问题

在AHP方法中,如果构造判断矩阵?依据是什么?

回答
AHP方法中判断矩阵的构造与依据:层层递进的决策智慧

在复杂决策场景中,我们常常需要权衡多个相互关联的因素,从中找出最优解。层次分析法(Analytic Hierarchy Process, AHP)便是一种强大的工具,它通过将问题分解为相互关联的层级,并在此基础上进行两两比较,最终得出各因素的权重。而判断矩阵,正是AHP方法的核心,它承载着我们对各因素相对重要性的判断。

那么,如何科学地构造判断矩阵?其背后的依据又是什么呢?这就像是一次精密的推演,需要严谨的逻辑和清晰的思考。

一、 判断矩阵:量化相对重要性的“试金石”

首先,让我们明确判断矩阵是什么。简单来说,判断矩阵是一个方阵,其维度等于待比较因素的数量。矩阵中的每个元素 $a_{ij}$ 表示第 $i$ 个因素相对于第 $j$ 个因素的重要性程度。

构造判断矩阵的关键在于:

两两比较 (Paired Comparison): 我们不直接给每个因素一个绝对的评分,而是将它们两两配对,比较哪个更重要,以及重要程度的“多大”。这是AHP方法的一大特色,因为绝对评分往往难以做到一致和客观,而相对比较则更容易捕捉人类的直观判断。
标度取值 (Scale of Preference): 为了量化这种重要性程度,AHP方法设计了一套标度体系,通常是19标度法:
1:表示两个因素同等重要。
3:表示第一个因素比第二个因素稍微重要。
5:表示第一个因素比第二个因素明显重要。
7:表示第一个因素比第二个因素强烈重要。
9:表示第一个因素比第二个因素极端重要。
2, 4, 6, 8:表示介于上述相邻两数值之间的中间程度。
倒数($1/3, 1/5, 1/7, 1/9$):当比较的第二个因素比第一个因素重要时使用。例如,$a_{ji} = 3$ 则 $a_{ij} = 1/3$。

这个标度设计并非随意,它反映了人类对“强度”的一种感知,并且能有效处理模糊性。

二、 构造判断矩阵的依据:智慧的结晶

构造判断矩阵,实际上是将我们对问题的理解和判断转化为数学语言的过程。其依据可以从以下几个层面来理解:

1. 决策目标与层级分解:

依据: AHP方法的第一步就是明确决策的最高目标,并将复杂问题分解成若干个相互关联的层级,包括目标层、准则层、子准则层以及方案层。判断矩阵的构造,正是发生在每一层级内部,对该层级中的各因素进行相对重要性排序。
理解: 比如,我们要选择一款笔记本电脑。最高目标是“选择最优笔记本”。准则层可能包括“性能”、“价格”、“便携性”、“品牌”等。在“性能”准则下,我们可能有“处理器”、“内存”、“显卡”等子准则。那么,在准则层内部,我们需要构造一个判断矩阵,比较“性能”相对于“价格”谁更重要,或者“价格”相对于“便携性”谁更重要。

2. 专家经验与主观判断:

依据: 判断矩阵的填报,很大程度上依赖于参与决策的专家或决策者的知识、经验、直觉和价值判断。这些都是人类智慧的体现,因为很多情况下,没有绝对客观的标准可以量化某个因素的重要性。
理解: 例如,在比较“处理器”和“内存”对笔记本性能的影响时,一位资深的IT专家可能会认为处理器对日常运行速度的影响更大,因此在判断矩阵中会给予处理器更高的权重。而另一位用户可能更看重同时运行多个大型软件的能力,则可能倾向于给予内存更高的权重。AHP允许这种个体判断的融入。

3. 相对比较的逻辑一致性:

依据: AHP方法的核心原则之一是一致性原则。这意味着我们两两比较的结果,在整体上应该是协调一致的,避免出现逻辑矛盾。例如,如果认为A比B重要程度是3倍,B比C重要程度是3倍,那么自然而然地,我们应该认为A比C重要程度是9倍($3 imes 3$)。
理解: 判断矩阵的构造必须遵循这种传递性。如果出现了不一致,说明我们的判断存在偏差,需要进行修正。AHP方法提供了“一致性比率”(CR)来量化这种不一致性。当CR小于0.1时,认为判断是可以接受的;否则,需要重新构造矩阵。这种对一致性的追求,保证了决策的逻辑严谨性。

4. 系统性与全局性考量:

依据: 虽然是两两比较,但 AHP 的目标是为整个决策系统确定权重。因此,在构造判断矩阵时,我们并非孤立地看待每个因素,而是将其置于整个决策目标和层级结构中进行综合考量。
理解: 比如,在比较“价格”和“便携性”时,我们不能仅仅考虑这两个因素本身,而是要结合它们对最终“选择最优笔记本”目标的影响。如果预算有限,那么“价格”的重要性可能会被放大;如果经常需要出差携带,那么“便携性”的重要性也会相应提高。这种全局性的视角,能够避免局部最优导致整体决策失误。

5. 模糊性与不确定性的处理:

依据: 现实世界的许多决策问题都伴随着模糊性和不确定性。AHP 的 19 标度法,以及允许使用分数或倒数,为处理这种模糊性提供了一种灵活的方式。它不是要求给出精确的数值,而是提供了一个相对明确的范围。
理解: 比如,我们很难精确地说“处理器性能是内存性能的3.75倍”。但我们可以说“处理器性能比内存性能稍微重要”,或者“明显重要”。通过这种带有模糊性的描述,我们可以构建出具有一定弹性的判断矩阵。

三、 如何具体构造判断矩阵?

有了上述依据,具体的构造过程通常如下:

1. 确定待比较的因素集合。
2. 选择一位或一组专家,向他们解释决策目标以及待比较的因素。
3. 专家根据自己的经验和判断,对因素集合中的每一对因素进行两两比较。 提问方式可以是:“在对[决策目标]做出贡献方面,因素X相对于因素Y有多重要?”
4. 将专家的判断结果按照 AHP 的标度法填入判断矩阵。 注意 $a_{ii} = 1$,且 $a_{ji} = 1/a_{ij}$。
5. 计算一致性比率(CR)。 如果 CR 过大,则需要与专家沟通,识别判断中的不一致之处,并修正判断矩阵。
6. 对每一层级的所有判断矩阵重复以上步骤。

举例说明:

假设我们要在一级准则层(如“性能”、“价格”、“便携性”)中进行两两比较,以决定它们相对于“选择最优笔记本”这个最高目标的重要性。

我们可能需要回答以下问题(由专家进行判断):

“在选择最优笔记本方面,性能相对于价格,哪个更重要?重要程度如何?”
“在选择最优笔记本方面,性能相对于便携性,哪个更重要?重要程度如何?”
“在选择最优笔记本方面,价格相对于便携性,哪个更重要?重要程度如何?”

假设专家判断如下(19标度法):

性能比价格明显重要(记为5)。
性能比便携性稍微重要(记为3)。
价格比便携性稍微重要(记为3)。

那么,该准则层的判断矩阵将是:

| 因素 | 性能 | 价格 | 便携性 |
| : | : | : | : |
| 性能 | 1 | 5 | 3 |
| 价格 | 1/5 | 1 | 3 |
| 便携性 | 1/3 | 1/3 | 1 |

接下来,就可以通过矩阵运算(如特征向量法)来计算出各准则的权重。

结语

构造判断矩阵,是 AHP 方法中至关重要的一步。它不仅仅是将数字填入表格,更是将人类的智慧、经验、判断和对系统整体的理解进行量化和整合。它以一种结构化的方式,帮助我们梳理复杂的决策问题,并在追求逻辑一致性的前提下,捕捉和处理信息中的模糊性。通过层层递进的判断和量化,AHP 最终能够为我们提供一个清晰、可操作的决策依据,指导我们走向最优解。这是一种将感性认知与理性分析巧妙结合的决策智慧。

网友意见

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看一些用到AHP方法的论文,里面最大的瞎掰之处就是在构造判断矩阵上面。

不说100%的论文是瞎掰的吧,最少有90%的论文是瞎搞的。

大家看到整数方式的互为倒数,不用说,就是一个人拍脑袋搞出来的。

论文都说是经过专家打分的,那么假定10个专家打分,最后合成的判断矩阵是什么样子的呢?

有一个在线软件SPSS相关的,里面的AHP构造出的判断矩阵就是瞎掰的。尽管符合判断矩阵互为倒数的关系。

好,下面讲一下,多人打分如何得到一个清晰化的判断矩阵。

1、清晰化的例子

上面是DEMATEL清晰化的例子。注意其原理跟AHP互为倒数的关系是不同的。这个方法可以兼容AHP的合成清晰化矩阵的过程。

上面是过程,注意清晰化的算法。

上面的原理讲完了,下面讲AHP中多人打分如何得到判断矩阵。

2、判断大小的方向。

先假定一个4乘以4的矩阵。

上面的三角形表示大于等于一的值。圆圈里的表示小于1的值。

具体含义很好理解。

然后就可以转化成上面的矩阵。其中三角形块的就是专家要打分的地方,而且是打

1到9这么几个值。

到了上面这步大家应该理解了。另外一边就是对角线对称的位置求倒数而已。

3、专家打分

上面假定是一个专家打分的情况。

上面假定是另外一个专家打分的情况。

4、求平均值

上面就是合成出来的判断矩阵。

对应的位置,求一下倒数即可。

5、根据合成出的正反互为倒数的判断矩阵,求解

求权重这一步初中生都会了,就不说了。

然后,进行所谓的一致性校验。


6、AHP两个根本前提

第一、为什么要互为倒数,这个是前提设定。完全可以不互为倒数

第二、一致性校验是没有数理逻辑基础的

上述两点,可以看AHP提出者一些文章。


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