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一、层次分析法
层次分析法 [1] ( analytic hierarchy process,AHP) 是美国著名的运筹学家 T.L.Saaty 教授于 20 世纪 70年代初首先提出的一
种定性与定量分析相结合的多准则决策方法 [2,3,4].该方法是社会、经济系统决策的有效工具,目前在工程计划、资源分配、方案
排序、政策制定、冲突问题、性能评价等方面都有广泛的应用.
(一) 层次分析法的基本原理
层次分析法的核心问题是排序,包括递阶层次结构原理、测度原理和排序原理 [5] .下面分别予以介绍.
1. 递阶层次结构原理
一个复杂的结构问题可以分解为它的组成部分或因素,即目标、准则、方案等.每一个因素称为元素.按照属性的不同把这
些元素分组形成互不相交的层次,上一层的元素对相邻的下一层的全部或部分元素起支配作用,形成按层次自上而下的逐层支配
关系.具有这种性质的层次称为递阶层次.
2. 测度原理
决策就是要从一组已知的方案中选择理想方案,而理想方案一般是在一定的准则下通过使效用函数极大化而产生的.然而对
于社会、经济系统的决策模型来说,常常难以定量测度.因此,层次分析法的核心是决策模型中各因素的测度化.
3. 排序原理
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层次分析法的排序问题,实质上是一组元素两两比较其重要性,计算元素相对重要性的测度问题.
( 二) 层次分析法的基本步骤
层次分析法的基本思路与人对一个复杂的决策问题的思维、判断过程大体上是一致的 [1] . 1. 成对比较矩阵和权向量
为了能够尽可能地减少性质不同的诸因素相互比较的困难,提高结果的准确度. T.L.Saaty 等人的作法,一是不把所有因
素放在一起比较,而是两两相互对比,二是对比时采用相对尺度.
假设要比较某一层 n个因素 C Cn , , 1 对上层一个因素 O 的影响,每次取两个因素 Ci 和 Cj ,用 aij 表示 Ci 和 Cj 对 O 的影响之比,
全 部 比 较 结 果 可 用 成 对 比 较 阵 1 , 0, ij ij ji n n
ij
A a a a a
表示, A称为正互反矩阵.
一般地,如果一个正互反阵 A满足:
, aij ajk aik i, j ,k 1,2, , n (1) 则 A称为一致性矩阵,简称一致阵.容易证明 n阶一致阵 A 有下列性质:
① A的秩为 1, A 的唯一非零特征根为 n ; ② A的任一列向量都是对应于特征根 n的特征向量.
如果得到的成对比较阵是一致阵, 自然应取对应于特征根 n的、归一化的特征向量 (即分量之和为 1)表示诸因素 C Cn , , 1 对
上层因素 O 的权重,这个向量称为权向量. 如果成对比较阵 A 不是一致阵, 但在不一致的容许范围内, 用对应于 A 最大特征根 ( 记
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作 ) 的特征向量(归一化后)作为权向量 w ,即 w 满足:
Aw w (2)
直观地看,因为矩阵 A 的特征根和特征向量连续地依赖于矩阵的元素 aij ,所以当 aij 离一致性的要求不远时 , A 的特征根和特
征向量也与一致阵的相差不大. (2)式表示的方法称为由成对比较阵求权向量的特征根法.
2. 比较尺度
当比较两个可能具有不同性质的因素 C i 和 Cj 对于一个上层因素 O 的影响时,采用 Saaty等人提出的 1 9尺度,即 aij 的取值范
围是1,2, ,9 及其互反数 1,1 2, ,1 9. 3. 一致性检验
成对比较阵通常不是一致阵,但是为了能用它的对应于特征根 的特征向量作为被比较因素的权向量,其不一致程度应在容
许范围内.
若已经给出 n阶一致阵的特征根是 n,则 n阶正互反阵 A的最大特征根 n ,而当 n时 A 是一致阵.所以 比 n大得越多,
A的不一致程度越严重,用特征向量作为权向量引起的判断误差越大.因而可以用 n 数值的大小衡量 A 的不一致程度. Saaty
将 1n
CI
n
(3)
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