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用 SuperDecision 进行网络层次分析法(ANP)的应用实例
一、网络层次分析法简介
(一) ANP 理论与方法
20 年代 90 年代,萨蒂教授( Saaty )在 AHP 的基础上于提出来的
一 种 适 应 非 独 立 递 阶 层 次 结 构 的 决 策 方 法 — — 网 络 层 次 分 析 法
(Analytic Network Process ,ANP)[9]。网络层次分析法将系统内
各元素的关系用类似网络结构表示,而不再是简单的递阶层次结构,
网络层中的元素可能相互影响、相互支配,这样 ANP 能更准确地描述
客观事物之间的联系,是一种更加有效的决策方法。
网络层次分析法在进行决策分析时,需要决策者对每个因素(影
响因子)进行两两相对重要程度的判定。在实际生活中,决策者常常
不是对所有的决策因素(影响因子)进行相对重要程度判断,而是根
据自己的情况(知识、经验、喜好)对某几个因素(影响因子)进行
相对重要程度判断,此时,两两判断矩阵就会出现一些空缺,我们称
这种情况为信息不完备 [1]。为此,运用 ANP 进行分析,通过将问题化
为一种二次规划问题来计算出权重,最后运用 ANP 的极限超矩阵得到
总排序。ANP 经常被用来解决具有网络结构的系统评价与决策的实际问
题[1]。
(二) ANP 网络结构
—1—

ANP 考虑到递阶层次结构内部循环及其存在的依赖性和反馈性, 将
系统元素划分为两大部分,第一部分称为控制因素层,包括问题目标
和决策准则,所有的决策准则均被认为是彼此独立的,且受目标元素
支配。控制元素中可以没有决策准则,但至少有一个目标,控制层中
的每个准则的权重均可由传统的 AHP 获得。第二部分为网络层,它是
由所有受控制层支配的元素组成的,其内部是互相影响的网络结构,
图 1 就是一个典型的 ANP 结构。
目标
A
控制层
准则P
1
B
……
准则P
n
表示A影响B或B受制于A
元素组C
1
元素组C
2
C
元素组C
1
元素组C
1
网络层
表示C元素集内元素是
相互依存的
元素组C
N
图1 典型的 ANP 结构图
二、ANP 算法步骤
(一)分析问题。
将决策问题进行系统的分析、组合形成元素和元素集。主要分析
判断元素层次是否内部独立 , 是否存在依存和反馈。可用会议讨论、
专家填表等形式和方法进行。
—2—

(二)构造 ANP 的典型结构。
首先是构造控制层次 (Control Hierarchy), 先界定决策目标。再
界定决策准则 ,这是问题的基本。各个准则相对决策目标的权重用 AHP
法得到。
(三)构造 ANP 超矩阵计算权重。
ANP 赋权的核心工作 :解超矩阵 ,这是一种非常复杂的计算过程 ,手
工运算难度很大 ,应用 Super Decision 软件可以解决这个问题。具体
实施步骤如下:
1、基于网络模型中各要素间的相互作用,进行两两比较;
2、确定未加权超矩阵(基于两两判断矩阵,使用特征向量法获得
归一化特征向量值,填入超矩阵列向量);
3、确定超矩阵中各元素组的权重(保证各列归一);
4、计算加权超矩阵;
5、计算极限超矩阵;(使用幂法,即求超矩阵的 n 次方,直到矩
阵各列向量保持不变)。
三、ANP 计算工具—— SuperDecision
由于 ANP 法的原理和过程比较复杂,考虑的元素较多时用手工计
算几乎不可能完成,考虑的元素少则不符合实际情况,影响结果精确
性。,其人工运算极其繁琐,且难度很大,如果不借助计算软件,很
难将 ANP 应用于解决实际决策问题。 RozannW.Satty 和 William Adams
—3—

在美国推出了超级决策 (Super Decision) 软件,为 ANP 模型真正应用
提供条件。
四、实例分析
现应用基于依存和反馈的网络层次分析法( ANP)对应急桥梁设计
方案进行评估。具体操作步骤如下:
(一)分析问题
在此处需要对需要解决的问题进行分析,理清思路,构建起评价
体系。
第一,针对问题进行分析,并依此形成指标体系。
在设计某一座应急桥梁时,施工周期、桥梁长度、通行的荷载、
车行道宽度、车道中间的中央分隔带、桥下通航净空是一定的。要比
较的因素主要有:
1、安全性 S
桥梁的安全性包括桥梁结构强度 (S1) 、刚度 (S2) 、稳定性 (S3)。
结构强度、刚度和稳定性存在相互依赖性。便桥高强度一定高刚
度但未必高稳定性;高稳定性一定有高强度和高刚度;高刚度一定保
证便桥的高强度和高稳定性。
2、经济性 E
桥梁的经济性包括所采用的桥梁材料费用 (E1) 、制造费用 (E2) 、
安装费用 (E3) 和使用维护费用 (E4) 。
—4—

经济性与安全性是一对矛盾。经济性越高,安全性就会降低;安
全性越高,经济性就越低。桥梁材料费用和使用维护费用具有一定的
依赖性。若采用性能很好的桥梁材料(同时材料费用也高),则能降
低桥梁使用维护费用。
3、耐久性 D
桥梁的耐久性就是桥梁的使用寿命 (D1) 。一定要保证应急桥梁具
有与施工周期相对应的耐久性。
耐久性与经济性、安全性存在相互依赖关系。若桥梁耐久性大大
超过施工周期,则桥梁的安全性是有保证的,而经济性就较差了;反
之,若桥梁耐久性达不到施工周期的时间,则桥梁的经济性是好了,
而安全性得不到保证了。
4、可制造性 M
所设计的应急桥梁一定要具有良好的可制造性,因为应急桥梁制
造周期很短,如果制造周期长了,则势必影响主桥的施工进度。可制
造性包括良好的制造工艺 (M1) 、方便的现场安装 (M2) 。
良好的制造工艺、方便的现场安装可降低工厂制造费用和现场安
装费用。为了保证桥梁整体质量,现场连接应采用销接或螺栓连接,
应尽量避免焊接,若要焊接,也应减少现场焊接的数量,因为现场焊
接质量往往受外界因素的影响较大。
安全性和经济性是一对矛盾。若要保证较高的安全性,如施工周
—5—
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