Ответы на экзамен Котюргина / saaty

носительно единственного фактора – богатства. Более общая задача исследовалась

в[136].

Втабл. 2.2 представлена матрица парных сравнений семи стран относительно их национальных богатств. Например, число 4 в первой строке показывает превышение богатств США над СССР, оцениваемом между слабым и сильным. Величина обратная 4 появляется в симметричной позиции, указывая на обратное отношение богатства

СССР по сравнению с США.

Таблица 2.2. Национальные богатства

	США	СССР	Китай	Фран-	Велико-	Япония	ФРГ
				ция	британия
США	1	4	9	6	6	5	5
СССР	0,25	1	7	5	5	3	4
Китай	0,11	0,14	1	0,2	0,2	0,14	0,2
Франция	0,17	0,2	5	1	1	0,33	0,33
Великобритания	0,17	0,2	5	1	1	0,33	0,33
Япония	0,2	0,33	7	3	3	1	2
ФРГ	0,2	0,25	5	3	3	0,5	1

λmax = 7,608 ; ИС = 0,10; ОС = 0,08.

Пояснения к таблице

В первой строке приведены результаты попарных сравнений влияния национальных богатств США и других стран. Например, при сравнении США с США получается, естественно, единица, превышение США над СССР оценивается между слабым и сильным (поэтому во второй позиции поставлено 4), при сравнении с Китаем выявлено абсолютное превосходство (поэтому в третьей позиции стоит 9). Национальному богатству США отдано предпочтение между сильным и явным при сравнении с Францией и Великобританией (поэтому в следующих двух позициях стоят числа 6) и сильное предпочтение при сравнении с Японией и ФРГ (поэтому стоят числа 5). Числа в первом столбце являются обратными величинами чисел в первой строке; остальные элементы матрицы заполняются аналогичным путем.

Таблица 2.3 Нормализованный собственный вектор национальных богатств

	Нормализованный	Фактические значения ВНП			Доли от суммарного
	собственный вектор	(в млрд. долл.)			ВНП
			(1972 г.)
США	0,427	1167			0,413
СССР	0,230	635			0,225
Китай	0,021	120			0,043
Франция	0,052	196			0,069
Великобритания	0,052	154			0,055
Япония	0,123	294			0,104
ФРГ	0,094	257			0,091
	Суммарный	2823

Примечания. СКО = 0,024; данные по СССР неточны.

41

Отметим, что сравнения не согласованы. Например, США:СССР = 4, СССР:Китай = 7, однако США: Китай = 9 (а не 28). Тем не менее, проведя необходимые вычисления, получаем для США и СССР относительные веса 0,427 и 0,230, которые находятся в поразительном соответствии с валовыми национальными продуктами (BHП), взятыми в качестве долей от общей суммы ВНП (см. табл. 2.3). Таким образом, несмотря на произвольность шкалы, нарушения исчезают и числа попадают в хорошее соответствие с наблюдаемыми данными. Таким образом, влияние, обусловленное богатствами, пропорционально действительным богатствам.

Сравним столбец нормализованного собственного вектора, полученного использованием матрицы суждений табл. 2.2 с долями фактических ВНП (первый и третий столбцы в табл. 2.3). Их значения очень близки. По разным оценкам фактический ВНП Китая составляет от 74 до 128 млрд. долларов. По-видимому, малая величина ВНП не позволяет причислить Китай к этой группе стран.

2.5. ОЦЕНКА РАССТОЯНИЙ

Было выбрано шесть городов: Монреаль, Чикаго, Сан-Франциско, Лондон, Каир и Токио. Расстояния от них до Филадельфии попарно сравнивал человек, имеющий большой опыт воздушных путешествий, который вспоминал скуку в самолете, а не думал о фактическом времени полета или о расстоянии. Его суждения даны в представленной матрице сравнения расстояний.

Сравнение	Каир	Токио	Чикаго	Сан-	Лондон	Монреаль
				Франциско
Каир	1	1/3	8	3	3	7
Токио	3	1	9	3	3	9
Чикаго	1/8	1/9	1	1/6	1/5	2
Сан-Франциско	1/3	1/3	6	1	1/3	6
Лондон	1/3	1/3	5	3	1	6
Монреаль	1/7	1/9	1/2	1/6	1/6	1

λmax = 6,45 ; ИС = 0,09; ОС = 0,07

Таблица 2.4 Нормализованный собственный вектор расстояний

Города	Расстояние до	Нормализованное	Собственный вектор
	Филадельфии в милях	расстояние
Каир	5729	0,278	0,263
Токио	7449	0,361	0,397
Чикаго	660	0,032	0,033
Сан-Франциско	2732	0,132	0,116
Лондон	3658	0,177	0,164
Монреаль	400	0,019	0,027

42

Втабл. 2.4 приведены фактические расстояния, их нормализованные величины

исобственный вектор, полученный из матрицы суждений.

2.6. ТИПИЧНЫЕ ИЕРАРХИИ

Иллюстрациями двух различных иерархий являются рис. 2.1 и 2.2.

Первый уровень иерархии на рис. 2.1 имеет одну цель: общее благосостояние страны. Значение ее приоритета полагается равным единице. Второй уровень иерархии имеет три цели: сильная экономика, здравоохранение и национальная оборона. Приоритеты этих целей получаются из матрицы парных сравнений относительно цели первого уровня. Целями третьего уровня являются отрасли промышленности. Задача заключается в определении влияния отраслей промышленности на общее благосостояние страны через промежуточный второй уровень. Поэтому приоритеты отраслей промышленности относительно каждой цели второго уровня получаются из матриц попарных сравнений относительно этой цели, а полученные три вектора приоритетов затем взвешиваются вектором приоритетов второго уровня, что позволяет получить искомый составной вектор приоритетов отраслей промышленности.

Рис. 2.1. Полная иерархия для приоритетов отраслей промышленности

43

Рис. 2.2. Иерархия для приоритетов проектов развития транспорта в национальном планировании

На рис. 2.2 иерархия состоит из четырех уровней: первый является общим благосостоянием страны, второй – набором возможных будущих сценариев развития страны, третий включает регионы страны и четвертый – проекты развития транспорта, которые должны быть осуществлены в регионах. Отметим, что не каждый регион влияет на каждый сценарий, и не каждый проект влияет на каждый регион. Иерархия рис. 2.2 не является полной. Задачей является определение приоритетов проектов относительно их воздействия на общую цель. Здесь нужно взвесить приоритеты каждой сравниваемой группы отношением числа элементов в этой группе к общему числу элементов четвертого уровня. Это изредка делают, когда иерархия не является полной. Иногда неполную иерархию можно рассматривать как полную, но при использовании нулей для суждений и их обратных величин в соответствующем месте.

2.7. ПСИХОТЕРАПИЯ

Метод анализа иерархий может быть использован для проникновения в сущность психологических проблем следующим образом. Рассмотрим общее благополучие индивидуума в качестве единственного элемента высшего уровня иерархии. Повидимому, на этот уровень в основном влияют детские, юношеские и взрослые впечатления. Факторы развития и зрелости, отражающиеся в благополучии, могут включать как влияние отца и матери в отдельности, так и их совместное влияние как родителей, социо-экономический фон, отношение с братьями и сестрами, группу ровесников, школьное обучение, религиозный статус и т. д.

На перечисленные выше факторы, которые составляют второй уровень иерархии, влияют соответствующие критерии. Например, влияние отца может быть разбито на категории, включающие его темперамент, строгость, заботу и привязанность. Отношения с братьями и сестрами можно далее характеризовать их количеством, разницей в возрасте и полом; моделирование воздействия и роли ровесников обеспечивает более ясную картину влияния друзей, обучения в школе и учителей.

В качестве альтернативной основы описания для второго уровня можно включить чувство собственного достоинства, уверенность в будущем, адаптируемость к

44

новым людям и новым обстоятельствам и т. д., влияющих или находящихся под влиянием расположенных выше элементов.

Более полная основа психологической предыстории может включать несколько сотен элементов на каждом уровне, выбранных экспертами и расположенных таким образом, чтобы получить максимальное понимание рассматриваемого индивидуума.

Здесь рассматривается весьма ограниченный вид общего случая, где испытуемый чувствует, что уверенность его в себе сильно подорвана и его социальная приспособляемость ослаблена запретами в детстве. Ему задают вопросы только о детских впечатлениях и просят попарно установить связь между следующими элементами на каждом уровне.

Уровень 1. Общее благополучие (ОБ).

Уровень 2. Чувство собственного достоинства (Д); чувство уверенности в будущем (У); способность адаптироваться к другим (А).

Уровень 3. Явная привязанность, проявленная по отношению к субъекту (П); идеи строгости, этики (Э); действительное наказание ребенка (Н); подчеркивание личной приспособляемости к другим (Л).

Уровень 4. Влияние матери (М); отца (О); обеих родителей (Р). Ответы в матричной форме были следующими:

											ОБ
										Д		У	А
							Д			1		6	4
							У			1/6		1	3
							А			1/4		1/3	1
					λmax = 3,26					; ИС = 0,07; ОС = 0,12
		Д									У							А
	П Э Н Л									П Э Н Л							П Э Н Л
П	1	6	6	3			П	1			6	6	3			П	1	1/5	1/3	1
Э	1/6	1	4	3			Э	1/6			1	4	3			Э	5	1	4	1/5
Н	1/6	1/4	1	1/2			Н	1/6			1/4	1	1/2			Н	3	1/4	1	1/4
Л	1/3	1/3	2	1			Л	1/3			1/3	2	1			Л	1	5	4	1

	λmax = 4,35 ;				λmax = 4,35 ;			λmax = 5,42 ;
ИС = 0,12;					ИС = 0,12;			ИС = 0,47;
ОС = 0,13					ОС = 0,13			ОС = 0,52
		П						Э
		М	О	Р			М	О	Р
	М	1	9	4		М	1	1	1
	О	1/9	1	8		О	1	1	1
	Р	1/4	1/8	1		Р	1	1	1
	λmax = 4,00 ; ИС = 0,33; ОС = 0,57					λmax = 3,00 ; ИС = 0,0; ОС = 0,0

45

		Н					Л
	М	О	Р			М	О	Р
М	1	9	6		М	1	5	5
О	1/9	1	1/4		О	1/5	1	1/3
Р	1/6	4	1		Р	1/5	3	1
λmax = 3,11; ИС = 0,06; ОС = 0,10					λmax = 3,14 ; ИС = 0,07; ОС = 0,12

Собственный вектор первой матрицы а, получается: ОБ

Д0,701

У0,193

А0,106

Матрица b собственных векторов второй строки матриц: Д У А

П 0,604 0,604 0,127 Э 0,213 0,213 0,281 Н 0,064 0,064 0,120

Л0,119 0,119 0,463

Матрица с собственных векторов третьей группы матриц:

	П	Э	Н	Л
М	0,721	0,333	0,713	0,701
О	0,210	0,333	0,061	0,097

Р0,069 0,333 0,176 0,202

Заключительный составной вектор влияния на благополучие, полученный произведением cba, будет:

Мать: 0,635; отец: 0,208; родители: 0,156.

Похоже, что терапию следует обусловливать как суждениями, так и несогласованностью в них. Индивидууму посоветовали больше общаться с отцом с целью уравновешивания влияния родителей.

2.8.РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ [137]

Вэтом примере найдем веса распределения энергии для нескольких крупных потребителей в соответствии с их общим вкладом в различные цели общества. Введем следующие условия.

Имеются три крупных потребителя энергии в США: C1 – бытовое потребление,

C2 – транспорт и C3 – промышленность. Они составляют третий, или низший уро-

вень иерархии. Целями, по отношению к которым оцениваются потребители, являются: вклад в развитие экономики, вклад в качество окружающей среды и вклад в национальную безопасность. Цели составляют второй уровень иерархии. Построим матрицу парных сравнений трех целей в соответствии с их воздействием на общую цель – благоприятного социального и политического положения. Мы навязываем со-

46

гласованность в этом случае, требуя уверенности в суждениях. Поэтому, заполнив первую строку, оставшиеся элементы получим исходя из требований, предъявляемых определением согласованности.

Благоприятное социальное	Развитие	Окружающая	Национальная
и политическое положение	экономики	среда	безопасность
Развитие экономики	1	5	3
Окружающая среда	1/5	1	3/5
Национальная безопасность	1/3	5/3	1
λmax = 3,0 ; ИС = 0,0; ОС = 0,0

При сравнении экономики с окружающей средой и затем с национальной безопасностью, считается, что в соответствии с социально-политическим влиянием экономика имеет сильное превосходство в первом случае и слабое – во втором; следовательно, в первой строке будут стоять числа 5 и 3 соответственно. Национальной безопасности присваивается меньшее по сравнению с окружающей средой число 3, поскольку экономически слаборазвитые страны обычно с большой охотой закупают оружие, но не могут этого сделать, не располагая хотя бы минимальной экономической базой. Числа во второй и третьей строках получены требованием соблюдения согласованности для этого случая.

Следовательно, социально-политическое воздействие окружающей среды по сравнению с национальной безопасностью получается 3/5 и т. д. (в остальных матрицах этого примера мы не требуем согласованности). Вектор приоритетов, полученный из этой матрицы, представим в виде вектора-столбца, который из соображения экономии места пишем как вектор-строку: ω = (0,65; 0,13; 0,22). Следовательно, в соответствии со сравнением по социально-политическому влиянию, экономика получает приоритет 0,65, окружающая среда – 0,13 и национальная безопасность – 0,22. Так как приоритет первого уровня иерархии (общая социально-политическая цель), как обычно, равен 1, взвешенные величины этих приоритетов равны полученному выше вектору, умноженному на 1, что дает тот же самый вектор.

Теперь лицо, принимающее решение, после тщательного изучения проводит оценку относительной важности каждого потребителя с точки зрения экономики, окружающей среды и национальной безопасности (второй уровень иерархии). Матрицы, представляющие эти суждения, будут соответственно:

Эконо-

C

C

C

Окружающая

C

C

C

Националь-

C

C

C

ная безо-

мика

1

2

3

среда

1

2

3

пасность

1

2

3

C1

1

3

5

C1

1 2

7

C1

1

2

3

C2

1/3

1

2

C2

1/2

1

5

C2

1/2

1

2

C3

1/5

1/2

1

C3

1/7

1/5 1

C3

1/3

1/2

1

λmax =

3,00 ; ИС = 0,0;

λmax = 3,01;

ИС = 0,01;

λmax = 3,01;

ИС = 0,01;

ОС = 0,0

ОС = 0,02

ОС = 0,02

Как и выше, векторы приоритетов получаются из каждой матрицы. Они являются соответственно тремя столбцами следующей матрицы:

0,65 0,59 0,540,23 0,33 0,300,12 0,08 0,16

47

Эта матрица умножается справа на вектор ω , чтобы взвесить вектор приоритетов, измеряющих каждое воздействие, приоритетом соответствующей цели. Таким образом, получаем искомый общий вектор приоритетов третьего уровня иерархии,

представляющего потребителей энергии C1 , C2 и C3 :

0,62

0,260,12

Итак, общий приоритет C1 есть 0,62, C2 – 0,26, а C3 – 0,12. Здесь мы провели

ранжирование отдельных потребителей энергии по шкале отношений согласно их общему влиянию. Этот ответ может показаться простым, однако нужно показать, как мы его получаем, и подтвердить его значимость.

Замечание. Иногда, когда веса известны из измерений, например тонны загрязняющих веществ или стоимость автомобилей, появляется желание нормализовать веса и использовать их вместо построения матрицы суждений и вычисления собственного вектора. Этот процесс может привести к ошибке, особенно когда полезность относительных суждений эксперта не отражается в терминах отношений истинных весов. Например, для богатого человека нет разницы между одним и двумя долларами, в то время как их отношение показывает большую значимость.

48

ГЛАВА 3

ОСНОВЫ

3.1. ВВЕДЕНИЕ

Эта глава знакомит с некоторыми дальнейшими методологическими наблюдениями. Сначала разъясняется основная математическая аргументация метода. Естественно, возникает вопрос, почему выбрана шкала от 1 до 9, а не любая другая из возможных шкал. Показано, что данная шкала не хуже любой другой шкалы, но преимущество ее заключается в простоте, и поэтому совершенно естественна. В последней части главы исследуется процесс пересмотра суждений, проводятся численные расчеты всех собственных значений и левых, и правых собственных векторов для примера национальных богатств и обсуждается согласованность в методе Дельфи. Наконец, кратко обсуждаются сравнения троек, четвёрок и т. д.

3.2. ПРИОРИТЕТ КАК СОБСТВЕННЫЙ ВЕКТОР: СВЯЗЬ С СОГЛАСОВАННОСТЬЮ

Рассмотрим элементы C1, …, Cn некоторого уровня иерархии. Мы хотим определить веса ω1 , …, ωn их влияния на некоторый элемент следующего уровня. Как

описано в гл. 1, основным инструментом будет матрица чисел, представляющих суждения о парных сравнениях. Покажем, почему для представления приоритетов выбран собственный вектор, соответствующий наибольшему собственному значению.

Обозначим через aij число, соответствующее значимости элемента Ci по сравнению с Cj . Матрицу, состоящую из этих чисел, обозначим через A , т. е.

A = (aij ).

Как отмечалось ранее, aij =1/ aji , т. е. матрица A – обратно-симметричная*. Если наше суждение совершенно при всех сравнениях, то aik = aij ajk для всех i , j , k и

матрицу A называем согласованной.

Очевидным для согласованной матрицы является случай, когда сравнения осно-

ваны на точных измерениях, т. е. веса ω1 ,

…, ωn известны. Тогда

aij

=

ωi

, i, j =1, 2, …, n

(3.1)

ω

j

и поэтому

a a

=

ω

i

ω

j

=

ω

i

= a .

ω

ω

ω

ij

jk

j

k

k

ik

Также, конечно,

1

a

=ω

/ω

=

=1/ a .

ωi /ωj

ji

j

i

ij

* Термин обратно-симметричная матрица введен как наиболее адекватный перевод с английского тер-

мина reciprocal matrix. – Прим. перев.

49

Рассмотрим подробнее этот случай. Как показано в Приложении 1, матричное уравнение

			A x = y ,
где x = (x1, …, xn ) и y = (y1,	…, yn ) соответствует краткой записи системы урав-
нений
n
∑aij xi = yi , i =1, 2,…, n .
j=1
Теперь из (3.1) получаем
aij	ωj		=1, i, j =1, 2, …, n ,
	ω
	i
и, следовательно,
n			1
∑aijωj				= n , i =1, 2,…, n ,
j=1			ωi
или
n
∑aijωj = nωi , i =1, 2,…, n ,
j=1
что эквивалентно выражению				Aω = nω
					(3.2)

В теории матриц эта формула отражает то, что ω – собственный вектор матрицы A с собственным значением n . Уравнение (3.2), расписанное поэлементно, выглядит следующим образом:

A1		A1			A2
	ω		/ω	ω		/ω
A		1	1	ω	1		2
A = 2	ω		/ω			/ω
		2	1		2		2
A
n			/ω	ω		/ω
	ω	n			n		2
			1

…	A2		ω
…	ω1 /ωn			1
			ω
… ω2 /ωn				2		=
			ω
				n
… ωn /ωn

ω1 n ω2 .ωn

Обратимся к конкретному случаю, в котором aij основаны не на точных измерениях, а на субъективных суждениях. В данном случае aij будет отклоняться от «идеальных» отношений ωi /ωj , и поэтому уравнение (3.2) более не будет иметь места. Полезными могут оказаться следующие два факта из теории матриц.

Первый факт: если λ1 , …, λn числа, удовлетворяющие уравнению

Ax = λx ,

т. е. являются собственными значениями A , и если aii =1 для всех i , то

n

∑λi = n .

i=1

Поэтому, если имеет место (3.2), то все собственные значения — нули, за исключением одного, равного n . Ясно, что в случае согласованности n есть наибольшее

собственное значение A .

Второй полезный факт заключается в том, что если элементы aij положительной

обратно-симметричной матрицы A незначительно изменить, то собственные значения также изменятся незначительно.

50