2024年4月26日发(作者:)
第37卷第7期
2020年7月
计算机应用研究
ApplicationResearchofComputers
Vol.37No.7
Jul.2020
基于概率语言COPRAS的多属性风险型应急决策方法
耿秀丽,王 乾
(上海理工大学管理学院,上海200093)
摘 要:针对多属性应急决策过程中的风险性和不确定性,提出一种结合累积前景理论和概率语言COPRAS的
应急决策方法。首先考虑到专家在评价过程中的犹豫性和偏好程度,采用概率语言表达专家的评估信息;其次
将概率语言形式的评价信息纳入到累积前景理论的决策框架中,通过计算方案在不同前景状态下的前景价值矩
阵和概率权重矩阵得到综合前景价值矩阵;然后在综合前景矩阵的基础上,以所有备选方案的整体效用度最大
OPRAS方法对备选应急方案进行排序;最后通过一个算例化为目标函数建优化模型来求解指标权重,并利用C
说明了所提方法的有效性和可行性。
关键词:应急决策;累积前景理论;概率语言术语集;目标优化;COPRAS
中图分类号:C934 文献标志码:A 文章编号:10013695(2020)07021202705
:10.19734/j.issn.10013695.2019.01.0009doi
Multiattributeriskemergencydecisionmakingmethod
basedonprobabilisticlinguisticCOPRAS
GengXiuli,WangQian
(BusinessSchool,UniversityofShanghaiforScience&Technology,Shanghai200093,China)
Abstract:Consideringtheriskanduncertaintyinmultiattributeemergencydecisionmaking,thispaperproposinganemer
gencydecisionmakingmethodbasedoncumulativeprospecttheoryandprobabilitylanguageCOPRAS.First,consideringthe
hesitationandpreferenceofexpertsintheevaluationprocess,thispaperemployedprobabilisticlinguistictoexpressevaluation
informationofexperts;secondly,thispaperincorporatedtheevaluationinformationintheformofprobabilisticlinguisticinto
,andcalculatedtheprospectvaluematrixandprobabilityweightthedecisionmakingframeworkofcumulativeprospecttheory
matrixofschemestoobtainthecomprehensiveprospectvaluematrix;then,onthebasicofcomprehensiveprospectvaluema
,thispaperconstructedanoptimizationmodelwiththeobjectivefunctionofmaximizingtheoverallutilityofallalternativestrix
tosolvetheindexweight,andusedCOPRASmethodtorankalternativeemergencyplans.Finally,thispapergaveanexample
toillustratetheeffectivenessandfeasibilityoftheproposedapproach.
Keywords:emergencydecisionmaking;cumulativeprospecttheory;probabilisticlinguisticterm;targetoptimization;
COPRAS
0 引言
近年来,各种类型的突发事件发生频率呈明显上升趋势。仅
在我国,每年因突发事件非正常死亡的人数约为20万人,伤残约
[1]
200万人,经济损失达到了GDP总额的5%。因此,当突发事件
发生时,如何从相应的备选应急方案中选择最合理的方案进行响
应,最大限度地减少突发事件带来的损失,具有重要意义。
应急备选方案的选择是典型的多属性决策问题。文献
[2]针对具有随机变量形式属性值的突发事件应急方案选择
问题,通过集结规范化优势度矩阵和规范化决策矩阵得到综合
3]针对不确定性条件下的多属性应急决策决策矩阵。文献[
问题,给出基于距离测度的方法来求解属性权重并对方案进行
排序。文献[4]针对属性权重未知应急决策问题,通过熵权法
来求解属性权重,从而得到整个决策过程的综合群体偏好并对
5]针对非常规多准则应急决策问题,提方案进行排序。文献[
出了一种基于距离的群体决策方法,提高了决策的客观性和有
效性。现有研究没有考虑事件发展的不同情景,较少考虑到决
策风险以及决策者的心理行为。事实上,评价指标在不同情景
下的评价结果往往是不同的,且决策者在行为上追求的并不总
是期望最大而是符合自己意愿的方案,即决策者是有限理性的。
[6]
已前景理论是考虑决策者有限理性的行为决策理论,
7]
是在前景理论的基础成功应用于各个领域。累积前景理论
[
上被提出来的,其认为决策者对待收益和损失的风险态度是不
同的,利用累积概率而不是利用单个概率进行决策权重计算,
主要用于不确定和风险条件下的决策分析。文献[8]根据累
积前景理论和灰色关联分析定义了前景价值函数,以此构建了
方案综合前景值最大化的优化模型。文献[9]以正、负理想点
方案作为参考点,采用基于估计理论的最优组合赋权法确定最
优准则权重,从而计算出方案综合前景值并对方案排序。文献
10]将决策者对各属性的期望作为参照点,依据累积前景理[
论构建相对于参照点的损益决策矩阵和前景决策矩阵,通过计
算各方案的综合前景值得到方案的排序结果。本文针对风险
型应急决策问题,基于累积前景理论将决策矩阵转换为相对于
参考点的损益决策矩阵,进而得到方案的综合前景价值矩阵。
应急决策中的指标评估常常是不确定的、模糊的,模糊语
言与累积前景理论相结合的决策方法研究也已取得了一定的
进展。文献[11]提出了一种直觉语言与累积前景理论相结合
的决策方法,通过累积前景理论,以正、负理想方案为参考点,
收稿日期:20190116;修回日期:20190322 基金项目:国家自然科学基金资助项目(71301104);教育部人文社会科学研究规划基金
19YJA630021);高等学校博士学科点专项科研基金资助课题(20133120120002)资助项目(
作者简介:王乾(1994),男,安徽安庆人,硕士研究生,主要研究方向为应急决策等;耿秀丽(1984),女,山东东营人,副教授,博士,主要研究
方向为产品服务系统、服务科学、产品/服务方案设计技术等(xiuliforever@163.com).
·2028·
计算机应用研究第37卷
计算各属性下各方案的累积前景值,构建累积前景决策矩阵并
对方案进行排序。文献[12]将二元语义嵌入到累积前景理论
的决策框架中,在综合前景价值矩阵的基础上采用双层专家权
重确定方法求得专家权重,进而对方案进行排序。然而已有研
究较少考虑专家在决策时的犹豫性。由Torra
[13]
提出犹豫模
糊术语集(hesitantfuzzylinguistictermset,HFLTS),允许专家
使用多个语义术语来表达自己的偏好,能够很好地反映专家在
应急决策过程中的犹豫性。但是在用HFLTS进行评价时,犹
豫模糊集中的语义集被赋予相同的权重,这会造成专家评价信
息的损失。概率语言术语集(probabilisticlinguistictermset,
PLTS)
[14]
方法可以体现专家的犹豫偏好程度,能较为精准地
反映专家的偏好信息。本文采用PLTS表达专家对备选应急
方案指标的评价信息,将概率语言形式的评价信息纳入到累积
前景理论的决策框架中。
指标权重的确定是多属性应急决策中另一个重要的问题。
常见的指标权重确定方法有主观赋权法、客观赋权法以及组合
赋权法。主观赋权法主要有层次分析法、专家评判法、二项系
数法等,这类方法随意性较大,主观性强。客观赋权法主要有
灰关联度法、离差最大化法、熵权法等,这类方法仅仅依靠客观
数据,缺少整体考虑。在不完全指标权重的情况下,文献[15,
16]以逼近理想解排序法(techniquefororderpreferencebysimi
laritytoidealsolution,TOPSIS)排序方法的思想来求解属性权
重,即以所有方案的整体贴近度最大化来为目标函数建立优化
模型来求解属性权重。这类客观方法综合考虑对象内部的均
衡,较为合理,但是TOPSIS具有补偿因素,一个因素的不良影
响可以用其他因素的良好效应来补偿。本文以复杂比例评价
(complexproportionalassessment,COPRAS)排序方法的思想来
求解不完全指标权重情况下的权重计算。COPRAS方法在评
估和排序备选方案的过程中能够考虑到不同方案的重要性和
效度,并且计算过程简单透明,已经成功应用于很多方面,如建
设项目评估
[17]
、材料选择
[18]
、承包商选择
[19]
等。本文以所有
备选方案的整体效用度最大化为目标函数建立优化模型来求
解指标权重,不仅考虑到已知的权重信息,还考虑到客观数据,
实现方案的整体优化。
本文针对不确定性条件下的多属性应急决策问题,提出一
种结合累积前景理论和概率语言COPRAS的应急决策方法。
1 结合概率语言和累积前景理论的决策信息分析
采用概率语言对备选方案属性进行评估时不仅可以表现
专家的犹豫不定,还可以体现出专家的犹豫程度,相比其他语
义评价方法能避免评价过程中专家偏好信息的损失
[14]
,因此
被广泛应用于不确定条件下的多属性决策问题中。
11 概率语言术语集的基本概念
2016年Pang等人
[14]
提出概率语言术语集。概率语言术
语集是由语义集和语义集相对应的概率组成的语义集合,
L(p)为专家用概率语言术语集表达的语义评价信息。
定义1
[20]
设S={s
0
,…,s
α
}为LTS,一个PLTS可以被定
义为
L(p)={L
(x)
(p
(x)
)|L
(x)
∈
S,p
(x)
≥
0,x=1,2,…,
#L(p),
∑
#
x
L
=
(
1
p)
p
(x)
≤
1}(1)
其中:L
(x)
(p
(x)
)表示语义集L
(x)
的概率为p
(x)
;#L(p)是所有
L(p)中包含的语义集的个数。
例如五个粒度的语义术语集S
{5}
={S
0
=非常差,S
1
=差,
S
2
=一般,S
3
=好,S
4
=非常好},当评价指标为救援的有效性
时,专家给出“大多时候效果很好,但有时效果不高”,则此时记
“大多时候救援效果很好”为S
4
,其概率为0.7,记“有时效果不
高”为S
1
,其概率为0.2,此时的L(p)={(S
1
,0.2),(S
4
,0.7)}。
设L(p)
1
和L(p)
2
为两个概率语言术语集,L(p)
1
={L
(x)
1
(p
(x)
1
)|x=1,2,…,#L(p)
1
},L(p)
(x)(x)
2
={L
2
(p
2
)|x=1,2,…,#
L(p)
2
},如果#L(p)
1
>#L(p)
2
,则需要在L(p)
2
中加入#L(p)
1
-
#L(p)
2
个语义集,增加的语义集为L(p)
2
中最小的语义集,且
其概率为0。
定义2
[20]
设一个PLTS的
∑
#L(p)(x)
x=1
p<1,将其标准化后为
珔
L(p)={L
(x)
(
珋
p
(x)
)|x=1,2,…,#L(p)}(2)
其中:
珋
p
(x)
=p
(x)
/
∑
#L(p)(x)
x=1
p,且语义集L
(x)
(
珋
p
(x)
)是从小到大有
序排列的。
定义3
[20]
设L(p)={L
(x)
(p
(x)
)|x=1,2,…,#L(p)}为
一个PLTS,r
(x)
为语义集L
(x)
的下标,则L(p)的得分函数如下:
G(L(p))=S
α
(3)
其中:
α
=
∑
#L(p)
r
(x)
p
(x)
/
∑
#L(p)(x)
x=1x=1
p。对于概率语言术语集L(p)
1
和L(p)
2
,如果G(L(p)
1
)>G(L(p)
2
),则L(p)
1
>L(p)
2
。
定义4 L
(x)(x)
1
和L
2
分别为L(p)
1
和L(p)
2
中第x个语义
集,p
(x)(x)(x)(x)
1
和p
2
分别是语义集L
1
和L
2
的概率,则L(p)
1
和
L(p)
2
之间的距离公式如下:
d(L(p)
1
,L(p)
2
)=
槡
(
珔
α
1
-
珔
α
2
)
2
(4)
其中:
α
#L(p
(x)
/
∑
#L(p)(x)#L(p)(x)(x)
1
=
∑
x=1
1
)
r
(x)
1
p
1x=1
1
p
1
,
珔
α
2
=
∑
x=1
2
r
2
p
2
/
∑
#L(p
x=1
2
)
p
(x)
2
。
12 累积前景理论
累积前景理论是Tversky等人
[7]
在顺利依赖效用理论的基
础上提出来的,通过引入容量的概率能够处理强势占优和解决
具有多个结果的问题。该理论在前景值的计算过程中主要包括
价值函数和权重函数两个部分,其中价值函数的表达式为
v(x)=
{
(x)
α
x
≥
0
-
λ
(x)
β
x<0
(5)
其中:当x
≥
0表示决策者相对于参考点所获得的收益;当x<
0表示决策者相对于参考点的所获得的损失;
α
和
β
分别表示
相对收益或损失时的决策者风险敏感程度系数,即价值函数图
像的凹凸程度;0<
α
,
β
<1表示敏感性递减;若
λ
>1表示决策
者对于损失的敏感性更大。收益和损失的概率权重为
π
+
(p)=
P
γ
,
-
(
P
δ
(6)
(P
γ
+(1-P)
γ
)
1
π
P)=
γ
(P
δ
+(1-P)
δ
)
1
δ
其中:P为概率;
γ
和
δ
为参数,表示概率权重函数图像的凹凸
程度。
Tversky等人
[7]
利用线性回归的方法得到累积前景理论中
的价值函数和权重函数中的参数为
α
=
β
=0.88,
λ
=2.25,
γ
=
0.61,
δ
=0.69时,与经验数据更加吻合。
累积前景理论利用累积概率而不是利用单个概率进行决
策权重计算,主要用于不确定和风险条件下的决策分析,为行
为决策带来了进一步的发展。概率语言作为一种新兴的语言,
由于在决策过程中能精确地反映专家的偏好信息而被广泛使
用,但在累积前景理论下的拓展却并未出现。基于此,本文将
概率语言信息与累积前景理论相结合,提出基于概率语言信息
的累积前景理论决策方法,并应用于应急决策领域。
在累积前景理论中,在进行方案选择时需要考虑备选方案
的指标评估信息相对某一参考点的收益或者损失,因此参考点
的选择很重要。本文以不同前景状态下应急方案指标评价的
均值作为参考点,根据概率语言的距离公式计算备选应急方案
各指标评估信息相对参考点的距离,求出方案在某一状态下的
前景价值矩阵和概率权重矩阵,最后求出综合前景矩阵。
13 综合前景价值矩阵的构建
假设不确定条件下的多属性应急决策问题中,A={A
1
,
A
2
,…,A
m
}为备选应急方案集合;采用n个指标C={C
1
,C
2
,…,
C
n
}对备选应急方案进行评估,其中指标权重构成的集合为
ω
=
{
ω
1
,
ω
2
,…,
ω
m
},满足
∑
n
j=1
ω
j
=1;突发事件可能出现的情景的集
第7期耿秀丽,等:基于概率语言COPRAS的多属性风险型应急决策方法
·2029·
合为S={S
1
,S
2
,…,S
t
},其中出现不同情景的概率为P={P
1
,
P
2
,…,P
t
}。基于概率语言信息和累积前景理论的综合前景价
值矩阵的构建步骤如下:
a)获取不同情景下专家针对备选方案指标的评估信息。
专家分别针对突发事件出现的不同情景状态对应急备选方案
指标进行评价,评价结果采用概率语言进行表达。利用式(2)
对评价结果进行标准化处理,其中在第k种情景下,专家对备
选方案A
k
i
基于属性C
j
标准化后的评价结果为x
ij
,i=1,2,…,
m;j=1,2,…,n;k=1,2,…,t。
b)选取参考方案,计算备选方案相对于参考点的距离。
本文以某一情景状态下方案指标评价的均值A
k
o
为参考点,其
中在第k种情景状态下,参考方案针对指标C
k
j
的评价值用x
oj
表示,根据概率语言的距离公式计算第k种情景状态下备选方
案A
kk
i
和参考方案A
o
针对指标C
j
的距离。
c)计算价值矩阵和概率权重矩阵。以方案A
k
o
为参考点,
根据价值函数v
k
ij
和概率权重函数
π
ij
(P
k
),计算第k种情景状
态下备选应急方案A
k
矩阵V
k
i
的价值
ij
和概率权重矩阵
Π
ij
(P
k
)。本文将前景价值函数和前景权重函数中的参数取为
α
=
β
=0.88,
λ
=2.25,
γ
=0.61,
δ
=0.69。价值矩阵V
k
ij
=
[v
k
ij
]
m×n
。
v
k
(d(x
ij
,x
k
oj
))
α
G(x
k
ij
)
≥
G(x
k
oj
)
ij
=
{
k
-
λ
(d(x
k
,x
k
))
β
G(x
k
)<G(x
k
)
(7)
ijojijoj
P
γ
k
G(x
k
)
≥
G(x
k
)
ijoj
π
(P
γ
k
+(1-P
k
)
γ
1
)
γ
ij
(P
k
)=
P
δ
(8)
k
1
G(x
k
ij
)<G(x
k
oj
)
(P
δ
k
+(1-P
k
)
δ
)
δ
其中:G(x
k
ij
)表示在第k种情景状态下,备选方案A
i
针对指标
C
j
的语义评价的得分函数;G(x
k
oj
)表示在第k种情景状态下,
参考方案针对指标C
j
的语义评价的得分函数;概率权重矩阵
Π
ij
(P
k
)=[
π
ij
(P
k
)]
m×n
。
d)构建综合前景矩阵。综合前景值V
ij
为
V
t
ij
=
k
∑
=1
v
k
ij
π
ij
(P
k
) i=1,2,…,m;j=1,2,…,n(9)
综合前景决策矩阵V=[V
ij
]
m×n
表示如下:
V
11
V
12
…V
1n
V=
V
21
V
22
…V
2n
V
m1
V
m2
…V
mn
2 指标权重的求解及应急方案的排序
本文在综合前景决策矩阵的基础上,以COPRAS排序方
法的思想来求解应急决策过程中的指标权重,然后利用
COPRAS方法对备选应急进行排序。其具体步骤如下:
a)对综合前景决策矩阵V进行标准化处理,标准化方法为
V-m
m
珔
V
ij
i=
i
1
n(V
ij
)
ij
=(10)
m
m
i=
a
1
x(V
ij
)-m
m
i=
in
1
(V
ij
)
得到标准化后的决策矩阵
珚
V为
珔
V
11
珔
V
12
…
珔
V
1n
珚
V=
珔
V
21
珔
V
22
…
珔
V
2n
i=1,2,…,m;j=1,2,…,n
珔
V
m1
珔
V
m2
…
珔
V
mn
b)设第j个指标的权重为
ω
j
,计算加权标准化的决策矩阵
V
^
,加权标准化的方法如下:
^
V
ij
=
珔
V
ij
×
ω
j
(11)
得到加权标准化后的决策矩阵V
^
为
^^
V
11
^
V
12
…V
1n
V
^
=
^
V
21
^^
V
22
…V
2n
i=1,2,…,m;j=1,2,…,n
^
V
m1
^
V
m2
…
^
V
mn
c)计算标准值之和p
i
,计算方法为
p
n
i
=
∑
j=1
V
ij
(12)
由于综合前景值表示的是专家的满意程度,所以本文所有
的指标都被认为是效益型。
d)指标权重的计算。以所有备选方案的整体效用度最大
化为目标函数建立以下线性规划模型:
maxZ=
∑
m
i=1
U
i
i=1,2,…,m(13)
s.t.
ω≥
,
n
j
0
∑
j=1
ω
j
=1,
ω
j
∈Λ
(j=1,2,…,n)
其中:
Λ
为专家给出的各个指标权重的已知约束范围;U
i
为每
种备选方案的效用度。一种方案的效用度被定义为这种方案
的标准值之和与方案最大标准值之和之间的比值,表示为
U
i
=[
p
i
p
]×100%(14)
max
其中:p
max
为标准值之和的最大值,标准值之和越大,方案就越
重要,它描绘了专家对方案的满意程度,标准值之和越高的方
案是最合适的备选方案,表示为
p
max
=maxp
i
i=1,2,…,m(15)
求解线性规划模型,得到指标权重
ω
1
,
ω
2
,…,
ω
n
。
e)备选应急方案的排序。将求得的备选方案指标权重代
入式(11)~(15)中,得到每种备选方案的效用度。从式(14)
可以看出,每种方案的效用度的取值介于0~100,在进行应急
方案选择过程中,应根据每种备选方案的效用度大小进行最佳
方案的选择,即对U
i
从大到小进行排序,即方案的优先选择
顺序。
3 案例分析
2017年夏天,我国南方地区出现了连日的强降雨天气,给
人民的生命财产带来了巨大的损失。某山区村落地势较低,四
面环山,由于连日的强降雨的袭击,出现了山体滑坡的情况,大
量的房屋和村民被掩埋,情况十分危急。为了解救被困居民,
应急部门迅速启动,通过对现场进行分析并结合现有的经验初
步制定了以下四个应急方案:
a)A
1
为由直升机搭载相关的救援人员及其小型救援设备
迅速赶往受灾现场,将可以取得联系的人员转移由直升机转移
到安全的区域,同时采用小范围内局部爆破的方式对被埋的失
踪人员进行搜救。此方案可以让搜救人员第一时间赶赴现场。
b)A
2
为由相关车辆搭载救援人员及其小型救援设备赶往
受灾现场,将可以取得联系的人员转移由车辆转移到安全的区
域,其中车辆难以通行的路线由救援人员带着设备步行前往,
同时采用小范围内局部爆破的方式对被埋的失踪人员进行搜
救。此方案成本相对较低。
c)A
3
为直接采用大型设备来对被埋的失踪人员进行搜
救,同时通过车辆和步行的方式将可以联系的人员转移到安全
区域。大型设备效果较好,但比较笨重,到达灾区耗费时间长,
且成本较高。
d)A
4
为首先由直升机搭载相关的救援人员及其小型救援
设备迅速赶往受灾现场,将可以取得联系的人员转移由直升机
转移到安全的区域,同时采用小范围内局部爆破的方式对被埋
的失踪人员进行搜救,然后等大型设备到达现场之后,再采用
局部爆破和大型设备相结合的方式对失踪人员进行搜救,此方
案效果最好,但耗费成本也最高。
由气象部门和地质部门的专家进行分析可知未来24h可
·2030·
计算机应用研究第37卷
能出现以下三种不同的情景,其中三种不同的情景出现的概率
分别为S={0.5,0.3,0.2}。
S
1
为强降雨天气仍将持续,再次出现大范围的山体滑坡
现象。
S
2
为降雨天气稍微有所好转,再次出现部分山体滑坡现象。
S
3
为降雨天气有所好转,会出现很小范围内的山体滑坡
现象。
专家在进行决策时需考虑以下指标:抢救生命(C
1
)、及时
安全地撤离(C
2
)、经济性(C
3
)、便捷性(C
4
),采用本文所提到
的方法基于突发事件出现不同情景状态和指标对上述备选方
案进行研究分析,选择最合适的备选应急方案进行响应,具体
过程如下:
a)召集气象部门、地质部门、交通部门、国土部门及民政
等部门的专家给出不同情景状态下的方案评价值。候选语义
集为S
{5}
={S
0
=非常差,S
1
=差,S
2
=一般,S
3
=好,S
4
=非常
好}。采用多轮协调的方法获取最终的方案评价信息,如表
1~3所示。
表1 S
1
状态下各指标的评估信息
Tab.1 EvaluationinformationforindicatorsinS
1
state
C
1
C
2
C
3
C
4
A
1
{S
3
(0.6)}{S
4
(0.8),S
5
(0.2)}{S
4
(0.8)}{S
4
(0.8)}
A
2
{S
2
(0.7)}{S
3
(0.8)}{S
5
(0.6)}{S
5
(0.8)}
A
{S{
3
{S
4
(0.8)}{S
3
(0.8)}
3
(0.4),S
3
(0.8),
S
4
(0.6)}S
4
(0.2)}
A
{S(0.{S
2
(0.4),{S
4
{S
4
(0.2),S
5
(0.6)}
4
8),
2
(0.8),
S
5
(0.2)}S
3
(0.6)}S
3
(0.2)}
表2 S
2
状态下各指标的评估信息
Tab.2 EvaluationinformationforindicatorsinS
2
state
C
1
C
2
C
3
C
4
A
{S
2
(0.4),
1
S
{S
3
(0.6)}
4
(0.8)}{S
4
(0.7)}{S
3
(0.8)}
A
{S{S
2
1
(0.4),
3
(0.9),
S
{S
2
(0.6)}S
4
(0.1)}
5
(0.7)}{S
4
(0.8)}
A
{S{S
3
{S
3
(0.8)}
3
(0.9),
4
(0.8),{S
2
(0.2),
S
4
(0.1)}S
3
(0.2)}S
3
(0.8)}
A
4
{S
4
(0.6)}{S
4
(0.8)}{S
{S
3
(0.2)}
2
(0.8),
S
3
(0.2)}
表3 S
3
状态下各指标的评估信息
Tab.3 EvaluationinformationforindicatorsinS
3
state
C
1
C
2
C
3
C
4
A
{S{S
1
3
(0.6),
3
(0.2),
S
{S
{S
4
(0.4)}
4
(0.8)}
4
(0.6),
S
5
(0.4)}S
4
(0.8)}
A
{S
2
{S
2
(0.7)}{S
3
(0.9)}
4
(0.4),
S
{S
5
(0.6)}
4
(0.8)}
A
{S
3
3
(0.4),
S
{S{S
{S
3
(0.8),
4
(0.6)}
3
(0.9)}
4
(0.8)}
S
2
(0.2)}
A
{S
4
(0.3),
4
S
{S{S
5
(0.6)}
4
(0.8)}
3
(0.6)}{S
2
(0.8)}
b)以不同情景状态下方案指标评价的均值A
k
o
为参考点,
A
k
o
为不同情景状态下备选应急方案指标评估得分函数均值所
对应的标准化后的概率语言信息x
k
oj
。利用式(2)对评价结果
进行标准化处理后,根据概率语言的距离公式(4)计算第k种
情景状态下备选方案A
kk
i
和参考方案A
o
针对指标C
j
的距离,
如表4~6所示。
表4 S
1
状态下备选应急方案各指标到参考点的距离
Tab.4 Distancefromeachindicatorofalternativeemergency
plantoreferencepointinS
1
state
C
1
C
2
C
3
C
4
S
1
0.4380.60.20.4
S
2
1.4380.61.21.4
S
3
0.5620.60.20.4
表5 S
2
状态下备选应急方案各指标到参考点的距离
Tab.5 Distancefromeachindicatorofalternative
emergencyplantoreferencepointinS
2
state
C
1
C
2
C
3
C
4
S
1
0.20.450.050
S
2
1.20.451.051
S
3
0.20.450.150.2
表6 S
3
状态下备选应急方案各指标到参考点的距离
Tab.6 Distancefromeachindicatorofalternative
emergencyplantoreferencepointinS
3
state
C
1
C
2
C
3
C
4
S
1
0.1670.50.40.65
S
2
1.3670.50.60.85
S
3
0.2330.500.35
c)计算综合前景矩阵。
根据式(7)~(8)计算三种情景状态下各个应急备选方案
的价值矩阵和概率权重矩阵。
-1.0870.6380.2430.446
-3.097-1.4351.1741.344
V
1
ij
=
0.603-1.435-0.546-1.005
1.2700.638-2.642-3.025
0.4540.4210.4210.421
Π
0.421
ij
(P
1
)=
0.4540.4540.421
0.4210.4540.4540.454
0.4210.4210.4540.454
-0
.5460.4950.0720
V
2
2.642-1.1141.0441
ij
=
-
0.243-1.114-0.424-0.546
1.1740.495-2.151-1.849
0.3280.3180.3180.318
Π
0.3280.3280.30.318
ij
(P
2
)=
18
0.3180.3280.3280.328
0.3180.3180.3280.328
-0.4650.5430.4460.684
V
3
0.867
ij
=
-2.962-1.2230.638
0.278-1.2230.000-0.893
1.2600.543-2.250-2.544
0.2570.2610.2610.261
Π
.2570.0.261
ij
(P
02570.261
3
)=
0.2610.2570.2570.257
0.2610.2610.2570.257
根据式(9)计算综合前景价值矩阵V
ij
。
-0.7920.5680.2410.367
V
-3.033-1.3310.9931.110
ij
=
0.403-1.331-0.387-0.865
1.2370.568-2.483-2.634
d)利用式(10)对综合前景决策矩阵V进行标准化处理,
得到标准化后的决策矩阵V
珚
为
0.5250.8430.7670.796
珚
V=
0.0000.3990.9430.970
0.8050.3990.6200.508
1.0000.8430.1290.094
e)以备选方案的整体效用度最大化为目标函数建立以下
优化模型:
maxZ=
4
i
∑
=1
U
i
(i=1,2,…,4)
s.t.
ω
j
≥
0,
∑
4
j=1
ω
j
=1,
ω
j
∈Λ
(j=1,2,…,4)
其中:
U
i
=[
p
i
p
]×100%
max
p
max
=maxp
i
,p
i
=
∑
4
^^
珔
j=1
V
ij
,V
ij
=V
ij
×
ω
j
Λ
={0.3
≤ω
1
≤
0.4,
ω
2
≥
0.15,0.1
≤ω
3
≤
0.2,
ω
4
≥
0.1}
用Excel求解上述优化模型,得到四个指标的权重分别为
第7期耿秀丽,等:基于概率语言COPRAS的多属性风险型应急决策方法
·2031·
0.4、0.15、0.2、0.25。
f)将求得的指标权重代入式(11)(12)中,得到各个备选
应急方案标准值之和分别为0.687、0.489、0.632、0.576。将各
方案的标准值之和代入式(15)和(14)中,得到四种应急备选
方案的效用度分别为1、0.712、0.919、0.837。
由步骤f)的结果可知,每种备选应急方案的效用度的取值
范围是介于0%~100%间,在进行突发事件应急方案选择过程
中,应根据效用度大小进行最佳方案的选择,即对U
i
从大到小
进行排序,排序结果为U
1
>U
3
>U
4
>U
2
。第一种方案的效用度
最大,则应选择第一种备选应急方案进行村民的救援工作。
为说明本文所提方法的有效性,将本文方法与文献[16]
求解指标权重并进行方案排序的方法进行对比。在标准化后
的综合前景价值矩阵V
珚
的基础上,采用文献[16]的方法得到
各个指标的权重为0.3、0.15、0.2、0.35。采用文献[16]的
TOPSIS方法计算得到备选应急方案的贴近度为0.574、0.493、
0.571、0.517,根据贴近度的大小对方案排序为U
1
>U
3
>U
4
>
U
2
,排序结果与本文的结果相同。但通过计算标准化后贴近
度的方差为0.0003,将本文方法求得的效用度经过标准化处
理,并计算其方差为0.0014。不同方法求得的指标权重如图
1所示。不同方法下的方案排序如图2所示。通过方差以及
图2可知,对比方法得到的贴近度过于相近,不能作为U
1
为最
佳应急方案的有利证明。相比对比方法,本文方法在确定U
1
为最佳应急方案时更加具有说服力。
注:为消除量纲影响,图2中的纵坐标值为本文方法得到
的效用度和对比方法得到的贴近度标准化后的结果。
4 结束语
本文针对不确定条件下的多属性应急决策问题给出一种
新的方法,所提方法的特点如下:a)在考虑风险态度的累积前
景理论条件下,针对决策信息存在的犹豫性以及犹豫偏好程
度,提出基于概率语言的累积前景理论决策方法,用于解决多
属性应急决策问题;b)在不完全指标权重情况下,以COPRAS
排序方法的思想来求解应急方案的指标权重,即以所有备选方
案的整体效用度最大化为目标函数建立优化模型来求解指标
权重,并利用COPRAS方法对备选应急方案进行排序。
通过分析山体滑坡后解救被困村民的应急决策案例,验证
了本文方法的有效性。本文适用于求解不完全指标权重情况
下的指标权重计算问题,后续将研究更为客观的情景概率估计
方法、群决策中的冲突协调问题以及指标权重完全未知条件下
的多属性应急决策问题。
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