news 2026/3/31 1:22:25

层次分析法

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张小明

前端开发工程师

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文章封面图
层次分析法

(The analytic hierarchy process,简称AHP)
建模比赛中最基础的模型之一,其主要用于解决评价类问题(例如:选择哪种方案最好、哪位运动员或者员工表现的更优秀)。

评价类问题可以用打分解决。

同颜色的单元格的和为1,它们表示的针对某一因素所占的权重。

小明同学想出去旅游。在查阅了网上的攻略后,他初步选择了苏杭、北戴河和桂林三地之一作为目标景点。
请你确定评价指标、形成评价体系来为小明同学选择最佳的方案。

解决评价类问题,大家首先要想到以下三个问题:
1.我们评价的目标是什么?
2.我们为了达到这个目标有哪几种可选的方案?
3.评价的准则或者说指标是什么?(我们根据什么东西来评价好坏)

分治思想

分而治之:我们先来确定指标的权重吧~
问题:一次性考虑这五个指标之间的关系,往往考虑不周。
解决方法:两个两个指标进行比较,最终根据两两比较的结果来推算出权重。

总结:上面这个表是一个5×5的方阵,我们记为A,对应的元素为aj。
这个方阵有如下特点:
(1)aij表示的意义是,与指标j相比,i的重要程度。
(2)当i=j时,两个指标相同,因此同等重要记为1,这就解释了主对角线元素为1。
(3)aij>0且满足aij×aji=1(我们称满足这一条件的矩阵为正互反矩阵)
实际上,上面这个矩阵就是层次分析法中的判断矩阵

苏杭=A,北戴河=B,桂林=C
苏杭比北戴河景色好一点:A>B
苏杭和桂林景色一样好:A=C
北戴河比桂林景色好一点:B>C
出现了矛盾之处:(不一致的现象
(要是把左表中的2换成更大的数,那么不一致会更加严重)

一致矩阵:

各行(各列)之间成倍数关系

若矩阵中每个元素aij>0且满足aij×aji=1,则我们称该矩阵为正互反矩阵
在层次分析法中,我们构造的判断矩阵均是正互反矩阵。
若正互反矩阵满足aij×ajk=aik,则我们称其为一致矩阵
注意:在使用判断矩阵求权重之前,必须对其进行一致性检验

一致性检验
原理:检验我们构造的判断矩阵和一致矩阵是否有太大的差别。

引理:A为n阶方阵,且r(A)=1,则A有一个特征值为tr(A),其余特征值均为0.
因为一致矩阵的各行成比例,所以一致矩阵的秩一定为1.
由引理可知:一致矩阵有一个特征值为n,其余特征值均为0.

另外,我们很容易得到,特征值为n时,对应的特征向量刚好为

若正互反矩阵(判断矩阵)满足aij×ajk=aik,则我们称其为一致矩阵。
引理:n阶正互反矩阵A为一致矩阵时当且仅当最大特征值入max
且当正互反矩阵A非一致时,一定满足入max>n.

判断矩阵越不一致时,最大特征值与n相差就越大

一致性检验的步骤:

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