復(fù)雜大系統(tǒng)評價理論與技術(shù)培訓(xùn)講學(xué)

復(fù)雜大系統(tǒng)評價理論與技術(shù)復(fù)雜系統(tǒng)是復(fù)雜性科學(xué)的研究對象

復(fù)雜大系統(tǒng)的評價是復(fù)雜大系統(tǒng)研究的重要領(lǐng)域，是以復(fù)雜大系統(tǒng)的研究理論成果為基礎(chǔ)，通過對系統(tǒng)的的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部特征的分析，找出表征系統(tǒng)發(fā)展演化特征的狀態(tài)變量或指標體系，根據(jù)系統(tǒng)的發(fā)展目標利用數(shù)學(xué)方法定量描述系統(tǒng)，以達到對系統(tǒng)運行規(guī)律的掌握，或?qū)ο到y(tǒng)進行控制以達到人們所要求的發(fā)展目標。系統(tǒng)評價是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，系統(tǒng)評價不是目的。系統(tǒng)評價從另一個側(cè)面來看也是系統(tǒng)預(yù)警的一個環(huán)節(jié)，是系統(tǒng)預(yù)警的一個組成部分。背景介紹復(fù)雜大系統(tǒng)的特點目的性（功能性）集合性相關(guān)性層次性整體性環(huán)境適應(yīng)性把具有某種屬性的一些對象看作是一個整體便形成了一個集合。確定系統(tǒng)要素時遵循以下兩個原則：一是可變化性；二是相關(guān)性準則。如果系統(tǒng)的運行發(fā)展狀況可以用一個向量x來表示，其中每一個分量（即組成系統(tǒng)的要素）都從某一個側(cè)面反映系統(tǒng)在某一特定條件下的運行發(fā)展狀況，則x為系統(tǒng)的狀況向量，它構(gòu)成了評價系統(tǒng)的指標體系為了全面評價、分析系統(tǒng)X的n個方案（即評價對象）的優(yōu)劣狀況，設(shè)已獲得的n個方案的狀態(tài)向量為的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)X在某種意義下的綜合評價模型為：式中：為歸一化的評價指標權(quán)重。由可以求出系統(tǒng)X的n個方案的綜合評價值，并根據(jù)的性質(zhì)，對其進行排序（可以由大到小排序，也可以有小到大排序），然后根據(jù)排序的結(jié)果確定系統(tǒng)X的最佳方案。復(fù)雜大系統(tǒng)評價理論與技術(shù)特點系統(tǒng)自身的復(fù)雜性評價過程的復(fù)雜性評價系統(tǒng)的復(fù)雜性評價決策過程的復(fù)雜性

一是評價指標可能同時存在定性指標與定量指標兩種，需要建立不同的指標計算方法；

二是指標量綱不同，只有對不同量綱的指標進行適當?shù)奶幚聿拍茉谠u價過程發(fā)揮其應(yīng)用的作用。系統(tǒng)評價必須建立一套體系合理、指標計算值正確、指標之間的相互關(guān)系明確、評價方法科學(xué)合理、實際操作簡單易行的計算機系統(tǒng)及方法體系，這種計算機系統(tǒng)和方法體系就是我們所說的評價對象的評價系統(tǒng)一、復(fù)雜大系統(tǒng)評價的基本問題系統(tǒng)評價的目的建立評價指標體系定性、定量指標（將定性指標定量化）評價指標的無量綱化權(quán)重的修正及學(xué)習（在一定時間之后權(quán)重會變化）評價指標的權(quán)重系統(tǒng)評價標準的確定問題評價系統(tǒng)的技術(shù)實現(xiàn)（建立相應(yīng)的計算機模型）采用一定的實例對所建立的評價系統(tǒng)進行檢驗看是否滿足需要當獲得評價結(jié)果后，如何運用評價結(jié)果進行正確決策事先給定一個判斷評價對象等級的標準，然后根據(jù)評價結(jié)果判斷出每個唄評價的對象所達到的標準等級評價系統(tǒng)一般由以下幾個方面組成：理清思路系統(tǒng)評價，指對評價的對象進行評價評價目的，就是評價者希望通過評價所要達到的目標。即看通過評價哪個評價對象最好（差）以此找出想要的。評價對象，有n個評價對象（如果只有一個評價對象，就失去了評價比較的意義）,記為s=(s1,s2,…sn)評價指標，系統(tǒng)的評價需要通過反映系統(tǒng)各個側(cè)面的指標體系(m個指標)來衡量。記為x=(x1,x2,…,xm)每一個評價指標都從不同的側(cè)面來反映系統(tǒng)某個方面的狀態(tài)。正確地確定系統(tǒng)的評價指標體系及合理的評價指標值計算方法評價指標的權(quán)重，相對于特定的評價目的來說，每個指標的相對重要性程度是不同的，反應(yīng)這種差異的度量方法就是評價指標的權(quán)重，w=(w1,w2,…wm),0≤wj≤1,評價模型，獲得n個評價對象的評價指標值{xij}(i=1,2,…,n;j=1,2,…m)后，結(jié)合評價指標的權(quán)重w，在某一特定的時間t內(nèi)，建立系統(tǒng)評價模型：yit=f(wit,xijt)(i=1,2,…,n;j=1,2,…m)，n個評價對象的所有綜合評價值確定以后，就可以根據(jù)其評價結(jié)果yit進行決策和排序。將評價指標值和評價指標的權(quán)重“合成”一個整體的綜合評價值{xij}?！熬C合評價方法”評價模型的計算機實現(xiàn)，建立評價模型的計算機系統(tǒng)評價與決策者系統(tǒng)評價的一般步驟是：明確評價目標確定評價對象構(gòu)建評價指標值的計算方法建立評價指標的權(quán)重選擇或建立理想系統(tǒng)評價方法建立系統(tǒng)評價的計算機模型對所確定的評價對象進行評價系統(tǒng)評價的一般步驟圖系統(tǒng)評價問題確定評價目的根據(jù)系統(tǒng)分析選擇評價指標是否符合評價要求？形成評價指標體系確定定性指標的取值方法建立定量指標值的計算方法將評價指標無量綱化建立評價指標權(quán)重的計算方法選擇和建立系統(tǒng)評價模型建立系統(tǒng)評價的計算機系統(tǒng)實例檢驗根據(jù)評價結(jié)果作出決策對評價對象進行評價否是通過沒通過目前出現(xiàn)很多用于系統(tǒng)評價的模型和方法，如模糊綜合評價法、灰色評價法、物元評價法、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價方法等等在確定評價目標時必須注意以下幾個方面：單義性、總體性、可行性

評價過程的人為因素人為因素產(chǎn)生的途徑評價體系的確定評價指標值的確定評價指標權(quán)重的確定評價標準的確定系統(tǒng)的決策過程定性指標值確定時，一般采用專家打分的方法采用專家評議（Delphi）法,層次分析法（AHP）等系統(tǒng)評價的最終目的是決策者根據(jù)評價結(jié)果對評價對象作出正確的決策分為理性和非理性人為因素降低人為因素的主要方法多專家參與的方法回避的方法二、系統(tǒng)評價的理論基礎(chǔ)開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)系統(tǒng)本身與系統(tǒng)周圍環(huán)境有物質(zhì)、能量、信息的交換，即系統(tǒng)是開放的。系統(tǒng)所包含的子系統(tǒng)很多，所以是巨系統(tǒng)子系統(tǒng)的種類繁多，并且結(jié)構(gòu)不斷變化，所以是“復(fù)雜的”系統(tǒng)具有許多層次，即子系統(tǒng)到整個系統(tǒng)之間的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的層次復(fù)雜系統(tǒng)的評價問題是一個典型的開放的復(fù)雜大系統(tǒng)評價過程中必須認真研究系統(tǒng)“要素”與系統(tǒng)“環(huán)境“之間關(guān)系”認真分析各要素對系統(tǒng)的貢獻；分析過程中必須采用定性與定量相結(jié)合的集成方法所評價的對象又由許多要素或分系統(tǒng)組成系統(tǒng)評價的信息論基礎(chǔ)為了描述系統(tǒng)的狀態(tài)，人們曾經(jīng)引進了熵的概念。按一般的理解，熵是系統(tǒng)的無序程度的度量。那么作為其對應(yīng)事物，信息（有的說法稱之為負熵）則是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化程度的度量。復(fù)雜大系統(tǒng)評價中涉及的是對于信息的處理和利用灰色系統(tǒng)理論基礎(chǔ)復(fù)雜大系統(tǒng)描述的是一個復(fù)合系統(tǒng)，由于這一系統(tǒng)的復(fù)雜性、動態(tài)性等特點，再加上人類對于該系統(tǒng)的認識能力的局限性，使得系統(tǒng)對于人類來說是一個信息不充分，不完全的系統(tǒng)，即是一個灰色系統(tǒng)?；疑P(guān)聯(lián)分析灰色預(yù)測灰色決策灰色關(guān)聯(lián)分析可以用于系統(tǒng)評價的因素識別灰色理論的灰色模型是基于關(guān)聯(lián)度收斂原理、生成數(shù)、灰導(dǎo)數(shù)、灰微分方程等觀點和方法建立的微分方程型的模型。模糊系統(tǒng)理論基礎(chǔ)評價對象的模糊性評價系統(tǒng)邊界的模糊性評價時間尺度上的模糊性評價因素的模糊性系統(tǒng)評價的對象本身就是一個模糊系統(tǒng)，因此一些相應(yīng)的模糊數(shù)學(xué)方法、包括模糊分析（模糊聚類分析、模糊關(guān)聯(lián)分析、模糊系統(tǒng)分析）模糊預(yù)測、模糊綜合評價、模糊決策等可以分別應(yīng)用于系統(tǒng)評價的各個環(huán)節(jié)。三、系統(tǒng)評價分析方法系統(tǒng)分析是建立系統(tǒng)評價方法和評價系統(tǒng)的基礎(chǔ)被評價系統(tǒng)的分析是已有系統(tǒng)的分析

被評價系統(tǒng)分析的重點是在充分調(diào)查和收集已有資料的基礎(chǔ)上，綜合技術(shù)經(jīng)濟、組織管理、方針政策、信息交換等各方面因素，采用定性和定量分析的方法，研究系統(tǒng)的目標、功能、結(jié)構(gòu)關(guān)系及環(huán)境影響因素等，以確定出系統(tǒng)的評價指標。被評價系統(tǒng)的主要內(nèi)容闡述系統(tǒng)評價的目的（一定要明確、清晰）調(diào)查系統(tǒng)的環(huán)境調(diào)查系統(tǒng)的資源研究系統(tǒng)的要素研究系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)被評價系統(tǒng)分析的準則評價的目的與評價的目標相結(jié)合系統(tǒng)要素同外部環(huán)境相結(jié)合當前利益以同長遠利益相結(jié)合分系統(tǒng)與整體系統(tǒng)相結(jié)合定性分析與定量分析相結(jié)合確定被評價系統(tǒng)范圍初步確定評價目的調(diào)查分析目的與目標是否相符？選定評價目的否是系統(tǒng)評價目的選擇過程圖系統(tǒng)評價目的的選定調(diào)查影響評價目的的因素(內(nèi)部因素、環(huán)境因素)被評價系統(tǒng)分析的評價標準系統(tǒng)程序分析確定系統(tǒng)評價目的確定影響系統(tǒng)評價目的的因素確定影響的層次結(jié)構(gòu)收集系統(tǒng)分析的資料建立系統(tǒng)分析模型系統(tǒng)分析分析結(jié)果是否滿足要求系統(tǒng)分析工作結(jié)束否是系統(tǒng)分析的一般步驟①層析分析法②主成分分析法③模糊聚類分析法先從分系統(tǒng)入手，進行局部分析，然后再做綜合研究分析結(jié)束后，需要對分析結(jié)果依據(jù)分析的評價標準進行檢驗判斷構(gòu)造判斷矩陣層次單排序?qū)哟慰偱判蛞恢滦詸z驗系統(tǒng)分析的層次分析法層次分析法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)把問題分解成各種因素或元素，將這些因素在不同水平上分組形成一個鍵或?qū)哟?，每一個因素依次再分解成一組因素，一直進行到最低層次。層次不必是完整的，即每一層次的因素不必作為其低一層次的準則，而是一個層次能劃分成許多僅僅與最上一個公因素有關(guān)的子層次。某層次上的因素對于其后繼層次上各因素的重要性程度由決策者采用亮亮比較的方法來確定。為了確定每個比較矩陣中各因素的次序，要計算每個矩陣的特征，這個特征向量由所在矩陣的兩兩比較中作為準則的較高層次中各因素的權(quán)值加權(quán)而得。這個過程沿層次往上（往下）重復(fù)進行，計算每一層次中每個因素的權(quán)值，并確定后繼層次的綜合權(quán)值。層次分析法的基本步驟和計算方法層次分析法有三個主要部分和數(shù)學(xué)原理明確問題建立層次結(jié)構(gòu)AHP大體分為五個步驟最高層（目標層）：表示被評價問題的目的，即層次分析法要達到的目標。中間層（準則層）：表示采用某種措施或政策來實現(xiàn)預(yù)定目標所涉及的中間環(huán)節(jié)，一般分為策略層、約束層、準則層最底層（措施層）：表示解決問題的措施或政策。方根法、和積法系統(tǒng)分析的主成分分析法主成分的定義主成分的計算樣本主成分計算對樣本進行標準化處理利用標準化后的樣本估計計算各主成分主成分的選擇原指標對主成分的回歸主成分的概念及其計算樣本主成分選擇及原指標對主成分的回歸系統(tǒng)分析的模糊聚類分析法模糊聚類分析的基本原理模糊關(guān)系利用模糊關(guān)系進行分類具有自反性、對稱性的模糊關(guān)系稱為模糊相容關(guān)系具有傳遞性的模糊相容關(guān)系稱為模糊等價關(guān)系設(shè)有兩個模糊關(guān)系和則為模糊關(guān)系的復(fù)合，即模糊矩陣的積。具有m個指標的n個樣本的聚類樣本之間的貼近度就是樣本之間的接近程度或相似度，也用[0,1]之間的數(shù)表示。最常用的為夾角余弦法。通過計算任意兩個樣本之間的貼近度，即可得到一個模糊相容關(guān)系矩陣。在計算貼近度之前，必須對樣本數(shù)據(jù)進行處理。處理方法是消除原數(shù)據(jù)量綱，而后加權(quán)，且壓縮到[0,1]區(qū)間。絕對評價：指在一個統(tǒng)一的評價準則下，根指標據(jù)相應(yīng)的評價m個指標體系所反映出來的信息，對n個待評價對象作出評價相對評價：是指對若干個評價對象的優(yōu)劣做出排序，并根據(jù)排序結(jié)果作出決策。不涉及n個評價對象以外的評價對象系統(tǒng)評價四、系統(tǒng)評價準則與系統(tǒng)評價指標體系評價準則建立的一般方法觀察法類比法統(tǒng)計分析法結(jié)合已有類似系統(tǒng)的評價標準，通過適當?shù)男拚?、得出待評價系統(tǒng)的評價標準。類比系統(tǒng)的選擇可以采用貼近度的方式進行評價準則建立的基本原則……評價指標體系屬性及篩選原則評價指標屬性評價指標對評價系統(tǒng)的運行和狀態(tài)具有重要影響，評價指標的性質(zhì)決定了待評價系統(tǒng)的性質(zhì)。眾所周知，一個系統(tǒng)在t時刻的運行狀態(tài)X（t）是用組成系統(tǒng)的n部分（或稱元素）的取值來描述的系統(tǒng)是在不斷變化的，系統(tǒng)的運動變化是通過組成系統(tǒng)的各個部分的取值不斷變化來體現(xiàn)的。評價系統(tǒng)的指標及存在于系統(tǒng)內(nèi)部，也存在于系統(tǒng)的環(huán)境中，這一屬性決定了評價指標的評價范圍。評價指標是可以衡量的。評價指標的篩選原則評價指標體系建立的原則應(yīng)與評價準則建立的原則立場不同，后者是對評價結(jié)果的度量，而前者應(yīng)從指標的選擇方面加以考慮?！u價指標的篩選方法系統(tǒng)功能分析原始數(shù)據(jù)評價信息初步確定評價評價指標體系通過實例進行驗證確定指標體系正式的評價指標體系公眾參與外部環(huán)境調(diào)查情況已有成果的經(jīng)驗系統(tǒng)分析內(nèi)外部要素識別理論分析專家咨詢評價指標篩選的一般過程評價指標值的確定與計算方法一般應(yīng)考慮定量指標的獲取方法和手段，以及獲取的難易程度。不同的定量指標具有不同的度量單位，也就是具有不同的量綱，為保證系統(tǒng)評價指標的可比性，需要對定量指標進行無量綱化。定性指標是一類不能用數(shù)值表述的指標，對定性指標的量化方法一般采用專家評分法或問卷調(diào)查法將分值直接控制在[0,1]之間。具體方法可以先將一些定性描述的指標定量化，然后再經(jīng)過區(qū)間劃分，使其對應(yīng)在[0,1]區(qū)間內(nèi)。（處理方法：）級別、取值、定性描述評價指標的預(yù)處理評價指標的類型與預(yù)處理極大型指標極小型指標中間型指標區(qū)間型指標一般來說，在評價指標體系X=（x1,x2,…xn）中，有的指標值可能越大越好，有的指標可能越小越好，有的指標可能居于“中間”某個值最好。若指標X=（x1,x2,……,xm）中既有極大型指標、極小型指標、又有中間型指標，同時，還有區(qū)間型型指標，則必須在對評價對象進行綜合評價之前，將評價指標的類型做歸一化處理。將不同類型的指標進行歸一化處理，也就是將所有指標的變化趨勢一致。我們將評價指標全部變?yōu)樵酱笤胶玫闹笜酥殿愋?，其余三種情況可以采取各自處理方式。這樣，就可以把不同類型的指標轉(zhuǎn)換成具有相同變化趨勢的指標，也就滿足了可比性原則評價指標的無量綱化方法具有歸一化性質(zhì)的無量綱化均值處理法極值處理法功效系數(shù)如果評價指標具有同樣的變化趨勢，或者經(jīng)過了評價指標歸一化處理后，評價指標的無量綱化處理方法。沒有歸一化性質(zhì)的無量綱化非線性指標指數(shù)函數(shù)模型二次函數(shù)模型對數(shù)函數(shù)線性指標實際評價過程中，一般是將指標的歸一化和指標的無量綱化結(jié)合在一起進行計算。將評價指標值轉(zhuǎn)化為隸屬度。五、系統(tǒng)評價指標體系的權(quán)重確定評價指標的權(quán)重是指評價指標相對于系統(tǒng)評價目的的重要性程度。評價指標的權(quán)重一定是相對于評價目的而言。就同一評價指標來說，對于不同評價目的，其權(quán)重是不同的。權(quán)重確定的專家咨詢法權(quán)重確定的專家評議法(Delphi法)權(quán)重確定的相對比較比較法用于系統(tǒng)分析的層次分析法也可用來計算評價指標的權(quán)重也建立在有效的專家咨詢的基礎(chǔ)上進行權(quán)重確定的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法（BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習算法）六、綜合評價方法對復(fù)雜系統(tǒng)進行評價時，所采用的方法有的適用于絕對評價，有的適用于相對評價，而大部分適用于綜合評價。模糊綜合評價方法灰色評價方法模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價方法（模糊BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）物元評價方法模糊綜合評價方法模糊綜合評價結(jié)果以向量的形式出現(xiàn)按照最大隸屬度原則，取隸屬度最大的評價等級，就可確定被評價對象的最終等級。評價從層次角度分析復(fù)雜對象模糊綜合評價方法的適用性強模糊綜合評價中的權(quán)數(shù)是可以調(diào)整的被評價對象越是復(fù)雜，結(jié)構(gòu)層次越多，應(yīng)用多層次模糊綜合評價的效果就越理想。模糊集合與隸屬函數(shù)模糊集合的表達方式論域U有限集Zadeh表示法序偶表示法向量表示法論域U連續(xù)域確定評價對象的因素論域確定評語等級論域進行單因素評價，建立模糊關(guān)系矩陣R確定評價因素的權(quán)向量合成模糊綜合評價向量多級模糊綜合評價模糊綜合評價結(jié)果是被評價對象對各等級模糊子集的隸屬度，它構(gòu)成一個模糊向量。若對多個對象進行比較排序，就需要進一步處理模糊評價結(jié)果向量。對模糊評價結(jié)果的分析常用的方法有最大隸屬度原則、最大接近度原則、加權(quán)評價