问题,这一难题的解决使不少人惊叹:这简直是电脑对人脑的嘲弄!真是这样吗?从另一个角度来看,譬如,看电视的时候,要把图像调得“更清楚一些”,或者,说一个人比另一个人更好看一些或更丑一些,这对于人来说是件容易的事,但是对于电脑来说,却是个大难题。
从这个角度来说,电脑的“智力”还不如一个小孩子。
为什么会出现这样的情况呢?因为用传统数学的方法处理模糊食物,首先要求将对象简化,舍弃对象固有的模糊性,在本来没有明确界限的对象之间认为地挂定界限,变模糊数量关系为清晰数量关系。
例:西瓜因大小不同而价格不登,但大瓜与小瓜并无天然的界限,认为地规定6斤以上者为大瓜,6斤以下者为小瓜,就有了区分大小瓜的精确判据。
对于模糊性较弱的事物,或者日常生活的简单话题,这样处理是许可的,方便的。
但人为地划定界限毕竟是对本来相互联系的食物的性质的一种歪曲,特别是在分界线附近,这种描述的失真性更明显。
当研究的对象相当复杂时,这种处理方法便不适用了。
1965年,美国自动控制论专家,加利福尼亚大学教授查德根据动作中的体会写出了《模糊集合》一文,开始用数学的观点来刻画模糊事物,这标志着模糊数学这门新学科的诞生。
模糊数学决不是把已经很精确的数学变得模模糊糊,而是用精确的数学方法来处理过去无法用数学描述的模糊事物。
15.2 模糊集合论的基础知识15.2.1模糊子集和它的运算模糊概念不能用普通集合来描述,是因为不能绝对地区别“属于”或“不属于”,而只能问属于的程度,就是论域上的元素符合概念的程度不是绝对的0或1,而是介于0和1之间的一个实数。
查德1965年给出的定义:定义14.1 从论域U 到闭区间[]0,1的任意一个映射:[]:0,1A U →,对任意u U ∈,()A u A u −−→,()[]0,1A u ∈,那么A 叫做U 的一个模糊子集,()A u 叫做u 的隶属函数,也记做()A u μ。
根据定义,我们知道所谓模糊集合,实质上是论域U 到[]0,1上的一个映射,而对于模糊子集的运算,实际上可以转换称为对隶属函数的运算:()0A A x μ=∅⇔=,()1A A U x μ=⇔=()()A B A B x x μμ⊆⇔≤,()()A B A B x x μμ=⇔=()()1A A A x x μμ⇔=-()()()max ,C A B A B C x x x μμμ⎡⎤⋃=⇔=⎣⎦ ()()()min ,D A B A B D x x x μμμ⎡⎤⋂=⇔=⎣⎦假设给定有限论域{}12,,,n U a a a =,它的模糊子集A 可以用查德给出的表示法:()()()()1212A A A i A n ina a a a A a a a a μμμμ=+++++其中i a U ∈(1,2,,i n =)为论域里的元素,()A i a μ是i a 对A 的隶属函数,()01A i a μ≤≤。
上式表示一个有n 个元素的模糊子集。
“+”叫做查德记号,不是求和。
[例题14.1] 设论域{}1234,,,E x x x x =,12340.50.30.40.2A x x x x =+++, 12340.200.61B x x x x =+++, 意思是1234,,,x x x x 对模糊子集A 的隶属度分别是0.5,0.1,0.4,0.2;对模糊子集B 的隶属度分别是0.2,0,0.6,1。
[例题14.2] 设以人的岁数作为论域[]0,120U =,单位是“岁”,那么“年轻”,“年老”,都是U 上的模糊子集。
隶属函数如下:()A u μ=“年轻”(u )=()()12125251251205u u u -⎧<≤⎪⎪⎡⎤⎨-⎛⎫+<<⎢⎥⎪ ⎪⎝⎭⎢⎥⎪⎣⎦⎩ (14.1)()B u μ=“年老”(u )=()()121050251501205u u u --⎧<≤⎪⎪⎡⎤⎨-⎛⎫+<<⎢⎥⎪ ⎪⎝⎭⎢⎥⎪⎣⎦⎩(14.2)(14.1)表示:不大于25岁的人,对子集“年轻”的隶属函数值是1,即一定属于这一子集;而大于25岁的人,对子集“年轻”的隶属函数值按122515u -⎡⎤-⎛⎫+⎢⎥ ⎪⎝⎭⎢⎥⎣⎦来计算,例如,40岁的人,隶属函数值 ()1240254010.15A u μ-⎡⎤-⎛⎫==+=⎢⎥ ⎪⎝⎭⎢⎥⎣⎦。
同理,由(14.2)可得:()550.5B u μ==,()600.8B u μ==。
模糊子集的隶属函数值的确定通常是根据经验或统计,常常带有主观性,但大家也较容易接受。
15.2.2λ截集和支集[例题14.3] 某医生今天给五个发烧病人看病,设为{}12345,,,,x x x x x ,其体温分别为:38.9C ,37.2C ,37.8C ,39.2C ,38.1C 。
医生在统计表上就可以这样写:37C 以上的五人,{}12345,,,,x x x x x ; 38C 以上的三人,{}145,,x x x ; 39C 以上的一人,{}1x ;如果规定37.5C 以下的不算发烧,问有多少发烧病人?医生就可以回答:{}1345,,,x x x x ,但所谓“发烧”实际上是一个模糊概念,它存在程度上的不同,也就是说要用隶属函数来描述。
如果根据医师的经验规定,对“发烧”来说:体温39C 以上的隶属函数()1x μ=;体温38.5C 以上不到39C 的隶属函数()0.9x μ=; 体温38C 以上不到38.5C 的隶属函数()0.7x μ=; 体温37.5C 以上不到38C 的隶属函数()0.4x μ=; 体温37.5C 以下的隶属函数()0x μ=; 我们用模糊集合来处理这个问题。
设123450.900.410.7A x x x x x =++++现在如果问:隶属函数()0.9A x μ≥的有哪些人,用0.9A 来表示这一集合,则{}0.914,A x x =,同理,{}0.814,A x x =,{}0.6145,,A x x x =,{}0.41345,,,A x x x x =。
一般地,用A λ表示()A x μλ≥的集合,这个集合就叫λ截集或λ水平集(){},A A x x x X λμλ=≥∈支集(){}00,A A A x x x X λμ+=⋃=>∈,即所有0λ>的λ截集的并集,本例中即为所有发烧病人。
15.2.3确定隶属函数的原则隶属函数的确定过程,本质上应该说是客观的,但是事实上现在还没有一个完全客观的评定标准。
在许多情况下,常是初步确定粗略的隶属函数,然后通过“学习”和时间检验逐步修改和完善化,而实际效果正是检验和调整隶属函数的依据。
模糊统计是确定隶属函数的一种主要方法,它需要做大量的试验,因此工作量是比较大的。
15.2.4怎样度量模糊性隶属函数的值的确定,虽然有各种方法,本质上应该是客观的,但实际上常常带有主观性,对同一论域上的模糊集合,不同的人或用不同的判断标准,所得出的各元素的隶属度也不尽相同,那么,有没有办法来比较哪一个更正确些呢,这就涉及到怎样来度量模糊性的问题。
下面我们通过一个实例来说明这个问题。
[例题14.4] 假定有甲乙两个顾客商场买衣服,他们主要考虑三个因素: (1) 花色式样(1x ); (2) 耐穿程度(2x ); (3) 价格(3x );甲乙两人就会根据自己的观点,分别给1x 2x 3x 打分,这种打分实际上是模糊的,也就是要确定对这个因素“满意”的隶属度,但是由于两个人的经验,性格和经济情况等都不相同,所以他们对1x 2x 3x 所确定的隶属度也不会相同。
这就得到两个模糊集:1230.80.40.7A x x x =++,1230.60.60.5B x x x =++究竟谁的观点正确呢?看来没法确定。
因为各人有各人的经验,各人有各人的道理,这就是怎样度量模糊性的问题。
解决这个问题的研究途径很多,目前用得较多的大致有“距离”,“贴近度”两个。
15.2.4.1 用“距离”来度量模糊性定义14.2 在有限论域X 上有两个模糊子集A 和B ,A 和B 的汉明距离定义如下: 绝对汉明距离:()()()1,nAiBii d A B x x μμ==-∑;相对汉明距离:()()1,,A B d A B nδ=。
例如在例14.4中:(),0.80.60.40.60.70.50.6d A B =-+-+-=()()1,,0.23A B d A B δ== 定义14.3 在有限论域X 上有两个模糊子集A 和B ,A 和B 的欧几里得距离定义如下: 绝对欧几里得距离:()1,i e A B =⎡=⎣∑相对欧几里得距离:()(),,A B e A B nε= 例14.4中:(),0.23e A B =,(),0.2A B ε=怎样用距离来描述一个模糊集合的模糊程度呢?要定义一个跟A 最贴近的集合,这个集合用A 来表示,如果A 里某元素的隶属度0.5>,A 的相应元素的隶属度为1,如果0.5≤,则相应的隶属度为0,即()()()1,0.50,0.5A A A x x x μμμ>⎧⎪=⎨≤⎪⎩,令()()2,A A A νδ=,()()2,A A A ηε=,用()A ν,()A η来表示模糊集合的模糊度。