產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1、產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)2015-2016第一學(xué)期姓名：陳歡學(xué)號(hào)：2015065202指導(dǎo)老師：李月恩專業(yè)：工業(yè)設(shè)計(jì)工程1層次分析法1.1定義層次分析法（Analytic Hierarchy Process，簡(jiǎn)稱AHP），是將與決策總是有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行定性和定量分析的決策方法。該方法是美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家匹茨堡大學(xué)教授薩蒂于20世紀(jì)70年代初，在為美國(guó)國(guó)防部研究"根據(jù)各個(gè)工業(yè)部門對(duì)國(guó)家福利的貢獻(xiàn)大小而進(jìn)行電力分配"課題時(shí)，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)理論和多目標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法，提出的一種層次權(quán)重決策分析方法。它是一種定性和定量相結(jié)合的、系統(tǒng)化、層次化的分析方法。 層次分析

2、法（The analytic hierarchy process）簡(jiǎn)稱AHP，在20世紀(jì)70年代中期由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家托馬斯·塞蒂（T.L.Saaty）正式提出。它是一種定性和定量相結(jié)合的、系統(tǒng)化、層次化的分析方法。1.2概述所謂層次分析法，是指將一個(gè)復(fù)雜的多目標(biāo)決策問(wèn)題作為一個(gè)系統(tǒng)，將目標(biāo)分解為多個(gè)目標(biāo)或準(zhǔn)則，進(jìn)而分解為多指標(biāo)（或準(zhǔn)則、約束）的若干層次，通過(guò)定性指標(biāo)模糊量化方法算出層次單排序（權(quán)數(shù)）和總排序，以作為目標(biāo)（多指標(biāo)）、多方案優(yōu)化決策的系統(tǒng)方法。層次分析法是將決策問(wèn)題按總目標(biāo)、各層子目標(biāo)、評(píng)價(jià)準(zhǔn)則直至具體的備投方案的順序分解為不同的層次結(jié)構(gòu)，然后得用求解判斷矩陣特征向量的辦法

3、，求得每一層次的各元素對(duì)上一層次某元素的優(yōu)先權(quán)重，最后再加權(quán)和的方法遞階歸并各備擇方案對(duì)總目標(biāo)的最終權(quán)重，此最終權(quán)重最大者即為最優(yōu)方案。1.3基本思路層次分析法的基本思路與人對(duì)一復(fù)雜的決策問(wèn)題的思維、判斷過(guò)程大體上是一樣的。以假期旅游為例：假如有3個(gè)旅游勝地A、B、C供你選擇，你會(huì)根據(jù)諸如景色、費(fèi)用和居住、飲食、旅途條件等一些準(zhǔn)則去反復(fù)比較這3個(gè)候選地點(diǎn)首先，你會(huì)確定這些準(zhǔn)則在你的心目中各占多大比重，如果你經(jīng)濟(jì)寬綽、醉心旅游，自然分別看重景色條件，而平素儉樸或手頭拮據(jù)的人則會(huì)優(yōu)先考慮費(fèi)用，中老年旅游者還會(huì)對(duì)居住、飲食等條件寄以較大關(guān)注。其次，你會(huì)就每一個(gè)準(zhǔn)則將3個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，譬如A景色最好，

4、B次之；B費(fèi)用最低，C次之；C居住等條件較好等等。最后，你要將這兩個(gè)層次的比較判斷進(jìn)行綜合，在A、 B、C中確定哪個(gè)作為最佳地點(diǎn)。1.4利弊分析優(yōu)點(diǎn)：1. 系統(tǒng)性的分析方法層次分析法把研究對(duì)象作為一個(gè)系統(tǒng)，按照分解、比較判斷、綜合的思維方式進(jìn)行決策，成為繼機(jī)理分析、統(tǒng)計(jì)分析之后發(fā)展起來(lái)的系統(tǒng)分析的重要工具。2. 簡(jiǎn)潔實(shí)用的決策方法這種方法既不單純追求高深數(shù)學(xué)，又不片面地注重行為、邏輯、推理，而是把定性方法與定量方法有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使復(fù)雜的系統(tǒng)分解，能將人們的思維過(guò)程數(shù)學(xué)化、系統(tǒng)化，便于人們接受，且能把多目標(biāo)、多準(zhǔn)則又難以全部量化處理的決策問(wèn)題化為多層次單目標(biāo)問(wèn)題。3.

5、60;所需定量數(shù)據(jù)信息較少層次分析法主要是從評(píng)價(jià)者對(duì)評(píng)價(jià)問(wèn)題的本質(zhì)、要素的理解出發(fā)，比一般的定量方法更講求定性的分析和判斷。缺點(diǎn)：1.不能為決策提供新方案層次分析法的作用是從備選方案中選擇較優(yōu)者。這個(gè)作用正好說(shuō)明了層次分析法只能從原有方案中進(jìn)行選取，而不能為決策者提供解決問(wèn)題的新方案。2.定量數(shù)據(jù)較少，定性成分多，不易令人信服在如今對(duì)科學(xué)的方法的評(píng)價(jià)中，一般都認(rèn)為一門科學(xué)需要比較嚴(yán)格的數(shù)學(xué)論證和完善的定量方法。3. 指標(biāo)過(guò)多時(shí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)量大，且權(quán)重難以確定當(dāng)希望能解決較普遍的問(wèn)題時(shí)，指標(biāo)的選取數(shù)量很可能也就隨之增加。這就像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)理論里，要分析一般系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，要搞清楚關(guān)系環(huán)，就要分析到

6、基層次，而要分析到基層次上的相互關(guān)系時(shí)，要確定的關(guān)系就非常多了。1.5操作步驟1.建立層次結(jié)構(gòu)模型 2.構(gòu)造判斷(成對(duì)比較)矩陣 3.層次單排序及其一致性檢驗(yàn) 4.層次總排序及其一致性檢驗(yàn) 1.6實(shí)例題目根據(jù)手機(jī)設(shè)計(jì)方案1-4，決定產(chǎn)品是否要進(jìn)入生產(chǎn)加工前的判斷項(xiàng)分別是：美學(xué)因素、制造因素、價(jià)格因素、競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手因素、市場(chǎng)盈利因素。找到一種合理的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)分析和判斷，在判斷過(guò)程中自己構(gòu)造數(shù)據(jù)矩陣并通過(guò)計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)。方案一方案二方案三第一， 構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型第二， 建立判斷矩陣：第三， 計(jì)算權(quán)重向量第四， 計(jì)算結(jié)果：2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法2.1定義BP（Back Propagation）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

7、是1986年由Rumelhart和McCelland為首的科學(xué)家小組提出，是一種按誤差逆?zhèn)鞑ニ惴ㄓ?xùn)練的多層前饋網(wǎng)絡(luò)，是目前應(yīng)用最廣泛的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型之一。BP網(wǎng)絡(luò)能學(xué)習(xí)和存貯大量的輸入-輸出模式映射關(guān)系，而無(wú)需事前揭示描述這種映射關(guān)系的數(shù)學(xué)方程。它的學(xué)習(xí)規(guī)則是使用最速下降法，通過(guò)反向傳播來(lái)不斷調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值，使網(wǎng)絡(luò)的誤差平方和最小。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括輸入層（input）、隱層(hidden layer)和輸出層(output layer)。2.2概述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就是模擬人思維的第二種方式。這是一個(gè)非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，其特色在于信息的分布式存儲(chǔ)和并行協(xié)同處理。所以網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的準(zhǔn)則應(yīng)該是

8、：如果網(wǎng)絡(luò)作出錯(cuò)誤的的判決，則通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)，應(yīng)使得網(wǎng)絡(luò)減少下次犯同樣錯(cuò)誤的可能性。首先，給網(wǎng)絡(luò)的各連接權(quán)值賦予(0，1)區(qū)間內(nèi)的隨機(jī)值，將“A”所對(duì)應(yīng)的圖象模式輸入給網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)將輸入模式加權(quán)求和、與門限比較、再進(jìn)行非線性運(yùn)算，得到網(wǎng)絡(luò)的輸出。在此情況下，網(wǎng)絡(luò)輸出為“1”和“0”的 概率各為50%，也就是說(shuō)是完全隨機(jī)的。這時(shí)如果輸出為“1”(結(jié)果正確)，則使連接權(quán)值增大，以便使網(wǎng)絡(luò)再次遇到“A”模式輸入時(shí)，仍然能作出正確的判斷。2.3基本原理BP網(wǎng)絡(luò)模型處理信息的基本原理是：輸入信號(hào)Xi通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)（隱層點(diǎn)）作用于輸出節(jié)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)非線形變換，產(chǎn)生輸出信號(hào)Yk，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的每個(gè)樣本包括輸入向量X和期

9、望輸出量t，網(wǎng)絡(luò)輸出值Y與期望輸出值t之間的偏差，通過(guò)調(diào)整輸入節(jié)點(diǎn)與隱層節(jié)點(diǎn)的聯(lián)接強(qiáng)度取值Wij和隱層節(jié)點(diǎn)與輸出節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)接強(qiáng)度Tjk以及閾值，使誤差沿梯度方向下降，經(jīng)過(guò)反復(fù)學(xué)習(xí)訓(xùn)練，確定與最小誤差相對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（權(quán)值和閾值），訓(xùn)練即告停止。此時(shí)經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)即能對(duì)類似樣本的輸入信息，自行處理輸出誤差最小的經(jīng)過(guò)非線形轉(zhuǎn)換的信息。2.4缺陷雖然BP網(wǎng)絡(luò)得到了廣泛的應(yīng)用，但自身也存在一些缺陷和不足，主要包括以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：首先，由于學(xué)習(xí)速率是固定的，因此網(wǎng)絡(luò)的收斂速度慢，需要較長(zhǎng)的訓(xùn)練時(shí)間。對(duì)于一些復(fù)雜問(wèn)題，BP算法需要的訓(xùn)練時(shí)間可能非常長(zhǎng)，這主要是由于學(xué)習(xí)速率太小造成的，可采用變化的

10、學(xué)習(xí)速率或自適應(yīng)的學(xué)習(xí)速率加以改進(jìn)。其次，BP算法可以使權(quán)值收斂到某個(gè)值，但并不保證其為誤差平面的全局最小值，這是因?yàn)椴捎锰荻认陆捣赡墚a(chǎn)生一個(gè)局部最小值。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，可以采用附加動(dòng)量法來(lái)解決。再次，網(wǎng)絡(luò)隱含層的層數(shù)和單元數(shù)的選擇尚無(wú)理論上的指導(dǎo)，一般是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或者通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)確定。因此，網(wǎng)絡(luò)往往存在很大的冗余性，在一定程度上也增加了網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的負(fù)擔(dān)。最后，網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)和記憶具有不穩(wěn)定性。也就是說(shuō)，如果增加了學(xué)習(xí)樣本，訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)就需要從頭開(kāi)始訓(xùn)練，對(duì)于以前的權(quán)值和閾值是沒(méi)有記憶的。但是可以將預(yù)測(cè)、分類或聚類做的比較好的權(quán)值保存。2.5實(shí)例題目已知某種產(chǎn)品有很多種，現(xiàn)在開(kāi)發(fā)一款新的同類產(chǎn)品，如何

11、判斷該產(chǎn)品上市之后能否在京東電商平臺(tái)獲得較高用戶評(píng)價(jià)。已知類似產(chǎn)品有很多種，而且產(chǎn)品銷售中的信息和數(shù)據(jù)齊全，以這些已知的產(chǎn)品作為樣本，通過(guò)計(jì)算機(jī)自主學(xué)習(xí)，判斷未知產(chǎn)品的結(jié)果。選擇一種方法，自己構(gòu)造數(shù)據(jù)矩陣并完成計(jì)算。1層次分析法3正交實(shí)驗(yàn)法3.1定義正交實(shí)驗(yàn)法就是利用排列整齊的表 -正交表來(lái)對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)、綜合比較、統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)通過(guò)少數(shù)的實(shí)驗(yàn)次數(shù)找到較好的生產(chǎn)條件，以達(dá)到最高生產(chǎn)工藝效果。正交表能夠在因素變化范圍內(nèi)均衡抽樣，使每次試驗(yàn)都具有較強(qiáng)的代表性，由于正交表具備均衡分散的特點(diǎn)，保證了全面實(shí)驗(yàn)的某些要求，這些試驗(yàn)往往能夠較好或更好的達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的。正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)包括兩部分內(nèi)容:第一，是

12、怎樣安排實(shí)驗(yàn);第二，是怎樣分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。3.2特點(diǎn)正交表能夠在因素變化范圍內(nèi)均衡抽樣，使每次試驗(yàn)都具有較強(qiáng)的代表性，由于正交表具備均衡分散的特點(diǎn)，保證了全面實(shí)驗(yàn)的某些要求，這些試驗(yàn)往往能夠較好或更好的達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的。3.3設(shè)計(jì)流程1.確定試驗(yàn)因素及水平數(shù)2.選用合適的正交表3.列出試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果4.對(duì)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析，包括極差分析和方差分析5.確定最優(yōu)或較優(yōu)因素水平組合。3.4實(shí)例題目在手機(jī)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中需要判斷形態(tài)設(shè)計(jì)的好壞優(yōu)劣，并且包含零部件的色彩、材質(zhì)、價(jià)格等因素，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行形態(tài)模擬。一款設(shè)計(jì)中包含若干個(gè)零部件不少于5種，對(duì)每一種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M。你該如何取舍？1.試驗(yàn)因

13、素：材質(zhì)、手機(jī)cpu、分辨率、相機(jī)效果、電池容量2.選擇合適的正交表3.列出試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果4.對(duì)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析，包括極差分析和方差分析4線性關(guān)系4.1線性關(guān)系定義兩個(gè)變量之間存在一次方函數(shù)關(guān)系，就稱它們之間存在線性關(guān)系。正比例關(guān)系是線性關(guān)系中的特例，反比例關(guān)系不是線性關(guān)系。更通俗一點(diǎn)講，如果把這兩個(gè)變量分別作為點(diǎn)的橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)，其圖象是平面上的一條直線，則這兩個(gè)變量之間的關(guān)系就是線性關(guān)系。即如果可以用一個(gè)二元一次方程來(lái)表達(dá)兩個(gè)變量之間關(guān)系的話，這兩個(gè)變量之間的關(guān)系稱為線性關(guān)系，因而，二元一次方程也稱為線性方程。4.2線性回歸概念在統(tǒng)計(jì)學(xué)中，線性回歸(Linear Regress

14、ion)是利用稱為線性回歸方程的最小平方函數(shù)對(duì)一個(gè)或多個(gè)自變量和因變量之間關(guān)系進(jìn)行建模的一種回歸分析。這種函數(shù)是一個(gè)或多個(gè)稱為回歸系數(shù)的模型參數(shù)的線性組合。只有一個(gè)自變量的情況稱為簡(jiǎn)單回歸,大于一個(gè)自變量情況的叫做多元回歸。（這反過(guò)來(lái)又應(yīng)當(dāng)由多個(gè)相關(guān)的因變量預(yù)測(cè)的多元線性回歸區(qū)別，而不是一個(gè)單一的標(biāo)量變量。）回歸分析中，只包括一個(gè)自變量和一個(gè)因變量，且二者的關(guān)系可用一條直線近似表示，這種回歸分析稱為一元線性回歸分析。如果回歸分析中包括兩個(gè)或兩個(gè)以上的自變量，且因變量和自變量之間是線性關(guān)系，則稱為多元線性回歸分析。4.3用途1.如果目標(biāo)是預(yù)測(cè)或者映射，線性回歸可以用來(lái)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)集的和X的值擬合出一個(gè)預(yù)測(cè)模型。當(dāng)完成這樣一個(gè)模型以后，對(duì)于一個(gè)新增的X值，在沒(méi)有給定與它相配對(duì)的y的情況下，可以用這個(gè)擬合過(guò)的模型預(yù)測(cè)出一個(gè)y值。2.給定一個(gè)變量y和一些變量X1,.,Xp，這些變量有可能與y相關(guān)，線性回歸分析可以用來(lái)量化y與Xj之間相關(guān)性的強(qiáng)度，評(píng)估出與y不相關(guān)的Xj，并識(shí)別出哪些Xj的子集包含了關(guān)于y的冗余信息。4.4實(shí)例題目決定一