基于ANP的超级决策软件介绍及其应用

2003年8月系统工程理论与实践第8期　文章编号:100026788(2003)0820141203基于AN P的超级决策软件介绍及其应用刘　睿1,余建星1,孙宏才2,田　平2(1.天津大学建筑工程学院,天津300072;2.总装备部工程兵二所,北京100850)摘要:　从应用的角度介绍AN P(网络层次分析法)应用软件——超级决策软件系统,并利用该软件对水利水电项目导流施工方案进行评价Λ用同一组数据分别对AN P和A H P模型进行计算,出现了倒序现象,因此是否考虑系统内部元素间的反馈和依存关系将直接影响备选方案的排序Λ作者尝试性地应用该软件,说明AN P方法作为一种决策方法是可以用于工程实际的Λ关键词:　AN P;超级决策;施工方案评价中图分类号:　N94 文献标识码:　A In troducti on to the AN P Super D ecisi on s Softw areand Its A pp licati onL I U R u i1,YU J ian2x ing1,SU N Hong2cai2,T I AN P ing2(1.Schoo l of Constructi on Engineering,T ianjin U niversity,T ianjin300072,Ch ina;2.N o.2institute,Engineering Co rp s, Equi pm ent D epartm ent of General,Beijing100850,Ch ina)Abstract:　In the view of app licati on,the paper introduces the AN P super decisi on softw are,m ean2w h ile use the softw are to evaluate the constructi on p lan in hydroelectric pow er p ro ject.Fo r rank be2com es reversed w hen calculating A H P model and AN P model w ith the sam e data,it p roves the p ri o rityof the p lan has the directly connecti on w ith the model w hether considering dependence and feedback ofelem ents o r no t.A s a decisi on m ethod,the AN P theo ry can be used in p ractical engineering w ith thehelp of the softw are.Key words:　AN P(A nalytic N etw o rk P rocess);super decisi on;constructi on p lan evaluati on1　引言A H P(A nalytic H ierarchy P rocess)是美国P ittbu rgh大学T.L.Satty教授提出的一种多准则决策方法,已在系统决策中得到了广泛的应用Λ常规的A H P方法将系统划分为层次,只考虑上一层次元素对下一层次元素的支配和影响,同时假设同一层次的元素之间是相互独立的,不存在相互依存的关系Λ这种假设在简化了系统内部元素关系的同时,也限制了其在复杂系统中的应用Λ许多复杂系统必须考虑层次内部元素的依存和下层元素对上层元素的反馈影响,T.L.Satty教授为此在1996年系统地提出了AN P(A na2 lytic N etw o rk P rocess)理论[1],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ΛAN P理论更准确地描述客观事物之间的联系,是一种更加有效实用的决策方法Λ传统的A H P方法只是AN P方法的一个特例Λ由于国内对AN P的理论研究还处于初级阶段,有关AN P理论的文章不多,如文献[2,3],加上AN P 模型的计算较为复杂,在不借助于计算软件的情况下,很难将AN P模型应用于解决实际决策问题ΛAN P 计算问题是解决AN P应用的瓶颈,其计算的复杂性严重阻碍AN P理论在实践中的应用Λ目前国内将收稿日期:2002209219作者简介:刘睿(1969-),女,安徽合肥人,博士研究生,研究方向为工程项目风险管理,Em ail:liuruibeijing@sohu. com;余建星,天津大学建工学院院长,博士生导师;孙宏才,总装备部工程兵二所所长,博士生导师;田平,总装备部工程兵二所总工程师Λ241系统工程理论与实践2003年8月AN P模型用于实际的例子尚不多见,文献[4]将一个简单的带反馈的A H P问题(AN P)转化为A H P之后,将问题得以求解Λ如果对较为复杂的AN P问题,文献[4]的方法将是无法推广的Λ最近Rozann W. Satty和W illiam A dam s在美国推出了超级决策(Super decisi on,下称SD)软件,该软件基于AN P理论,已成功地将AN P的计算程序化,是AN P的强大的计算工具,为AN P的推广奠定了基础Λ本文从应用的角度介绍AN P的应用软件——超级决策SD软件,并成功地利用该软件对水利水电项目导流施工方案进行评估Λ2　ANP应用软件——超级决策S D软件介绍超级决策SD软件提供了强大的功能,可以计算任何AN P模型,并完整地表达计算结果Λ当然如果不输入相关元素之间的关系,则该软件也完全可以用来计算A H P模型Λ同时该软件也提供了良好的人机对话窗口,较方便于使用者,遗憾的是该软件没有汉化,在推广中会存在语言障碍Λ运用AN P超级决策SD 软件进行决策的基本步骤如下:1)对决策问题进行分析,将一个复杂问题分解成各个元素组(clu ster)和元素(elem en t)Λ同时在程序中选择相应按键,逐个输入元素组(C)和元素(E)Λ输入方式有三种:三层结构模板、二层结构模板或是不用模板,自行设计ΛSD软件提供的标准模板是将任何一个决策问题归结为从利益(B enefits)、成本(Co sts)、机会(Oppo rtun ities)、风险(R isk s)四个准则来考虑,即可以将决策问题转化为BOCR四个方面去评价Λ在每个准则之下,可分别构造子网络、子子网络,网络内部有元素组,元素组内有元素Λ自行设计的模型可将任何一个AN P模型在程序中表示出来Λ2)按支配关系将各个元素组(clu ster)和元素(elem en t)聚类形成网状结构,确定元素组(clu ster)之间和元素(elem en t)之间的关系,主要判断元素层次是否内部独立,是否有依存和反馈关系存在Λ按照比例标度经过人们的判断,针对某一目标,对元素组(clu ster)之间和元素(elem en t)之间进行逐一比较,构成两两对比矩阵Λ在输入方式上可采用矩阵式、百分比式、问卷式、口头方式,也可以直接以文件形式输入数据Λ凡是相互之间存在依存和反馈关系的,都应进行两两比较Λ当同一层元素之间相互独立,不作两两比较时,就转化为AN P模型的特例——A H P模型Λ以上两部分构成了SD软件的输入部分Λ3)计算分析部分:根据上述输入,SD软件就可以构造超矩阵、加权超矩阵、极限超矩阵,最终可得综合优势度,另外还可以进行灵敏度的计算,如不借助于SD软件,灵敏度计算的工作量是极其繁重的Λ改变两两对比矩阵、优势度的数值,可分别分析计算其灵敏度变化情况Λ超矩阵、加权超矩阵、极限超矩阵的数据可以在EXCEL表格中打开,最终优势度数据和灵敏度可用图表表示Λ3　案例研究水利水电工程中不过水围堰施工导流方案的选择是一个复杂的多目标决策问题,通常选择备选方案的准则有施工费用指标、工期指标、施工风险指标和施工难度指标[5]Λ1)工程费用指标该项费用由确定性和不确定性两部分费用组成Λ一旦施工方案选定,确定性费用,包括导流泄水建筑物费用、围堰工程费用和基坑抽排水费用等,可视作恒定的值Λ当导流工程失效时,需采取补救措施,这时发生不确定性工程费用,如基坑再次抽排水费用、围堰修补费用和基坑清淤费用Λ2)施工工期指标当导流工程失效时,需采取补救措施,造成施工工期的延长,工期延长量由基坑再次抽排水时间、围堰修补时间和基坑清淤时间决定Λ3)施工风险指标施工风险度是由导流系统中的水文、水力等不确定因素引起的Λ通常,可用年导流风险率来表示风险度指标Λ4)施工难度指标施工难度主要集中在隧洞施工难度和围堰施工难度上Λ上述各项指标都可以通过模糊打分法确定Λ同时,通过上面的分析,各项指标之间存在一定的依存关系,如工程费用和工期都是由施工工程量确定,工程量包括确定和不确定两部分,其中不确定性工程量与施工风险指标和风险难度指标密切相关Λ可以说,施工风险指标和施工难度指标决定了施工方案的未来工程费用和工期Λ因此,在综合评价施工方案时,必须考虑到各项指标之间的依存关系,即施工风险指标和施工难度指标对工程费用和工期的影响Λ建立如图1所示的AN P 模型Λ图1　为比较AN P 与传统的A H P 模型的不同,笔者借助于超级决策(Sup er decisi on )软件,用同一组数据对这两种模型进行了计算ABC 方案的排序,用A H P 模型计算结果为A >C >B ;用A H P 模型计算结果为C >A >B Λ当然,AN P 模型中分别增加了施工风险指标和施工难度指标对工程费用和工期的影响判断Λ值得注意的是方案A 和方案C 的排序出现颠倒Λ这种排序的颠倒正说明了是否考虑因素内部依存关系会直接影响决策Λ另外,通过对敏感度的计算也得到了一些有意的启示Λ限于篇幅,这里无法将有关数据一一说明Λ4　结语基于AN P 理论的超级决策SD 软件成功地解决了超矩阵的复杂计算问题,解决了AN P 方法在决策中的实际应用困难Λ同时,由于对AN P 机理还存在许多的疑惑,如考虑因素之间的影响为多大时,会出现方案倒序等等问题,还需要进一步地进行研究和探索Λ参考文献:[1]　Saaty T L .D esi on M ak ing w ith D ependence and Feedback :T he A nalytic N etw o rk P rocess [M ].P ittburgh ,RW SPublicati ons .2001.84-136.[2]　王莲芬.网络分析法(AN P )理论和算法[J ].系统工程理论和实践,2001,21(3):44-50.[3]　孙宏才,田平.网络层次分析法(AN P )与科学决策[A ].孙宏才.决策科学理论与方法[C ].北京:海洋出版社,2001,3-8.[4]　刘林.反馈系统排序方法及其在产业结构分析中的应用[D ].天津:天津大学系统所,1987.[5]　钟登华,毛寨汉,刘海东.施工导流方案的多目标总体综合评价方法[J ].水利水电技术,2002,33(5):17-20.(上接第140页)参考文献:[1]　李丛信,陈淼鑫,郭福田,周丽佩.注水系统的计算方法[J ].石油学报,1998,19(3):120-124.[2]　陈淼鑫,刘翠玲,陈晓昕,李天歇.大型注水系统的最优控制(一)、(二)[J ].黑龙江自动化技术与应用,1996,18(6):1-7.[3]　陈淼鑫,刘铁男,司光宇.大型注水系统的运行、计算和控制[J ].大庆石油学院学报,1995,19(3):71-75.[4]　朱俊华,战长松.往复泵[M ].北京:机械工业出版社,1991.[5]　席少霖.非线性最优化方法[M ].北京:高等教育出版社,1992.341第8期基于AN P 的超级决策软件介绍及其应用。