层次分析法在数学建模中的应用_刘浪

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层次分析法及其在数学建模竞赛中的实际应用

层次分析法及其在数学建模竞赛中的实际应用
教育教学
层次分析法及其在数学建模竞赛中的实际应用
肖郑利
(天津机电职业技术学院,天津市 300131)
[摘 要] 通过建立系统的递阶层次结构,构造两两比较判断矩阵,并进行一致性检验,计算出各个因素的组合权重,从而构造出层次分析 法模型,并将该模型应用到数学建模竞赛的队员选拔过程中。该模型能使队员的选拔过程更加客观、准确、系统、有效。 [关键词] 数学建模;选拔;层次分析法;权重;矩阵
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Σ Σ Σ 因素的组合权系数为 aiωi1, aiωi2,…, aiωin,按照从高到低的
i= 1
i= 1
i= 1
顺序一层层求下去,直到求出所有层所有因素的权系数为止。最后根据
最低层即方案层权系数的分布给出一个关于各个方案优先程度的排序。
记 Bk 为第 k 层次上所有因素相对于上一层相关因素的权向量按列 组成的矩阵,则第 k 层的组合权系数向量为 Wk= B·k Bk- 1……B·2 B1,其中 B1= (1)。
[1] T.L.Saaty.The Analytic Hierarchy Process [M].McGraw- Hill International Book Company,1980. [2] 胡运权.运筹学教程(第二版)[M].北京:清华大学出版社,2003. [3] 姜启源,谢金星,叶俊.数学模型[M].高等教育出版社,2003. [4] 邹琴,方云.AHP 法在数学建模参赛队选拔中的应用[J].韶关学院学报, 2008.
最后求出组合权系数。 第一层因素 A- B1:0.54 A- B2:0.297 A- B3:0.163 第二层因素 B1- C1:0.151 B1- C2:0.091 B1- C3:0.758 B2- C4:0.125 B2- C5:0.875 B3- C6:0.333 B3- C7:0.667

层次分析法-数学建模

层次分析法-数学建模

层次分析法一、分析模型和一般步骤二、建立层次结构模型三、构造成对比较矩阵四、作一致性检验五、层次总排序及决策一.层次分析模型和一般步骤层次分析法是一种定性与定量分析相结合的多因素决策分析方法。

这种方法将决策者的经验判断给于数量化,在目标因素结构复杂且缺乏必要数据的情况下使用更为方便,因而在实践中得到广泛应用。

层次分析的四个基本步骤:(1)在确定决策的目标后,对影响目标决策的因素进行分类, 建立一个多层次结构;(2)比较同一层次中各因素关于上一层次的同一个因素的相对重要性,构造成对比较矩阵;(3)通过计算,检验成对比较矩阵的一致性,必要时对成对比较矩阵进行修改,以达到可以接受的一致性;(4)在符合一致性检验的前提下,计算与成对比较矩阵最大特征值相对应的特征向量,确定每个因素对上一层次该因素的权重;计算各因素对于系统目标的总排序权重并决策。

建立层次结构模型将问题包含的因素分层:最高层(解决问题的目的);中间层(实现总目标而采取的各种措施、必须考虑的准则等。

也可称策略层、约束层、准则层等);最低层(用于解决问题的各种措施、方案等)。

把各种所要考虑的因素放在适当的层次内。

用层次结构图清晰地表达这些因素的关系。

〔例1〕购物模型某一个顾客选购电视机时,对市场正在出售的四种电视机考虑了八项准则作为评估依据,建立层次分析模型如下:例2〕选拔干部模型对三个干部候选人二、厶、宀,按选拔干部的五个标准:品德、才能、资历、年龄和群众关系,构成如下层次分析模型:假设有三个干部候选人二、厶、宀,按选拔干部的五个标准:品德,才能,资历,年龄和群众关系,构成如下层次分析模型例3〕评选优秀学校某地区有三个学校,现在要全面考察评出一个优秀学校。

主要考虑以下几个因素:(1)教师队伍(包括平均学历和年龄结构)(2) 教学设施(3) 教学工作(包括课堂教学,课外活动,统考成绩和教学 管理) (4) 文体活动三、构造成对比较矩阵比较第i 个元素与第j 个元素相对上一层某个因素的重要性时,使用数量化的相对权重、来描述。

层次分析法在数学建模中的应用

层次分析法在数学建模中的应用

层次分析法在数学建模中的应用摘要:人们在生活中处理一些决策问题的时候,要考虑的因素有多有少,有大有小,但是一个共同的特点是它们通常都涉及到经济、社会、人文等方面的因素。

在作比较、判断、评价、决策时,这些因素的重要性影响力或者优先程度往往难以量化,人的主观选择会起着相当主要的作用,这就给用一般的数学方法解决问题带来本质上的困难。

这是就有人提出了一种能有效地处理这样一类问题的实用方法,称为层次分析法,这是一种定性和定量相结合的、系统化、层次化的分析方法。

以及在对层次分析法的引入基础之上,建立层次分析模型,并给出了层次分析的求解过程,以及在现实生活中的应用。

关键词:层次分析法;成对比较矩阵;权向量;一致性指标;一致性比率一.问题的提出:人们在日常生活中常常碰到许多决策问题:请朋友吃饭要筹划是办家宴还是去饭店,是吃中餐、西餐还是自助餐;假期旅游和科研成果的评价。

诸如此类问题面临抉择,就要慎重考虑,反复比较,尽可能满意的决策。

然而人们在处理上面这些决策问题的时候,要考虑的因素有多有少,有大有小,但是一个共同的特点是它们通常都涉及经济社会和人文等方面的因素。

在做比较、判断、评价、决策时,这些因素的重要性、影响力或者优先程度难以量化,人的主观选择会起着相当重要的作用。

T.L.Saaty等人在20世纪70年代提出了一种能有效地处理这样一类问题的实用方法,称为层次分析法(简称AHP),这是一种定性和定量相结合的、系统化、层次化的分析方法。

二.层次分析法的基本步骤1.将决策问题分解为三个层次。

最上层为目标层,最下层为方案层,中间层为准则层。

2.通过相互比较确定各准则对于目标的权重,及各方案对于每一准则的权重,这些权重在人的思想过程中通常是定性的,而在层次分析法中则要给出得到权重的定量方法。

3.将方案层对准则层的权重及准则层对目标层的权重进行综合,最终确定方案层对目标层的权重。

在层次分析法中要给出进行综合的计算方法。

数学建模——层次分析法

数学建模——层次分析法

数学建模——层次分析法层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)是一种用于复杂决策和评估问题的定量方法,旨在帮助决策者在多个准则和选项之间进行权衡和选择。

该方法由美国学者Thomas L. Saaty于1970年代初提出,已经广泛应用于管理、工程、经济学、环境科学等领域。

方法步骤:1.建立层次结构:将复杂的决策问题分解为不同层次的因素和准则,形成层次结构。

层次结构包括目标层、准则层和选择层。

2.创建比较矩阵:对每个层次内的准则和选择进行两两比较,确定它们之间的相对重要性。

使用尺度来表示两者之间的相对优先级,通常是1到9之间的数值。

3.计算权重:通过计算比较矩阵的特征向量,得出每个准则和选择的权重。

特征向量反映了每个准则和选择对目标的贡献程度。

4.一致性检验:检查比较矩阵的一致性,确保所做的两两比较是合理的。

如果比较矩阵不够一致,需要进行调整。

5.计算综合得分:将每个选择的权重与其所属准则的权重相乘,得出每个选择的综合得分。

综合得分反映了每个选择在整体目标中的重要性。

6.做出决策:根据综合得分,确定最佳选择。

较高的综合得分通常意味着更优选。

示例:选择旅游目的地假设你想选择一个旅游目的地,考虑了三个因素:景色美丽度、文化体验和交通便利性。

你将这三个因素作为准则,然后列出了三个潜在的旅游目的地:A、B 和C。

步骤:1.建立层次结构:2.目标层:选择最佳旅游目的地3.准则层:景色美丽度、文化体验、交通便利性4.选择层:A、B、C5.创建比较矩阵:比较准则之间的相对重要性,如景色美丽度相对于文化体验的比较,以及文化体验相对于交通便利性的比较。

使用1到9的尺度,表明一个因素比另一个因素重要多少。

6.计算权重:计算每个准则和每个选择的权重,使用特征向量法。

7.一致性检验:检查比较矩阵的一致性。

如果一致性不够,可能需要重新考虑比较。

8.计算综合得分:将每个选择的权重与其所属准则的权重相乘,得出每个选择的综合得分。

层次分析法在数学建模中的应用

层次分析法在数学建模中的应用

层次分析法在数学建模中的应用
张俊生
【期刊名称】《科技信息》
【年(卷),期】2009(000)10X
【摘要】本文研究了在应用层次分析法建立数学模型时遇到的主要困难和局限性,提出了在应用层次分析法时,建立层次结构模型是十分关键的一步,并举例说明如何从实际问题中抽象出相应的层次结构。

【总页数】0页(P6)
【作者】张俊生
【作者单位】新乡市卫生学校
【正文语种】中文
【中图分类】O225
【相关文献】
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3.“微元法”在数学建模教学中的应用——以全国数学建模竞赛作品为例
4.浅谈数学建模在初中数学课堂中的应用——数学建模在解直角三角形中的应用
5.应用意识:数学建模的指向--对初中数学教学中数学建模的思考
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层次分析法数学建模

层次分析法数学建模
权重分配不合理
在某些情况下,层次分析法可能无法合理地分配权重,导致决策结果 与实际情况存在较大偏差。
无法处理动态变化
层次分析法主要用于静态决策问题,对于动态变化的决策问题处理能 力较弱。
05 结论与展望
结论
层次分析法是一种有效的决策分析方法,能够将复杂问题 分解为多个层次和因素,通过比较和判断各因素之间的相 对重要性,为决策提供依据。
实例三:风险评估问题
总结词
层次分析法在风险评估问题中,能够综合考虑风险的多种来源和影响因素,确定各因素之间的权重关 系,为风险的有效控制提供科学的依据。
详细描述
风险评估问题涉及到如何识别、评估和控制各种潜在的风险。层次分析法可以将风险的多种来源和影 响因素进行比较和判断,确定各因素之间的权重关系,为风险的有效控制提供科学的依据。同时,层 次分析法还可以用于制定风险应对策略和预案,提高组织的抗风险能力。
层次单排序与一致性检验
层次单排序
根据判断矩阵的性质和计算方法,计 算出各组成元素的权重值,并按照权 重值的大小进行排序。
一致性检验
对判断矩阵的一致性进行检验,以确 保各组成元素之间的相对重要性关系 符合逻辑和实际情况。
层次总排序与一致性检验
层次总排序
根据各层次的权重值和组成元素的权重值,计算出整个层次结构模型的权重值, 并进行总排序。
确定层次
根据问题的复杂程度和组 成元素的性质,将层次结 构划分为不同的层次,以 便于分析和计算。
判断矩阵的建立
确定判断标准
根据问题的特点和要求,确定判 断各组成元素之间相对重要性的 标准和方法。
构造判断矩阵
根据判断标准,构造出一个判断 矩阵,用于表示各组成元素之间 的相对重要性关系。

数学建模之层次分析法

数学建模之层次分析法

层次分析法层次分析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。

缺点:(1)层次分析法的主观性太强,模型的搭建,判断矩阵的输入都是决策者的主观判断,往往会因为决策者的考虑不周、顾此失彼而造成失误。

(2)层次分析法模型的内部结构太过理想化,完全分离、彼此独立的层次结构在实践中很难做到。

(5)层次分析法只能从给定的决策方案中去选择,而不能给出新的、更优的策略。

1.模型的应用用于解决多目标的复杂问题的定性与定量相结合的决策分析。

(1)公司选拔人员,(2)旅游地点的选取,(3)产品的购买等,(4)船舶投资决策问题(下载文档),(5)煤矿安全研究,(6)城市灾害应急能力,(7)油库安全性评价,(8)交通安全评价等。

2.步骤①建立层次结构模型首先明确决策目标,再将各个因素按不同的属性从上至下搭建出一个有层次的结构模型,模型如下图所示。

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。

准则层: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。

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。

注意:(1)任一元素属于且仅属于一个层次;任一元素仅受相邻的上层元素的支配,并不是任一元素与下层元素都有联系;(2)虽然对准则层中每层元素数目没有明确限制,但通常情况下每层元素数最好不要超过 9 个。

这是因为,心理学研究表明,只有一组事物在 9 个以内,普通人对其属性进行判别时才较为清楚。

当同一层次元素数多于 9 个时,决策者对两两重要性判断可能会出现逻辑错误的概率加大,此时可以通过增加层数,来减少同一层的元素数。

②构造判断(成对比较)矩阵以任意一个上一层的元素为准则,对其支配的下层各因素之间进行两两比较。

数学建模第三讲层次分析法

数学建模第三讲层次分析法

数学建模第三讲层次分析法在数学建模的领域中,层次分析法(Analytic Hierarchy Process,简称 AHP)是一种相当实用且重要的决策方法。

它能够帮助我们在面对复杂的多准则决策问题时,做出更为合理、科学的决策。

那么,什么是层次分析法呢?简单来说,层次分析法就是把一个复杂的问题分解成若干个层次,通过两两比较的方式,确定各层次元素之间的相对重要性,最后综合这些比较结果,得出最终的决策方案。

比如说,我们要选择一个旅游目的地。

这时候,可能会考虑多个因素,比如景点吸引力、交通便利性、住宿条件、餐饮质量、费用等等。

这些因素就构成了不同的层次。

然后,我们会对每个因素进行两两比较,比如景点吸引力比交通便利性更重要吗?重要多少?通过这样的比较,我们就能给每个因素赋予一个相对的权重。

为了更清楚地理解层次分析法,我们来看看它的具体步骤。

第一步,建立层次结构模型。

这是层次分析法的基础。

我们需要把问题分解成目标层、准则层和方案层。

目标层就是我们最终要实现的目标,比如选择最佳的旅游目的地。

准则层就是影响目标实现的各种因素,像前面提到的景点吸引力、交通便利性等等。

方案层就是我们可以选择的具体方案,比如去三亚、去桂林、去丽江等等。

第二步,构造判断矩阵。

在这一步,我们要对同一层次的元素进行两两比较,比较它们对于上一层某个元素的重要性。

比较的结果通常用 1 9 标度法来表示。

比如说,如果因素 A 比因素 B 稍微重要,就给A 对B 的比较值赋 3;如果 A 比 B 明显重要,就赋 5;如果 A 比 B 极端重要,就赋 9。

反过来,如果 B 比 A 稍微重要,就给 B 对 A 的比较值赋 1/3,以此类推。

第三步,计算权重向量并进行一致性检验。

通过数学方法,比如特征根法,计算出每个判断矩阵的最大特征值和对应的特征向量。

这个特征向量就是我们所需要的权重向量。

但是,为了确保我们的判断是合理的,还需要进行一致性检验。

如果一致性比率小于 01,就认为判断矩阵的一致性是可以接受的;否则,就需要重新调整判断矩阵。

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注 max:=5.0053,CR=0.0012<0.10 (2)判断矩阵 C1-P
注 max:=3.0037,CR=0.0032<0.10 (3)判断矩第 10 期
大学生就业指导工作探析
朱玉飞
(南京特殊教育职业技术学院,江苏 南京)
【摘 要】大学生就业指导工作是高等学校人才培养工作和就业工作的重要组成部分,对大学生就业更是起着非常关键的作 用。加强大学生就业指导工作的实效性,需在转变就业指导理念、整合就业指导课程、开展就业指导活动等方面做出更加积极的 有益探索。
[J].科技风,2009(12).
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一、大学生就业指导工作要求 1.加强思想教育,引导大学生转变就业观念。加强思想教 育,引导高校毕业生转变就业观念。深化“我的中国梦”主题教 育活动,与就业创业教育相结合,引导大学生把个人成长融入 国家需要,志存高远,脚踏实地,主动到城乡基层、到中小企业、 到中西部地区、到祖国最需要的地方砥砺品质、增长才干、建功 立业。有效引导毕业生合理调整就业期望,使得大学生树立
权重最大的一项即为最优项,最后结果由优到次:工作三、工作
一、工作二。故应选择工作三。
五、结束语
运用层次分析法可以很好地解决多因素的决策问题。它
可以将主观的模糊因素量化来客观反映考察对象的实际情况。
这一方法在数学建模中有着非常广泛的应用。本文构造出的
层次分析法模型,还可以应用到类似的决策工作中,应结合各
【关键词】大学生;就业指导;工作探析
2013 年,全国有 699 万大学毕业生走向社会,再创历史新 高。党中央、国务院高度重视高校毕业生就业工作。国务院印 发了《关于做好 2013 年全国普通高等学校毕业生就业工作的 通知》(国办发〔2013〕35 号),对做好今年高校毕业生就业工作 进行了全面部署。大学生就业指导工作是人才培养工作和就 业工作的重要组成部分,对学生就业更是起着至关重要的作 用。只有扎实做好就业指导工作,才能更有利于大学生在校时 进行合理的自我职业定位,提高自身核心竞争力。加强学生就 业指导,不仅关系到学生的切身利益,也关系到高等教育的科 学发展和社会的和谐稳定。
2013 年第 10 期
层次分析法在数学建模中的应用
刘浪 王利
(江西财经职业学院,江西 九江)
【摘 要】近几年,许多高职院校踊跃地加入了全国数学建模竞赛的队伍,而层次分析法是专科组数学建模竞赛中一种常用的 方法。本文介绍了层次分析法的定义、优缺点及基本步骤,并通过实例说明了如何根据实际问题建立相应的层次结构模型,还提 出了如何将这种方法应用到类似的决策工作中。
体系的实际情况,尽量选取科学合理的指标及其权数。
参考文献: [1]赵静.数学建模与数学实验[M].北京:高等教育出版社,
2000-11. [2] 姜启源,谢金星,叶俊. 数学模型 [M]. 北京:高等教育出
版社,2003-08. [3]陈义华.数学建模的层次分析法[J].兰州理工大学学报,
1997(3). [4]肖郑利.层次分析法及其在数学建模竞赛中的实际应用
四、实例分析 现分析一个实例,以便说明如何根据实际问题建立相应的 层次结构模型。 例:选择合适的工作。某毕业生找工作,目前已有三个单 位表示愿意录用该生。该生根据已有信息建立了一个层次结 构模型,如下图所示。
建模:根据各类因素之间的隶属关系把它们分为 3 个层 次,并建立递阶层次结构模型。
目标层 O:合理选择工作。 准则层 C:收入 C1,发展 C2,声誉 C3,环境 C4,地域 C5。 方案层 P:工作一 P1,工作二 P2,工作三 P3。 通过相互比较确定各准则对目标的权重,及各方案对每一 准则的权重。将上述两组权重进行综合,确定各方案对目标的 权重。根据各因素的重要性关系构造判断矩阵,并利用 MATLAB 软件进行计算,所得判断矩阵及相应计算结果如下: (1)判断矩阵 O – C
3. 加强对大学生养成教育。大学生就业指导要采用多种 形式,逐步建立和完善各项规章制度和管理细则。要贴近学生
注 max:=3.0070,CR=0.0060<0.10 (4)判断矩阵 C3-P
注 max:=3.0070,CR = 0.0060<0.10 (5)判断矩阵 C4-P
注 max:=3.0037,CR=0.0032<0.10 (6)判断矩阵 C5-P
“先就业、后择业”的观念,坚持从实际出发,积极主动地就业。 充分发挥优秀典型示范引领作用,积极开展优秀毕业生回校作 报告、经验交流等教育活动,积极做好毕业生离校前的思想教 育和各项服务工作。
2.从大学生实际需要出发。就师范专业而言,就业指导工 作存在的主要问题受传统思路影响,就是对就业指导认识不 清,大多是沿用师范生就业传统做法,主要是开展一些就业信 息服务、指导与咨询工作,主要表现在传达上级有关文件精神, 帮助毕业生办理就业手续等。人才培养的根本目标是适应生 产、建设、教育、管理、服务第一线需要的,德智体美等方面全面 发展的专门人才,应该是以服务为宗旨,以就业为导向的教育。 就业指导更需要面向学生实际需要、社会需求、企事业单位用 人标准,才能从根本上把握大学生就业指导的基本内涵,才能 帮助学生进行分析客观存在的问题,找准对策,避免择业误区, 增加就业竞争力,在适合的岗位上得到自我价值的体现。
求出其最大特征根及对应特征向量,利用一致性指标、随机一 致性指标和一致性比率做一致性检验。若检验通过,归一化后 的特征向量即为权向量,若不通过,则需重新构造成对比较阵。
4.计算组合权向量并做组合一致性检验:计算最下层对目 标的组合权向量,并根据公式做组合一致性检验,若检验通过, 则按照组合权向量表示的结果进行决策,若不通过,则需要重 新建立模型或重新构造那些一致性比率较大的成对比较阵。
注 max:=3.0037,CR =0.0032<0.10 层次总排序及一致性检验,其结果如下:
层次总排序一致性指标:CI = =0.0026,层次总排序随
机一致性指标:RI =
=0.58,层次总排序随机一致性比率:
CR = =0.0045<0.10。因此,层次总排序的计算结果具有满意
的一致性。层次 P 总排序向量 W=(0.3528,0.2801,0.3670)T 中
【关键词】层次分析法;数学建模;应用
一、引言 对于一个实际问题,当需要从定量的角度分析与研究时, 我们可以用数学符号与语言来描述,把它变成一个数学问题, 然后利用数学工具加以解决,这个过程就是数学建模。我国几 所大学的学生在 1989 年开始参加美国数学建模竞赛,经过短 短十几年,数学建模竞赛在全国各高等院校广泛开展起来,近 几年,许多高职院校也踊跃地加入了数学建模竞赛的队伍。层 次分析法是一种多因素决策方法,它能紧密地与决策者的主观 判断及推理联系起来,对决策者的定性推理过程进行量化的描 述,是专科组数学建模竞赛中一种常用的方法。 二、层次分析法简介 所谓层次分析法,是指将一个复杂的多目标决策问题作为 一个系统,把目标分解为多个目标或准则,进而分解为多指标 的若干层次,再通过定性指标模糊量化方法算出层次单排序和 总排序,以作为目标、多方案优化决策依据的系统方法。层次 分析法是一种简洁实用的系统性决策分析方法,所需的定量数 据信息较少。但是它不能为决策提供新方案,正是因为定量数 据较少,定性成分多,所以不易令人信服,且指标过多时数据统 计量大,权重难以确定。 在现实生活中,会遇到许多的决策问题,比如旅游景点的 选择问题,升学志愿的选择问题等。决策者在做出最后决定以 前,必须考虑多方面的因素或判断准则,通过这些准则做出最 终选择。这些因素是相互制约和影响的。我们把这样的复杂 系统称为一个决策系统。这些决策系统中许多因素之间的比 较往往无法完全用定量的方式描述,此时需要将半定性、半定 量的问题转化为定量计算问题。层次分析法是一种解决这类 问题的行之有效的方法。层次分析法把复杂的决策系统层次 化,通过逐层比较各种关联因素的重要性来为最终的决策提供 定量的依据。 三、层次分析法基本步骤 1. 建立层次结构模型:通过深入分析实际问题,把有关的 各个因素按照不同属性由上到下分解成若干层次,同一层的各 因素从属于上一层的因素,或对上层因素有影响,同时又支配 下一层的因素,或受到下层因素的作用。最上层是目标层,通 常只有一个因素,最下层为方案或对象层,中间可以有一个或 多个层次,通常为准则指标层,当准则过多时应进一步分解出 子准则层。 2. 构造成对比较阵:从层次结构模型的第二层开始,对从 属于上一层每个因素的同一层诸因素,用成对比较法和 1-9 比 较尺度构造成对比较阵,直至最下层。 3. 计算权向量并做一致性检验:对于每一个成对比较阵,
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