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日志

切勿滥用的建模方法──1. 层次分析法

热度 4已有 1483 次阅读2012-4-15 02:43 | 数学建模, 层次分析法, 局限性

有一些建模的方法,在数学建模案例中常常见到,在教学中可能也作为成型的方法来教授。有的同学认为这类方法的效果非常好,看起来也很“万能”,所以在很多地方都试图使用。但这些方法可能具有极大的局限性,一旦超过适用范围,可能得到完全无意义或错误的结果。所以大家在使用的时候一定要慎之又慎。

首先是经常被滥用的层次分析法。

层次分析法是干什么的?譬如我们谈某样东西的好坏,它和许多项指标都有关系。但这些指标的重要程度各有不同。层次分析法可以把所有指标“综合起来”,给出一个综合的“打分”。

我们首先假设,综合评分就是这些指标的线性组合(其实是加权平均)。一切后续计算都是在这个假设的前提下讲的。如果不打算使用这个假设,层次分析法虽然也能给出一个相对重要性的“打分”,但实际意义就不大了(并非全无)。比如在最终的“综合公式”里,A指标放在对数里,B指标放在指数上,那么我就算说了“A的重要性比B高3倍”,又该如何体现是好呢?

进一步,我们姑且决定要使用指标的线性组合,但系数怎么取?很显然,重要的指标,其系数一定要大一些。次要的指标,其系数可以适当地小一些。如果只有两三个指标,我们凭直觉就可以给出较好的结果(例如三七开,四六开之类)。但是指标一多,光凭直觉去写系数,让它们加起来等于1恐怕都并非易事。这就完全没法做下去了。

层次分析法就在这里发挥作用了。对很多指标而言,你想一次性给出它们全部的系数,无疑很不可靠。但两两比较总是相对可靠的,所以我们就把指标两两对比,来看它们的相对重要性如何。把这些数据全都记录下来,然后形成一个“比较矩阵”。通过分析这个矩阵,我们可以得到两件事情:

1. 你宣称的这些“重要性”有没有自相矛盾,例如我们无法接受“A比B重要,B比C重要,C又比A重要”这种事情。

2. 如果没有明显的自相矛盾(稍有不完美也可以原谅),我们可以用相当“忠实”的方法,得到一个综合的评分──也就是指标的权重。所谓“忠实”,是指这组系数会尽量忠实地反映、吻合你刚才宣称的重要性。

具体的计算并不困难,无非是对矩阵做一些变换、求特征值之类的问题。这个算法本身非常巧妙,也值得认真学习。而它的局限在哪里呢?

首先,“加权平均”这个假设未必是什么时候都好用的。如果指标的重要性之间有显著的“关联”,例如指标A的重要性强烈依赖于指标B的值──此时把A和B的值作加权平均显然是不妥的,或许A和B相乘还更好一些。这样就基本不用想层次分析法了。

最致命的问题是:层次分析法只管处理比较矩阵。而两两对比时,谁比谁更重要(也就是比较矩阵的生成),全是人为来做的。只要这一步是主观完成的,那么后面的一切即使再完美,也充其量是“忠实地”反映了打分人的主观观点而已。如果这一切只是一个没什么根据的主观喜好,又有什么值得大书特书的呢?

所以在真正使用层次分析法的时候,要找许多专家来打分,还要反复对比讨论,让他们反复磨合,最终达成一个差不多的共识。这样才谈得上一定的可信度。当然,如果在打分的时候有充足的客观依据,尽量避免主观色彩就更好了。但绝大多数时候,我们都做不到这两点。而此时再强行使用层次分析法,也就完全失去趣味了。

而且如果你真正做过几次工作就会发现:打分的时候,想让人不自相矛盾,互相还能取得一致意见,就算是训练有素的专家,也足以把你搞得焦头烂额。

总结:层次分析法在理论上是非常巧妙和精彩的,它的算法可以给我们许多启示。但真要想在实际应用中照搬,实用性甚低。
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