改进AHP-反熵权法的应急物流运输路线安排决策.pdf
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1、收稿日期:2 0 2 2 1 1 0 7基金项目:辽宁省经济社会发展研究课题(2 0 2 3 I S I Y B K T-0 8 6)。作者简介:谢英红(1 9 7 6),女,辽宁营口人,教授。第3 5卷 第6期2 0 2 3年 1 2月沈阳大学学报(自然科学版)J o u r n a l o fS h e n y a n gU n i v e r s i t y(N a t u r a lS c i e n c e)V o l.3 5,N o.6D e c.2023文章编号:2 0 9 5-5 4 5 6(2 0 2 3)0 6-0 4 8 5-0 9改改进A H P-反熵权法的应急物流运输
2、路线安排决策谢英红,赵芸洁,韩晓微,高 强,李浩林(沈阳大学 信息工程学院,辽宁 沈阳 1 1 0 0 4 4)摘 要:为了进一步强化我国应急物流运输能力,提出了应急物流运输路线安排决策方案。以运输时间、费用、便捷和安全为评价指标,构建了应急物流运输路线安排模型。应用改进层次分析和反熵权法确定指标主、客观权重值,有效克服了传统层次分析法因数据繁多而导致结论存在偏差以及熵权法对指标权重差异较大时的敏感性问题。利用离差平方和方法将主、客观权重组合赋权,根据离差平方和最大使评价值差量变大,便于决策方案排序。该方法消除了主、客观权重赋值时的不严谨问题,使最终评价结果更加客观、准确。综合实验表明,该算法
3、在应急物流运输路径安排方面优于所比较的其他算法。关 键 词:应急物流运输;改进层次分析法;反熵权法;离差平方和;组合赋权中图分类号:U 1 1 6.2 文献标志码:AI m p r o v e d A H P-A n t i-E n t r o p y W e i g h t M e t h o df o rE m e r g e n c yL o g i s t i c sT r a n s p o r t a t i o nR o u t eA r r a n g e m e n tD e c i s i o nX I EY i n g h o n g,ZHA OY u n j i e,H
4、ANX i a o w e i,G A OQ i a n g,L IH a o l i n(S c h o o l o f I n f o r m a t i o nE n g i n e e r i n g,S h e n y a n gU n i v e r s i t y,S h e n y a n g1 1 0 0 4 4,C h i n a)A b s t r a c t:I n o r d e rt of u r t h e rs t r e n g t h e n C h i n a st r a n s p o r t a t i o nc a p a c i t y o fe
5、 m e r g e n c yl o g i s t i c s,ad e c i s i o n-m a k i n gs c h e m ef o rt r a n s p o r t a t i o nr o u t ea r r a n g e m e n to fe m e r g e n c yl o g i s t i c sw a sp r o p o s e d.T a k i n gt r a n s p o r t a t i o nt i m e,c o s t,c o n v e n i e n c ea n ds a f e t ya st h ee v a l
6、u a t i o ni n d e x e s,a ne m e r g e n c yl o g i s t i c st r a n s p o r t a t i o nr o u t ea r r a n g e m e n t m o d e lw a sc o n s t r u c t e d.T h e i m p r o v e da n a l y t i ch i e r a r c h ya n da n t i-e n t r o p yw e i g h t sm e t h o dw e r ea p p l i e dt od e t e r m i n et
7、 h es u b j e c t i v ea n do b j e c t i v e w e i g h tv a l u e so fi n d i c a t o r s,w h i c he f f e c t i v e l yo v e r c a m e t h eb i a so ft h ec o n c l u s i o no ft h et r a d i t i o n a la n a l y t i ch i e r a r c h ym e t h o dd u et ot h el a r g en u m b e ro fd a t aa n dt h
8、es e n s i t i v i t yo f t h ee n t r o p yw e i g h tm e t h o dt ot h e i n d e xw e i g h t.T h es u mo fd i s p e r s i o ns q u a r e sm e t h o dw a su s e dt ow e i g h t t h ec o m b i n a t i o no f s u b j e c t i v ea n do b j e c t i v ew e i g h t s,a n d t h ed i f f e r e n c e i ne
9、v a l u a t i o nv a l u ew a sm a x i m i z e da c c o r d i n g t o t h e s u mo f s q u a r e dd i s p e r s i o n s,w h i c hw a sc o n v e n i e n tf o rt h er a n k i n go fd e c i s i o n-m a k i n gs c h e m e s.T h i sm e t h o de l i m i n a t e dt h ep r o b l e m o fi m p r e c i s i o n
10、i nt h ea s s i g n m e n to fs u b j e c t i v ea n do b j e c t i v e w e i g h t sa n d m a d et h ef i n a le v a l u a t i o n r e s u l t s m o r e o b j e c t i v ea n d a c c u r a t e.C o m p r e h e n s i v ee x p e r i m e n t ss h o w e dt h a t t h ea l g o r i t h m w a ss u p e r i o
11、rt oo t h e ra l g o r i t h m s i nt h ea r r a n g e m e n to f e m e r g e n c y l o g i s t i c s t r a n s p o r t a t i o nr o u t e s.K e y w o r d s:e m e r g e n c yl o g i s t i c st r a n s p o r t a t i o n;i m p r o v e da n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s;a n t i-e n t r o p
12、yw e i g h tm e t h o d;s u mo f s q u a r e dd e v i a t i o n s;c o m b i n a t i o nw e i g h t i n g在应对突发事件时,如何快速地把应急物资运往受灾地区,在整个应急管理体系中尤为重要。目前,应对突发事件的应急物流运输的问题,国内外学者已经做了大量研究,文献1 指出为了应对我国应急物流存在的主要问题,应当有效地发挥智慧物流的优势以及对接应急物流的需求,提出了应急物资的合理分配、运输的现代化与智能化以及优化运输路径的方案;文献2 考虑到应急物资前期运输自有车辆可能不足,提出了与租赁车辆公司合作
13、的一种全新的配送模式,以运输时间和成本为目标构建应急路径优化模型,在蚁群算法基础上引入变邻域下降搜索来求解该模型;文献3 针对路线选择方案构建评价模型,利用组合赋权确定其方案的隶属等级关系;文献4 5 提出了层次分析法,将复杂系统分解成多层子系统,以分层的形式实现更高目标,该方法广泛应用于网络安全风险评估,为其决策提供更优的选择;文献6 以智能电网为研究背景构建评价体系,提出了以反熵权法对该体系进行求解,通过与熵权法对比实验,验证了两种方法灵敏度的差异性,得出了反熵权法更适用于电网评价体系的结论;文献7 1 2 将层次分析法和熵权法分别应用于突发水污染事故风险以及中毒原因分析等不同评价分析模型
14、中,这些方法分别对评价指标进行权重计算,分析整体目标组成因素的重要性程度,为进一步优化和选择方案提供了有效建议,并通过实例分析,验证该方法的有效性;文献1 3 针对单救援点和单受灾点的应急物资运输问题,采用AH P与数据包络相结合的方法,分别求出主、客观权重值,并采用线性加权法求出总权重,以求出路线规划问题。许多学者在不同领域构建多方位评价体系,常利用层次分析法、熵权法和数据包络法等方法对其评价指标进行权重赋值,并将主观、客观两种评价方法进行组合赋权,权重系数常采用线性加权法或赋值法进行权重系数赋值。由于传统AH P 1-9定标方法存在着对资料要求高、计算量大等问题,加之熵权法对指标间的差异有
15、很大的敏锐性,这不免会造成指标权重值过大或过小,进而导致部分信息丢失。所以本文建议运用改进层次分析法与反熵权法分别判断评价指标体系的主、客体权重差值,再利用离差平方和最大,使得组合赋权在分权时能够更加精确与合理。该方法的主要优势在于通过运用改进层次分析法的逐层、逐步的分析原理,使得在分析过程和得出结论时更具有逻辑性和条理性,从而将复杂的系统简单化。在计算过程中,首先,改进层次分析法与传统层次分析法相比较,对数据的要求更宽泛,这样使专家更容易接受和适应;其次,采用改进反熵权法,对指标进行客观赋权,消除了传统熵权法对指标差异较大时的敏感性问题,对反熵权法公式进行了优化,使其计算过程更加简洁明了;最
16、后,基于离差平方和的组合赋权法,在进行权重分配时,可以很好地使得各决策方案的综合评价值具有一定的差异性,这样更有利于各决策方案的优先顺序排序,确保决策方案排序的精确性和准确性。1 组合赋权法1.1 改进层次分析法确定主观权重层次分析法(a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s,AH P)4是由美国数理学家S a a t y提出的一种分析多目标、多准则和复杂系统问题的综合分析方法。AH P可以将复杂的体系拆分为目标层、规则层、指标层和方案层等多个层级,然后逐层、逐步地测算出各层级的指标体系对最高层指标权重数值以及不同层级对体系总目标的排名结果和权
17、重占比。每一层的指标对于最高层决策目标的影响程度都是被量化的,对于决策目标来说,可以非常清楚地察觉进一步优化的指标所在,这也为决策方案的选择提供可靠、有效的依据。层次分析法的核心是创建判断矩阵,传统的层次分析法在构建判断矩阵时是使用19标度法,由于19标度法数据信息比较多,有些难以确切给出,再加上计算量大等问题,因此有学者在此基础上提出了改进(0,2)3标度法。3标度法的优势在于对数据要求不精细、容易给出信息、计算量少等,但同时也存在一些缺点,例如对数据的结果计算不够精确等。故本文选择采用一种同时考虑到3标度法和1 9标度法的中庸标度法(-2,2)5标度法。5标度法的优势在于比19标度法对数据
18、的要求低,减少了数据的部分计算量,比3标度法的结果更精确。5标度法的具体步骤如下。步骤1 专家对评价体系指标数据进行两两比较,构建比较矩阵Mi j,Mi j=m1 1m1 2m1nm2 1m2 2m2nmn1mn2mn n。(1)684沈阳大学学报(自然科学版)第3 5卷比较矩阵Mi j中数据具体含义如表1所示。表1 Mi j中各标度值的含义T a b l e1 M e a n i n go f e a c hs c a l ev a l u e i nMi j标度值含 义2表示元素i比元素j更加重要1表示元素i比元素j稍微重要0表示元素i与元素j同等重要-1表示元素j比元素i稍微重要-2表示
19、元素j比元素i更加重要 步骤2计算比较矩阵中各元素的重要性次序指标ri,ri=nj=1mi j,i=1,2,n。(2)步骤3根据重要性次序指标构建判断矩阵Ni j,其判断矩阵元素构成为:ni j=ri-rj+1,rirj;rj-ri+1-1,rirj。(3)得到的判断矩阵Ni j为Ni j=n1 1n1 2n1nn2 1n2 2n2nnn1nn2nn n。(4)步骤4 求判断矩阵Ni j的最大特征根m a x和其特征向量W=(1,2,n)T。步骤5 求判断矩阵的相对一致性指数CR,CR=CIRI。(5)式中,CI=m a x-nn-1,n为矩阵阶数。表2为评价随机一致性指数RI。表2 评价随机
20、一致性指数RIT a b l e2 E v a l u a t e t h er a n d o mc o n s i s t e n c y i n d e xRIn1234567891 0RI000.5 20.8 91.1 21.2 61.3 61.4 11.4 51.4 9 当CR0.1时,说明此判断矩阵满足一致性检验。当CR0.1时,说明该判断矩阵没有符合一致性检验,还需要再次构建判断矩阵进行检验,直到该矩阵通过一致性检验。1.2 反熵权法确定客观权重熵是表示某些物质状态的一种量度,熵值也可用来反映某些评价指数的离散效果。熵值越低,表示物料的离散性越大,则评估指数所占有的比重愈低;反之
21、亦然。熵权法是一种能够合理、科学且严谨地赋予各指标要素并进行有效评估的一种方法。但由于传统熵权法存在一些缺点,例如对指标之间的差异存在较大的敏感性问题,在进行指标权重分配时,部分指标权重值可能会出现过大或过小的情况,这很可能会导致部分指标信息丢失。反熵权法对指标之间的差异有较低的敏感性6,这样可以有效地避免部分指标权重值存在过大或过小的现象,可以很好地弥补传统熵权法的缺点。故本文选择应用反熵权法对评价体系进行指标因子权重分配赋值的计算。反熵权法在权重分配时,其指标反熵值与其所占权重值成正比。即随着反熵的增大,指数的离散性减小,指数的权重也随之增大;反之亦然。除此之外本文对反熵权法的部分公式做出
22、进一步的改进,改进后的公式与原来公式相比,计算过程简单,计算量减少。具体改进步骤如下。步骤1 对指标因子原始数据构建矩阵Ai j,Ai j=a1 1a1 2a1na2 1a2 2a2nam1am2am n。(6)式中:m为评价对象的数量;n为指标因子数量。步骤2 用规范化方法对指标的初始数据进行标准化,其规范化方法如下。1)对越大越优的指标数据处理准则为784第6期 谢英红等:改进AH P-反熵权法的应急物流运输路线安排决策bi j=ai j-m i njai j。(7)2)对越小越优的指标数据处理准则为bi j=m i njai j-ai j。(8)对指标数据进行了规范化处理后得到的矩阵为B
23、i j,Bi j=b1 1b1 2b1nb2 1b2 2b2nbm1bm2bm n。(9)步骤3 对指标因子进行反熵值Ej的计算,Ej=-mi=1pi jl n(1-pi j)。(1 0)式中,pi j=bi jmi=1bi j。步骤4 根据指标反熵值计算指标权重值,wj=Ejnj=1Ej。(1 1)1.3 基于离差平方和最优组合赋权法由于主观赋权和客观赋权在一定程度上都存在一定的片面性,这两类方法结合在一起正好能够弥补彼此的不足。结合后的方法要比单独一种方法所计算的各评价指标对系统目标的贡献程度的最后结果要更加准确、客观和合理。将两种方法组合在一起,每种方法的权重系数可采用赋值法和线性加权等
24、方法。为了能够使权重系数结果值更加严谨和准确,本文采用基于离差平方和最大的最优组合赋权方法1 0,确定主观评价法和客观评价法的组合权重系数值。离差平方和方法的原理和计算步骤如下所示。首先,对于多目标属性决策问题来说,假设该目标属性有n个,对其有m种赋权方法,设第k种赋权方法的权向量值为Wk=(w1k,w2k,wn k)T,k=1,2,m。(1 2)式中:wj k0,nj=1wj k=1,j=1,2,n;k=1,2,m。利用组合赋权法,所得到的结果如下:Wc=1W1+2W2+mWm。(1 3)式中,1,2,3为组合权重系数,且应符合单位化约束条件mk=12k=1。(1 4)使用线性加权法求解组合
25、赋权多目标属性综合评价值的第i个决策方案可表达如下:Di=nj=1bi jWj,i=1,2,m。(1 5)根据线性加权法,Di值的大小与决策方案的优越性成正比。对于多目标属性决策方案来说,如果多目标属性权重占比取值不当,那么方案综合评价值的差异可能会很小,这样会导致方案排序有一定的困难,不利于找到最优的决策方案。所以要想很直观地给决策方案进行排序,必须尽量将各个决策方法的综合评估值Di进行离散化。设vi(W)给出了第i个决策方案与其他决策方案的综合评估值结果之间的偏差的平方和,则有以下表达方式:vi(W)=mi1=1nj=1(bi j-bi1j)wj2,i=1,2,m。(1 6)为了使综合评价
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- 关 键 词:
- 改进 AHP 反熵权法 应急 物流 运输 路线 安排 决策
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