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一種河湖水系連通工程方案優(yōu)選排序方法與流程

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一種河湖水系連通工程方案優(yōu)選排序方法與流程

本發(fā)明涉及一種河湖水系連通工程方案優(yōu)選排序方法,是一種水利工程規(guī)劃分析方法,是一種計(jì)基于可變集和云模型的河湖水系連通工程方案優(yōu)選排序的分析方法。



背景技術(shù):

河湖水系連通研究目的就是通過(guò)分析河湖水系及連通工程特性,考慮到工程規(guī)劃具有多目標(biāo)、多層次等特征,立足于國(guó)家、區(qū)域、流域三個(gè)層面的國(guó)家戰(zhàn)略需求,形成河湖水系連通工程在多個(gè)目標(biāo)和多約束條件下的可行性方案集,然后建立方案集的指標(biāo)體系,通過(guò)模擬計(jì)算和評(píng)估分析,優(yōu)選確定河湖水系連通工程的規(guī)劃方案。

河湖水系連通工程方案優(yōu)選是一個(gè)具有定性定量指標(biāo)及模糊不確定信息的多目標(biāo)多屬性多層次的綜合評(píng)價(jià)問(wèn)題。建立一個(gè)能充分反映影響連通工程方案的社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境等各種因素的、科學(xué)系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)體系,并采用有效評(píng)價(jià)方法是方案優(yōu)選的核心。常用的綜合評(píng)價(jià)方法仍存在不足,如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法通過(guò)訓(xùn)練誤差反饋反復(fù)修改網(wǎng)絡(luò)權(quán)重,雖然一定程度上避免了評(píng)價(jià)者的主觀影響,但往往導(dǎo)致花費(fèi)時(shí)間多、收斂速度慢,且容易導(dǎo)致產(chǎn)生很多局部最小點(diǎn);模糊綜合評(píng)價(jià)法在評(píng)價(jià)過(guò)程中存在一定的不確定性,且模型難以自我調(diào)整與自我驗(yàn)證;灰色綜合評(píng)價(jià)法在權(quán)重確定上過(guò)度依賴于不同級(jí)別的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn);集對(duì)分析和模糊集對(duì)分析分類(lèi)方法在理論上存在基礎(chǔ)性錯(cuò)誤。多數(shù)評(píng)價(jià)方法將評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)按照點(diǎn)值形式處理,評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不是點(diǎn)值形式而是區(qū)間形式,有失評(píng)價(jià)結(jié)果的科學(xué)性。

考慮河湖水系連通工程方案優(yōu)選評(píng)價(jià)各指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)并沒(méi)有明確的界限,具有模糊性,但是影響它們的眾多指標(biāo)卻是清晰的確定值,因此河湖水系連通工程評(píng)價(jià)實(shí)質(zhì)上是可變集??勺兗强勺兡:陌l(fā)展,是對(duì)札德模糊集合論的突破,具有重要的理論意義,但是將其應(yīng)用在河湖水系連通領(lǐng)域,目前仍存在以下問(wèn)題:(1)可變集在河湖水系連通工程方案優(yōu)選中的適應(yīng)性如何,尚未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道;(2)可變集對(duì)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)及指標(biāo)權(quán)重的靈敏度如何進(jìn)行分析;(3)現(xiàn)有文獻(xiàn)將不同參數(shù)組合的可變模型計(jì)算結(jié)果的平均值作為最終評(píng)價(jià)結(jié)果,其合理性值得商榷;(4)多數(shù)評(píng)價(jià)方法將評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)按照點(diǎn)值形式處理,評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不是點(diǎn)值形式而是區(qū)間形式,有失評(píng)價(jià)結(jié)果的科學(xué)性;(5)權(quán)重確定非常重要,權(quán)重變化直接影響到綜合評(píng)估的重要性?,F(xiàn)有成果未對(duì)權(quán)重確定方法進(jìn)行討論,或者采用單一主觀賦權(quán)法,人為因素較大。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題,本發(fā)明提出了一種河湖水系連通工程方案優(yōu)選排序方法。所述的方法旨在解決不同參數(shù)組合的可變集模型運(yùn)用于河湖水系連通工程方案優(yōu)選排序的不確定性問(wèn)題。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種河湖水系連通工程方案優(yōu)選排序方法,所述方法的步驟如下:

確立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的步驟:通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研、實(shí)地調(diào)查和評(píng)估,參考已有的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系,根據(jù)資源-社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)-環(huán)境-工程模型,確立指標(biāo)體系建立原則,建立河湖水系連通工程方案的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,依據(jù)定性指標(biāo)和定量指標(biāo)確定指標(biāo)值;

計(jì)算組合權(quán)重的步驟:將主、客觀賦權(quán)法相結(jié)合,計(jì)算河湖水系連通工程方案評(píng)價(jià)指標(biāo)的組合權(quán)重,所述的主觀賦權(quán)法采用語(yǔ)氣算子比較法確定,所述的客觀賦權(quán)法采用改進(jìn)熵權(quán)法,所述的組合賦權(quán)法采用博弈論將語(yǔ)氣算子比較法和改進(jìn)熵權(quán)法相結(jié)合;

基于語(yǔ)氣算子比較法確定主觀權(quán)重的過(guò)程如下:

河湖水系連通工程方案評(píng)價(jià)指標(biāo)集是由m個(gè)指標(biāo)組成:

d=(d1,d2,…,dj,…,dm)

dj為河湖水系連通工程方案指標(biāo)集中的指標(biāo),j=1,2,…,m;

對(duì)河湖水系連通工程方案指標(biāo)集d中的指標(biāo)dk與指標(biāo)dl之間的重要性進(jìn)行二元比較:

指標(biāo)dk比指標(biāo)dl重要,記定性標(biāo)度ekl=1,elk=0;

指標(biāo)dk與指標(biāo)dl同樣重要,記ekl=0.5,elk=0.5;

指標(biāo)dl比指標(biāo)dk重要,記ekl=0,elk=1。其中k=1,2,……,m;l=1,2,……,m;

得到評(píng)價(jià)指標(biāo)的定性排序標(biāo)度矩陣:

在二元比較過(guò)程中,要求邏輯判斷的一致性檢驗(yàn)條件為:

ehk>ehl,有ekl=0;

ehk<ehl,有ekl=1;

ehk=elk=0.5,有ekl=0.5,h=1,2,…,m;

若e不能通過(guò)一致性檢驗(yàn),則需要人機(jī)結(jié)合的方式重新調(diào)整排序標(biāo)度ekl;

若通過(guò),則計(jì)算定性排序標(biāo)度矩陣e的各行元素之和,其值大小給出了河湖水系連通工程方案評(píng)價(jià)指標(biāo)集重要性的定性排序;

在對(duì)河湖水系連通工程方案評(píng)價(jià)指標(biāo)重要性定性排序后,逐一二元對(duì)比最重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)與其它指標(biāo),應(yīng)用語(yǔ)氣算子與對(duì)重要性的相對(duì)隸屬度的對(duì)應(yīng)關(guān)系表,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)知識(shí),逐一判斷確定河湖水系連通工程方案最重要評(píng)價(jià)指標(biāo)與其它指標(biāo)之間的語(yǔ)氣算子間的比較關(guān)系,確定河湖水系連通工程方案評(píng)價(jià)指標(biāo)的非歸一化權(quán)重值,進(jìn)而可以達(dá)到歸一化后得到的權(quán)重向量為:

基于改進(jìn)熵權(quán)法確定客觀權(quán)重的計(jì)算過(guò)程如下:

構(gòu)建m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)n個(gè)河湖水系連通工程方案的判斷矩陣y=(yij)m×n,其中:i=1,2,…,m;j=1,2,…,n;

將河湖水系連通工程方案的判斷矩陣歸一化處理后得到判斷矩陣b=(bij)m×n,其中bij為第j個(gè)河湖水系連通工程方案在第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)上的標(biāo)準(zhǔn)值,bij∈[0,1],其計(jì)算公式如下:

對(duì)于河湖水系連通工程方案評(píng)價(jià)指標(biāo)集中的越大越優(yōu)型指標(biāo)計(jì)算如下:

對(duì)于河湖水系連通工程方案評(píng)價(jià)指標(biāo)集中的越小越優(yōu)型指標(biāo),計(jì)算公式如下:

其中,分別表示河湖水系連通工程方案集中指標(biāo)i的最大特征值和最小特征值;

根據(jù)熵的定義,確定河湖水系連通工程方案評(píng)價(jià)指標(biāo)i的熵值為:

計(jì)算河湖水系連通工程方案評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵權(quán):

其中滿足

基于博弈論的組合賦權(quán)法的計(jì)算過(guò)程如下:

在各自賦予權(quán)重的基礎(chǔ)上,針對(duì)l種賦權(quán)方法,構(gòu)造一個(gè)基本權(quán)重集{u1,u2,…,ul},l個(gè)權(quán)重向量uk的任意線性組合用下式計(jì)算:

使用博弈論的集結(jié)模型選擇主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法的一個(gè)最滿意的權(quán)重u*,對(duì)上式中的l個(gè)主觀權(quán)重和客觀權(quán)重組合的系數(shù)αk優(yōu)化,其目標(biāo)函數(shù)使u與各uk的離差極小化,如下式:

上式中最優(yōu)化一階導(dǎo)數(shù)條件可以用下式表示:

計(jì)算得到(α1,α2,…,αl),再利用下式做歸一化處理:

則:主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法的組合權(quán)重為:

計(jì)算可變集模式識(shí)別矩陣的步驟:根據(jù)現(xiàn)有評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)際情況或經(jīng)驗(yàn),將河湖水系連通工程方案評(píng)價(jià)指標(biāo)按優(yōu)劣程度劃分為多個(gè)等級(jí),確定不同等級(jí)下的河湖水系連通工程方案評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值區(qū)間,進(jìn)而給出指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值區(qū)間矩陣,具體過(guò)程如下:

設(shè)河湖水系連通工程方案的好差分為c個(gè)級(jí)別,令h表示河湖水系連通工程方案級(jí)別變量,設(shè)h=1為

好,h=2為較好,…,h=c為差;

設(shè)由n個(gè)河湖水系連通工程方案組成的集合u,u為其中一個(gè)識(shí)別河湖水系連通工程方案對(duì)象,u∈u,以河湖水系連通工程評(píng)判指標(biāo)i的特征值xi對(duì)u進(jìn)行評(píng)判等級(jí)識(shí)別;已知的m個(gè)河湖水系連通工程方案評(píng)價(jià)指標(biāo)c個(gè)級(jí)別的指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值區(qū)間矩陣:

y=([aih,bih]),i=1,2,…,m;h=1,2,…,c

其中,aih、bih分別為河湖水系連通工程評(píng)價(jià)指標(biāo)i級(jí)h標(biāo)準(zhǔn)值上、下界;

對(duì)于越小越優(yōu)的河湖水系連通工程評(píng)價(jià)指標(biāo)aih<bih;

對(duì)于越大越優(yōu)的河湖水系連通工程評(píng)價(jià)指標(biāo)aih>bih;

相鄰兩級(jí)的河湖水系連通工程評(píng)價(jià)指標(biāo)i標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間值的交點(diǎn)bih,

相當(dāng)于對(duì)立統(tǒng)一與質(zhì)量互變定理中h級(jí)向h+1級(jí)轉(zhuǎn)化的漸變式質(zhì)變點(diǎn),即交點(diǎn)的相對(duì)隸屬度μ(bih)=μ(ai(h+1))=0.5;

m與c分別為的河湖水系連通工程評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)級(jí)別的總數(shù);

由于存在漸變式質(zhì)變點(diǎn)μ(bih)=0.5,根據(jù)對(duì)立統(tǒng)一定理,質(zhì)變點(diǎn)兩側(cè)必存在兩級(jí)或兩極對(duì)立,即h與h+1級(jí)構(gòu)成對(duì)立級(jí)別,故a和a'可以分別以ih和i(h+1)替代;

根據(jù)對(duì)立統(tǒng)一定理,對(duì)象u指標(biāo)i對(duì)h與(h+1)級(jí)的相對(duì)隸屬度之和為1,有:

μih(u)+μi(h+1)(u)=1

只此計(jì)算上式中的μih(u)和μi(h+1)(u),確定指標(biāo)i級(jí)別h或h+1的相對(duì)隸屬度,

確定方法如下:

設(shè)1級(jí),即:h=1,為好的河湖水系連通工程方案,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值區(qū)間矩陣,評(píng)價(jià)指標(biāo)i的1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值區(qū)間[ai1,bi1]的上界ai1對(duì)1級(jí)的相對(duì)隸屬度為1,那么根據(jù)對(duì)立統(tǒng)一定理,則對(duì)立級(jí)2級(jí)的相對(duì)隸屬度為0,設(shè)ki1為對(duì)象u在區(qū)間[ai1,bi1]內(nèi)對(duì)1級(jí)相對(duì)隸屬度為1的點(diǎn)值,故ki1=ai1;

設(shè)c級(jí),即:h=c,為差的河湖水系連通工程方案,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值區(qū)間矩陣,區(qū)間[aic,bic]的下界bic對(duì)c級(jí)的相對(duì)隸屬度為1,對(duì)對(duì)立級(jí),即:c-1,的下界bic對(duì)c級(jí)的相對(duì)隸屬度為1,那么根據(jù)對(duì)立統(tǒng)一定理,對(duì)對(duì)立級(jí),即:c-1,的相對(duì)隸屬度為0,設(shè)kic為對(duì)應(yīng)u在區(qū)間[aic,bic]內(nèi)對(duì)c級(jí)相對(duì)隸屬度為1的點(diǎn)值,故kic=bic;

設(shè)h為2至c-1的中間級(jí)別,可取指標(biāo)i級(jí)別h標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間[aih,bih]的中點(diǎn)為h級(jí)相對(duì)隸屬度為1的點(diǎn)值,即kih=(aih+bih)/2,則有:

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值區(qū)間矩陣y與上式,可得指標(biāo)相對(duì)隸屬度為1的點(diǎn)值映射矩陣為:

k=(kih)

根據(jù)上式與矩陣y中的bih可得到相對(duì)隸屬度為1和0所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)值映射矩陣為:

t=(ki1,bi1,…,bi(c-1),kic)m×(2c-l),i=1,2,…,m

計(jì)算單個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)隸屬度的步驟:利用相對(duì)隸屬度模型計(jì)算河湖水系連通工程方案評(píng)價(jià)指標(biāo)特征值相對(duì)應(yīng)級(jí)別的相對(duì)隸屬度,過(guò)程如下:

設(shè)已知河湖水系連通工程方案對(duì)象u的指標(biāo)特征值矩陣為:

x=(x1,x2,……,xm)=(xi),i=1,2,…,m;

設(shè)u的指標(biāo)i特征值xi落入矩陣k中h與h+1級(jí)指標(biāo)i的特征值相對(duì)差異度dih(u)和di(h+1)(u)等于1對(duì)應(yīng)的點(diǎn)值區(qū)間[kih,ki(h+1)]內(nèi),且區(qū)間內(nèi)同時(shí)存在dih(u)=0漸變式質(zhì)變點(diǎn)bih,則xi對(duì)h級(jí)和h+1級(jí)的相對(duì)差異度dih(u)可按下式計(jì)算:

將相對(duì)差異度模型轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)隸屬度模型,得到指標(biāo)特征值xi級(jí)別h相對(duì)隸屬度模型:

對(duì)于小于h級(jí),大于h+1級(jí)指標(biāo)i的相對(duì)隸屬度均應(yīng)等于0,即:

μi(<h)(u)=0,μi(h>+1)(u)=0,

當(dāng)xi落于模式識(shí)別矩陣t元素ki1與kic范圍之外時(shí),根據(jù)物理概念,對(duì)于越小越優(yōu)指標(biāo),指標(biāo)i對(duì)1級(jí)和c級(jí)的相對(duì)隸屬度為:

對(duì)于越大越優(yōu)指標(biāo),指標(biāo)i對(duì)1級(jí)和c級(jí)的相對(duì)隸屬度為:

計(jì)算級(jí)別特征值和綜合相對(duì)隸屬度的步驟:基于指標(biāo)權(quán)重值和單指標(biāo)相對(duì)隸屬度,利用優(yōu)化準(zhǔn)則參數(shù)和距離參數(shù)的不同組合的指標(biāo)特征值綜合相對(duì)隸屬度模型,計(jì)算河湖水系連通工程方案針對(duì)每個(gè)等級(jí)的綜合相對(duì)隸屬度向量,結(jié)合不同等級(jí),得到河湖水系連通工程方案的級(jí)別特征值和綜合相對(duì)隸屬度。

評(píng)價(jià)對(duì)象u的指標(biāo)特征值xi對(duì)級(jí)別h的綜合相對(duì)隸屬度模型為:

式中,α為優(yōu)化準(zhǔn)則函數(shù),α=1為最小一乘方準(zhǔn)則,α=2為最小二乘方準(zhǔn)則,p為距離參數(shù),p=1為海明距離,p=2為歐氏距離;

當(dāng)α=2時(shí),無(wú)論采用p=1的海明距離,還是p=2的歐氏距離,上式為非線性公式,對(duì)距離比值具有放大或縮小效應(yīng),不同參數(shù)組合下的計(jì)算模型為可變模型;

評(píng)價(jià)對(duì)象u對(duì)各個(gè)級(jí)別的綜合相對(duì)隸屬度向量:

級(jí)別特征值公式:

式中,υh°(u)為υh(u)的歸一化向量;

同理,可以得到n個(gè)河湖水系連通工程方案u的級(jí)別特征值:h(u1),h(u2),…,h(un),由此對(duì)每個(gè)河湖水系連通工程方案進(jìn)行隸屬等級(jí)的評(píng)定;

河湖水系連通工程方案的綜合相對(duì)隸屬度的計(jì)算公式如下:

根據(jù)上式可以計(jì)算u的相對(duì)差異度,根據(jù)質(zhì)量互變定理可以分析;

生成云模型參數(shù)表和云圖的步驟:在單一指標(biāo)特征值和多個(gè)指標(biāo)權(quán)重值變化情況下,將優(yōu)化準(zhǔn)則參數(shù)和距離參數(shù)不同組合的可變模型計(jì)算的級(jí)別特征值作為云模型的樣本數(shù)據(jù),生成云模型的參數(shù)表和云圖;單一指標(biāo)特征值變化靈敏度分析過(guò)程:

僅對(duì)單指標(biāo)靈敏度分析,即每次只考慮一個(gè)指標(biāo)特征值的變化,其他指標(biāo)特征值不變,統(tǒng)計(jì)各備選方案排序變化情況,確定保持最優(yōu)方案不變的取值區(qū)間;引入云模型理論進(jìn)行單指標(biāo)靈敏度分析,具體如下:

假定評(píng)判指標(biāo)特征值r′11的可能取值區(qū)間為(0,r″),指標(biāo)歸一化后值的區(qū)間在[0,1]內(nèi)。

給r′11賦初值r0,一般取r0=0.01,步長(zhǎng)確定為δr=0.01。

其他指標(biāo)特征值不變,利用可變模型計(jì)算備選工程方案的綜合評(píng)價(jià)值。

令r′11→r′11+δr,重復(fù)“其他指標(biāo)特征值不變,利用可變模型計(jì)算備選工程方案的綜合評(píng)價(jià)值”,直到r′11=r″;

重復(fù)以上步驟,依次統(tǒng)計(jì)在其他指標(biāo)特征值變化的整個(gè)取值區(qū)間各備選方案的綜合評(píng)價(jià)值;

以各備選方案在指標(biāo)特征值變化情況下所得的綜合評(píng)價(jià)值為樣本數(shù)據(jù),通過(guò)逆向云得到各備選方案的云模型ex,en,he,然后生成云圖;

多個(gè)指標(biāo)權(quán)重值同時(shí)變化靈敏度分析具體過(guò)程如下:

給ω1賦初值ω0,一般取ω0=0.01;

用計(jì)算機(jī)生成1組隨機(jī)權(quán)重值ω2,ω3,…,ωj,…,ωy,滿足權(quán)重值之和為1-ω0,形成1組隨機(jī)權(quán)重值集合w1={ω0,ω2,ω3,…,ωj,…,ωy};

根據(jù)以上得到的隨機(jī)權(quán)重值集合,利用可變模型計(jì)算備選方案的綜合評(píng)價(jià)值;

改變?chǔ)?=ω1+ω0,然后重復(fù)以上“用計(jì)算機(jī)生成1組隨機(jī)權(quán)重值ω2,ω3,…,ωj,…,ωy,滿足權(quán)重值之和為1-ω0,形成1組隨機(jī)權(quán)重值集合w1={ω0,ω2,ω3,…,ωj,…,ωy}”和“根據(jù)以上得到的隨機(jī)權(quán)重值集合,利用可變模型計(jì)算備選方案的綜合評(píng)價(jià)值”,直到ω1=1,即可得到各備選方案綜合評(píng)價(jià)值矩陣集合;

利用同樣的方法分別對(duì)ω2,ω3,…,ωj,…,ωy進(jìn)行靈敏度分析;

根據(jù)ω1,ω2,ω3,…,ωj,…,ωy的各備選綜合評(píng)價(jià)值作為樣本數(shù)據(jù),計(jì)算其云模型參數(shù)生成云圖;

確定最終評(píng)價(jià)結(jié)果的步驟:基于云模型參數(shù)表和云圖,對(duì)比分析不同參數(shù)組合的可變模型對(duì)河湖水系連通工程方案決策結(jié)果的魯棒性,選擇合理的參數(shù)組合,并挑選魯棒性好的參數(shù)組合的可變模型評(píng)價(jià)結(jié)果為最佳評(píng)價(jià)結(jié)果。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:本發(fā)明利用主觀權(quán)重和客觀權(quán)重相結(jié)合,使主觀和客觀得到了統(tǒng)一,賦權(quán)結(jié)果更為合理,更符合實(shí)際;利用可變集法解決了指標(biāo)的模糊清晰問(wèn)題,利用云模型,對(duì)可變模型的不確定性進(jìn)行了分析,可以更加合理的選擇方案優(yōu)選結(jié)果。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明的實(shí)施例一所述方法的流程圖;

圖2是本發(fā)明實(shí)施例一所述實(shí)例中指標(biāo)特征值變化下可變集參數(shù)α=1,p=1組合模型綜合評(píng)價(jià)正態(tài)云圖;

圖3是本發(fā)明實(shí)施例一所述實(shí)例中指標(biāo)特征值變化下可變集參數(shù)α=2,p=1組合模型綜合評(píng)價(jià)正態(tài)云圖;

圖4是本發(fā)明實(shí)施例一所述實(shí)例中指標(biāo)特征值變化下可變集參數(shù)α=1,p=2組合模型綜合評(píng)價(jià)正態(tài)云圖;

圖5是本發(fā)明實(shí)施例一所述實(shí)例中指標(biāo)特征值變化下可變集參數(shù)α=2,p=2組合模型綜合評(píng)價(jià)正態(tài)云圖;

圖6是本發(fā)明實(shí)施例一所述實(shí)例中指標(biāo)權(quán)重值變化下可變集參數(shù)α=1,p=1組合模型綜合評(píng)價(jià)正態(tài)云圖;

圖7是本發(fā)明實(shí)施例一所述實(shí)例中指標(biāo)權(quán)重值變化下可變集參數(shù)α=2,p=1組合模型綜合評(píng)價(jià)正態(tài)云圖;

圖8是本發(fā)明實(shí)施例一所述實(shí)例中指標(biāo)權(quán)重值變化下可變集參數(shù)α=1,p=2組合模型綜合評(píng)價(jià)正態(tài)云圖;

圖9是本發(fā)明實(shí)施例一所述實(shí)例中指標(biāo)權(quán)重值變化下可變集參數(shù)α=1,p=1組合模型綜合評(píng)價(jià)正態(tài)云圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一:

本實(shí)施例是一種河湖水系連通工程方案優(yōu)選排序方法,流程如圖1所示。本實(shí)施例所述方法的步驟如下:

(一)建立指標(biāo)體系的步驟:通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研、實(shí)地調(diào)查和評(píng)估,參考已有的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系,根據(jù)資源-社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)-環(huán)境-工程模型,確立指標(biāo)體系建立原則,建立河湖水系連通工程方案的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,依據(jù)定性指標(biāo)和定量指標(biāo)確定指標(biāo)值。

本實(shí)施例以某河湖水系連通工程為應(yīng)用實(shí)例,對(duì)本實(shí)施例的進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。該連通工程規(guī)劃3個(gè)方案p1、p2和p3。

在本步驟中,考慮到工程方案優(yōu)選評(píng)價(jià)中,資源、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、資源和工程技術(shù)之間不是簡(jiǎn)單的加和,而是相互影響、相互制約、協(xié)調(diào)共生。為了正確反映其復(fù)雜的內(nèi)部聯(lián)系,并遵循評(píng)價(jià)指標(biāo)體系設(shè)置的原則,在借鑒水資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用、水資源合理配置、水資源可承載能力、水資源緊缺程度等指標(biāo)體系基礎(chǔ)上,以資源-社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)-環(huán)境-工程為模型,結(jié)合連通工程的實(shí)際情況,建立了某工程方案優(yōu)選綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并確定指標(biāo)為定性或定量。如表1所示。

表1綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)

(二)計(jì)算組合權(quán)重的步驟:將主、客觀賦權(quán)法相結(jié)合,計(jì)算河湖水系連通工程方案評(píng)價(jià)指標(biāo)的組合權(quán)重。為全面考慮各指標(biāo)的主觀信息和客觀信息,利用組合賦權(quán)法確定河湖水系連通工程方案的資源、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、環(huán)境、工程評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。主觀賦權(quán)法采用語(yǔ)氣算子比較法確定,客觀賦權(quán)法采用改進(jìn)熵權(quán)法,組合賦權(quán)法采用博弈論將語(yǔ)氣算子比較法和改進(jìn)熵權(quán)法相結(jié)合。

基于語(yǔ)氣算子比較法確定主觀權(quán)重詳細(xì)說(shuō)明如下:

河湖水系連通工程方案評(píng)價(jià)指標(biāo)集是由m個(gè)指標(biāo)組成:

d=(d1,d2,…,dj,…dm)(1)

dj為河湖水系連通工程方案指標(biāo)集中的指標(biāo),j=1,2,…,m。

對(duì)河湖水系連通工程方案指標(biāo)集d中的指標(biāo)dk與指標(biāo)dl之間的“重要性”進(jìn)行二元比較,可以分為以下情況:若(1)指標(biāo)dk比指標(biāo)dl重要,記定性標(biāo)度ekl=1,elk=0;(2)指標(biāo)dk與指標(biāo)dl同樣重要,記ekl=0.5,elk=0.5;(3)指標(biāo)dl比指標(biāo)dk重要,記ekl=0,elk=1。其中k=1,2,…,m;l=1,2,…,m??梢缘玫皆u(píng)價(jià)指標(biāo)的定性排序標(biāo)度矩陣:

在二元比較過(guò)程中,要求邏輯判斷的一致性檢驗(yàn)條件為:(1)若ehk>ehl,有ekl=0;(2)若ehk<ehl,有

ekl=1。(3)若ehk=elk=0.5,有ekl=0.5,h=1,2,…,m。

若e不能通過(guò)一致性檢驗(yàn),則需要人機(jī)結(jié)合的方式重新調(diào)整排序標(biāo)度ekl;若通過(guò),則可計(jì)算定性排序標(biāo)度矩陣e的各行元素之和,其值大小給出了河湖水系連通工程方案評(píng)價(jià)指標(biāo)集重要性的定性排序。

在對(duì)河湖水系連通工程方案評(píng)價(jià)指標(biāo)重要性定性排序后,逐一二元對(duì)比最重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)與其它指標(biāo),可應(yīng)用語(yǔ)氣算子與對(duì)重要性的相對(duì)隸屬度的對(duì)應(yīng)關(guān)系表,如表2,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)知識(shí),逐一判斷確定河湖水系連通工程方案最重要評(píng)價(jià)指標(biāo)與其它指標(biāo)之間的語(yǔ)氣算子間的比較關(guān)系,可直接確定河湖水系連通工程方案評(píng)價(jià)指標(biāo)的非歸一化權(quán)重值。進(jìn)而可以達(dá)到歸一化后得到的權(quán)重向量為:

表2語(yǔ)氣算子與相對(duì)隸屬度的關(guān)系

基于改進(jìn)熵權(quán)法確定客觀權(quán)重的詳細(xì)說(shuō)明如下:

已有的熵權(quán)法當(dāng)熵值在一定區(qū)間時(shí),其相互之間微小差別可能引起熵權(quán)的成倍數(shù)變化,導(dǎo)致傳遞信息不一致,提出了改進(jìn)的熵權(quán)法確定河湖水系連通工程方案評(píng)價(jià)指標(biāo)的客觀權(quán)重,其計(jì)算步驟如下:

(1)構(gòu)建m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)n個(gè)河湖水系連通工程方案的判斷矩陣y=(yij)m×n(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)。

(2)將河湖水系連通工程方案的判斷矩陣歸一化處理后得到判斷矩陣b=(bij)m×n,其中bij為第j個(gè)河湖水系連通工程方案在第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)上的標(biāo)準(zhǔn)值,bij∈[0,1],其計(jì)算公式如下:

對(duì)于河湖水系連通工程方案評(píng)價(jià)指標(biāo)集中的越大越優(yōu)型指標(biāo)計(jì)算如下:

對(duì)于河湖水系連通工程方案評(píng)價(jià)指標(biāo)集中的越小越優(yōu)型指標(biāo),計(jì)算公式如下:

其中,分別表示河湖水系連通工程方案集中指標(biāo)i的最大特征值和最小特征值。

(3)根據(jù)熵的定義,確定河湖水系連通工程方案評(píng)價(jià)指標(biāo)i的熵值為:

(4)計(jì)算河湖水系連通工程方案評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵權(quán)

其中滿足

基于博弈論的組合賦權(quán)法的詳細(xì)說(shuō)明:

為充分發(fā)揮主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法各自優(yōu)勢(shì),在各自賦予權(quán)重的基礎(chǔ)上,針對(duì)l種賦權(quán)方法,構(gòu)造一個(gè)基本權(quán)重集{u1,u2,…,ul},那么這l個(gè)權(quán)重向量uk的任意線性組合用下式計(jì)算:

本實(shí)施例使用博弈論的集結(jié)模型選擇主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法的一個(gè)最滿意的權(quán)重u*,可對(duì)式(9)中l(wèi)個(gè)主觀權(quán)重和客觀權(quán)重組合的系數(shù)αk優(yōu)化,其目標(biāo)函數(shù)使使u與各uk的離差極小化,如下式:

(10)式最優(yōu)化一階導(dǎo)數(shù)條件可以用下式表示:

式(11)計(jì)算可以得到(α1,α2,…,αl),再利用式(12)歸一化處理。

因此主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法的組合權(quán)重為:

實(shí)例為全面考慮主觀信息和客觀信息,第一層、第二層指標(biāo)權(quán)重采用語(yǔ)氣算子比較法確定,第三層指標(biāo)采用語(yǔ)氣算子比較法與改進(jìn)的熵權(quán)法相結(jié)合的基于博弈論的組合權(quán)重法確定。

據(jù)此可以得到如下指標(biāo)權(quán)重表。

表3指標(biāo)權(quán)重表

(三)計(jì)算可變集模式識(shí)別矩陣的步驟:計(jì)算河湖水系連通工程方案的可變集模式識(shí)別矩陣。根據(jù)現(xiàn)有評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)際情況或?qū)<医?jīng)驗(yàn),將河湖水系連通工程方案評(píng)價(jià)指標(biāo)按優(yōu)劣程度劃分為多個(gè)等級(jí),確定不同等級(jí)下的河湖水系連通工程方案評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值區(qū)間,進(jìn)而給出指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值區(qū)間矩陣。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值區(qū)間矩陣,計(jì)算相對(duì)差異度為1的點(diǎn)值映射矩陣,進(jìn)而計(jì)算相對(duì)差異度為1和0的所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)值映射矩陣,也成為可變集模式識(shí)別矩陣。

具體步驟如下:

設(shè)河湖水系連通工程方案的好差分為c個(gè)級(jí)別。令h表示河湖水系連通工程方案級(jí)別變量,設(shè)h=1為好,h=2為較好,…,h=c為差。

設(shè)由n個(gè)河湖水系連通工程方案組成的集合u,u為其中一個(gè)識(shí)別河湖水系連通工程方案對(duì)象,u∈u,以河湖水系連通工程評(píng)判指標(biāo)i的特征值xi對(duì)u進(jìn)行評(píng)判等級(jí)識(shí)別。已知的m個(gè)河湖水系連通工程方案評(píng)價(jià)指標(biāo)c個(gè)級(jí)別的指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值區(qū)間矩陣:

y=([aih,bih]),i=1,2,…,m;h=1,2,…,c(14)

其中,aih、bih分別為河湖水系連通工程評(píng)價(jià)指標(biāo)i級(jí)h標(biāo)準(zhǔn)值上、下界。對(duì)于越小越優(yōu)的河湖水系連通工程評(píng)價(jià)指標(biāo)aih<bih;對(duì)于越大越優(yōu)的河湖水系連通工程評(píng)價(jià)指標(biāo)aih>bih;相鄰兩級(jí)的河湖水系連通工程評(píng)價(jià)指標(biāo)i標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間值的交點(diǎn)bih,相當(dāng)于對(duì)立統(tǒng)一與質(zhì)量互變定理中h級(jí)向h+1級(jí)轉(zhuǎn)化的漸變式質(zhì)變點(diǎn),即交點(diǎn)的相對(duì)隸屬度μ(bih)=μ(ai(h+1))=0.5;m與c分別為的河湖水系連通工程評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)級(jí)別的總數(shù)。由于存在漸變式質(zhì)變點(diǎn)μ(bih)=0.5,根據(jù)對(duì)立統(tǒng)一定理,質(zhì)變點(diǎn)兩側(cè)必存在兩級(jí)(兩極)對(duì)立,即h與h+1級(jí)構(gòu)成對(duì)立級(jí)別,故a和a'可以分別以ih和i(h+1)替代。根據(jù)對(duì)立統(tǒng)一定理,對(duì)象u指標(biāo)i對(duì)h與(h+1)級(jí)的相對(duì)隸屬度之和為1,有

μih(u)+μi(h+1)(u)=1(15)

只此計(jì)算(15)式中的μih(u)和μi(h+1)(u)就可確定指標(biāo)i級(jí)別h或h+1的相對(duì)隸屬度,其方法如下:

(1)設(shè)1級(jí)(h=1)為好的河湖水系連通工程方案,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值區(qū)間矩陣,評(píng)價(jià)指標(biāo)i的1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值區(qū)間[ai1,bi1]的上界ai1對(duì)1級(jí)的相對(duì)隸屬度為1,那么根據(jù)對(duì)立統(tǒng)一定理,則對(duì)對(duì)立級(jí)2級(jí)的相對(duì)隸屬度為0,設(shè)ki1為對(duì)象u在區(qū)間[ai1,bi1]內(nèi)對(duì)1級(jí)相對(duì)隸屬度為1的點(diǎn)值,故ki1=ai1。

(2)設(shè)c級(jí)(h=c)為差的河湖水系連通工程方案,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值區(qū)間矩陣,區(qū)間[aic,bic]的下界bic對(duì)c級(jí)的相對(duì)隸屬度為1,對(duì)對(duì)立級(jí)(c-1)的下界bic對(duì)c級(jí)的相對(duì)隸屬度為1,那么根據(jù)對(duì)立統(tǒng)一定理,對(duì)對(duì)立級(jí)(c-1)的相對(duì)隸屬度為0,設(shè)kic為對(duì)應(yīng)u在區(qū)間[aic,bic]內(nèi)對(duì)c級(jí)相對(duì)隸屬度為1的點(diǎn)值,故kic=bic。

(3)設(shè)h為2至(c-1)的中間級(jí)別,可取指標(biāo)i級(jí)別h標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間[aih,bih]的中點(diǎn)為h級(jí)相對(duì)隸屬度為1的點(diǎn)值,即kih=(aih+bih)/2,則有:

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值區(qū)間矩陣y與上式,可得指標(biāo)相對(duì)隸屬度為1的點(diǎn)值映射矩陣為:

k=(kih)(17)

根據(jù)上式與矩陣y中的bih可得到相對(duì)隸屬度為1和0所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)值映射矩陣(稱之為可變模式識(shí)別矩陣)為:

t=(ki1,bi1,…,bi(c-1),kic)m×(2c-1),i=1,2,…,m(18)

根據(jù)p1、p2和p3的指標(biāo)特征值,將河湖水系連通工程評(píng)價(jià)指標(biāo)按優(yōu)劣程度分為5個(gè)等級(jí):1級(jí)(好)、2級(jí)(較好)、3級(jí)(一般)、4級(jí)(較差)、5級(jí)(差)。見(jiàn)表4。

表4指標(biāo)特征值及指標(biāo)等級(jí)表

上述指標(biāo)特征值矩陣xp與5個(gè)級(jí)別指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值區(qū)間矩陣yp分別為:

根據(jù)式(16),結(jié)合矩陣yp得到相對(duì)差異度為1的點(diǎn)值映射矩陣kp

由矩陣kp與矩陣yp中bih值得到相對(duì)差異度1、0點(diǎn)值映射矩陣,即可變集模式識(shí)別矩陣tp為:

(四)計(jì)算單個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)隸屬度的步驟:計(jì)算河湖水系連通工程方案單個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)隸屬度。利用相對(duì)隸屬度模型計(jì)算河湖水系連通工程方案評(píng)價(jià)指標(biāo)特征值相對(duì)應(yīng)級(jí)別的相對(duì)隸屬度。

設(shè)已知河湖水系連通工程方案對(duì)象u的指標(biāo)特征值矩陣為:

x=(x1,x2,…,xm)=(xi),i=1,2,…,m.(19)

設(shè)u的指標(biāo)i特征值xi落入矩陣k中h與h+1級(jí)指標(biāo)i的特征值相對(duì)差異度dih(u)和di(h+1)(u)等于1對(duì)應(yīng)的點(diǎn)值區(qū)間[kih,ki(h+1)]內(nèi),且區(qū)間內(nèi)同時(shí)存在dih(u)=0漸變式質(zhì)變點(diǎn)bih,則xi對(duì)h級(jí)和h+1級(jí)的相對(duì)差異度dih(u)可按下式計(jì)算:

為計(jì)算方便,將相對(duì)差異度模型轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)隸屬度模型,為此可以得到指標(biāo)特征值xi級(jí)別h相對(duì)隸屬度模型:

根據(jù)物理概念,對(duì)于小于h級(jí),大于h+1級(jí)指標(biāo)i的相對(duì)隸屬度均應(yīng)等于0,即:

μi(<h)(u)=0,μi(h>+1)(u)=0(22)

當(dāng)xi落于模式識(shí)別矩陣t元素ki1與kic范圍之外時(shí),根據(jù)物理概念,對(duì)于越小越優(yōu)指標(biāo),指標(biāo)i對(duì)1級(jí)和c級(jí)的相對(duì)隸屬度為:

對(duì)于越大越優(yōu)指標(biāo),指標(biāo)i對(duì)1級(jí)和c級(jí)的相對(duì)隸屬度為:

以p1方案指標(biāo)缺水率為例對(duì)計(jì)算做說(shuō)明。

已知該方案缺水率指標(biāo)的特征值xi1=-4.27落入?yún)^(qū)間[ki4,ki5],且xi1∈[bi4=-4.0,ki5=-5.0]。

根據(jù)式(22)可以得到:

μ11(u1)=0,μ12(u1)=0,μ13(u1)=0

則可以得到方案u1缺水率指標(biāo)對(duì)各級(jí)的相對(duì)隸屬度向量:

對(duì)指標(biāo)進(jìn)行類(lèi)似的計(jì)算,得到對(duì)級(jí)別1至5的指標(biāo)相對(duì)隸屬度矩陣。

(五)計(jì)算級(jí)別特征值和綜合相對(duì)隸屬度的步驟:計(jì)算河湖水系連通工程方案的級(jí)別特征值和綜合相對(duì)隸屬度。基于指標(biāo)權(quán)重值和單指標(biāo)相對(duì)隸屬度,利用優(yōu)化準(zhǔn)則參數(shù)和距離參數(shù)的不同組合的指標(biāo)特征值綜合相對(duì)隸屬度模型(或稱為可變模型),計(jì)算河湖水系連通工程方案針對(duì)每個(gè)等級(jí)的綜合相對(duì)隸屬度向量,結(jié)合不同等級(jí),可以得到河湖水系連通工程方案的級(jí)別特征值和綜合相對(duì)隸屬度。

河湖水系連通工程方案優(yōu)選排序是多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)問(wèn)題。評(píng)價(jià)對(duì)象u的指標(biāo)特征值xi對(duì)級(jí)別h的綜合相對(duì)隸屬度模型為:

式中α為優(yōu)化準(zhǔn)則函數(shù),α=1相當(dāng)于最小一乘方準(zhǔn)則,α=2為最小二乘方準(zhǔn)則,p為距離參數(shù),p=1為海明距離,p=2為歐氏距離。當(dāng)α=2時(shí),無(wú)論采用p=1的海明距離,還是p=2的歐氏距離,上式都是非線性公式,對(duì)距離比值具有放大或縮小效應(yīng)。不同參數(shù)組合下的計(jì)算模型為可變模型。

評(píng)價(jià)對(duì)象u對(duì)各個(gè)級(jí)別的綜合相對(duì)隸屬度向量:

級(jí)別特征值公式:

式中,υh°(u)為υh(u)的歸一化向量。

同理,可以得到n個(gè)河湖水系連通工程方案u的級(jí)別特征值:h(u1),h(u2),…,h(un),由此對(duì)每個(gè)河湖水系連通工程方案進(jìn)行隸屬等級(jí)的評(píng)定。

河湖水系連通工程方案的綜合相對(duì)隸屬度的計(jì)算公式如下:

根據(jù)上式可以計(jì)算u的相對(duì)差異度,根據(jù)質(zhì)量互變定理可以分析。

據(jù)前述,u1的各級(jí)指標(biāo)權(quán)重向量為:

根據(jù)參數(shù)α=1和p=1、參數(shù)α=1和p=2、參數(shù)α=2和p=1與參數(shù)α=2和p=2,利用上述組合的4種綜合相對(duì)隸屬度模型計(jì)算隸屬度,再對(duì)隸屬度值進(jìn)行歸一化,可以得到歸一化的隸屬度。如表5所示。

表5計(jì)算級(jí)別特征值和相對(duì)差異度

從上表可以看出,不同參數(shù)α和p的組合,計(jì)算的同種方案的級(jí)別特征值大小不同。對(duì)p1方案,計(jì)算的級(jí)別特征值分別為3.096、3.096、2.841和2.646,前2種組合計(jì)算的方案處于3級(jí)和4級(jí)之間,接近于3級(jí);后2種組合計(jì)算的方案處于2級(jí)和3級(jí)之間,接近于3級(jí);級(jí)別特征值從大向小轉(zhuǎn)變,即等級(jí)低向等級(jí)高的方案轉(zhuǎn)移。對(duì)p2方案,計(jì)算級(jí)別特征值分別為2.525、2.252、2.842和2.889,4種組合計(jì)算的特征值均處于2級(jí)和3級(jí)之間,級(jí)別特征值先從大到小,然后從小變大。對(duì)p3方案,計(jì)算級(jí)別特征值分別為2.230、1.585、2.889和2.452,其中1種組合在1級(jí)和2級(jí)之間,另外三種組合在2級(jí)和3級(jí)之間。根據(jù)級(jí)別特征值,對(duì)相同參數(shù)的方案之間排序來(lái)看,前2種組合計(jì)算的方案排序是:p3方案>p2方案>p1方案;后2種組合計(jì)算的方案排序是:p3方案>p1方案>p2方案。第1種組合計(jì)算的p1方案處于3級(jí)和4級(jí)之間,p2方案和p3方案處于2級(jí)和3級(jí)之間;第2種組合計(jì)算的p1方案處于3級(jí)和4級(jí)之間,p2方案處于2級(jí)和3級(jí)之間,p3方案處于1級(jí)和2級(jí)之間;第3種和第4種組合計(jì)算的p1方案、p2方案和p3方案均處于2級(jí)和3級(jí)之間,三者之間沒(méi)有明顯差別。

從不同參數(shù)組合來(lái)看,不同參數(shù)組合對(duì)三種方案的可辨識(shí)度不同。第1種組合,將p1方案和p2方案、p3方案區(qū)分出來(lái),能夠識(shí)別出較差方案;第2種組合,將p1方案、p2方案、p3方案三個(gè)方案區(qū)分出來(lái);第3種和第4種組合,沒(méi)有很好的識(shí)別度,p1方案、p2方案、p3方案基本處于同一類(lèi)別,差別不是太大。根據(jù)相對(duì)差異度值分析,在前兩種組合方案中,p1方案相對(duì)差異度均為-0.048,p2方案相對(duì)差異度分別為0.238和0.374,p3方案相對(duì)差異度分別為0.385和0.707;根據(jù)公式(10)可知,新安江方案與其它兩個(gè)方案具有質(zhì)的區(qū)別,為不推薦方案,其它兩個(gè)方案相比較,p3方案優(yōu)于p2方案;不同的參數(shù)組合的計(jì)算出的相對(duì)差異度不同,第2種計(jì)算的相對(duì)差異度值比第1種計(jì)算的差異度值要大,且相對(duì)差異度值增加的倍數(shù)也不一樣,通過(guò)第2種相對(duì)差異度計(jì)算,可知p3方案比較接近工程方案的理想值1。

通過(guò)對(duì)不同組合參數(shù)的平均值計(jì)算,方案排序?yàn)椋簆3方案>p2方案>p1方案,優(yōu)選方案為p3方案。

(六)生成云模型參數(shù)表和云圖的步驟:生成指標(biāo)和權(quán)重變化可變模型計(jì)算的河湖水系連通工程方案級(jí)別特征值的云模型參數(shù)表和云圖。在單一指標(biāo)特征值和多個(gè)指標(biāo)權(quán)重值變化情況下,將優(yōu)化準(zhǔn)則參數(shù)和距離參數(shù)不同組合的可變模型計(jì)算的級(jí)別特征值作為云模型的樣本數(shù)據(jù),生成云模型的參數(shù)表和云圖。

單一指標(biāo)特征值變化靈敏度分析步驟:

僅對(duì)單指標(biāo)靈敏度分析,即每次只考慮一個(gè)指標(biāo)特征值的變化,其他指標(biāo)特征值不變,統(tǒng)計(jì)各備選方案排序變化情況,確定保持最優(yōu)方案不變的取值區(qū)間。引入云模型理論進(jìn)行單指標(biāo)靈敏度分析,具體步驟如下:

(1)假定評(píng)判指標(biāo)特征值r′11的可能取值區(qū)間為(0,r″),指標(biāo)歸一化后值的區(qū)間在[0,1]內(nèi)。

(2)給r′11賦初值r0,一般取r0=0.01,步長(zhǎng)確定為δr=0.01。

(3)其他指標(biāo)特征值不變,利用可變模型計(jì)算備選工程方案的綜合評(píng)價(jià)值。

(4)令r′11→r′11+δr,重復(fù)步驟(3),直到r′11=r″。

(5)重復(fù)以上步驟,依次統(tǒng)計(jì)在其他指標(biāo)特征值變化的整個(gè)取值區(qū)間各備選方案的綜合評(píng)價(jià)值。

(6)以各備選方案在指標(biāo)特征值變化情況下所得的綜合評(píng)價(jià)值為樣本數(shù)據(jù),通過(guò)逆向云得到各備選方案的云模型(ex,en,he),然后生成云圖。

針對(duì)p1、p2和p3三種水系連通工程方案,以指標(biāo)特征值變動(dòng)下的方案綜合評(píng)價(jià)值為樣本數(shù)據(jù),通過(guò)逆向云和正向云計(jì)算各方案的云模型(ex,en,he),結(jié)果如表6所示,生成的正態(tài)云圖見(jiàn)圖2~圖5。

表6指標(biāo)特征值變化下各方案綜合評(píng)價(jià)值云模型參數(shù)

多個(gè)權(quán)重值同時(shí)變化靈敏度分析具體步驟如下:

(1)給ω1賦初值ω0,一般取ω0=0.01。

(2)用計(jì)算機(jī)生成1組隨機(jī)權(quán)重值ω2,ω3,…,ωj,…,ωy,滿足權(quán)重值之和為1-ω0,形成1組隨機(jī)權(quán)重值集合w1={ω0,ω2,ω3,…,ωj,…,ωy}。

(3)根據(jù)以上得到的隨機(jī)權(quán)重值集合,利用可變模型計(jì)算備選方案的綜合評(píng)價(jià)值。

(4)改變?chǔ)?=ω1+ω0,然后重復(fù)以上步驟(2)~(3),直到ω1=1,即可得到各備選方案綜合評(píng)價(jià)值矩陣集合。

(5)利用同樣的方法分別對(duì)ω2,ω3,…,ωj,…,ωy進(jìn)行靈敏度分析。

(6)根據(jù)ω1,ω2,ω3,…,ωj,…,ωy的各備選綜合評(píng)價(jià)值作為樣本數(shù)據(jù),計(jì)算其云模型,生成云圖即可分析不同綜合評(píng)價(jià)方法的決策結(jié)果的權(quán)重變化情況下魯棒性。

針對(duì)p1、p2和p3三種水系連通工程方案以指標(biāo)權(quán)重值變動(dòng)下的方案綜合評(píng)價(jià)值為樣本數(shù)據(jù),通過(guò)逆向云和正向云計(jì)算各方案的云模型(ex,en,he),結(jié)果如表7所示,生成的正態(tài)云圖見(jiàn)圖6~圖9。

表7指標(biāo)權(quán)重值變化下各方案綜合評(píng)價(jià)值云模型參數(shù)表

(七)確定最終評(píng)價(jià)結(jié)果的步驟:分析可變模型參數(shù)組合的合理性,確定河湖水系連通工程方案優(yōu)選排序最終評(píng)價(jià)結(jié)果?;谠颇P蛥?shù)表和云圖,對(duì)比分析不同參數(shù)組合的可變模型對(duì)河湖水系連通工程方案決策結(jié)果的魯棒性,選擇合理的參數(shù)組合,并將魯棒性好的參數(shù)組合的可變模型評(píng)價(jià)結(jié)果為最佳評(píng)價(jià)結(jié)果,供決策者參考。

在本步驟中,利用云模型參數(shù)和云圖可以從以下兩個(gè)方面分析工程方案決策結(jié)果的靈敏度:(1)在可變集模型評(píng)價(jià)法下橫向?qū)Ρ雀鱾溥x工程方案之間的排序穩(wěn)定情況,首先根據(jù)方案的期望ex大小排序,期望越大穩(wěn)定性越好;若期望ex相同,則熵en越小(即穩(wěn)定性越好)排序穩(wěn)定性越好,若期望ex和熵en都相同,則超熵he越小(即隨機(jī)性越小)排序穩(wěn)定性越好。(2)當(dāng)利用上述橫向比較難以確定可變模型的魯棒性時(shí),進(jìn)而根據(jù)云圖縱向?qū)Ρ雀骺勺兡P椭g決策結(jié)果的穩(wěn)定情況,若最優(yōu)方案的云分布與其他方案重疊越少,該方法得到的決策結(jié)果魯棒性越好。

指標(biāo)特征值變化的靈敏度分析如下:

從表6分析,從綜合評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看,可變模型(α=1,p=1)計(jì)算結(jié)果,p3期望最好,p2方案次之,p1方案較差,3個(gè)方案的熵和超熵值接近,說(shuō)明穩(wěn)定性和隨機(jī)性相差不大;可變模型(α=2,p=1)計(jì)算結(jié)果,排序與可變模型(α=1,p=1)組合相似,但p2方案和p3方案的等級(jí)值有所提升,p1方案期望變化不大;可變模型(α=1,p=2)和(α=2,p=2)計(jì)算結(jié)果,p2方案期望最差,p1方案次之,p3方案最優(yōu)。不同可變模型計(jì)算的排序有所變化。

從圖2~圖5可以看出,p1方案和p2、p3方案的沒(méi)有重疊,說(shuō)明p1方案是最低方案,p2和p3方案重疊較少,p3方案比p2方案優(yōu);可變模型(α=2,p=1)計(jì)算結(jié)果,p3方案和p1、p2方案的云圖沒(méi)有重疊,說(shuō)明p3方案保持最優(yōu)的穩(wěn)定性沒(méi)有改變,p2和p1方案云圖重疊少,說(shuō)明指標(biāo)變化情況下,p2方案始終優(yōu)于p1方案,p1方案是差方案。可變模型(α=1,p=2)計(jì)算結(jié)果,p1和p2方案重疊部分多,指標(biāo)變化下,較易發(fā)生變化,p3方案和p1、p2方案云圖也有所重疊,在指標(biāo)變化情況下,排序也有可能發(fā)生變化;可變模型(α=1,p=1)計(jì)算結(jié)果,p3和p1、p2方案均有多重疊,p2和p3方案排序較易發(fā)生變化。

綜上分析可以得出,可變模型(α=1,p=1)和(α=2,p=1)計(jì)算3個(gè)工程方案的排序較穩(wěn)定,應(yīng)用在工程方案優(yōu)選結(jié)果魯棒性更好,其排序穩(wěn)定性幾乎不受單一指標(biāo)值變化的影響。這也證明了傳統(tǒng)的以4種可變模型計(jì)算平均值作為評(píng)價(jià)結(jié)果存在不足。

指標(biāo)權(quán)重值變化的靈敏度分析如下:

從表7可以看出,從綜合評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看,可變模型(α=2,p=2)計(jì)算的熵值大于樣本方差均方根值,說(shuō)明該模型計(jì)算結(jié)果在指標(biāo)權(quán)重變化下的穩(wěn)定性非常差,不宜用作方案評(píng)價(jià);可變模型(α=1,p=1)、(α=2,p=1)和(α=1,p=2)計(jì)算的p3期望最好,p2方案次之,p1方案較差,其中p2和p3方案級(jí)別特征值相差不大,且各方案的熵值和超熵值較為接近,說(shuō)明穩(wěn)定性和隨機(jī)性程度比較接近。

從圖6~圖9可以看出,p2和p3方案的云圖重疊較多,說(shuō)明在指標(biāo)權(quán)重變化下,2個(gè)方案的排序較易發(fā)生變化;p1方案和p2、p3方案云圖也有重疊,說(shuō)明這3種方案的情景下,p1方案和p2、p3方案也有可能發(fā)生變化。與可變模型(α=1,p=1)相比,可變模型(α=2,p=1)和(α=1,p=2)計(jì)算結(jié)果隨機(jī)性不強(qiáng),且各自維持穩(wěn)定性的性質(zhì)較好。

最后應(yīng)說(shuō)明的是,以上僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制,盡管參照較佳布置方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案(比如模型的選擇、各種公式的運(yùn)用、步驟的先后順序等)進(jìn)行修改或者等同替換,而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。

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