基于广义模糊偏好信息的决策方法

全国信息与电子工程第四届暨四川省电子学会曙光分会第十五届学术年会论文集

135

基于广义模糊偏好信息的决策方法

蔡雷’方昕王维学

(中国工程物理研究院工学院四川

绵阳621900)

摘要提出了广义模糊偏好信息的概念。设计了互补化排序和加性一致化排序两种排序方法,讨论了两种排序方法的相关性质。基于这两种排序方法,定义了冗余一致性指标和加性一致性指标,

好信息进行集结,其群体偏好一致性(包括冗余一致性和加性一致性)的相关性质。对进一步完善基于模糊偏好信息的群决策模型具有理论和现实意义。

关键词

广义模糊偏好信息排序方法冗余一致加性一致信息集成算子

引言

在多属性决策分析中,偏好信息反映着偏好关系,用判断矩阵表示。模糊互补偏好信息是最常

见的偏好关系。当决策者在某准则下对刀个方案进行两两比较构造一个典型的模糊互补偏好关系时,一般需要经过n(n一1)/2次判断。然而决策者有时可能对某些比较判断缺少把握或不想发表意见,

这样就会使偏好关系中的某些项出现空缺,对这类偏好关系一般称为残缺互补偏好关系。另一方面,

决策者也可能作出多达甩2次比较判断,这样就出现了冗余判断,使模糊互补偏好关系失去互补性,我们称这种偏好关系为广义模糊偏好关系。这一新概念引入是基于如下理由:

1)有些学者在AHP的研究中,认为放弃乘性偏好关系的互反性是合理的,比如在一场球赛中,球队彳击败了球队占,但是球队召同样可以击败了球队彳,这种情形在现实生活中的成对比较判断

里很常见。这些研究和分析也完全适合模糊互补偏好关系,它为我们引入广义模糊偏好关系提供了理论支持。

2)在采角一些最常见信息集成算子对模糊互补偏好关系进行集成时,无法保证集成的群体偏好关系的互补性。比如采用有序加权平均算子(OWA)对模糊互补偏好关系进行集成后,无法保证集成的群体偏好关系是互补的。因此,讨论从广义模糊偏好关系中发展权向量就有了必要性,而这些排序方法也能应用于Chiclana等提出的模糊多人决策模型。

本文的主要目的是对基于广义模糊偏好关系的决策方法进行探讨。文章给出了广义模糊偏好关系排序的两种方法;定义了广义模糊偏好关系的冗余一致性和加性一致性,并研究采用加权算术平

均算子(删彳)或有序加权平均算子(O形4)对广义模糊偏好关系进行集成,其群体偏好一致性

(包括冗余一致性和加性一致性)的相关性质。本文研究对进一步完善基于模糊偏好关系的群决策模型具有理论和现实意义。

2广义模糊偏好关系排序方法

2.1

广义模糊偏好关系的互补化排序

‘作者简介:蔡雷,男,硕士,讲师,研究方向为智能信息处理、智能优化与决策。

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基于广义模糊偏好信息的决策方法

为了叙述方便先给出几个定义:

定.3L1令A=(ao)脚是一矩阵,若对任意f,J=1,2,...,刀;frO≤aⅣ≤1,则称A为模糊矩阵。本文定义为广义模糊偏好关系。

定义2令4=(ay)~是一矩阵,若对任意f,J=1,2,...,以;frO<ao≤l,aU+aft=1,则称彳为

模糊互补偏好关系(或称为互补模糊偏好关系)。

令肘:是以阶广义模糊偏好关系集合,孵是,l阶模糊互补偏好关系集合,由定义知M:c以。

为了通过广义模糊偏好关系对方案进行排序,从中发展权向量,~个直观的方法是采用模糊互补偏

好关系去贴近广义模糊偏好关系,然后借助有关模糊互补偏好关系的排序方法,最终获取权向量。

那么这种方法可归纳为寻找一最贴近的模糊互补偏好关系。数学模型如下:设彳=(嘞)。。∈职,

x=嘞)。∈蟛。

脚=犁min∽班黪(丢舸)

弦)=畦接。喜((%一而)2+(~一勃)2)+*训2

sJ

其中,X。即为A最贴近模糊互补偏好关系。通过模糊互补偏好关系的排序方法对X’进行排序,其

排序向量可以近似作为么的排序向量。

定理1

设A=(a,A。。∈彬,∥=(《)~∈孵为么最贴近模糊互补偏好关系,那么

‘=(嘞+l-a一)/2。

证明:(1)等价如下优化问题

。㈤

xu+x∥=l

f,j=1,2,..棚

(2)等价子(3)

f(X+)_m。in窆窆((%一嘞)2+(吩一1+嘞)2)+窆(%一112)2

,=“l

(3)

i=I、1=I

令of/Oxo=o得-(a{f一‘)+(%一1+‘)=o,f,j=l,2,...,以,化简得

弓=(吻+l-a∥)/2

令Q={w=(wl,%,...,%)r

(4’

I∑M=l,Ⅵ≥o),令w=(Ⅵ,w2,...,%)2∈Q为采用最小方差法

排序公式【刀对X‘进行排序的权向量,那么

1一阼

。∑M

.b

+l

,L

、,

靠一2

、●●●0把

/L

4、,

代入

/L

、J

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w=丢(丢套(口妒+-一口Ⅳ)+,一三)

排序。

2.2广义模糊偏好关系的加性一致化排序

(6)

把w=(叫,w2,...,心)1近似作为A的排序权向量,我们称该排序方法为广义模糊偏好关系互补化

定义3令彳=(吻)。埘是一模糊互补偏好关系,若对任意f,J=1,2,...,刀有吻=%一口,七+0.5,则称彳是加性一致模糊互补偏好关系。

令M;是n阶加性一致模糊互补偏好关系集合,由定义知M:cM:cM:。在这一节,我们考

虑通过寻找一个最贴近广义模糊偏好关系的加性一致模糊互补偏好关系,从而直接获取权向量。

数学模型如下:

设彳=(吩)~∈纠,】,=(均)棚∈孵,令

刑Ⅷra掣in(彬)=船B

称,为彳的最贴近加性一致模糊互补偏好关系。令

Q={w=(Ⅵ,w2,...,%)r

(7)

l∑心=1,M≥o),

记w=(Ⅵ,%,...,%)。∈Q为】,对应的权向量。因为】厂是模糊加性一致偏好关系,有

昀=w一%+0.5

由(8)代入(7)有

(8)

似,=嘧(丢

称w-为A的排序向量。

定理2

(9)

设4=(嘞)删∈纠。Y‘=(‘)~∈孵为A的最贴近模糊互补偏好关系,

w‘=(嵋,以,..・,以)r∈Q为采用加性一致化排序方法获取的权向量。那么巧=吾(喜(%一%)+习,w=丢(骞~+-一(喜套吩),甩]。

证明:(9)等价如下优化问题

l厂(w)=删n套熹(~一(w,一w,+。.5))2

(10)

I“

∑坼=1

I=I

构造拉格朗日函数£(w,A):厂(叻+Af,窆wf一1],令钇/机=o,砚/觑=o得

力一∑2(吩一(何一蟛+o.5))=o

f=1,2,...,,l

(11)

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基于广义模糊偏好信息的决策方法

yW一1=0

』-一i=1

(12)

联立(11)(12)得

w=昙(喜%+・一(喜嘉吻),甩]

联立(8)(13)得

(13)

‘=昙(喜(%一4弦)+三)

(14)

两种排序方法的相关性质

一种广义模糊偏好关系的排序方法可以看作由磁到Q的一个映射,记为w=r(4)。并称w

是广义模糊偏好关系4的排序向量。下面讨论两种排序方法的一些性质。

定理3当么=(%)删是模糊互补偏好关系(即彳∈M:)时,本文两种排序方法(公式(6)

和公式(13))等价于模糊互补偏好关系排序的最小方差法。

证明:因为彳=(%)~∈孵,所以嘞=1一a∥,窆窆嘞=等,把这两式分别代入(6)和(13),

lzl

i=l

都可得w=丢(喜%+t一兰],这即为模糊互补偏好关系的最小方差法排序公式口得证。

定理3显示本文两种排序方法是广义最小方差排序法。

定义4一种排序方法称为强条件下保序的,如果对任意k=1,2,...,m,有a踌≥a鹏和a蔚≤a村,

则W≥W,,且当前者所有等式成立时,有心=W,。

定义4推广了模糊互补偏好关系强条件保序的概念。定理4将证明两种排序方法是强条件保序的。定理4广义模糊偏好关系互补化排序方法(公式(6))和加性一致化排序方法(公式(13))

是强条件下保序的。

证明:对任意k=1,2,...,m,有a腩≥a肚和a齄≤口村,将其代入(6)或者(13),有M≥w,,且当前者所有等式成立时,有w=W,。所以得证。

类似模糊互补偏好关系,定义广义模糊偏好关系排序方法的置换不变性。

定义5设r卜)是一种排序方法,彳是任一个给定的广义模糊偏好关系,记彳的排序权向量为

W=r(A)。如果对于任一置换不变矩阵P,均有AⅣ=F(APAr1,则称这种排序方法是置换不变

的。

定理5广义模糊偏好关系互补化排序(公式(6))和加性一致化排序(公式(13))是置换不

变的。

证明:设A=(a0)删∈叫,且设P是置换不变矩阵,B=(%)砌=刚P,。令

W=(Ⅵ,w2,...,%)r,V=(vl,吃,...,U)2分别黝和曰在公式(6)下的排序向量,经置换后,4的

第f行成了B的第Z行,4的第i列成了B的第,列,因此

Ⅵ=糕华)+l-壮(砉(学]+1_扣

全国信息与电子工程第四届暨四川省电子学会曙光分会第十五届学术年会论文集139

类似若w=(wl,w2,...,%)r,v=(vl,v2,...,屹)r分别是彳和曰在公式(9)下的排序向量,则

Ⅵ=昙(喜%+・一(喜姜%],撑]=言(荟%+-一(喜芸6。),雄]=v,

所以两种排序方法具有置换不变性。

4群决策与一致性

偏好关系一致性测量一般包括两个问题:(1)什么时候决策者提供的个体偏好关系是一致的;(2)什么时候,一群人提供的偏好关系是一致的。对于第(2)个问题一般讨论两个方面:(a)群

体偏好关系的一致性;(b)群体决策的共识测量。基于本文两种排序方法,我们给出广义模糊偏好关系的冗余一致性指标RCI(A)和加性一致性指标(JCi(a))(见定义6)。基于这些一致性指标,

集中讨论一致性测量的第(2)个问题的第(a)方面(注:广义模糊偏好关系一致性测量的其它相关问题我们在今后的研究中讨论),即采用WAil算子和OWA算子对广义模糊偏好关系进行群集成后群体偏好关系的一致性问题。关于无冗余判断的乘性偏好关系和模糊互补偏好关系的群体一致性问题,相关文献作过一些讨论,本节研究可以认为是这些讨论的继续。

定义6+设彳=(吻)一∈M:。定义RCI(A)=zm。i吖ll:a(A,x)为彳的冗余一致性指标。定义Jcz(a)=m,。Min:e(a,r):o

a的加性一致性指标。

由互补化排序方法原理(公式(4))可知

尺cI(A)=删nan,t(、彳,x)=丢

x毛M:、

12n

(15)

由加性一致化排序方法原理(公式(14))可知

JCi(A)=m…in.d(舭)=丢

(16)

Je村.搬

显然RCI(A)越大,则么中冗余判断越多,当RCI(A)=0,则认为4是冗余一致的(即是模糊互补偏好关系)。同样JCI(A)越大,则彳加性一致性越差,当JCI(a)=0,则认为彳是加性一致的(即是加性一致模糊互补偏好关系)。可以分别为足C,(彳)和以了(彳)设定临界值RCI(a)和JCI(a)。当gCI(a)≤gcI(a)则认为广义模糊偏好关系么是冗余一致可接受;当SCI(A)≤sci(a)可认为4是加性一致可接受。当RCI(A)≤RCI(锄和SCI(A)≤出卫(彳)同时成

立,则认为彳是一致可接受,此时从4中发展的权向量才认为是可靠和有效的。对临界值的设定,AHP的一致性检验可以给我们启示:

(1)类似Saaty在AHP中使用的方法,通过使用平均随机一致

性指标对一致性指标标准化,然后经验性的去设定临界值;(2)也可类似采用P.Jong的统计方法。把临界值设定归结为卡方检验。4.1用形4彳算子进行群决策

设A‘=(瓯kl

,k=l,2,...,m为决策者给出的m个广义模糊偏好关系。采用加权算术平均算子

基于广义模糊偏好信息的决策方法

(≯玢M算子)对彳‘进行集成,得到群体模糊偏好关系记为彳=(吻)。。其中i=窆“4;),以为

专家七的权重且^≥o,窆^:l・

定理6

设∥=(露)。∈职,k=l,2,...,m。(a)若RCT(A‘)≤口(后=1,2,..・,所),那么

RCX(一A)≤口;(b)若JCI(A‘)≤∥(k=l,2,…,垅),那么JCI(一A)<fl。

证明:我们仅证明(a)。(b)可以完全类似证明,限于篇幅省略。因为RCI(A‘)≤口,所以

11(口;+口∥k一1)2≤(2咒口)2七=1,2,…,,咒

(17)

足c,(_)=石1√套喜(i+万一t)2

=去摆喜(薹(以(咖分・)))2

=石I

㈣,

vI考n丢n(薹(以(口;+口;一・))2+2薹(以^(%k+4;一t)(口:+口j—t)))

=去雁(c彬赛静q_1)2)+2薹(铂套*扣pm扣一))]s去雁∽凳舭喵-1)2心(九^凳弘扣p)2+∽q卅]

联立(17)和(18)得

Rc“_)≤去√善(五2以口)2+2砉(五乃(2刀口)2)=口善五=口

致性和加性一致性)都是可接受的,那么群体偏好必然是一致可接受的。4.2用OWA算子进行群决策

(1”

从定理6可得:采用WAA算子进行集成,若个体广义模糊偏好关系的一致性水平(包括冗余一

采用有序加权算术平均算子(D黝算子)对∥--弋“{,k)。。,k=1,2,...,m进行集成,得到群体广

义模糊偏好关系记为i=(露)。。其中露=荟mL~吩k),且瞄为苟(后=1,2,..・,m)中第七大的元素。以

为D黝算子相关联的加权向量,其中五≥o,兰以:1。

定义7设∥=(口;L。,k=l,2,...,m是一组广义模糊偏好关系,定义B‘=(嘭)。为其第|j}次序

广义模糊偏好关系。

设么‘=(口:)∈叫,k=1,2,...,m。(a)若RCI(B‘)s口

RCI(A)≤口;(b)若JCI(B‘)≤∥(k=1,2,…,m),那么JCI(A)≤卢。

定理7

证明:由定理5和定义7可直接得证。

似=1,2,¨.,m),那么

从定理7可知:采用OWA算子进行集成,若次序广义模糊偏好关系的一致性水平(包括冗余

全国信息与电子工程第四届暨四川省电子学会曙光分会第十五届学术年会论文集

14l

一致性和加性一致性)都是可接受的,那么群体偏好必然是一致可接受的。

5算例

为了叙述方便,记wl(彳),w2(4)为采用本文第一种排序方法(公式6)和第二种排序方法(公式13)从广义模糊偏好关系么中获取的权向量。记RCI(A),JCI(A)为彳的冗余一致性指标和加性一致性指标的值。现考虑有两个决策者对四个方案进行评估,分别给出自己的广义模糊偏好关系

41,彳2

彳。2

。。

fo.50.3

0.60.5o.30.2

o.80.6o.50.5

o.9]

0.9o.70.5

fo.4

彳2

.,

o.70.5

o.70.6

o.91

0.80.60.5

o.3

10.2J

0.4

f0.3o.4o.5

h2¨0.5lJ

按照本文方法计算出∥(么1),矿(彳1),∥(彳2),矿(彳2),RCI(,41),JCI(141),Rcz(142),

jcI(A2)的值,具体如下。

∥(爿1)=(0.4375o.3375o.175o.05)1,w2(彳1)=(0.4313o.3062o.18120.0812)1∥(彳2)=(o.4250.325o.18750.0625)2,矿(么2)=(0.4188o.3187o.19370.0687)丁

Rcs(141)=0.01125,JCi(.41)=0.0197,Rci(.42)=0.0075,JCl(.42)=0.0172

如按WAA算子对彳1,彳2进行集成,加权向量设为A=五=O.5,得到群体偏好关系为么。并计算

RCt(-A),JCt(-'2)。可以看出RCI(一.4)<_max{RCI(A1),Rc,(彳2)),JCI(-A),;max{JCI(A1),JCI(A2)},

这与定理6相符合。

0.45

A=

O.30O.20

0.35

O.1

O.65O.50

O.750.600.500.50

O.90O.850.65O.50

O.35

Rci(a)=0.0053,jcx(A1)=0.0131

如按OWA算子对41,彳2进行集成,加权向量不妨设为^=无=0.5,得到群体偏好关系为彳。曰1,B2为A1,A2的次序广义模糊偏好关系。并计算出Re_r(.4),JC:7(-2),RCI(S1),JCt(St),RC!(B:),

JCX(s2)的值。可以看出Rcz(-2)≤max{Rcz(s1),RCI(B2)),JCI(2)<max{JCI(B1),JClr(S2)),这与

定理7相符合。

f,o.4

i:了

o・6o.7

o.91

叭8

0.6o.5

f,o.5

o.7o.8

o.9]

仉9

0.7o.5

口1:10.3

0.3

仉5

0.3o.1

仉6

0.5o.5

曰2:I叽4

0.3

仉5

0.4o.2

玑6

0.5o.5

【o.2

(o.2J

RCI(B1)=0.00875,JCX(B1)=O.0200,RCI(B2)=0.0100,JCI(B2)=O.0163

6结论

本文主要做了如下工作:(1)提出了广义模糊偏好关系的概念,并设计了互补化排序和加性一

致化排序两种排序方法;(2)讨论了两种排序方法的一些相关性质;(3)给出了冗余一致性指标和

加性一致性指标的公式,并讨论了采用加权算术平均算子(WAA算子)和有序加权平均算子(D开么算子)对广义模糊偏好关系进行集结,其群体偏好一致性(包括冗余一致性和加性一致性)的一些

142

基于广义模糊偏好信息的决策方法

性质。本文结果对完善基于模糊偏好关系的群决策模型具有理论和现实意义。在今后的研究中,我们将进一步探讨这些问题。

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Study

on

decisionmakingusinggeneralizedfuzzypreferencerelations

CAILeiICf~NGXin

Ⅵ後NG

Wei-xue

(InstituteofTechnology,CAEP,Mianyang621900,Sichuan,China)

Abstract:1,IispaperfirstintroducestheconceptofgeneralizedfuzzypreferencerelationsanddesignstwomethodstoobtaintheprioritiesvectorfromthemMoreover,wediscussdesiredproperties

results

on

on

thesetwoprioritymethods.Atlast,wegivesome

redundancyconsistencyandadditiveconsistencyofthecollectivepreferencerelationaggregatedbyweighted

or

averagingoperatorrelations.

orderedweightedaveragingoperator.Theseresults

are

very

importantforGDMwithfIIzzypreference

Keywords:generalized

fuzzypreferencerelations;priority

method;

redundancy

consistency;,

additive

consistency;

informationaggregationoperator.

基于广义模糊偏好信息的决策方法

作者:作者单位:

蔡雷, 方昕, 王维学

中国工程物理研究院工学院 四川 绵阳 621900

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_7414524.aspx

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基于广义模糊偏好信息的决策方法

蔡雷’方昕王维学

(中国工程物理研究院工学院四川

绵阳621900)

摘要提出了广义模糊偏好信息的概念。设计了互补化排序和加性一致化排序两种排序方法,讨论了两种排序方法的相关性质。基于这两种排序方法,定义了冗余一致性指标和加性一致性指标,

好信息进行集结,其群体偏好一致性(包括冗余一致性和加性一致性)的相关性质。对进一步完善基于模糊偏好信息的群决策模型具有理论和现实意义。

关键词

广义模糊偏好信息排序方法冗余一致加性一致信息集成算子

引言

在多属性决策分析中,偏好信息反映着偏好关系,用判断矩阵表示。模糊互补偏好信息是最常

见的偏好关系。当决策者在某准则下对刀个方案进行两两比较构造一个典型的模糊互补偏好关系时,一般需要经过n(n一1)/2次判断。然而决策者有时可能对某些比较判断缺少把握或不想发表意见,

这样就会使偏好关系中的某些项出现空缺,对这类偏好关系一般称为残缺互补偏好关系。另一方面,

决策者也可能作出多达甩2次比较判断,这样就出现了冗余判断,使模糊互补偏好关系失去互补性,我们称这种偏好关系为广义模糊偏好关系。这一新概念引入是基于如下理由:

1)有些学者在AHP的研究中,认为放弃乘性偏好关系的互反性是合理的,比如在一场球赛中,球队彳击败了球队占,但是球队召同样可以击败了球队彳,这种情形在现实生活中的成对比较判断

里很常见。这些研究和分析也完全适合模糊互补偏好关系,它为我们引入广义模糊偏好关系提供了理论支持。

2)在采角一些最常见信息集成算子对模糊互补偏好关系进行集成时,无法保证集成的群体偏好关系的互补性。比如采用有序加权平均算子(OWA)对模糊互补偏好关系进行集成后,无法保证集成的群体偏好关系是互补的。因此,讨论从广义模糊偏好关系中发展权向量就有了必要性,而这些排序方法也能应用于Chiclana等提出的模糊多人决策模型。

本文的主要目的是对基于广义模糊偏好关系的决策方法进行探讨。文章给出了广义模糊偏好关系排序的两种方法;定义了广义模糊偏好关系的冗余一致性和加性一致性,并研究采用加权算术平

均算子(删彳)或有序加权平均算子(O形4)对广义模糊偏好关系进行集成,其群体偏好一致性

(包括冗余一致性和加性一致性)的相关性质。本文研究对进一步完善基于模糊偏好关系的群决策模型具有理论和现实意义。

2广义模糊偏好关系排序方法

2.1

广义模糊偏好关系的互补化排序

‘作者简介:蔡雷,男,硕士,讲师,研究方向为智能信息处理、智能优化与决策。

136

基于广义模糊偏好信息的决策方法

为了叙述方便先给出几个定义:

定.3L1令A=(ao)脚是一矩阵,若对任意f,J=1,2,...,刀;frO≤aⅣ≤1,则称A为模糊矩阵。本文定义为广义模糊偏好关系。

定义2令4=(ay)~是一矩阵,若对任意f,J=1,2,...,以;frO<ao≤l,aU+aft=1,则称彳为

模糊互补偏好关系(或称为互补模糊偏好关系)。

令肘:是以阶广义模糊偏好关系集合,孵是,l阶模糊互补偏好关系集合,由定义知M:c以。

为了通过广义模糊偏好关系对方案进行排序,从中发展权向量,~个直观的方法是采用模糊互补偏

好关系去贴近广义模糊偏好关系,然后借助有关模糊互补偏好关系的排序方法,最终获取权向量。

那么这种方法可归纳为寻找一最贴近的模糊互补偏好关系。数学模型如下:设彳=(嘞)。。∈职,

x=嘞)。∈蟛。

脚=犁min∽班黪(丢舸)

弦)=畦接。喜((%一而)2+(~一勃)2)+*训2

sJ

其中,X。即为A最贴近模糊互补偏好关系。通过模糊互补偏好关系的排序方法对X’进行排序,其

排序向量可以近似作为么的排序向量。

定理1

设A=(a,A。。∈彬,∥=(《)~∈孵为么最贴近模糊互补偏好关系,那么

‘=(嘞+l-a一)/2。

证明:(1)等价如下优化问题

。㈤

xu+x∥=l

f,j=1,2,..棚

(2)等价子(3)

f(X+)_m。in窆窆((%一嘞)2+(吩一1+嘞)2)+窆(%一112)2

,=“l

(3)

i=I、1=I

令of/Oxo=o得-(a{f一‘)+(%一1+‘)=o,f,j=l,2,...,以,化简得

弓=(吻+l-a∥)/2

令Q={w=(wl,%,...,%)r

(4’

I∑M=l,Ⅵ≥o),令w=(Ⅵ,w2,...,%)2∈Q为采用最小方差法

排序公式【刀对X‘进行排序的权向量,那么

1一阼

。∑M

.b

+l

,L

、,

靠一2

、●●●0把

/L

4、,

代入

/L

、J

全国信息与电子工程第四届暨四川省电子学会曙光分会第十五届学术年会论文集

137

w=丢(丢套(口妒+-一口Ⅳ)+,一三)

排序。

2.2广义模糊偏好关系的加性一致化排序

(6)

把w=(叫,w2,...,心)1近似作为A的排序权向量,我们称该排序方法为广义模糊偏好关系互补化

定义3令彳=(吻)。埘是一模糊互补偏好关系,若对任意f,J=1,2,...,刀有吻=%一口,七+0.5,则称彳是加性一致模糊互补偏好关系。

令M;是n阶加性一致模糊互补偏好关系集合,由定义知M:cM:cM:。在这一节,我们考

虑通过寻找一个最贴近广义模糊偏好关系的加性一致模糊互补偏好关系,从而直接获取权向量。

数学模型如下:

设彳=(吩)~∈纠,】,=(均)棚∈孵,令

刑Ⅷra掣in(彬)=船B

称,为彳的最贴近加性一致模糊互补偏好关系。令

Q={w=(Ⅵ,w2,...,%)r

(7)

l∑心=1,M≥o),

记w=(Ⅵ,%,...,%)。∈Q为】,对应的权向量。因为】厂是模糊加性一致偏好关系,有

昀=w一%+0.5

由(8)代入(7)有

(8)

似,=嘧(丢

称w-为A的排序向量。

定理2

(9)

设4=(嘞)删∈纠。Y‘=(‘)~∈孵为A的最贴近模糊互补偏好关系,

w‘=(嵋,以,..・,以)r∈Q为采用加性一致化排序方法获取的权向量。那么巧=吾(喜(%一%)+习,w=丢(骞~+-一(喜套吩),甩]。

证明:(9)等价如下优化问题

l厂(w)=删n套熹(~一(w,一w,+。.5))2

(10)

I“

∑坼=1

I=I

构造拉格朗日函数£(w,A):厂(叻+Af,窆wf一1],令钇/机=o,砚/觑=o得

力一∑2(吩一(何一蟛+o.5))=o

f=1,2,...,,l

(11)

138

基于广义模糊偏好信息的决策方法

yW一1=0

』-一i=1

(12)

联立(11)(12)得

w=昙(喜%+・一(喜嘉吻),甩]

联立(8)(13)得

(13)

‘=昙(喜(%一4弦)+三)

(14)

两种排序方法的相关性质

一种广义模糊偏好关系的排序方法可以看作由磁到Q的一个映射,记为w=r(4)。并称w

是广义模糊偏好关系4的排序向量。下面讨论两种排序方法的一些性质。

定理3当么=(%)删是模糊互补偏好关系(即彳∈M:)时,本文两种排序方法(公式(6)

和公式(13))等价于模糊互补偏好关系排序的最小方差法。

证明:因为彳=(%)~∈孵,所以嘞=1一a∥,窆窆嘞=等,把这两式分别代入(6)和(13),

lzl

i=l

都可得w=丢(喜%+t一兰],这即为模糊互补偏好关系的最小方差法排序公式口得证。

定理3显示本文两种排序方法是广义最小方差排序法。

定义4一种排序方法称为强条件下保序的,如果对任意k=1,2,...,m,有a踌≥a鹏和a蔚≤a村,

则W≥W,,且当前者所有等式成立时,有心=W,。

定义4推广了模糊互补偏好关系强条件保序的概念。定理4将证明两种排序方法是强条件保序的。定理4广义模糊偏好关系互补化排序方法(公式(6))和加性一致化排序方法(公式(13))

是强条件下保序的。

证明:对任意k=1,2,...,m,有a腩≥a肚和a齄≤口村,将其代入(6)或者(13),有M≥w,,且当前者所有等式成立时,有w=W,。所以得证。

类似模糊互补偏好关系,定义广义模糊偏好关系排序方法的置换不变性。

定义5设r卜)是一种排序方法,彳是任一个给定的广义模糊偏好关系,记彳的排序权向量为

W=r(A)。如果对于任一置换不变矩阵P,均有AⅣ=F(APAr1,则称这种排序方法是置换不变

的。

定理5广义模糊偏好关系互补化排序(公式(6))和加性一致化排序(公式(13))是置换不

变的。

证明:设A=(a0)删∈叫,且设P是置换不变矩阵,B=(%)砌=刚P,。令

W=(Ⅵ,w2,...,%)r,V=(vl,吃,...,U)2分别黝和曰在公式(6)下的排序向量,经置换后,4的

第f行成了B的第Z行,4的第i列成了B的第,列,因此

Ⅵ=糕华)+l-壮(砉(学]+1_扣

全国信息与电子工程第四届暨四川省电子学会曙光分会第十五届学术年会论文集139

类似若w=(wl,w2,...,%)r,v=(vl,v2,...,屹)r分别是彳和曰在公式(9)下的排序向量,则

Ⅵ=昙(喜%+・一(喜姜%],撑]=言(荟%+-一(喜芸6。),雄]=v,

所以两种排序方法具有置换不变性。

4群决策与一致性

偏好关系一致性测量一般包括两个问题:(1)什么时候决策者提供的个体偏好关系是一致的;(2)什么时候,一群人提供的偏好关系是一致的。对于第(2)个问题一般讨论两个方面:(a)群

体偏好关系的一致性;(b)群体决策的共识测量。基于本文两种排序方法,我们给出广义模糊偏好关系的冗余一致性指标RCI(A)和加性一致性指标(JCi(a))(见定义6)。基于这些一致性指标,

集中讨论一致性测量的第(2)个问题的第(a)方面(注:广义模糊偏好关系一致性测量的其它相关问题我们在今后的研究中讨论),即采用WAil算子和OWA算子对广义模糊偏好关系进行群集成后群体偏好关系的一致性问题。关于无冗余判断的乘性偏好关系和模糊互补偏好关系的群体一致性问题,相关文献作过一些讨论,本节研究可以认为是这些讨论的继续。

定义6+设彳=(吻)一∈M:。定义RCI(A)=zm。i吖ll:a(A,x)为彳的冗余一致性指标。定义Jcz(a)=m,。Min:e(a,r):o

a的加性一致性指标。

由互补化排序方法原理(公式(4))可知

尺cI(A)=删nan,t(、彳,x)=丢

x毛M:、

12n

(15)

由加性一致化排序方法原理(公式(14))可知

JCi(A)=m…in.d(舭)=丢

(16)

Je村.搬

显然RCI(A)越大,则么中冗余判断越多,当RCI(A)=0,则认为4是冗余一致的(即是模糊互补偏好关系)。同样JCI(A)越大,则彳加性一致性越差,当JCI(a)=0,则认为彳是加性一致的(即是加性一致模糊互补偏好关系)。可以分别为足C,(彳)和以了(彳)设定临界值RCI(a)和JCI(a)。当gCI(a)≤gcI(a)则认为广义模糊偏好关系么是冗余一致可接受;当SCI(A)≤sci(a)可认为4是加性一致可接受。当RCI(A)≤RCI(锄和SCI(A)≤出卫(彳)同时成

立,则认为彳是一致可接受,此时从4中发展的权向量才认为是可靠和有效的。对临界值的设定,AHP的一致性检验可以给我们启示:

(1)类似Saaty在AHP中使用的方法,通过使用平均随机一致

性指标对一致性指标标准化,然后经验性的去设定临界值;(2)也可类似采用P.Jong的统计方法。把临界值设定归结为卡方检验。4.1用形4彳算子进行群决策

设A‘=(瓯kl

,k=l,2,...,m为决策者给出的m个广义模糊偏好关系。采用加权算术平均算子

基于广义模糊偏好信息的决策方法

(≯玢M算子)对彳‘进行集成,得到群体模糊偏好关系记为彳=(吻)。。其中i=窆“4;),以为

专家七的权重且^≥o,窆^:l・

定理6

设∥=(露)。∈职,k=l,2,...,m。(a)若RCT(A‘)≤口(后=1,2,..・,所),那么

RCX(一A)≤口;(b)若JCI(A‘)≤∥(k=l,2,…,垅),那么JCI(一A)<fl。

证明:我们仅证明(a)。(b)可以完全类似证明,限于篇幅省略。因为RCI(A‘)≤口,所以

11(口;+口∥k一1)2≤(2咒口)2七=1,2,…,,咒

(17)

足c,(_)=石1√套喜(i+万一t)2

=去摆喜(薹(以(咖分・)))2

=石I

㈣,

vI考n丢n(薹(以(口;+口;一・))2+2薹(以^(%k+4;一t)(口:+口j—t)))

=去雁(c彬赛静q_1)2)+2薹(铂套*扣pm扣一))]s去雁∽凳舭喵-1)2心(九^凳弘扣p)2+∽q卅]

联立(17)和(18)得

Rc“_)≤去√善(五2以口)2+2砉(五乃(2刀口)2)=口善五=口

致性和加性一致性)都是可接受的,那么群体偏好必然是一致可接受的。4.2用OWA算子进行群决策

(1”

从定理6可得:采用WAA算子进行集成,若个体广义模糊偏好关系的一致性水平(包括冗余一

采用有序加权算术平均算子(D黝算子)对∥--弋“{,k)。。,k=1,2,...,m进行集成,得到群体广

义模糊偏好关系记为i=(露)。。其中露=荟mL~吩k),且瞄为苟(后=1,2,..・,m)中第七大的元素。以

为D黝算子相关联的加权向量,其中五≥o,兰以:1。

定义7设∥=(口;L。,k=l,2,...,m是一组广义模糊偏好关系,定义B‘=(嘭)。为其第|j}次序

广义模糊偏好关系。

设么‘=(口:)∈叫,k=1,2,...,m。(a)若RCI(B‘)s口

RCI(A)≤口;(b)若JCI(B‘)≤∥(k=1,2,…,m),那么JCI(A)≤卢。

定理7

证明:由定理5和定义7可直接得证。

似=1,2,¨.,m),那么

从定理7可知:采用OWA算子进行集成,若次序广义模糊偏好关系的一致性水平(包括冗余

全国信息与电子工程第四届暨四川省电子学会曙光分会第十五届学术年会论文集

14l

一致性和加性一致性)都是可接受的,那么群体偏好必然是一致可接受的。

5算例

为了叙述方便,记wl(彳),w2(4)为采用本文第一种排序方法(公式6)和第二种排序方法(公式13)从广义模糊偏好关系么中获取的权向量。记RCI(A),JCI(A)为彳的冗余一致性指标和加性一致性指标的值。现考虑有两个决策者对四个方案进行评估,分别给出自己的广义模糊偏好关系

41,彳2

彳。2

。。

fo.50.3

0.60.5o.30.2

o.80.6o.50.5

o.9]

0.9o.70.5

fo.4

彳2

.,

o.70.5

o.70.6

o.91

0.80.60.5

o.3

10.2J

0.4

f0.3o.4o.5

h2¨0.5lJ

按照本文方法计算出∥(么1),矿(彳1),∥(彳2),矿(彳2),RCI(,41),JCI(141),Rcz(142),

jcI(A2)的值,具体如下。

∥(爿1)=(0.4375o.3375o.175o.05)1,w2(彳1)=(0.4313o.3062o.18120.0812)1∥(彳2)=(o.4250.325o.18750.0625)2,矿(么2)=(0.4188o.3187o.19370.0687)丁

Rcs(141)=0.01125,JCi(.41)=0.0197,Rci(.42)=0.0075,JCl(.42)=0.0172

如按WAA算子对彳1,彳2进行集成,加权向量设为A=五=O.5,得到群体偏好关系为么。并计算

RCt(-A),JCt(-'2)。可以看出RCI(一.4)<_max{RCI(A1),Rc,(彳2)),JCI(-A),;max{JCI(A1),JCI(A2)},

这与定理6相符合。

0.45

A=

O.30O.20

0.35

O.1

O.65O.50

O.750.600.500.50

O.90O.850.65O.50

O.35

Rci(a)=0.0053,jcx(A1)=0.0131

如按OWA算子对41,彳2进行集成,加权向量不妨设为^=无=0.5,得到群体偏好关系为彳。曰1,B2为A1,A2的次序广义模糊偏好关系。并计算出Re_r(.4),JC:7(-2),RCI(S1),JCt(St),RC!(B:),

JCX(s2)的值。可以看出Rcz(-2)≤max{Rcz(s1),RCI(B2)),JCI(2)<max{JCI(B1),JClr(S2)),这与

定理7相符合。

f,o.4

i:了

o・6o.7

o.91

叭8

0.6o.5

f,o.5

o.7o.8

o.9]

仉9

0.7o.5

口1:10.3

0.3

仉5

0.3o.1

仉6

0.5o.5

曰2:I叽4

0.3

仉5

0.4o.2

玑6

0.5o.5

【o.2

(o.2J

RCI(B1)=0.00875,JCX(B1)=O.0200,RCI(B2)=0.0100,JCI(B2)=O.0163

6结论

本文主要做了如下工作:(1)提出了广义模糊偏好关系的概念,并设计了互补化排序和加性一

致化排序两种排序方法;(2)讨论了两种排序方法的一些相关性质;(3)给出了冗余一致性指标和

加性一致性指标的公式,并讨论了采用加权算术平均算子(WAA算子)和有序加权平均算子(D开么算子)对广义模糊偏好关系进行集结,其群体偏好一致性(包括冗余一致性和加性一致性)的一些

142

基于广义模糊偏好信息的决策方法

性质。本文结果对完善基于模糊偏好关系的群决策模型具有理论和现实意义。在今后的研究中,我们将进一步探讨这些问题。

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Study

on

decisionmakingusinggeneralizedfuzzypreferencerelations

CAILeiICf~NGXin

Ⅵ後NG

Wei-xue

(InstituteofTechnology,CAEP,Mianyang621900,Sichuan,China)

Abstract:1,IispaperfirstintroducestheconceptofgeneralizedfuzzypreferencerelationsanddesignstwomethodstoobtaintheprioritiesvectorfromthemMoreover,wediscussdesiredproperties

results

on

on

thesetwoprioritymethods.Atlast,wegivesome

redundancyconsistencyandadditiveconsistencyofthecollectivepreferencerelationaggregatedbyweighted

or

averagingoperatorrelations.

orderedweightedaveragingoperator.Theseresults

are

very

importantforGDMwithfIIzzypreference

Keywords:generalized

fuzzypreferencerelations;priority

method;

redundancy

consistency;,

additive

consistency;

informationaggregationoperator.

基于广义模糊偏好信息的决策方法

作者:作者单位:

蔡雷, 方昕, 王维学

中国工程物理研究院工学院 四川 绵阳 621900

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_7414524.aspx


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