问题

使用AHP层次分析法收集到多份问卷,怎么处理最后成为一个判断矩阵?

回答
多份问卷数据整合:从原始数据到最终判断矩阵的AHP处理流程

在应用层次分析法(AHP)进行决策分析时,收集到的多份专家或评估者的问卷数据是至关重要的第一步。然而,原始的问卷数据往往是分散的、多角度的,需要经过一系列严谨的处理才能整合成最终的判断矩阵。本文将详细阐述这一转化过程,旨在为研究者提供清晰的指导。

第一步:理解问卷结构与数据录入

首先,我们需要清晰地理解问卷的设计。一份典型的AHP问卷会围绕决策问题提出若干个判断题,例如“要素A相对于要素B的重要性程度是?”并提供一个标度供选择(如19标度法)。

问卷设计核查: 在数据收集前,务必仔细检查问卷设计是否符合AHP的pairwise comparison(成对比较)原则,确保每个要素对都进行了比较,并且比较是单向的(A对B的比较和B对A的比较是相互关联的)。
数据录入: 将收集到的纸质或电子问卷数据录入到电子表格软件(如Excel、Google Sheets)或专门的统计软件中。确保数据录入的准确性是后续所有分析的基础。每一行或每一列可以代表一个评估者,而每一格则记录了该评估者对特定成对要素之间重要性程度的判断。

第二步:单一份卷的判断矩阵构建

在将多份问卷的数据整合成一个最终矩阵之前,我们需要先处理每一份独立的问卷,将其转化为一个独立的判断矩阵。

识别要素: 首先要明确你的决策层级中的所有要素(包括目标层、准则层、子准则层以及方案层)。在构建矩阵时,每一行和每一列都代表一个要素。
填充矩阵: 对于一份问卷,按照成对比较的结果来填充判断矩阵。设矩阵为$A$,其元素$a_{ij}$表示要素$i$相对于要素$j$的重要性程度。
对角线元素$a_{ii}$始终为1,表示任何要素与自身的重要性程度是相等的。
如果要素$i$比要素$j$重要,那么$a_{ij}$就取问卷中对应的数值(例如,专家认为$i$比$j$重要3倍,则$a_{ij}=3$)。
根据互反性原则(reciprocal property),$a_{ji} = 1/a_{ij}$。这意味着如果$i$比$j$重要3倍,那么$j$比$i$就重要1/3倍。
检查一致性(初步): 在初步构建完矩阵后,虽然更严格的一致性检验会在汇总数据后进行,但可以先目视检查一下是否存在明显的逻辑矛盾(例如,A比B重要5倍,B比C重要5倍,但A比C重要却选择了1)。虽然不完美,但有助于发现问卷中的极端错误。

第三步:多份问卷数据的汇总与平均处理

当多份问卷都转化为独立的判断矩阵后,下一步就是将这些矩阵进行整合。最常用的方法是计算算术平均值,但也有其他更稳健的方法。

3.1 算术平均法 (Arithmetic Mean)

这是最直观和常用的方法。我们对所有专家(或评估者)就同一成对比较的评分取算术平均值。

逐个元素平均: 假设你有$n$份问卷,并且为第$k$份问卷得到了判断矩阵$A^{(k)}$。那么,最终的汇总判断矩阵$A_{avg}$的元素$a_{avg,ij}$计算方式如下:
$a_{avg,ij} = frac{1}{n} sum_{k=1}^{n} a_{ij}^{(k)}$
操作示例:
假设我们有两个专家对三个要素(A, B, C)进行了比较。
专家1的判断矩阵:
$$
A^{(1)} = egin{pmatrix}
1 & 2 & 1/3 \
1/2 & 1 & 3 \
3 & 1/3 & 1
end{pmatrix}
$$
专家2的判断矩阵:
$$
A^{(2)} = egin{pmatrix}
1 & 3 & 1/2 \
1/3 & 1 & 4 \
2 & 1/4 & 1
end{pmatrix}
$$
计算汇总矩阵 $A_{avg}$ 的元素:
$a_{avg,12} = (2 + 3) / 2 = 2.5$
$a_{avg,13} = (1/3 + 1/2) / 2 = (0.333 + 0.5) / 2 approx 0.417$
以此类推,计算出所有元素,得到最终的平均判断矩阵。

3.2 几何平均法 (Geometric Mean)

几何平均法在AHP中也常被推荐使用,尤其是在评分范围较大时,它比算术平均法更不容易受到极端值的影响。

逐个元素平均: 汇总判断矩阵$A_{geo}$的元素$a_{geo,ij}$计算方式如下:
$a_{geo,ij} = (prod_{k=1}^{n} a_{ij}^{(k)})^{1/n}$
操作示例(延续上面的例子):
$a_{geo,12} = (2 imes 3)^{1/2} = sqrt{6} approx 2.45$
$a_{geo,13} = (1/3 imes 1/2)^{1/2} = (1/6)^{1/2} approx 0.408$
几何平均法同样需要计算所有元素。

3.3 其他汇总方法

除了算术平均和几何平均,还有一些更高级的方法,例如:

偏好向量法 (Preference Vector Method): 通过计算每个专家矩阵的特征向量,然后对特征向量进行平均,最后再构建矩阵。这种方法在理论上更严谨,但计算相对复杂。
加权平均法 (Weighted Average Method): 如果你认为某些专家的意见更可靠(例如,经验更丰富),可以为他们的问卷分配更高的权重,然后进行加权平均。这需要额外的对专家进行评估的机制。

在实际操作中,算术平均法是最简单易懂且应用最广泛的。除非有特殊理由,否则可以优先考虑使用它。

第四步:生成最终的综合判断矩阵

经过算术平均(或几何平均)处理后,我们就得到了一份综合的判断矩阵。这个矩阵是所有专家意见的“平均体现”。

矩阵的完整性: 确保该综合矩阵是完整的,即所有要素之间的成对比较都有数值。
互反性检查: 再次确认综合矩阵的互反性,即$a_{ij} imes a_{ji}$是否近似等于1。由于平均过程中可能引入微小的浮点误差,或者原始问卷中存在一些不太完美的比例,所以“近似等于1”是可接受的。如果差异较大,可能需要回溯原始数据或重新设计问卷。

第五步:一致性检验

这是AHP方法中至关重要的一步,用来评估一组判断矩阵(在这个阶段是汇总后的综合判断矩阵)的可靠性。如果判断不一致,那么计算出的权重就没有意义。

计算特征根 ($lambda_{max}$): 对于一个$n imes n$的判断矩阵$A$,计算其最大特征根$lambda_{max}$。这是通过求解特征方程 $det(A lambda I) = 0$(其中$I$是单位矩阵)来完成的。通常使用数值计算方法,如幂法。
计算一致性指标 (CI Consistency Index):
$CI = frac{lambda_{max} n}{n 1}$
查找平均一致性比率 (RI Random Index): 平均一致性比率是根据矩阵的阶数$n$查阅标准值。例如,当$n=3$时,$RI approx 0.5247$;当$n=4$时,$RI approx 0.8930$。
计算一致性比率 (CR Consistency Ratio):
$CR = frac{CI}{RI}$
判断标准:
如果$CR le 0.10$,则认为判断矩阵的一致性是可以接受的。
如果$CR > 0.10$,则认为判断矩阵的一致性较差,需要对判断进行调整。

处理CR过大的情况:

如果计算出的CR大于0.10,这表明专家们的判断可能存在较多不一致的地方。此时,不能直接使用该矩阵进行后续的权重计算。需要进行以下调整:

1. 回溯原始数据: 重新审视专家们的原始评分,特别是那些导致不一致的成对比较。
2. 与专家沟通: 如果可能,与进行问卷的专家进行沟通,让他们重新审视他们的判断,并解释为何会出现不一致。
3. 调整评分: 根据沟通结果或逻辑推理,对个别评分进行适当的调整,以提高一致性。这需要谨慎进行,避免人为操纵数据。
4. 重新汇总与检验: 调整后,需要重新进行汇总和一致性检验,直到CR达到可接受的水平。

第六步:生成最终的判断矩阵

一旦汇总后的判断矩阵通过了一致性检验(即$CR le 0.10$),那么这个综合的、经过检验的判断矩阵就可以作为最终的判断矩阵,用于后续的AHP计算,例如计算权重向量。

总结一下流程:

1. 数据录入: 将所有问卷数据准确录入电子表格。
2. 独立矩阵构建: 将每一份问卷转化为独立的判断矩阵。
3. 数据汇总: 对所有独立矩阵的对应元素进行算术平均(或几何平均)处理,得到综合判断矩阵。
4. 一致性检验: 计算综合判断矩阵的CI和CR。
5. 调整与验证: 如果CR > 0.10,则需要调整数据或与专家沟通,重新汇总并检验,直到CR le 0.10。
6. 最终矩阵形成: 得到一个通过一致性检验的综合判断矩阵。

通过以上详细的步骤,我们就可以将多份原始问卷数据有效地处理,最终形成一个可以用于AHP分析的、具有代表性的判断矩阵。这个过程既需要细致的数据操作,也需要对AHP方法论的深刻理解。

网友意见

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这个问题问到了核心。这是最核心的步骤!!!

目前90%以上的文章就是这个部分语焉不详,或者说压根就是瞎掰。

从你的表述来看,你想的操作是n个专家最后得到一个判断矩阵。然后再根据得到的判断矩阵接着算权重并进行一致性校验。很遗憾这种操作的基本上你看不到这种论文。

现在把常见的操作讲讲。


1、算N遍,然后求平均的权重

每个人打分得到一个判断矩阵。

然后每步都可以校验一致性的问题,不符合一致性校验的丢弃。

最后求出平均权重即可。

举例,10个专家,然后分别独立打分,计算10次,发现了2个不符合一致性校验,这两个就是砖家。

剩余的8个为有效数据,然后每个权重再求一次权重即可。

这种方法比较傻逼。

2、清晰化(锐化)得到判断矩阵法

这种方法具体的算法有很多种。

下面是一个类似的例子。

上面第一个链接,有一个流程图。

N个专家可以得出上界与下届两个判断矩阵。

然后由上界与下界锐化得到一个判断矩阵。

计算公式之一

说明一下,上面的是Fuzzy-dematel方法或者说Grey-DEMATEL方法,原理用到ahp来一样。

另外用了这种,类似升级到了ANP一样,一致性校验没有意义了。具体原理不解释了。

3、delphi法(德尔菲法)

这个其实就是笔头子上写一写而已,大部分就是写一下而已。

类似上面的表述。

意思就是你请了10个人,然后让专家分组,最后这这那那经过多轮后最后得到一个判断结果。

4、AHP中的多人打分方法

先判断打分的方向。

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。

多人开始打分

上面假定是第一个人打分的结果

上面假定是第n个人打分的结果

上面假定是每个格子求出的平均值

对应空的地方求倒数就完了。

后续就简单了,先求出权重。

然后一致性校验的步骤。一致性校验不通过可以改改数据。或者不理它。

总结

比较好的用类似第二种方法。显得比较有逼格。

其实很多人是自己一个拍脑袋得到,为了显得严谨加上3的描述即可。

为了所谓更严谨,可以在方式3跟方式1进行结合。

最后ahp很low,可以用ANP或者Dematel求权重,也可以D-ANP求权重。

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