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用SuperDecision进行网络层次分析法(ANP)的应用实例.doc
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用 SuperDecision 进行网络层次分析法(ANP)的应用实例
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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
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。
用 SuperDecision 进行网络层次分析法(ANP)的应用实例
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目标
准则P
1
准则P
n
……
元素组C
1
元素组C
2
元素组C
N
元素组C
1
元素组C
1
控制层
网络层
A B
表示A影响B或B受制于A
C
表示C元素集内元素是
相互依存的
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。
(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;
用 SuperDecision 进行网络层次分析法(ANP)的应用实例
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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 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)。
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
用 SuperDecision 进行网络层次分析法(ANP)的应用实例
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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,如施工周期是 3 年,要保证 6
年的安全性,则材料费用就会高,制造性要求也高,但经济性差;若要保证较高的经济性,
如施工周期是 3 年,仅保证 3 年的安全性,则材料费用就会低,制造性要求不高,但安全性
差.
耐久性与安全性是依存的,与经济性是矛盾的。耐久性好,则安全性好,但经济性差;
安全性好,则耐久性好。
表1 评估应急桥梁设计方案指标体系
强度 S1
1 安全性 S
刚度 S2
用 SuperDecision 进行网络层次分析法(ANP)的应用实例
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稳定性 S3
材料费用 E1
制造费用 E2
安装费用 E3
2 经济性 E
使用维护费用 E4
3 耐久性 D
使用寿命 D1
制造工艺 M1
4 可制造性
M
方便的现 场安装
M2
注意:
1.
评价体系确认原则
1)体现公正性和客观性。对教练员训练工作的评价会涉及到许多定性和定量的指标。这就需要在选取评价指标
时全面考证,尽量避免主观人为因素的干扰和介入.
2)指标的选取要体现全面性和代表性,具有真实性。在选取指标时,应选取具有代表性的指标,要考虑运动
项目特点,处理好共性和个性的关系,确保定性分析与定量分析相结合。
3)综合评价系统要具有可行性和可操作性,也就是评价系统的建立应具有操作简便、分析及时、易于管理的
特点.
第二,构建依存和反馈关系。
在指标体系构建过程中, 只识别了评价指标, 而要建立 ANP 模型还必须对评价指标
之间的互相影响关系(反馈或依赖)进行研究,即:指标的关联情况。指标关联情况是通
过一个二维表形式的专家问卷调查而得知的,通常可以通过以专家调查或是小组讨论方式
最终可得到评价指标间的关联情况。如下图所示:
表2 应急桥梁设计方案评估指标关联情况调查表
Alternativ
es
(A)
Durabilit
y
(D)
Economy
(E)
Manufacturabilit
y
(M)
Safety
(S)
被影响因素
影响因素
B1
B2
B3
D1
E1
E2
E3
E4
M1
M2
S1
S2
S3
B1
√
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√
√
B2
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√
√
Alternatives
(A)
B3
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√
Durability(D)
D1
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E1
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√
E2
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√
E3
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√
√
Economy
(E)
E4
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√
M1
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√
√
√
√
Manufacturability
(M)
M2
√
√
√
√
S1
√
√
√
√
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Safety
(S)
S2
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