问题

能介绍一下什么是熵权法吗?

回答
好的,咱们来聊聊“熵权法”这个东西,尽量说得明白透彻,保证听着舒服,不带机器味儿。

你是不是有时候会遇到这种情况:手里有一堆数据,想做个评价,比如给不同的城市打分,看哪个城市生活更便利,哪个城市发展更有潜力。但问题来了,这些数据五花八门的,有的是人均收入,有的是绿化覆盖率,有的是犯罪率,还有的是教育资源占比。直接拿来比,有点像拿苹果和橘子比哪个甜,对不上号。而且,有些数据本身就有点“话痨”,说了好多信息,有些数据呢,可能就有点“沉默寡言”,提供不了太多有价值的东西。这时候,我们就需要一种方法来帮我们判断,哪些数据更重要,更有区分度,能真正帮助我们做出有意义的评价。

熵权法,顾名思义,就是利用“熵”这个概念,来给咱们的评价指标“称重”的一种方法。

咱们先来说说“熵”是啥。你别被这个词吓着,它其实是个挺直观的概念,最早是从热力学那儿过来的,描述的是一个系统的“混乱程度”或者“不确定性”。一个越混乱、越没规律的系统,它的熵就越高。

到了信息论里,香农大爷把这个概念借过来了,用来衡量一个信息源的“不确定性”或者“信息量”。一个信息源产生的信息越随机、越难以预测,它的信息熵就越高。简单来说,一个指标的“熵”值越小,说明这个指标的数据越集中,变化越小,它所包含的信息量就越少,对我们做判断的“贡献度”也就越低。反过来,一个指标的“熵”值越大,说明这个指标的数据越分散,变化越剧烈,它所包含的信息量就越多,在评价中就越重要。

这就好比你在听收音机,如果一直在播一段单调的音乐,你就很难从中获取新的信息,感觉很无聊,这时候“信息熵”就很低。但如果广播里一会儿是新闻,一会儿是笑话,一会儿是音乐,信息变化很多,你就觉得内容很丰富,获取的信息量很大,这时候“信息熵”就高。

那么,熵权法是怎么把这个“熵”用到评价指标上的呢?

整个过程大概可以分成这么几步:

第一步:数据标准化,让大家“站到同一起跑线”

前面说了,咱们的数据单位、量纲都不一样,直接比没意义。所以,第一步得先把数据标准化。常用的方法有两种:

正向指标标准化: 比如人均收入,收入越高越好。这时候,用某个指标的实际值除以该指标所有值的总和,或者除以所有值的最大值,让数据变成比例,值越大说明贡献越大。
负向指标标准化: 比如犯罪率,犯罪率越低越好。这时候,我们需要把负向指标“转化”成正向的,比如用最大值减去该指标的实际值,再进行类似正向指标的标准化处理。这样,处理后的值越大,表示“越好”。

这步操作的目的,就是把各种单位、量纲不同的数据,都变成一个没有单位、数值在0到1之间的比例数,方便后面计算。

第二步:计算每个指标的“离散度”

标准化之后,我们就要看每个指标的数据到底有多“分散”。这里面会用到一个叫做“信息熵”的公式,它长这样:

$H_j = sum_{i=1}^{n} p_{ij} log(p_{ij})$

其中:
$H_j$ 就是第 $j$ 个指标的信息熵。
$n$ 是评价对象的数量(比如你评价的城市数量)。
$p_{ij}$ 是第 $i$ 个评价对象在第 $j$ 个指标上的标准化数值。

这个公式看起来有点复杂,但咱们理解一下就行。这个求和的过程,就是把每个评价对象在某个指标上的标准化值(前面处理好的比例数)拿出来,然后用这个值除以所有评价对象在该指标上的总和,得到一个“占比” $p_{ij}$。然后再用这个占比去算个“对数”,再求和然后取负数。

核心在于 $p_{ij}$ 的计算。 简单来说,$p_{ij}$ 就像是第 $i$ 个城市在“教育资源”这个指标上的“相对贡献度”。如果一个城市在某个指标上的数值特别高,而其他城市都比较低,那这个城市的 $p_{ij}$ 就会比较大。反之,如果大家在这个指标上的数值都差不多,那么每个城市的 $p_{ij}$ 就会比较小。

第三步:计算每个指标的“信息效用值”

咱们知道,一个指标的信息量越大,它的“熵”就越高。但我们评价的时候,更关心的是哪个指标能更有效地“区分”这些评价对象,也就是变化幅度大、信息量大的指标更有价值。

所以,我们就要引入一个“信息效用值” $d_j$。这个值就是用 1 减去这个指标的熵值 来表示:

$d_j = 1 H_j$

你看,如果一个指标的熵值 $H_j$ 很低(说明数据很集中,信息量少),那么它的信息效用值 $d_j$ 就会很高(说明它能提供的区分信息多,更有用)。反之,如果熵值很高(数据分散,信息量大),那它的信息效用值 $d_j$ 就会比较低。

这就像是在说:数据越有“规律性”,越能预测的,反而越没啥用了;数据越是难以预测、越是“随机”的,反而越能提供新的信息。

第四步:计算每个指标的“权重”

有了每个指标的信息效用值 $d_j$,我们就可以根据这个值来确定每个指标在最终评价中所占的“权重”了。权重怎么算呢?很简单,就是用每个指标的信息效用值占所有指标信息效用值总和的比例:

$w_j = frac{d_j}{sum_{j=1}^{m} d_j}$

其中:
$w_j$ 就是第 $j$ 个指标的权重。
$m$ 是指标的总数量。

这样算出来的 $w_j$,自然就满足 所有指标的权重加起来等于 1,而且 信息效用值越高的指标,得到的权重就越大,在最终评价中的话语权就越重。

第五步:计算综合评价得分

最后一步,就是用我们算出来的每个指标的权重 $w_j$,去乘以它对应的标准化值 $p_{ij}$,然后把所有指标的结果加起来,得到每个评价对象的综合评价得分:

$S_i = sum_{j=1}^{m} w_j p_{ij}$

这个 $S_i$ 就是第 $i$ 个评价对象的最终得分。得分越高,就说明这个评价对象在综合考虑了所有指标的区分度后,表现越好。

用人话说,熵权法的逻辑就是:

1. 先别管好坏,统一一下“单位”,让大家看起来都一样大。
2. 看看每个指标里的数据,有没有什么明显的“规律”。 如果一个指标里的数据都差不多,那它可能就没啥意思,大家都是“同一类人”。如果数据变化很大,那它就很有意思,能把人“区分”开来。
3. 把那些能把人“区分”开来的指标,赋予更高的“话语权”(权重)。 那些变化不大的、大家都很相似的指标,就给点小小的面子就行。
4. 最后,用这些带有不同“话语权”的指标,来计算每个评价对象到底有多优秀。

熵权法的优点是什么?

客观性强: 它的权重计算完全依赖于原始数据本身的变化程度,不掺杂主观的人为判断。这是它最大的优点。你可以把数据交给它,它就能告诉你哪些指标更有区分度,而不需要你去猜。
自动化程度高: 一旦数据准备好了,计算过程是自动化的。
适用于多指标评价: 在评价一些复杂的现象时,比如城市发展、产品性能、投资项目等,当有多个评价指标时,熵权法就能发挥作用。

熵权法也有它的局限性:

对数据敏感: 如果原始数据本身存在较大的误差或者非常不规范,可能会影响计算结果的准确性。所以前面数据标准化很重要。
不考虑指标间的相关性: 如果几个指标之间非常相关,可能它们都能反映同一类信息,但熵权法可能会给它们都赋予较高的权重,造成信息的“重复计算”。这时候可能需要配合其他方法来处理。
需要有一定的数据量: 才能计算出有意义的“离散度”和“熵值”。如果评价对象数量很少,或者每个指标的数据变化都很小,那么计算出来的权重可能就没有太大的实际意义。

总而言之,熵权法是一种很实用、很客观的赋权方法,尤其是在你不太确定哪些指标更重要,或者想让评价过程更“公正”的时候,它是一个非常好的选择。它就像是一个“数据侦探”,通过分析数据的“变化痕迹”,来找出那些最有价值的“线索”,并根据这些线索来给它们分配“功劳”。

希望我这么解释,能让你对熵权法有个更清晰、更生动的认识,感觉就像是在跟一个朋友聊天一样,而不是在看一本枯燥的技术手册。

网友意见

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按照信息论基本原理的解释,信息是系统有序程度的一个度量,熵是系统无序程度的一个度量;根据信息熵的定义,对于某项指标,可以用熵值来判断某个指标的离散程度,其信息熵值越小,指标的离散程度越大, 该指标对综合评价的影响(即权重)就越大,如果某项指标的值全部相等,则该指标在综合评价中不起作用。因此,可利用信息熵这个工具,计算出各个指标的权重,为多指标综合评价提供依据。


熵权法注意事项。



上面链接中有流程图如下:

上图标注的地方请留意。

也就是求权重之前,需要先规范化。

规范化一定要先注意指标的属性。即正向指标还是负向指标。

※熵权法(the entropy weight method 简称EWM)是脱胎于信息论基本原理的解释,信息是系统有序程度的一个度量,熵是系统无序程度的一个度量;如果指标的信息熵越小,该指标提供的信息量越大,在综合评价中所起作用理当越大,权重就应该越高。熵权法是常用的一种求权重的方法。它是指一个随机变量与某一组随机变量间线性相依性的度量。

熵权法的计算公式




上面有一个简单的例子。

上面是原始数据

上面是归一化的矩阵。上面这步很重要

上面是熵权法对规范化矩阵计算后得到的权重。

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