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層次分析法(The Analytic Hierarchy Process即 AHP)是由美國運籌學家、 匹茲堡大學教授T . L. Saaty於20世紀70年代創立的一種系統分析與決策的綜合 評價方法,是在充分研究了人類思維過程的基礎上提出來的,它較合理地解決了定性問題定量化的處理過程。
AHP的主要特點是通過建立遞階層次結構,把人類的判斷轉化到若干因素兩兩之間重要度的比較上,從而把難於量化的定性判斷轉化為可操作的重要度的比較上面。在許多情況下,決策者可以直接使用AHP進行決策,極大地提高了決策的有效性、可靠性和可行性,但其本質是一種思維方式,它把復雜問題分解成多個組成因素,又將這些因素按支配關系分別形成遞階層次結構,通過兩兩比較的方法確定決策方案相對重要度的總排序。整個過程體 現了人類決策思維的基本特征,即分解、判斷、綜合,克服了其他方法回避決策者主觀判斷的缺點。
層次分析法:建模比賽中最基礎的模型之一,其主要用於解決 評價類問題(例如:選擇哪種方案最好、哪位運
動員或者員工表現的更優秀)
評價類問題可用打分方法解決:
例題1:華中科技大學和武漢大學哪所學校好,考慮學習氛圍、就業前景、男女比例、校園景色等因素。每個因素所占比例以及待比較的內容所占比例分配假設如下,則兩所學校的評分計算方式為
使用打分法解決評價問題,只需要我們補充完成下面這張表格即可:
例題2:小明同學想出去旅游,他選擇蘇杭、北戴河和桂林三地之一作為目標景點。請確定評價指標、形成評價體系為其選擇最合適的方案。
第一步:
第二步:構建權重表格
根據第一步的分析內容構建如下的權重表格,其中同色的之和為1,
如何填寫上面的某種顏色的各項內容呢?例如藍色對應的指標權重?
問題:
一次性考慮這五個指標之間的關系,往往考慮不周。
解決方法:
兩個兩個指標進行比較,最終根據兩兩比較的結果來推算出權重。
已知重要度表如下:
1、假設構建的指標權重的重要度比較矩陣如下:
假設蘇杭、北戴河、桂林在景色、花費、居住、飲食、交通方面的判斷矩陣分別為:
2、計算判斷矩陣權重
總共三種方法計算權重:算數平均法、幾何平均法、特征值法
1)、用算數平均法解決指標景色上的判斷矩陣
第一步:將判斷矩陣按照列歸一化 (每一個元素除以其所在列的和)
第二步:將歸一化的各列相加(按行求和)
第三步:將相加后得到的向量中每個元素除以n即可得到權重向量
公式描述如下:
求解過程如下:
2)、用幾何平均法解決指標景色上的判斷矩陣
幾何平均法求權重也有三步:
第一步:將A的元素按照行相乘得到一個新的列向量
第二步:將新的向量的每個分量開n次方
第三步:對該列向量進行歸一化即可得到權重向量
3)、用特征值法解決指標景色上的判斷矩陣
三種方法計算出來的結果差別較小,在此選用特征值法得到的結果填入對應的判斷矩陣中
按照上述方法同理計算出其他色塊對應的權重,得到使用特征值法求得的權重矩陣如下,根據此矩陣, 計算出每個旅游景點的得分。
第三步:計算每個方案得分
類似的,我們可以得到北戴河得分為0.245, 桂林得分為0.455. 因此最佳的旅游景點是桂林。
注意的問題:在第二步構造判斷矩陣后要對其進行一致性檢驗,檢驗構造的矩陣是否與一致性矩陣有太大差別,接下來介紹一致性矩陣
一致性檢驗
1.一致矩陣
下圖中左側是構造的判斷矩陣,右側是其對應的一致矩陣,如果構造的判斷矩陣與一致矩陣差別太大的話則不可以使用,要重新構建判斷矩陣,直至通過一致性檢驗為止
2.一致性檢驗的步驟
1)、計算判斷矩陣最大特征值、一致性指標CI
n是矩陣的維數,一致矩陣的最大特征值為n,當判斷矩陣的最大特征值為n時,此判斷矩陣為一致矩陣。
2)、根據n的大小,按照下表查找平均隨機一致性指標RI
3)、計算一致性比例CR
如果CR < 0.1, 則可認為判斷矩陣的一致性可以接受;否則需要對判斷矩陣進行修正。修正的方法是往一致矩陣上調整,(一致矩陣各行成倍數關系)
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