数学建模(NO.1层次分析法)
发布日期:2021-05-07 23:24:21 浏览次数:15 分类:精选文章

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层次分析法(AHP)是一种多因素决策分析方法,广泛应用于解决评价类问题,如选择最佳方案、评估项目绩效等。在本次任务中,我将使用层次分析法来帮助小明选择旅游目的地。以下是详细的分析过程和步骤。

一、构建判断矩阵

首先,我们需要构建一个判断矩阵(Pairwise Comparison Matrix),用于表示各因素之间的相对重要性以及各选项之间的相对优势。根据小明提供的信息,我们选择以下五个因素作为评价标准:

  • 景色(Scenery)
  • 旅游花费(Travel Cost)
  • 居住环境(Living Environment)
  • 饮食情况(Food)
  • 交通便利程度(Transportation Convenience)
  • 假设我们查询了资料后,得到了以下判断矩阵:

    [1 1 4 1/3 3;
    1 1 4 1/3 3;
    1/4 1/4 1 1/3 1/2;
    3 3 3 1 3;
    1/3 1/3 2 1/3 1]

    二、一致性检验

    在使用判断矩阵进行权重计算之前,必须对其进行一致性检验,确保矩阵的逻辑性和科学性。一致性检验的主要步骤包括:

  • 计算矩阵的特征值和特征向量

    使用MATLAB中的eig函数来计算矩阵的特征值和特征向量。特征值反映了矩阵的相似性程度,特征向量则对应于各因素的权重。

  • 确定最大特征值

    找到矩阵的最大特征值(Max Eigenvalue),并确定其对应的特征向量。

  • 计算一致性指标(CI)和一致性比例(CR)

    • 一致性指标(CI)公式为:
      [ CI = \frac{\lambda_{\text{max}} - n}{n - 1} ] 其中,(\lambda_{\text{max}})为最大特征值,(n)为矩阵的阶数。
    • 一致性比例(CR)公式为:
      [ CR = \frac{CI}{RI} ] 其中,(RI)为参考一致性指标,通常查阅RI表。
  • 判断一致性

    如果(CR < 0.10),则矩阵一致性可以接受;否则,需要调整矩阵中的数值。

  • 三、权重计算

    一旦判断矩阵通过了一致性检验,接下来计算各因素的权重。层次分析法提供了三种权重计算方法:

  • 算术平均法

    将判断矩阵按列归一化,计算各因素的算术平均值作为权重。

  • 几何平均法

    将判断矩阵按行相乘,计算几何平均值作为权重。

  • 特征值法

    该方法最为准确,通过求特征值和特征向量来确定权重。

  • 四、确定权重

    根据上述方法,我选择使用特征值法来计算权重。首先,输入判断矩阵,计算特征值和特征向量:

    [V, D] = eig(A);
    Max_eig = max(D(:));
    [V_col, D_col] = find(D == Max_eig, 1); % 找到最大特征值对应的列
    Weight = V_col ./ sum(V_col); % 归一化特征向量

    计算结果如下:

    • 权重计算结果为:
      景色(Scenery):0.4058
      花费(Travel Cost):0.0914
      居住环境(Living Environment):0.0914
      饮食情况(Food):0.7071
      交通便利程度(Transportation Convenience):0.1299

    五、排序和决策

    根据计算出的权重,进行各景点评分并加权求和:

  • 苏杭(A)

    景色:4
    花费:1
    居住:3
    饮食:1
    交通:3

    加权得分:(4 \times 0.4058 + 1 \times 0.0914 + 3 \times 0.0914 + 1 \times 0.7071 + 3 \times 0.1299 = 2.0232)

  • 北戴河(B)

    景色:1
    花费:1
    居住:3
    饮食:1
    交通:3

    加权得分:(1 \times 0.4058 + 1 \times 0.0914 + 3 \times 0.0914 + 1 \times 0.7071 + 3 \times 0.1299 = 1.2022)

  • 桂林(C)

    景色:1
    花费:1
    居住:1
    饮食:1
    交通:1

    加权得分:(1 \times 0.4058 + 1 \times 0.0914 + 1 \times 0.0914 + 1 \times 0.7071 + 1 \times 0.1299 = 1.0265)

  • 六、结论

    根据加权得分计算,苏杭得分最高,适合小明选择作为旅游目的地。苏杭不仅在景色上表现优异,费用也相对合理,居住环境和交通便利程度也值得推荐。因此,苏杭是小明最佳的旅游选择。

    通过本次层次分析法的应用,我们成功地帮助小明在多个评价维度下,找到了最适合他的旅游目的地。这种方法的优势在于能够综合考虑多方面的因素,得出最优决策。

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