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技术方法

层次分析法(AHP法)

发布时间:2012-11-22 15:33:59  点击数:14088

  层次分析法(AHP)是美国运筹学家匹茨堡大学教授萨蒂(T.L.Saaty)于上世纪70年代初,为美国国防部研究“根据各个工业部门对国家福利的贡献大小而进行电力分配”课题时,应用网络系统理论和多目标综合评价方法,提出的一种层次权重决策分析方法。

  这种方法的特点是在对复杂的决策问题的本质、影响因素及其内在关系等进行深入分析的基础上,利用较少的定量信息使决策的思维过程数学化,从而为多目标、多准则或无结构特性的复杂决策问题提供简便的决策方法。是对难于完全定量的复杂系统作出决策的模型和方法。

  决策是指在面临多种方案时需要依据一定的标准选择某一种方案。日常生活中有许多决策问题。举例:

  在海尔、新飞、容声和雪花四个牌号的电冰箱中选购一种。要考虑品牌的信誉、冰箱的功能、价格和耗电量。

  在泰山、杭州和承德三处选择一个旅游点。要考虑景点的景色、居住的环境、饮食的特色、交通便利和旅游的费用。

  在基础研究、应用研究和数学教育中选择一个领域申报科研课题。要考虑成果的贡献(实用价值、科学意义),可行性(难度、周期和经费)和人才培养。

一、层次分析法概述

  人们在对社会、经济以及管理领域的问题进行系统分析时,面临的经常是一个由相互关联、相互制约的众多因素构成的复杂系统。层次分析法则为研究这类复杂的系统,提供了一种新的、简洁的、实用的决策方法。

  层次分析法(AHP法) 是一种解决多目标的复杂问题的定性与定量相结合的决策分析方法。该方法将定量分析与定性分析结合起来,用决策者的经验判断各衡量目标能否实现的标准之间的相对重要程度,并合理地给出每个决策方案的每个标准的权数,利用权数求出各方案的优劣次序,比较有效地应用于那些难以用定量方法解决的课题。

  层次分析法是社会、经济系统决策中的有效工具。其特征是合理地将定性与定量的决策结合起来,按照思维、心理的规律把决策过程层次化、数量化。是系统科学中常用的一种系统分析方法。

  该方法自1982年被介绍到我国以来,以其定性与定量相结合地处理各种决策因素的特点,以及其系统灵活简洁的优点,迅速地在我国社会经济各个领域内,如工程计划、资源分配、方案排序、政策制定、冲突问题、性能评价、能源系统分析、城市规划、经济管理、科研评价等,得到了广泛的重视和应用。

二、层次分析法的基本原理

  层次分析法根据问题的性质和要达到的总目标,将问题分解为不同的组成因素,并按照因素间的相互关联影响以及隶属关系将因素按不同层次聚集组合,形成一个多层次的分析结构模型,从而最终使问题归结为最低层(供决策的方案、措施等)相对于最高层(总目标)的相对重要权值的确定或相对优劣次序的排定。

三、层次分析法的步骤和方法

  运用层次分析法构造系统模型时,大体可以分为以下四个步骤:

  1.   建立层次结构模型

  将决策的目标、考虑的因素(决策准则)和决策对象按它们之间的相互关系分为最高层、中间层和最低层,绘出层次结构图。
  最高层:决策的目的、要解决的问题。
  最低层:决策时的备选方案。
  中间层:考虑的因素、决策的准则。

  对于相邻的两层,称高层为目标层,低层为因素层。下面举例说明:

  例1  大学毕业生就业选择问题

  获得大学毕业学位的毕业生,在“双向选择”时,用人单位与毕业生都有各自的选择标准和要求。就毕业生来说选择单位的标准和要求是多方面的,例如:

  ①能发挥自己才干作出较好贡献(即工作岗位适合发挥自己的专长);
  ②工作收入较好(待遇好);
  ③生活环境好(大城市、气候等工作条件等);
  ④单位名声好(声誉等);
  ⑤工作环境好(人际关系和谐等)
  ⑥发展晋升机会多(如新单位或前景好)等。

  例2 科研课题的选择  

  某研究所现有三个科研课题,限于人力及物力,只能研究一个课题。有三个须考虑的因素:(1)科研成果贡献大小(包括实用价值和科学意义);(2)人材的培养;(3)课题的可行性(包括课题的难易程度、研究周期及资金)。在这些因素的影响下,如何选择课题?

  将决策问题分为3个或多个层次:

  最高层:目标层。表示解决问题的目的,即层次分析,要达到的总目标。通常只有一个总目标。

  中间层:准则层、指标层、…。表示采取某种措施、 政策、方案等实现预定总目标所涉及的中间环节; 一般又分为准则层、指标层、策略层、约束层等。

  最低层:方案层。表示将选用的解决问题的各种措施、政策、方案等。通常有几个方案可选。

  每层有若干元素,层间元素的关系用相连直线表示。

  层次分析法所要解决的问题是关于最低层对最高层的相对权重问题,按此相对权重可以对最低层中的各种方案、措施进行排序,从而在不同的方案中作出选择或形成选择方案的原则。

  2.   构造判断(成对比较)矩阵

  在确定各层次各因素之间的权重时,如果只是定性的结果,则常常不容易被别人接受,因而Santy等人提出:一致矩阵法,即:

  1)不把所有因素放在一起比较,而是两两相互比较。

  2)对此时采用相对尺度,以尽可能减少性质不同的诸因素相互比较的困难,以提高准确度。

  判断矩阵是表示本层所有因素针对上一层某一个因素的相对重要性的比较。判断矩阵的元素aij用Santy的1—9标度方法给出。

  心理学家认为成对比较的因素不宜超过9个,即每层不要超过9个因素。

  判断矩阵元素aij的标度方法


  3.   层次单排序及其一致性检验,略

  4.   层次总排序及其一致性检验,略

  层次分析法的基本步骤归纳如下:

  1)建立层次结构模型:该结构图包括目标层,准则层,方案层。

  2)构造成对比较矩阵:从第二层开始用成对比较矩阵和1~9尺度。

  3)计算单排序权向量并做一致性检验

  4)计算总排序权向量并做一致性检验

  四、层次分析法的广泛应用

  应用领域:经济计划和管理,能源政策和分配,人才选拔和评价,生产决策,交通运输,科研选题,产业结构,教育,医疗,环境,军事等。

  处理问题类型:决策、评价、分析、预测等。

  建立层次分析结构模型是关键一步,要有主要决策层参与。

  构造成对比较阵是数量依据,应由经验丰富、判断力强的专家给出。

  五、应用层次分析法的注意事项

  层次分析法的优点:

  系统性——将对象视作系统,按照分解、比较、判断、综合的思维方式进行决策。成为继机理分析、统计分析之后发展起来的系统分析的重要工具;

  实用性——定性与定量相结合,能处理许多用传统的最优化技术无法着手的实际问题,应用范围很广,同时,这种方法使得决策者与决策分析者能够相互沟通,决策者甚至可以直接应用它,这就增加了决策的有效性;

  简洁性——计算简便,结果明确,具有中等文化程度的人即可以了解层次分析法的基本原理并掌握该法的基本步骤,容易被决策者了解和掌握。便于决策者直接了解和掌握。

  层次分析法的局限:

  囿旧——只能从原有的方案中优选一个出来,没有办法得出更好的新方案;

  粗略——该法中的比较、判断以及结果的计算过程都是粗糙的,不适用于精度较高的问题;

  主观——从建立层次结构模型到给出成对比较矩阵,人主观因素对整个过程的影响很大,这就使得结果难以让所有的决策者接受。当然采取专家群体判断的办法是克服这个缺点的一种途径。

  (注:本文系理论知识介绍,非原创)

 
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