从零开始的数学建模:(四)模糊综合评价
一、确定隶属函数
(1)模糊统计法
发放问卷,确定隶属度与隶属函数,多用于科研,不适用于数模,因此不详细描述;
(2)借助已有的客观尺度
借助实际存在的指标数据,将模糊转为具体,例如模糊集为“小康家庭”,论域为“家庭”,则隶属度可以是“恩格尔系数”;(注意选取的指标的值必须在0到1之间,否则要进行归一化处理)
还有一些常见的操作比如偏大型指标,可以用数值除以约束值,举个例子,某地的矿石储量为8800,现有多种方案开发矿石,隶属函数可表示为:
\]
x的值越大,函数值越大,也就是隶属度越大,符合偏大型指标的定义;
对于偏小型指标,只需要将上式改写为:
\]
(3)指派法
主观性较强,但数模比赛中使用最多;常用几个分布函数如下图所示,用的较多的是梯形分布:
举个例1,以柯西型分布为例,模糊集“年轻人”是偏小型(偏向小值,值越小,隶属度越接近1,所以是偏小型),我们可主观确定20岁以下均为年轻人,因此\(a\)可以取20;而30岁的年龄不算年轻也不算老,可主观认为\(A(30)=0.5\),对于\(\beta\)的取值,为了起到简化模型的目的,一般取1或2;由以上三个条件,即可把函数中的未知数\(\alpha\)反解出来;
例2:
二、一级模糊综合评价
简单来说,我们要做的第一步是确定因素集\(U\),即确定能影响最终评语的多个因素,例如影响空气的污染物有二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳等;
第二步是确定评语集\(V\),例如空气质量可以被分为一级、二级、三级、四级;
第三步是确定因素集的权重\(A\)(有数据就用熵权法,没数据可以考虑层次分析法);
第四步是确定综合评价矩阵\(R\),这一步的过程参照例2(当然,例2只是通过分布函数来求\(R\)的一种办法,还有其他的方法参考“一、确定隶属函数”中的描述);
第五步是利用\(A \times R\)求出综合评价;
一级模糊综合评价适用于因素集个数为5左右的问题,举例如下:
第一步,仿照例2,将SO2、TSP、NOX等6种污染物各自的4个隶属函数求出来;
第二步,将各污染物的日均浓度分别代入各自的4个隶属函数,即可求得隶属度矩阵(模糊综合判断矩阵)\(R\):
第三步,计算污染物权重矩阵\(A \times R\),可得出结论空气质量属于二级;
三、多级模糊综合评价
随着因素集的数目增加,这些因素之间势必将出现重叠的部分,因此可以将有重叠的因素归为同一类,这就是“多级”的思想;
右边的红色框中的数字表示各自的权重;假设经过投票,得到一级指标“学习成绩”下的二级指标“专业课成绩”与“非专业课成绩”的综合评判矩阵\(R1\),通过权重可以求得最终评判结果\(B1\):
类似的可以求出\(B2\)、\(B3\)、\(B4\),再乘上一级指标的权重,可得到一级指标的最终评判结果:
本文算法思想参考源于清风建模,特此注明