层次分析模型.ppt

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层次分析模型层次分析模型1层次分析模型层次分析模型背背景景日常工作、生活中的决策问题日常工作、生活中的决策问题.涉及经济、社会等方面的因素涉及经济、社会等方面的因素.作比较判断时人的主观选择起相当大作比较判断时人的主观选择起相当大的作用，各因素的重要性难以量化的作用，各因素的重要性难以量化.Saaty于于1970年代提出层次分析法年代提出层次分析法AHP（AnalyticHierarchyProcess）AHP一种一种定性与定量相结合的、定性与定量相结合的、系统化、层次化系统化、层次化的分析方法的分析方法目标层目标层O（选择旅游地选择旅游地）P2黄山黄山P1桂林桂林P3北戴河北戴河准则层准则层方案层方案层C3居住居住C1景色景色C2费用费用C4饮食饮食C5旅途旅途一一.层次分析法的基本步骤层次分析法的基本步骤例例.选择旅游地选择旅游地如何在如何在33个目的地中按照景色、个目的地中按照景色、费用、居住条件等因素选择费用、居住条件等因素选择.“选择旅游地选择旅游地”思维过程的归思维过程的归纳纳将决策问题分为将决策问题分为3个层次：

目标层个层次：

目标层O，准则层准则层C，方案层方案层P；每层有若干元素，每层有若干元素，各层元素间的关系各层元素间的关系用相连的直线表示用相连的直线表示.通过相互比较确定各准则对目标的权重，及各方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将上述两组权重进行综合，确定各方案对目标的权重权重.层次分析法将定性分析与定量分析结合起来层次分析法将定性分析与定量分析结合起来完成以上步骤，给出决策问题的定量结果完成以上步骤，给出决策问题的定量结果.层次分析法的基本步骤层次分析法的基本步骤成对比较阵成对比较阵和权向量和权向量元素之间两两对比，对比采用相对尺度元素之间两两对比，对比采用相对尺度设要比较各准则设要比较各准则C1,C2,Cn对目标对目标O的重要性的重要性A成对比较阵成对比较阵A是正互反阵是正互反阵要由要由A确定确定C1,Cn对对O的权向的权向量量选选择择旅旅游游地地成对比较的不一致情况成对比较的不一致情况一致比较一致比较允许不一致，但要确定不一致的允许范围允许不一致，但要确定不一致的允许范围考察完全一致的情况考察完全一致的情况成对比较阵和权向量成对比较阵和权向量不一致不一致成对比较完全一致的情况成对比较完全一致的情况满足满足的的正互反阵正互反阵A称称一致阵一致阵，如，如A的秩为的秩为1，A的唯一非零特征根为的唯一非零特征根为nA的任一列向量是对应于的任一列向量是对应于n的特征向量的特征向量A的归一化特征向量可作为权向量的归一化特征向量可作为权向量对于不一致对于不一致（但在允许范围内但在允许范围内）的成对的成对比较阵比较阵A，建议用对应于最大特征根建议用对应于最大特征根的特征向量作为权向量的特征向量作为权向量w，即，即一致阵一致阵性质性质成对比较阵和权向量成对比较阵和权向量2468比较尺度比较尺度aijSaaty等人提出等人提出19尺度尺度aij取取值值1,2,9及其互反数及其互反数1,1/2,1/9尺度尺度13579相同相同稍强稍强强强明显强明显强绝对强绝对强aij=1,1/2,1/9的重要性与上面相反的重要性与上面相反心理学家认为成对比较的因素不宜超过心理学家认为成对比较的因素不宜超过9个个用用13,15,117,1p9p（p=2,3,4,5）,d+0.1d+0.9（d=1,2,3,4）等等27种比较尺度对若干实种比较尺度对若干实例构造成对比较阵，算出权向量，与实际对比发现，例构造成对比较阵，算出权向量，与实际对比发现，19尺度较优尺度较优.便于定性到定量的转化：

便于定性到定量的转化：

成对比较阵和权向量成对比较阵和权向量一致性检验一致性检验对对A确定不一致的允许范围确定不一致的允许范围已知：

已知：

n阶一致阵的唯一非零特征根为阶一致阵的唯一非零特征根为n可证：

可证：

n阶正互反阵最大特征根阶正互反阵最大特征根n,且且=n时为一致阵时为一致阵定义一致性指标定义一致性指标:

CI越大，不一致越严重越大，不一致越严重RI000.580.901.121.241.321.411.451.491.51n1234567891110为衡量为衡量CI的大小，引入的大小，引入随机一致性指标随机一致性指标RI随机随机模拟得到模拟得到aij,形成形成A，计算计算CI即得即得RI.定义一致性比率定义一致性比率CR=CI/RI当当CR0.1时通过一致性检验时通过一致性检验Saaty的结果如下的结果如下“选择旅游地选择旅游地”中中准则层对目标的权准则层对目标的权向量及一致性检验向量及一致性检验准则层对目标的准则层对目标的成对比较阵成对比较阵最大特征根最大特征根=5.073权向量权向量（特征向量特征向量）w=（0.263,0.475,0.055,0.090,0.110）T一致性指标一致性指标随机一致性指标随机一致性指标RI=1.12（查表查表）一致性比率一致性比率CR=0.018/1.12=0.0160.1通过一致通过一致性检验性检验组合权向量组合权向量记第记第2层（准则）对第层（准则）对第1层（目标）层（目标）的权向量为的权向量为同样求第同样求第3层层（方案方案）对第对第2层每一元素层每一元素（准则准则）的权向量的权向量方案层对方案层对C1（景色景色）的成对比较阵的成对比较阵方案层对方案层对C2（费用费用）的成对比较阵的成对比较阵CnBn最大特征根最大特征根12n权向量权向量w1（3）w2（3）wn（3）第第3层对第层对第2层的计算结果层的计算结果k10.5950.2770.1293.0050.0030.00100.00503.0020.6820.2360.082230.1420.4290.42933.0090.1750.1930.633430.6680.1660.1665组合权向量组合权向量RI=0.58（n=3）,CIk均可通过一致性检均可通过一致性检验验w

（2）0.2630.4750.0550.0900.110方案方案P1对目标的组合权重为对目标的组合权重为0.5950.263+=0.300方案层对目标的组合权向量为方案层对目标的组合权向量为（0.300,0.246,0.456）T组合组合权向量权向量第第1层层O第第2层层C1,Cn第第3层层P1,Pm第第2层对第层对第1层的权向量层的权向量第第3层对第层对第2层各元素的权向量层各元素的权向量构造矩阵构造矩阵则第则第3层对第层对第1层的组合权向量层的组合权向量第第s层对第层对第1层的组合权向量层的组合权向量其中其中W（p）是由第是由第p层对第层对第p-1层权向量组成的矩阵层权向量组成的矩阵层次分析法的基本步骤层次分析法的基本步骤1）建立层次分析结构模型）建立层次分析结构模型深入分析实际问题，将有关因素自上而下分层（目标深入分析实际问题，将有关因素自上而下分层（目标准则或指标准则或指标方案或对象），上层受下层影响，而层内方案或对象），上层受下层影响，而层内各因素基本上相对独立各因素基本上相对独立.2）构造成对比较阵）构造成对比较阵用成对比较法和用成对比较法和19尺度，构造各层对上一层每一因素的尺度，构造各层对上一层每一因素的成对比较阵成对比较阵.3）计算权向量并作一致性检验）计算权向量并作一致性检验对每一成对比较阵计算最大特征根和特征向量，作一致性对每一成对比较阵计算最大特征根和特征向量，作一致性检验，若通过，则特征向量为权向量检验，若通过，则特征向量为权向量.4）计算组合权向量（作组合一致性检验）计算组合权向量（作组合一致性检验*）组合权向量可作为决策的定量依据组合权向量可作为决策的定量依据.二二.层次分析法的广泛应用层次分析法的广泛应用应用领域：

应用领域：

经济计划和管理，能源政策和分配，经济计划和管理，能源政策和分配，人才选拔和评价，生产决策，交通运输，科研选题，人才选拔和评价，生产决策，交通运输，科研选题，产业结构，教育，医疗，环境，军事等产业结构，教育，医疗，环境，军事等.处理问题类型：

处理问题类型：

决策、评价、分析、预测等决策、评价、分析、预测等.建立建立层次分析结构模型层次分析结构模型是关键一步，要有主要决是关键一步，要有主要决策层参与策层参与.构造构造成对比较阵成对比较阵是数量依据，应由经验丰富、判是数量依据，应由经验丰富、判断力强的专家给出断力强的专家给出.国家综合实力国家综合实力美、俄、中、日、德等大国美、俄、中、日、德等大国国民国民收入收入军事军事力量力量科技科技水平水平社会社会稳定稳定对外对外贸易贸易工作选择工作选择供选择的岗位供选择的岗位贡贡献献收收入入发发展展声声誉誉关关系系位位置置例例1国家国家实力分析实力分析例例2工作选择工作选择过河的效益过河的效益A经济效益经济效益B1社会效益社会效益B2环境效益环境效益B3桥梁桥梁D1隧道隧道D2渡船渡船D3节节省省时时间间C1收收入入C2岸岸间间商商业业C3当当地地商商业业C4建建筑筑就就业业C5安安全全可可靠靠C6交交往往沟沟通通C7自自豪豪感感C8舒舒适适C9进进出出方方便便C10美美化化C11

（1）过河效益层次结构）过河效益层次结构例例3横渡江横渡江河、海峡方河、海峡方案的抉择案的抉择过河的代价过河的代价A经济代价经济代价B1环境代价环境代价B3社会代价社会代价B2桥梁桥梁D1隧道隧道D2渡船渡船D2投投入入资资金金C1操操作作维维护护C2冲冲击击渡渡船船业业C3冲冲击击生生活活方方式式C4交交通通拥拥挤挤C5居居民民搬搬迁迁C6汽汽车车排排放放物物C7对对水水的的污污染染C8对对生生态态的的破破坏坏C9

（2）过河代价层次结构）过河代价层次结构例例3横渡江横渡江河、海峡方河、海峡方案的抉择案的抉择待评价的科技成果待评价的科技成果直接直接经济经济效益效益C11间接间接经济经济效益效益C12社会社会效益效益C13学识学识水平水平C21学术学术创新创新C22技术技术水平水平C23技术技术创新创新C24效益效益C1水平水平C2规模规模C3科技成果评价科技成果评价例例4科技成果科技成果的综合评价的综合评价三三.层次分析法的若干问题层次分析法的若干问题正互反阵的最大特征根是否为正互反阵的最大特征根是否为正数正数？

特征向量？

特征向量是否为是否为正向量正向量？

一致性指标能否反映正互反阵接？

一致性指标能否反映正互反阵接近一致阵的程度？

近一致阵的程度？

怎样怎样简化计算简化计算正互反阵的最大特征根和特征向量？

正互反阵的最大特征根和特征向量？

为什么为什么用特征向量作为权向量？

用特征向量作为权向量？

当层次结构不完全或成对比较阵有当层次结构不完全或成对比较阵有空缺空缺时怎样用时怎样用层次分析法？

层次分析法？

1.正互反阵的最大特征根和特征向量的性质正互反阵的最大特征根和特征向量的性质定理定理11正矩阵正矩阵A的的最大特征根最大特征根是正单根，对应是正单根，对应正特征向量正特征向量w，且，且定理定理22n阶阶正互反阵正互反阵A的最大特征根的最大特征根n,=n是是A为一致阵的充要条件。

为一致阵的充要条件。

正互反阵的最大特征根是正数，正互反阵的最大特征根是正数，特征向量是正向量。

特征向量是正向量。

一致性指标一致性指标定义合理定义合理2.正互反阵最大特征根和特征向量的简化计算正互反阵最大特征根和特征向量的简化计算精确计算复杂且不必要精确计算复杂且不必要.简化计算的思路简化计算的思路一致阵的任一列向量都是一致阵的任一列向量都是特征向量，一致性尚好的正互反阵的列向量都应特征向量，一致性尚好的正互反阵的列向量都应近似特征向量，可取其某种意义下的平均近似特征向量，可取其某种意义下的平均.和法和法取列向量的算术平均取列向量的算术平均列向量列向量归一化归一化算术算术平均平均精确结果精确结果:

w=（0