1. Конструктивистский подход
Конструктивистский подход
В конце 60-х годов группа французских ученых во главе с профессором Б. Руа предложила новый подход к проблеме принятия решений при многих критериях. Название oubran - king approach , под которым он известен в мировой литературе, мало отражает его содержание. Мы будем называть его далее подходом, направленным на Р азработку И ндексов П опарного С равнения А льтернатив (РИПСА). В настоящее время имеется много методов принятия решений, принадлежащих к данному подходу. Из них наиболее известна группа методов ELECTRE ( El imination E t C hoix T raduisant la Re alite - исключение и вы бор, отражающие реальность) [1].
Как и методы аналитической иерархии, методы РИПСА направлены на сравнение заданной группы многокритериаль ных альтернатив. Следовательно, методы РИПСА принадлежат к методам первой группы согласно приведенной в лекции 4 классификации.
Прежде всего следует подчеркнуть методологическое отличие подхода РИПСА от подходов MAUT и АНР. В рамках двух последних подходов неявно предполагается, что основные предпочтения ЛПР уже, в основном, сформированы до применения метода принятия решений. Следовательно, эти предпоч тения могут быть получены от ЛПР «одномоментно» — при сравнениях оценок, назначении весов и т.д. Возможные уточ нения введенных оценок осуществляются на этапе проверки чувствительности, т.е. на заключительном этапе применения метода. В отличие от этого при подходе РИПСА предполагает ся, что предпочтения ЛПР формируются при анализе пробле мы, осуществляемом с помощью метода принятия решений. Следовательно, метод должен предъявлять ЛПР различные ва рианты решения проблемы в зависимости от тех или иных решающих правил. Эти правила формируются в виде индексов попарного сравнения альтернатив.
Два основных этапа
При подходе РИПСА принято различать два основных эта па [1,2]:
• этап разработки, на котором строятся один или несколь ко индексов попарного сравнения альтернатив;
• этап исследования, на котором построенные индексы ис пользуются для ранжирования (или классификации) заданного множества альтернатив.
Индексы попарного сравнения альтернатив в большинстве методов строятся на основе принципов конкорданса (согласия) и дискорданса (несогласия). В соответствии с этими принципа ми, альтернатива A i является, по крайней мере, не худшей, чем альтернатива A j , если
• «достаточное большинство» критериев поддерживает это утверждение (принцип согласия);
• «возражения» по остальным критериям «не слишком силь ны» (принцип малого несогласия).
Свойства бинарных отношений
Подход РИПСА основан на построении бинарных отношений. Поэтому следует дать некоторые определения.
Бинарное отношение R , определенное на конечном множе стве альтернатив А, называется (при " A i , A j I А):
• полным, если A i R A j или A j R А i ;
• транзитивным, если A i R A j , A j R А к ? A i R A k ;
• полным порядком, если оно полное и транзитивное;
• частичным порядком, если оно транзитивное, но не полное.
Обозначим через x i k , x k j оценки альтернатив А i , A j по к-му критерию.
Напомним, что отношение предпочтения ЛПР при сравне нии альтернатив по одному критерию является полным по рядком.
При подходе РИПСА вводится понятие псевдокритерия [1,2]. Псевдокритерием является тройка (х j k , q , p ) функций, представляющих предпочтения ЛПР и определенных так, что:
q ( xi k ) + х i k > х j k , если по k -му критерию Ai имеет сильное предпочтение по сравнению с A j ;
х i k + q ( xi k ) ? xj k > xi k + p ( x i k ), если по k -му критерию A i имеет слабое предпочтение по сравнению с Aj .
Альтернативы Ai , Aj находятся в отношении безразличия по к-му критерию (х i k ~ xj k ), если не выявлено сильное или слабое предпочтение одной из альтернатив.
Функции р и q называются соответственно порогами без различия и предпочтения. Бинарное отношение называется четким, если оно построено на основе критериев, и числовым ( valued ), если оно построено на основе псевдокритериев.
Далее мы рассмотрим ряд методов, принадлежащих подхо ду РИПСА.
Метод ELECTRE I
Метод ELECTRE I был первым в семействе методов, при надлежащих к подходу РИПСА. В нем используются четкие бинарные отношения между альтернативами.
Индексы согласия и несогласия строятся следующим обра зом. Каждому из N критериев ставится в соответствие целое число w , характеризующее важность критерия. Б. Руа предло жил рассматривать w как число голосов членов жюри, подан ное за важность данного критерия.
Выдвигается гипотеза о превосходстве альтернативы А i над альтернативой Aj . Множество I , состоящее из N критериев, разбивается на три подмножества:
I + - подмножество критериев, по которым Ai предпочти тельнее A j ;
I = - подмножество критериев, по которым А i равноценно A j ;
I - — подмножество критериев, по которым Aj предпочти тельнее Ai .
Далее формулируется индекс согласия с гипотезой о пре восходстве Ai над Aj . Индекс согласия подсчитывается на осно ве весов критериев. В методе ELECTRE I этот индекс определя ется как отношение суммы весов критериев подмножеств I + и I - к общей сумме весов:
Индекс несогласия d ав с гипотезой о превосходстве Ai над Aj определяется на основе самого противоречивого критерия - критерия, по которому Aj в наибольшей степени превосходит А i .
Чтобы учесть возможную разницу длин шкал критериев, разность оценок Aj и Ai относят к длине наибольшей шкалы:
где: l А , l д. — оценки альтернатив Ai и Aj по i -му критерию; L i - длина шкалы i -г o критерия.
Укажем очевидные свойства индекса согласия. 1) 0 ? С А i А j ? 1;
• С А i А j =1, если подмножество I - пусто;
• С А i А j сохраняет значение при замене одного критерия
на несколько с тем же общим весом.
Приведем свойства индекса несогласия:
l ) 0 ? d AiAj ? l ;
2) d AiAj сохраняет значение при введении более детальной шкалы по i -му критерию при той же ее длине.
Введенные индексы используются при построении матриц индексов согласия и несогласия для заданных альтернатив.
Отметим, что индекс несогласия может быть назван «вето», так как он как бы накладывает вето на сравнения.
В методе ELECTRE I бинарное отношение превосходства задается уровнями согласия и несогласия. Если С А i А j ? a 1 и d Ai А j < g 1, где a 1, g 1 - заданные уровни согласия и несогла сия, то альтернатива А объявляется превосходящей альтерна тиву В.
Если же при этих уровнях сравнить альтернативы не уда лось, то они объявляются несравнимыми. С методологической точки зрения, введение понятия несравнимости было важным этапом развития теории принятия решений. Если оценки аль тернатив в значительной степени противоречивы (по одним критериям одна намного лучше другой, а по другим — наобо рот), то такие противоречия никак не компенсируются и такие альтернативы сравнивать нельзя. Понятие несравнимости исключительно важно и с практической точки зрения. Оно по зволяет выявить альтернативы с “контрастными” оценкам как заслуживающие c пециального изучений!
Отметим, что уровни коэффициентов согласия и несогла сия, при которых альтернативы сравнимы, представляют собой инструмент анализа в руках ЛПР и консультанта. Задавая эти уровни (постепенно понижая требуемый уровень коэффициента согласия и повышая требуемый уровень коэффициента несо гласия), они исследуют имеющееся множество альтернатив.
При заданных уровнях на множестве альтернатив выделя ется ядро недоминируемых элементов, которые находятся либо в отношении несравнимости, либо в отношении эквивалентности. При изменении уровней из данного ядра выделяется меньшее ядро и т.д. Аналитик предлагает ЛПР целую серию воз можных решений проблемы в виде различных ядер. В конеч ном итоге можно получить и одну лучшую альтернативу. При этом значения индексов согласия и несогласия характеризуют степень «насилия» над данными, при которых делается окончательный вывод.
Итак, основные этапы метода ELECTRE I можно предста вить следующим образом.
Этап разработки индексов
На основании заданных оценок двух альтернатив подсчи тываются значения двух индексов: согласия и несогласия. Эти индексы определяют согласие и несогласие с гипотезой, что альтернатива Ai превосходит альтернативу Aj .
Задаются уровни согласия и несогласия, с которыми срав ниваются подсчитанные индексы для каждой пары альтерна тив. Если индекс согласия выше заданного уровня, а индекс несогласия ниже, то одна из альтернатив превосходит другую. В противном случае альтернативы несравнимы.
Этап исследования множества альтернатив
Из множества альтернатив удаляются доминируемые. Ос тавшиеся образуют первое ядро. Альтернативы, входящие в ядро, могут быть либо эквивалентными, либо несравнимыми.
Вводятся более «слабые» значения уровней согласия и не согласия (меньший по значение уровень согласия и больший уровень несогласия), при которых выделяются ядра с меньшим количеством альтернатив. В последнее ядро входят наилучшие альтернативы. Последовательность ядер определяет упорядо ченность альтернатив по качеству.
Метод ELECTRE II
Этап разработки индексов
Так же, как в методе ELECTRE I , в методе ELECTRE II ис пользуются четкие бинарные отношения между альтернативами.
Индекс согласия подсчитывается тем же способом, что и в методе ELECTRE I . В методе ELECTRE II задаются два уровня для индекса согласия: a 1> a 2 и два уровня индекса несогласия (вето): ?1 ? ?2. Далее вводятся два отношения предпочтения ?1 и ?2 между альтернативами так, что для i = l ,2 имеем:
Ясно, что ? 1 I ? 2; ? 1 называется сильным, а ? 2 - слабым отношением предпочтения.
Этап исследования множества альтернатив
На заданном конечном множестве альтернатив А выявля ются альтернативы, находящиеся в сильном, а затем - в сла бом отношении предпочтения. Далее выявляется первое ядро, в которое входят недоминируемые альтернативы. Затем они уда ляются из рассмотрения, и процедура повторяется снова уже для оставшихся альтернатив и т.д.
Присваивая ранги альтернативам, входящим в соответствующие ядра, строим полный порядок на множестве альтерна тив. Второй полный порядок строится аналогично первому, но начиная с класса худших альтернатив (недоминирующих дру гие) и переходя снизу вверх к лучшим альтернативам. Если два построенных порядка не слишком различны по упорядоче нию альтернатив, то на их основе строится средний порядок, который и предъявляется ЛПР.
Это построение осуществляется на основе следующих правил:
• A i PA j строго превосходит, если Ai имеет лучший ранг в од ном из порядков, и по крайней мере не худший в другом;
• A i IA j (эквивалентны), если они имеют одинаковые ранги в двух полных порядках;
• A i NA j (несравнимость), если они имеют одно упорядочение в одном из порядков, противоположное — в другом.
Метод ELECTRE III
Этап разработки индексов
В методе ELECTRE III используются псевдокритерии и числовые бинарные отношения. Задано N псевдокритериев и уро вень вето g j ( xj )>0.
Индексы согласия и несогласия вычисляются следующим способом:
Для каждой пары альтернатив А i , А к строится «числовое» бинарное отношение в следующем виде:
здесь I * - множество критериев, для которых d k ( A i , A j )> C ( A i , A j ).
Величину d ( A i , Aj ) можно интерпретировать как меру уверенности в справедливости гипотезы о том, что Ai предпочти тельнее A j .
Этап исследования альтернатив
На этом этапе определяется сначала . Устанавливается достаточно близкий к l max уровень, при кото ром принимается гипотеза о превосходстве A i над A j .
Далее для каждой альтернативы A i подсчитываются два индекса:
• индекс «силы» — число альтернатив, доминируемых A i ;
• индекс «слабости» - число альтернатив, доминирующих А i .
Альтернативе А i присваивается характеризующее ее число, равное разности индексов «силы» и «слабости».
Затем строится сверху вниз первый полный порядок альтернатив аналогично тому, как это делается в методе ELECTRE II .
Альтернативы с наибольшим значением А. удаляются, для оставшихся опять выделяется ядро на основе подсчета тех же чисел, и т.д.
Другой порядок определяется при подходе снизу вверх. На основе полных двух порядков строится средний, аналогично тому, как это делается в методе ELECTRE II .
Отметим, что метод ELECTRE IV близок по идеям к методу ELECTRE III . Наиболее существенное отличие состоит в том, что в ELECTRE IV не используются веса критериев [3].
Пример
Обратимся к нашему примеру (лекции 4, 5), используя ме тод ELECTRE I . Предположим, что в задаче выбора места для строительства аэропорта заданы альтернативы: А ($180 млн, 70 мин., 10 тыс.); С ($160 млн, 55 мин., 20 тыс.); В ($170 млн, 40 мин., 15 тыс.); D ($150 млн, 50 мин., 25 тыс.). Пусть веса критериев следующие: w 1 = 3; w 2 = 2; w 3 = 1. Сохраним те же длины шкал: L 1 = 100; L 2 = 50; L 3 = 45.
Матрица индексов согласия приведена как табл. 6.1, а матрица индексов несогласия - как табл. 6.2.
Таблица 6.1 Индексы согласия для примера
Альтернатива | А | В | с | D |
А | * | 1/6 | 1/6 | 1/6 |
В | 5/6 | * | 3/6 | 3/6 |
С | 5/6 | 3/6 | * | 1/6 |
D | 5/6 | 3/6 | 5/6 | * |
Таблица 6.2 Индексы несогласия для примера
Альтернатива | А | В | С | D |
А | * | 0,6 | 0,3 | 0,4 |
В | 0,11 | * | 0,1 | 0,2 |
С | 0,22 | 0,3 | * | 0,1 |
D | 0,33 | 0,22 | 0,11 | * |
Зададим первые уровни согласия и несогласия: a 1 = 5/6 и g 1 = 0,11. Отношения между альтернативами представлены на рис. 6.1.
В первое ядро входят альтернативы В и D , исключаются альтернативы А и С, что легко устанавливается с помощью таблиц 6.1 и 6.2. Альтернативы В и D , входящие в ядро, не сравнимы при введенных уровнях a 1 и g 1 согласия и несогласия. Их оценки про тиворечивы: альтернатива С превосходит альтернативу В по первому критерию, но существенно уступает по двум другим критериям. Изменим уровни согласия и несогласия: a 2 = 0,5; g 2 = 0,2. Легко убе диться, что при введенных уровнях альтернатива D оказывается наилучшей. Она превосходит остальные три альтернативы.
Применим метод ELECTRE III для решения той же задачи. Функции р и q зададим в следующем виде: p = l 1 x j , q = l 2 x j , где l 1 , l 2 - постоянные. Значения постоянных для трех критериев С 1 , С 2 С 3 приведены в табл. 6.3.
Отметим, что мы не используем уровней вето.
Таблица 6.3 Значения постоянных величин
Критерий | L 1 | L 2 |
C 1 | 0,1 | 0,06 |
С 2 | 0,15 | 0,15 |
С 3 | 0,2 | 0,2 |
Матрица индексов согласия приведена как табл. 6.4.
Таблица 6.4 Матрица индексов согласия
Альтернатива | А | В | С | D |
А | * | 0,67 | 0,17 | 0,17 |
В | 0,83 | * | 0,97 | 0,5 |
С | 0,83 | 0,5 | * | 0,91 |
D | 0,83 | 0,5 | 1 | * |
Различие между матрицами, представленными табл. 6.1 и 6.4, связано с использованием иного способа подсчета индекса согласия.
Результаты ранжирования альтернатив сверху вниз приве дены на рис. 6.2,а и снизу вверх - на рис. 6.2,б. Результи рующие ранги альтернатив представлены в табл 6.5.
Таблица 6.5 Результирующие ранги альтернатив
Альтернатива | В | D | А | С |
Ранг | 1 | 2 | 3 | 4 |
Пример практического применения метода ELECTRE III
Практическая задача состояла в выборе системы перера ботки отходов в одном из районов на севере Финляндии [4]. В районе Улу имеется 17 муниципалитетов и проживает около 185 тыс. человек. Было необходимо выбрать систему для переработки 80 тыс. тонн твердых отходов на период до 2010 г. Рассматривались три основных способа переработки отходов: вывоз на мусорные поля, сжигание и переработка в компост. Кроме того, в качестве вариантов предлагалось создание 17 предприятий по переработке в каждом из муниципалитетов, одно централизованное предприятие и промежуточные вариан ты. Всего рассматривалось 22 альтернативы.
В выборе принимали участие представители всех муниципалитетов — группа из 113 человек. По согласованию с членами группы было выбрано восемь критериев оценки альтернатив:
• стоимость переработки тонны отходов;
• техническая надежность;
• общее воздействие на окружающую среду;
• воздействие на здоровье жителей региона;
• кислотные выбросы;
• выбросы загрязненной воды;
• число рабочих, занятых на предприятиях;
• количество переработанных отходов.
Для консультантов из Финляндии привлекательной осо бенностью метода ELECTRE III была возможность коллектив ного определения весов критериев. Каждый член группы из 113 человек заполнял вопросник, в котором требовалось назна чить вес от одного до семи баллов, каждому из критериев. Ответы усреднялись, и средние значения использовались при вы боре. Разброс весов был основой для анализа чувствительности.
В итоге была выбрана альтернатива, предусматривающая четыре поля орошения, четыре предприятия по выпуску ком поста и одно предприятие по сжиганию мусора.
Некоторые сопоставления
В отличие от подходов аналитической иерархии и многокритериальной теории полезности с помощью подхода РИПСА невозможно осуществить компенсацию малых оценок альтер нативы по одному критерию ее большими оценками по другому критерию. Введение уровней несогласия или порогов вето не позволяет объявить альтернативу Ai при парном сравнении более предпочтительной, если по одному или нескольким крите риям она существенно уступает альтернативе Aj .
Индексы сравнения в методах ELECTRE III , IV и в ряде других методов этого семейства дают возможность учесть не точности в данных и измерениях, совершаемых экспертами.
Однако подход РИПСА не гарантирует выполнения двух важных методологических требований: полноты сравнений и т ранзитивности; Появление отношения несравнимости означа ет, что в некоторых парах альтернатив нельзя выявить отно шение предпочтения. Кроме того, известны случаи, когда в ре зультирующих графах отношений между альтернативами по являются циклы. Авторы методов предлагают в этих случаях два выхода из положения [5]:
• альтернативы, входящие в цикл, объявляются эквива лентными;
• выявляется "наиболее слабое" звено в цикле, и цикл размыкается.
Условия, позволяющие гарантировать отсутствие циклов при применении ELECTRE I , доказаны в [6].
Хотя методы ELECTRE были первично предложены как эвристические, имеется немало работ по их аксиоматическому обоснованию [7]. Сформулированы и доказаны теоремы, харак теризующие методы, принадлежащие к подходу РИПСА. В частности, исследования показали, что проблема создания систе мы индексов, гарантирующих заданные желательные свойства метода, близка к проблеме построения правил коллективного выбора (см. лекцию 11).
Методы ELECTRE реализованы в виде систем поддержки принятия решений. Эти системы достаточно привлекательны для пользователей. Они разработаны в университете Paris - Dauphine лабораторией анализа и моделирования систем, помо гающих в принятии решений [8].
Выводы
• Одним из первых подходов к сравнению многокритериальных альтернатив является подход, основанный на определении би нарного отношения превосходства альтернатив по качеству ( outranking relation ). Этот подход реализован в виде совокупности методов ELECTRE . Методы ELECTRE позволяют определять для каждой пары альтернатив индексы согласия и несогласия с гипотезой, что одна из альтернатив превосходит другую.
• При заданных уровнях согласия и несогласия две альтернативы могут находиться в отношениях превосходства, эквивалентно сти и несравнимости. Последовательное выделение ядер по зволяет частично упорядочить альтернативы по качеству.
• В методах семейства ELECTRE можно выделить два основных типа:
• этап разработки, на котором строятся индексы попарного сравнения альтернатив;
• этап исследования, на котором построенные индексы ис пользуются для анализа заданного множества альтернатив.
• Достоинством методов ELECTRE является поэтапность выявле ния предпочтений ЛПР в процессе назначения уровней согласия и несогласия и изучения ядер. Детальный анализ позволяет ЛПР сформировать свои предпочтения, определить компромиссы меж ду критериями. Использование отношения несравнимости позво ляет выделить пары альтернатив с противоречивыми оценками, остановиться на ядре, выделение которого достаточно обосно ванно с точки зрения имеющейся информации.
• При применении методов семейства ELECTRE веса критериев мо гут отражать мнение группы экспертов, а не только мнение ЛПР.
Библиографический список
Возможность человеческого ума формулировать и решать сложные проблемы очень мала по сравнению с размером проблем, решение которых необходимо для объективно рационального поведения в реальном мире или даже для разумного приближения к такой объективной рациональности. Н . A. Simon. Models of Man: Social and Rational |
Модель человеческого мозга «Грандом», созданная в Монтландии
«Сегодня у нас вводная лекция и экскурсия в Институт Мозга, - начал очередной профессор. - Знаете ли вы, какой интерес для туристов-иностранцев, посещающих нашу столицу, представляет экскурсия в Институт Мозга, где они своими глазами могут увидеть фантастических размеров «Грандом» - уникальную модель человеческого мозга? В этой действующей модели воссозданы все нейроны, все их бесчисленные взаимосвязи, что позволяет проникнуть в тайну тайн великой природы - в механизм мыслительного процесса, ежеминутно, ежечасно осуществляемого нашим мозгом.
И вам несказанно повезло, друзья мои; у вас будет возможность поработать с этой удивительной моделью! Университет Власти выделил значительную сумму за доступ к этому устройству.
А сейчас расскажу об истории создания «Грандома».
В течение многих и многих лет психологи-когнитологи и нейрофизиологи производили свои исследования изолированно, независимо друг от друга. Были, конечно, отдельные попытки связать поведение людей с работой мозга, но не существовало приборов, а главное - не было специалистов, знающих обе эти области и одинаково свободно владеющих необходимыми методами исследований.
Положение радикально изменилось примерно 100 лет тому назад, когда был изобретен позитограф - прибор, регистрирующий возбуждение отдельных нейронов. Оценив возможности нового направления, Министерство исследований Монтландии субсидировало специальную научную программу, которая позволила в конечном итоге создать «Грандом».
В этой модели сотни быстрых компьютеров согласованно управляют работой отдельных участков мозга и их взаимодействием. Итак, наш «Грандом» - это гигантская копия человеческой головы. Он свободно узнает предметы, разговаривает, принимает самостоятельные решения. И мы можем отслеживать на специальных дисплеях, как происходит работа мозга, как она связана с когнитивным процессом.
Вот «Грандом» созерцает цветную картинку, и мы можем следить за возбуждением нейронов по разноцветным вспышкам, пробегающим на экране дисплея. Компьютеры записывают и затем воспроизводят (в замедленном темпе) работу мозга при решении логических задач, при чтении текстов, при восприятии зрительных образов, при отгадывании головоломок.
Исследования, которые привели к созданию «Грандом», позволяют понять человека, принимающего решения. Человеческие ошибки и неудачные попытки увидеть проблему в целом связаны с самой структурой мозга, с его ограниченной способностью одновременно сосредоточиться на многих факторах, оценивая их сущность и определяя суммарное суждение на основе этих оценок. Причем дело здесь не в размере мозга, а именно в его функциональных возможностях, предопределенных самой природой.
Благодаря «Грандом» можно увидеть и как работает наш мозг при сравнении вариантов решений, имеющих противоречивые оценки по многим критериям. Наблюдая и анализируя этот процесс, мы можем понять, насколько сложны эти задачи, как пытается мозг обойти эти сложности, как в процессе обработки теряется часть информации и как возникают ошибки.
Работа с «Грандом» позволила познать материальные основы логической деятельности человека. Но она привела также к парадоксальному открытию: многие человеческие чувства и эмоции не рождаются в мозгу, а лишь вмешиваются в его работу. Любовь к прекрасному, чувства вины и сострадания, появление ощущения самого себя в мире - все это нельзя объяснить только деятельностью мозга».
( Продолжение следует )
Дата: 2019-02-19, просмотров: 355.