- •Лекции по системному анализу Павленко а.И.
- •Часть I. Основы методологии системного анализа
- •1.1. Системный анализ
- •1.2. Системный анализ и другие междисциплинарные научные подходы
- •1.3. Виды системного анализа
- •1.4. Методология
- •Определение системы
- •1.6. Элементы
- •1.7. Взаимосвязи и отношения
- •1.8. Окружающая среда
- •1.9. Свойства систем
- •1. Закономерности взаимодействия части и целого
- •2. Закономерности развития
- •3. Закономерности иерархической упорядоченности
- •4. Закономерности вариативного существования
- •1.10. Субъект и объект
- •Система как объект исследования
- •Роли субъекта в системном анализе
- •1.11. Классификация систем
- •2. Структуры и функции
- •2.1. Понятие структуры
- •2.2. Понятие иерархии
- •2.3. Функции
- •3.Проблемы и решения
- •3.1. Понятие проблемы
- •Уяснение проблемы
- •Структурирование проблемы
- •1. Уяснение проблемы
- •2. Структурирование проблемы
- •3. Определение целей
- •3.2. Понятие решение
- •4. Цель и критерии
- •4.1. О понятии цель
- •4.2. Определение целей
- •4.3. Критерии
- •4.4. Измерения и шкалы
- •5. Методология системного анализа
- •5.1. Системный анализ как процесс управления
- •5.2. Этап 1 - Уяснение проблемы
- •Этап 2 – Структурирование проблемы
- •5.4. Этап 3 - Определение целей
- •5.5. Этап 4 - Разработка вариантов решения
- •5.6. Этап 5 - Анализ ограничений
- •5.7. Этап 6 - Анализ взаимовлияния целей, альтернатив и ресурсов
- •5.8. Этап 7 - Принятие решения
- •5.9. Этап 8 - Реализация решения
- •Часть 2. Модели в системном анализе
- •6.1. О понятии модель
- •6. 2. Отношения
- •Т.О., множество r-(X) – это множество всех элементов y м, с которыми фиксированный элемент X м находиться в отношении r.
- •Рассмотрим четыре отношения специального вида:
- •Операции над отношениями.
- •В графе g( ) присутствуют только те дуги, которые отсутствуют в графе g(r).
- •6.3. Типы отношений
- •Отношение толерантности
- •Отношение порядка
- •6.4. Размытые (нечеткие) множества
- •6.5. Понятие нечеткого бинарного отношения
- •6.8. Трехместные и n-местные отношения
- •Математические модели Системного анализа
- •Взаимодействие со средой.
- •При описании системы в виде конечного автомата: ,
- •Часть III. 8. Методы экспертного оценивания альтернатив
- •8.1. Методы получения качественных оценок
- •1. Метод парных сравнении
- •2. Метод множественных сравнений (мс)
- •3. Ранжирование
- •4. Метод векторов предпочтений
- •5. Задача классификации
- •8. 2. Методы получения количественных оценок
- •Лекция №16
- •9. Меры близости на отношениях
- •Парадокс Эрроу.
- •Лекция №17
- •2. Медиана Кемени
- •VI.4 Показатели согласованности общественного мнения группы экспертов
- •VI.4.1 Метод коэффициентов ассоциаций
- •VI.4.2 Коэффициенты ранговой корреляции
- •VI.4.3 Коэффициент конкордации (от англ. Согласованность)
- •Эксперты дают одинаковые оценки разным альтернативам
- •Многокритериальные задачи принятия решения Классификация многокритериальных задач
- •Предпочтения лпр
- •Наилучшие решения
- •Если множество maxpB не является внешне устойчивым, то для утверждения о том, что выбор следует ограничить рамками этого множества, нет основания.
- •У Слейтора все граничные точки включены в множество.
- •Концептуальные проблемы при решении многокритериальных задач
- •7.2.3. Принципы компромисса
- •Лекция № 21 Концептуальные проблемы при решении многокритериальных задач
- •Методы решения мкз
- •Строится для каждой точки
- •Лпр д. Задать уступку
- •Лекция 22
- •Спольз-е нечетких мн-в в мкз
- •Методы прогнозирования
Лекция №17
Принцип Парето.
Результирующее отношение удовлетворяет принципу Парето, если
Согласно принципу Парето, если все эксперты предпочитают альтернативу ai альтернативе aj, то и в результирующем отношении альтернатива ai должен быть предпочтительнее альтернативы aj . Точно также, если все эксперты безразличии в выборе между ai и aj, такое же должно быть и результирующее отношение.
Можно доказать, что если результирующее отношение удовлетворяет условиям В,С и D, то оно удовлетворяет и принципу Парето.
2. Медиана Кемени
С введением мер близости (на отношениях), получена возможность определять расстояние между произвольной парой ранжирований.
Естественно предположить, что результирующее ранжирование F(P1, ……Pm) должно быть расположено, как можно ближе к ранжированиям P1,….Pm. Такое ранжирование М*(Р1,…..Рm) и называется медианой Кемени:
Е
сли
вместо ранжирования рассматриваются
отношения частного порядка или
эквивалентности, то медиану Кемени
будем определять аналогично.
Медина Кемени определена на множестве ранжировании, либо частных порядков, либо эквивалентностей в зависимости от содержательной постановки задачи.
Во всех трех случаях множества отношений, которым принадлежит указываемый экспертами набор отношений, являются универсальными. Так как и ранжирования и отношения частного порядка и эквивалентности транзитивны, а медиану Кемени мы отыскиваем в том же классе отношений, - медиана Кемени обладает свойством транзитивности.
Любая пара альтернатив (ai,aj) может как принадлежать, так и не принадлежать медиане Кемени. Действительно, пусть мы отыскиваем медиану для единственного множества отношений, состоящего из отношений Р. но в качестве Р можно выбрать как отношение, содержащее пару (ai,aj), так и отношение, не содержащее её. Следовательно, медиана Кемени М*(Р1,...,Рm) удовлетворяет условию 4.
Выполнение условия 5 для медианы Кемени очевидно. Конкретный вид медианы М*(Р1,…..Рm) заранее неизвестен. Отыскание её, вообще говоря, является достаточно сложной оптимизационной задачей, алгоритмы решения которой будут изложены ниже.
Можно также показать, что для медианы Кемени выполняется также и условие 3.
Условие 1 оказывается, вообще говоря, для медианы Кемени невыполнимым.
Медиана Кемени – единственное результирующее, строгое ранжирование, являющееся нейтральным, согласованным и кондорсетовым.
Таким образом, медиана Кемени удовлетворяет принципу выбора Кондорсе, не приводя к парадоксу Кондорсе. С другой стороны, медиана Кемени удовлетворяет условиям 2 – 5 Эрроу, не удовлетворяя лишь условию 1, относительно целесообразности введения которого у исслед. нет единодушия, т.к. мед. Кемени – можно считать одним из наиболее корректных результирующих отношений.
Лекция № 15
Алгоритмы отыскания медианы Кемени (для ранжирований).
Задача отыскания медианы Кемени относится к числу универсальных задач дискретной оптимизации. (Но число оцениваемых экспертами альтернатив невелико № 20-30 и поэтому задача решается достаточно эффективно).
Возможны различные
формы представления информации о
ранжированиях Р1,…..Рm:
.
Одна из наиболее
распространенных матрицы отношений:
.
При введении мер близости целесообразно рассматривать матрицы потерь: .
Расстояние от произвольного ранжирования Р, которому соответствует матрица: .
Для всех ранжировании Р1,…,Рm, указанных экспертами, которым соответствуют матрицы отношений определяется по формуле:
г
де
Таким образом,
суммарное расстояние от Р
до Р1,….Рm
указанных экспертами, можно представить
с помощью dij
(P,
Pu).
Заметим, что при Pij
= 1,
Определим элемент
матрицы потерь rij
как:
Чтобы
получить rij,
необходимо рассмотреть:
Элементы матрицы потерь определяются ранжированиями Р1,…..Рm и не зависят от ранжирования Р.
Тогда
для произвольного ранжирования Р:
где
Ip
– множество
пар индексов (i,j)
таких, что
в P
Пример: построения матрицы потерь
Пусть экспертами указаны ранжирования
Р1
Р2
Р3
Р4
которым соответствуют матрицы отношений
т
огда
,
где P-
произвольное ранжирование, в котором
Р14
=1, т.е. r14
= 2+0+2+1=5
Значения
,
где Р – произвольное ранжирование, в котором Р41=1, r41 =0+2+0+1=3, остальные значения rij рассчитываются аналогично. Матрица потерь имеет следующий вид:
В
матрице потерь нумерация строк и столбцов
совпадает, причем строке и столбцу с
определенным номером соответствует
альтернатива, имеющая тот же номер.
Задача отыскания медианы Кемени для ранжирований может быть сформулирована как задача отыскания такого упорядочивания альтернатив, а, следовательно, строк и столбцов матрицы потерь, чтобы сумма её элементов, расположенных над диагональю была минимальна, таким образом, вся информация о ранжированиях экспертов, необходимая для отыскания медианы Кемени, содержится в матрице потерь.
Эвристический алгоритм.
Пусть
- матрица потерь множества ранжирований.
1-ая интерпретация.
Подсчитаем
.
Найдем
Альтернативу аi1
ставим на первое место в искомом
ранжировании. Полагаем S(1)
= si1.
Вычеркивая в
строку и столбец с номером i1
получаем матрицу
множество индексов строк и столбцов
которой,
соответственно:
К-ая интерпретация.
В матрице потерь
подсчитаем
найдем
,
альтернативу aik
ставим на К-ое место в искомом упорядочении.
Полагаем
.
Вычеркивая в
строку и столбец с номером ik
получаем
матрицу
,
множество индексов строк и столбцов
которой
.
Алгоритм завершается после n-ой
итерации
,
искомое упорядочение:Ц
елесообразно
использовать следующий простой алгоритм
перехода от ранжирования РI
к PII,
для которого выполнено необходимое
условие оптимальности.
Последовательно
проверяем справедливость соотношений
.
Как только для некоторого к оно нарушено
альтернативы aik
и aik+1
в ранжировании меняем местами, а
отношение:
,
проверяем, начиная с альтернативы
непосредственно предшествующей
альтернативе подвергшейся перестановке.
После конечного числа шагов будет получено ранжирование PII, для которого необходимое условие оптимальности выполнено.
Пример (для вышеприведенного случая)
Найдем ранжирование РI :
1-ая итерация. Подсчитаем:
м
инимум
достигается на
на первое место в ранжировании РI помещается альтернатива а2 и из дальнейших рассмотрений исключается.
2-ая итерация. Подсчитаем:
м
инимум
достигается на
,
на второе место в ранжировании РI
помещается альтернатива а3
и из дальнейших рассмотрений исключается.
3-я итерация. Подсчитаем:
м
инимум
достигается на
,
на третье место в ранжировании РI
помещается альтернатива а4
и из дальнейших
рассмотрений исключается.
Таким образом, ранжирование РI имеет вид:
Найдем теперь ранжирование PII
Сравниваем r41 и r14, поскольку альтернативы an и a1 стоят, соответственно, на предпоследнем и последнем местах в ранжировании РI
Так как r41
< r14,
переходим к сравнению r34
и r43,
т.к. r34
< r43,
переходим к сравнению r23
и r32
r23
> r32,
поэтому альтернативы а2
и а3
меняем местами поскольку r24
< r42,
найденное ранжирование и является
ранжированием PII,
для которого соотношения
,
выполнено.
Комбинаторный алгоритм отыскания медианы Кемени.
Существенная роль
в алгоритмах отыскания медианы Кемени
принадлежит оценкам величины суммарного
расстояния от медианы Кемени Р*
до ранжирований всех экспертов
.
Нижней границей
величины
является величина
.
Верхней границей
величины
будет служить любая величина
,
где Р
– произвольное ранжирование. Чем меньше
значение
,
тем ближе она к
,
поскольку по определению медиана
Кемени:
.
Комбинаторный алгоритм основан на методе ветвей и границ с односторонней схемой ветвления.
При построении
алгоритма следует максимально учесть
специфику задачи. Для этой цели в матрице
потерь
ранжирований Р1,….Рm
подсчитаем
,
,
равное числу столбцов матрицы потерь
(числу альтернатив), для которых rij
> rji,
и
,
,
равна числу столбцов, для которых rij
< rji.
Если в матрице потерь нашлась строка с
.
Это означает, что хi1
– альтернатива Кондорсе и в медиане
Кемени она должна занимать первое место.
Если после отбрасывания альтернативы
Кондорсе хi1,
что соответствует отбрасыванию в матрице
строки и столбца с номером i1
обнаружится новая строка с
,
то и место альтернативы хi2
в медиане Кемени определено: хi2
расположена непосредственно за хi1.
Аналогично можно выделить и другие
лучшие альтернативы, расположение
которых в медиане становится известным.
