模糊数学方法(第七章权重)
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权重的确定方法汇总1.主观评估法:该方法是根据领域专家的主观判断来确定权重。
专家会根据他们的经验和知识,对不同因素的重要性进行评估,并给出相应的权重。
这种方法适用于主观性较强的问题,如风险评估等。
2.权衡矩阵法:该方法是通过创建一个矩阵来确定权重。
在矩阵中,将各个影响因素两两进行比较,并根据重要性给出分值。
然后,根据分值计算权重。
这种方法适用于多个因素相互关联的问题。
常见的权衡矩阵方法有AHP(层次分析法)和ANP(层次网络过程)。
3.数据驱动方法:该方法是通过数据分析来确定权重。
可以使用统计分析、机器学习等技术,根据历史数据和模型训练结果,计算出各个因素的权重。
这种方法适用于大数据环境下,有足够的数据支持的问题。
4.线性规划法:该方法是通过线性规划模型来确定权重。
首先需要确定目标函数和约束条件,将问题转化为线性规划问题,然后使用线性规划算法求解出最优解,从而确定权重。
这种方法适用于有明确目标和约束的问题。
5.直觉法:该方法是通过个人的直觉和经验来确定权重。
根据个人判断,给出各个因素的权重。
这种方法适用于专家经验丰富、问题较为简单的情况。
6. Delphi法:该方法是通过专家群体的意见和建议来确定权重。
专家群体通过多轮的匿名调查和讨论,逐渐达成共识,最终确定权重。
这种方法适用于问题复杂、需要多个专家意见的情况。
7.模糊数学方法:该方法是通过模糊数学理论来确定权重。
通过模糊数学的模糊相似度和模糊综合评判等方法,计算出各个因素的权重。
这种方法适用于问题涉及的因素模糊性较强的情况。
8.回归分析法:该方法是通过回归分析模型来确定权重。
将因变量和自变量之间的关系建立回归方程,然后分析回归方程中自变量的系数大小,根据系数确定权重。
这种方法适用于因变量和自变量之间存在较强关联的问题。
在实际应用中,选择何种权重确定方法,需要根据问题的具体特点和数据情况来综合考虑。
常见的权重确定方法往往是结合多种方法,通过综合评估,得出最终的权重。
数学建模方法详解--模糊数学在生产实践、科学实验以及日常生活中,人们经常会遇到模糊概念(或现象)。
例如,大与小、轻与重、快与慢、动与静、深与浅、美与丑等都包含着一定的模糊概念。
随着科学技术的发展,各学科领域对于这些模糊概念有关的实际问题往往都需要给出定量的分析,这就需要利用模糊数学这一工具来解决。
模糊数学是一个较新的现代应用数学学科,它是继经典数学、统计数学之后发展起来的一个新的数学学科。
统计数学是将数学的应用范围从确定性的领域扩大到了不确定性的领域,即从必然现象到偶然现象,而模糊数学则是把数学的应用范围从确定性的领域扩大到了模糊领域,即从精确现象到模糊现象。
在各科学领域中,所涉及的各种量总是可以分为确定性和不确定性两大类。
对于不确定性问题,又可分为随机不确定性和模糊不确定性两类。
模糊数学就是研究属于不确定性,而又具有模糊性的量的变化规律的一种数学方法。
本章对于实际中具有模糊性的问题,利用模糊数学的理论知识建立数学模型解决问题。
1.1 模糊数学的基本概念1.1.1 模糊集与隶属函数 1. 模糊集与隶属函数一般来说,我们对通常集合的概念并不陌生,如果将所讨论的对象限制在一定的范围内,并记所讨论的对象的全体构成的集合为U ,则称之为论域(或称为全域、全集、空间、话题)。
如果U 是论域 ,则U 的所有子集组成的集合称之为U 的幂集,记作)(U F 。
在此,总是假设问题的论域是非空的。
为了与模糊集相区别,在这里称通常的集合为普通集。
对于论域U 的每一个元素U x ∈和某一个子集U A ⊂,有A x ∈或A x ∉,二者有且仅有一个成立。
于是,对于子集A 定义映射}1,0{:→U A μ即⎩⎨⎧∉∈=,0,,1)(A x A x x A ,μ则称之为集合A 的特征函数,集合A 可以由特征函数唯一确定。
所谓论域U 上的模糊集A 是指:对于任意U x ∈总以某个程度)]1,0[(∈A A μμ属于A ,而不能用A x ∈或A x ∉描述。
模糊综合评价法(见课件)模糊数学是从量的角度研究和处理模糊现象的科学.这里模糊性是指客观事物的差异在中介过渡时所呈现的“亦此亦比”性.比如用某种方法治疗某病的疗效“显效”与“好转”、某医院管理工作“达标”与“基本达标”、某篇学术论文水平“很高”与“较高”等等.从一个等级到另一个等级间没有一个明确的分界,中间经历了一个从量变到质变的连续过渡过程,这个现象叫中介过渡.由这种中介过渡引起的划分上的“亦此亦比”性就是模糊性.一、单因素模糊综合评价的步骤 1.根据评价目的确定评价指标(evaluation indicator )集合},,,{21m u u u U =例如评价某项科研成果,评价指标集合为U ={学术水平,社会效益,经济效益}.2.给出评价等级(evaluation grade )集合},,,{21n v v v V =如评价等级集合为V ={很好,好,一般,差}. 3.确定各评价指标的权重(weight )},,,{21m W μμμ =权重反映各评价指标在综合评价中的重要性程度,且∑=1i μ. 例如假设评价科研成果,评价指标集合U ={学术水平,社会效益,经济效益}其各因素权重设为}4.0,3.0,3.0{=W .4.确定评价矩阵R请该领域专家若干位,分别对此项成果每一因素进行单因素评价(one-way evaluation ),例如对学术水平,有50%的专家认为“很好”,30%的专家认为“好”,20%的专家认为“一般”,由此得出学术水平的单因素评价结果为()0,2.0,3.0,5.01=R同样如果社会效益,经济效益两项单因素评价结果分别为()1.0,2.0,4.0,3.02=R ()2.0,3.0,2.0,2.03=R那么该项成果的评价矩阵为⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=2.03.02.02.01.02.04.03.002.03.05.0321R R R R 5.进行综合评价通过权系数矩阵W 与评价矩阵R 的模糊变换得到模糊评判集S : 设m j W ⨯=1)(μ,n m ji r R ⨯=)(,那么()()n mn m m n n m s s s r r r r r rr r r R W S ,,,,,,2121222211121121=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==μμμ其中“ ”为模糊合成算子.进行模糊变换时要选择适宜的模糊合成算子,模糊合成算子通常有四种:(1) ),(∨∧M 算子(){}n k r r s jkj mj jk j mj k ,,2,1,,min max )(11=∧=≤≤=∨μμ=符号“∧”为取小, “ ∨” 为取大.例如:n k s R W S ⨯==1)( =)4.03.03.0(⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛2.03.02.02.01.02.04.03.002.03.05.0 =()2.03.03.03.0 其中)2.04.0()3.03.0()5.03.0(1∧∨∧∨∧=S =)2.03.03.0(∨∨ =3.0其他k S ()4,3,2=k 求法相同. (2) (M ﹒),∨算子{}n k r r s jk j mj jk j mj k ,,2,1,max )(11=⋅⋅=≤≤=∨μμ=例如n k s R W S ⨯==1)( =)4.03.03.0(⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛2.03.02.02.01.02.04.03.002.03.05.0 =()08.012.012.015.0 其中)2.04.0()3.03.0()5.03.0(1⨯∨⨯∨⨯=S =)08.009.015.0(∨∨ =15.0其他k S ()4,3,2=k 求法相同. (3) ),(⊕∧M 算子“⊕”是有界和运算,即在有界限制下的普通加法运算.对t 个实数t x x x ,,,21 有⎭⎬⎫⎩⎨⎧=⊕⊕⊕∑=t i i t x x x x 121,1min .利用),(⊕∧M 算子,有()n k r s m j jk j k ,,2,1,,min ,1min 1 =⎭⎬⎫⎩⎨⎧=∑=μ例如n k s R W S ⨯==1)( =)4.03.03.0(⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛2.03.02.02.01.02.04.03.002.03.05.0 =()3.07.08.08.0 其中)2.04.0()3.03.0()5.03.0(1∧⊕∧⊕∧=S =)2.03.03.0(⊕⊕ =0.8其他k S ()4,3,2=k 求法相同. (4) (M ﹒),⊕算子n k r s m j jk j k ,,2,1,,1min 1 =⎪⎪⎭⎫⎝⎛=∑=μ例如n k s R W S ⨯==1)( =)4.03.03.0(⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛2.03.02.02.01.02.04.03.002.03.05.0 =()3.07.08.08.0 其中3.0(1=S •3.0()5.0⊕•4.0()3.0⊕•)2.0 =)08.009.015.0(⊕⊕ =0.32以上四个算子在综合评价中的特点是:),(∨∧M 和(M ﹒),∨在运算中能突出对综合评判起作用的主要因素,在确定W 时不一定要求其分量之和为1,即不一定是权向量,故为主因素突出型.),(⊕∧M 和(M ﹒),⊕在运算时兼顾了各因素的作用,W 为名符其实的权向量,应满足各分量之和为1,故为加权平均型.最后通过对模糊评判向量S 的分析作出综合结论.一般可以采用以下三种方法:(1) 最大隶属原则模糊评判集S =),,,(21n S S S 中i S 为等级i v 对模糊评判集S 的隶属度,按最大隶属度原则作出综合结论,即),,,m ax (21n S S S M =M 所对应的元素为综合评价结果.该方法虽简单易行,但只考虑隶属度最大的点,其它点没有考虑,损失的信息较多.(2) 加权平均原则加权平均原则是基于这样的思想:将等级看作一种相对位置,使其连续化.为了能定量处理,不妨用“n ,,2,1 ”依次表示各等级,并称其为各等级的秩.然后用S 中对应分量将各等级的秩加权求和,得到被评事物的相对位置.这就是加权平均原则,可表示为∑∑==⋅=n i k ini ki iss u 11*)(νμ (12-1)其中k 为待定系数(k =1或k =2),目的是控制较大的i s 所起的作用.可以证明,当∞→k 时,加权平均原则就是最大隶属原则.例如:对()2.0,3.0,3.0,3.0=S ,评价等级集合为V ={很好,好,一般,差},各等级赋值)(i νμ分别为{4,3,2,1},仿照普通加权平均法的计算公式,有*=1k u =2.03.03.03.02.013.023.033.04+++⨯+⨯+⨯+⨯=2.64即该项成果的综合评价结果为好稍偏一般.(3) 模糊向量单值化如果给等级赋予分值,然后用S 中对应的隶属度将分值加权求平均就可以得到一个点值,便于比较排序.设给n 个等级依次赋予分值n c c c ,,,21 ,一般情况下(等级由高到低或由好到差),n c c c >>> 21,且间距相等,则模糊向量可单值化为∑∑==⋅=n i kini ki iss cc 11 (12-2)其中k 的含义与作用同(12-1)中的k 相同.多个被评事物可以依据(12-2)式由大到小排出次序.以上三种方法可以依据评价目的来选用,如果需要序化,可选用后两种方法,如果只需给出某事物一个总体评价结论,则用第一种方法.二、多级模糊综合评判有些情况因为要考虑的因素太多,而权重难以细分,或因各权重都太小,使得评价失去实际意义,为此可根据因素集中各指标的相互关系,把因素集按不同属性分为几类.可先在因素较少的每一类(二级因素集)中进行综合评判,然后再对综合评判的结果进行类之间的高层次评判.如果二级因素集中有些类含的因素过多,可对它再作分类,得到三级以至更多级的综合评判模型.注意要逐级分别确定每类的权重.以二级综合评判为例给出其数学模型: 设第一级评价因素集为},,,{21m u u u U =各评价因素相应的权重集为},,,{21m W μμμ =第二级评价因素集为},,,{21ik i i i u u u U = m i ,,2,1 =相应的权重集为},,,{21ik i i i W μμμ =相应的单因素评判矩阵为:[]nk jl i r R ⨯= k l ,,2,1 =二级综合评判数学模型为⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=m mR W R W R W W B2211三、模糊综合评判应用举例某地对区级医院2001~2002年医疗质量进行总体评价与比较,按分层抽样方法抽取两年内某病患者1250例,其中2001年600例,2002年650例.患者年龄构成与病情两年间差别没有统计学意义,观察三项指标分别为疗效、住院日、费用.规定很好、好、一般、差的标准见表12-1,病人医疗质量各等级频数分布见表12—2.表12-1 很好、好、一般、差的标准指标 很好 好 一般 差 疗效 治愈 显效 好转 无效 住院日≤1516~2021~25>25 费用(元) ≤14001400~18001800~2200>2200表12-2 两年病人按医疗质量等级的频数分配表 指标很好 质量好 等级一般差疗效01年 02年 160 170380 41020 1040 60住院日01年 02年 180 200 250 310130 12040 20费用01年 02年 130 110270 320130 12070 100现综合考虑疗效、住院日、费用三项指标对该医院2001与2002两年的工作进行模糊综合评价.1.据评价目的确定评价因素集合评价因素集合为U ={疗效,住院日,费用}. 2.给出评价等级集合如评价等级集合为V ={很好,好,一般,差}. 3.确定各评价因素的权重设疗效,住院日,费用各因素权重依次为0.5,0.2,0.3,即)(3.0,2.0,5.0=W4.2001年与2002年两个评价矩阵R 分别为⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=600/70600/130600/270600/130600/40600/130600/250600/180600/40600/20600/380600/1601R= ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛117.0217.0450.0217.0067.0217.0417.0300.0067.0033.0633.0267.0 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=650/100650/120650/320650/110650/20650/120650/310650/200650/60650/10650/410650/1702R=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛154.0185.0492.0169.0031.0185.0477.0308.0092.0015.0631.0262.05.综合评价作权系数矩阵W 与评价矩阵R 的模糊乘积运算.如果突出疗效,且只需对该地区级医院2001~2002年医疗质量进行总体工作情况给出一个总体评价结论,可采用),(∨∧M 算子,确定模糊评判集S ,按最大隶属度原则进行评判:n k s R W S ⨯==111)( = )3.02.05.0(⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛117.0217.0450.0217.0067.0217.0417.0300.0067.0033.0633.0267.0 =()117.0217.0500.0267.0n k s R W S ⨯==122)( = )3.02.05.0(⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛154.0185.0492.0169.0031.0185.0477.0308.0092.0015.0631.0262.0=()154.0185.0500.0262.0按最大隶属度原则,两年最大隶属度均为0.500,可以认为对某地区区级医院2001年与2002年医疗质量评价结果均为“好”.如果突出疗效,且对该地区级医院2001~2002年医疗质量进行排序,也可采用),(∨∧M 算子确定的模糊评判集S ,按加权平均原则进行评判:将评价等级很好,好,一般,差分别赋值为4,3,2,1. 2001年的评价结果为∑∑==*=⋅=41411)(i ii iik ss u νμ=117.0217.0500.0267.0117.01217.02500.03267.04+++⨯+⨯+⨯+⨯=2.8332002年的评价结果为∑∑==*=⋅=41411)(i i i i i k s s u νμ=154.0185.0500.0262.0154.01185.02500.03262.04+++⨯+⨯+⨯+⨯=2.790 2001年的工作质量略好于2002年.以上评判结果均没有充分兼顾住院日与费用的作用,如果充分考虑各因素的作用在作权系数矩阵W 与评价矩阵R 的模糊运算的时候可以采用),(⊕∧M 算子或(M ﹒),⊕算子.。