可拓决策方法

可拓决策方法的启示 孙辉 （临床医学院全科1005 ）引言在人类社会的发展进程中，人们为了扩大自己的生存空间和活动领域，需要解决各种各样的矛盾，需要不断地进行开拓活动。事实上，人类的历史就是一部开拓的历史。因此，研究开拓的规律和方法，并利用它们指导和安排人类的开拓历程有极重要的意义。可见，人类的开拓活动是可拓学产生的客观基础，而可拓学的出现也是人类开拓活动的需要和必然结果。可拓学(原称物元分析)是由我国著名学者、国家级有突出贡献的专家蔡文研究员于1983年创立的融合系统科学、思维科学和管理科学的一门新兴科学，是贯穿于自然科学和社会科学而应用较广的横断学科。“可拓学是研究事物的可拓性和事物开拓的规律和方法，并用以解决矛盾问题的科学”。基于对矛盾问题的研究，经过二十多年的发展，这门学科已取得长足的进展：建立了初步的理论框架可拓论，发展了自己特有的方法体系可拓方法，并在诸多领域得到应用，形成了可拓工程。可拓论、可拓方法和可拓工程构成了可拓学，它已从理论研究走向应用研究，从广东走向全国，正在从中国走向世界。本学期在蔡国梁教授的指导下，我对这门由国人自己创立的学科有了初步肤浅的的了解，这里主要就可拓决策方法谈一谈自己的认识。可拓决策论概述可拓决策方法是适用于对矛盾问题进行决策的决策技术。它以可拓集合为工具，用关联函数分析决策对象各子系统间的矛盾性，用物元变换化矛盾问题为相容问题，从而开拓出有关的决策策略集，并通过可拓评价获得全局性的最佳决策。可拓决策方法的目标是既利用定量计算方法，也保留一定的开放环节，让人的智慧可以在这里发挥作用，尽量做到定量与定性相结合。可拓决策论解读 可拓决策的性质和特点（1）可拓决策的性质决策是一种选择，是为实现某一种确定目标而通过对主客观条件的分析，提出各种方案并从中选取合适方案的全部过程。在决策过程中人们会遇到各种各样的矛盾问题，对矛盾问题进行决策，就要研究解决矛盾问题的各种决策。可拓决策用物元模型来描述问题，根据物元的可拓性，利用物元变换对目的和条件进行变换，使之朝着相互统一的方向转化，从而生产各种策略，并利用可拓集合和关联函数进行定量的计算，通过评价产生最佳策略的一种决策技术。（2）可拓决策的思想和特点可拓决策的基本思想是：最大限度地满足主系统和主条件的求；将不相容系统通过物元变换转化为相容系统。可拓决策的基本特点是：可拓策略集。一般策略理论较少研究决策集的生成和开拓问题，可拓策略研究决策集的规律，理论和方法。约束条件的可变性。一般决策论对约束条件的处理是确定和静止的方法，而可拓决策则是通过物元变换将条件物元作为实现目的的内在动力。决策目标的迂回性。在可拓决策中，不是用静止和确定的观点看待决策目标，对决策目标可作变通处理，其最终结果依然是实现原决策目标。定性和定量相结合。无论是对约束条件，还是对决策目标，不仅进行定量的分析研究，而且从完整的观点进行定性的分析研究。方法的非封闭性。可拓决策方法可以和其他决策技术兼容并用，利用先进的科学手段进行多目标综合决策。可拓决策方法的基本过程（1）建立问题系统的物元模型确定目的物元系统R。恰当选择系统的特征，界定对象和期望状态的量值域，确定目标数量，时间长度，位置等，并利用物元变换转化对立目标为共存目的，从而建立决策的系统 R。确定条件物元系统r。根据问题的实际北京建立相应的条件物元模型，并对其进行物元可拓性（发散，可扩，共轭，相关）分析。这是利用物元变换解决矛盾问题的基础性工作，也是可拓决策方法的突出特色之一。确定限制物元系统l。限制是造成问题系统中目的和条件不相容的关键性因素。限制物元是条件物元关于某限制特征的物元，明确限制物元的特征，限域的上，下限量及各限制间的关系，建立相应的限制物元系统l，并进行限制的可拓性分析。确定对象物元系统g。对象物元是与限制物元具有相同特征的物元。确定目的系统涉及的事物Ni和实现目的的限制特征Cij，从而构造对象物元系统g=（Ni，Cij，Cij（Ni），并分析对象物元间的关系。在完成上述工作后，我们就建立了问题系统的物元模型：P=R*r及其核P0=g*l。（2）确定初始方案分析目的物元的主物元。通过对目的物元的分析，确定起关键作用的主物元，并找出它与其他物元的关系。分析问题系统。通过对问题系统物元的分析，确定增益系统和损益系统。物元变换生成初步方案集。对问题系统的限制系统l或对象系统g进行物元变换，使其最大限度地满足主目的物元的要求，并使其它指标尽量相容，利用定性分析，初步确定方案集。确定问题初始解。利用经验或其它决策技术等经典的方法确定问题的初始解。相容度分析根据主目的物元的初始解，计算主系统S和子系统A之间的相容度K(K为论域内两元素间可拓关系的关联函数值)，列出“系统物元的相容度三角形表”（见表）。S1 A1 S2 A2 S3 A3 S4 A4 S1K(S1,A1) K(S1,S2) K(S1,A2) K(S1,S3) A1K(A1,S2) K(A1,A2) K(A1,S3) S2K(S2,A2) A2 K(A2,S2) S3K(S3,A3) A3K(A3,A4)S4 K(S4,A4) A4 . .说明：(1)表中Si和Ai(i=1,2,3,n)分别为S和A的子系统，且Ai Si。 (2)本表中为问题的限制系统l和对象系统g之间的相容度，其它情况的相容度表可仿照本表列出。对相容度表进行如下的分析和物元变换： 对增益系统，调整目的物元的指标值或通过系统物元变换值使一切增益系统的相容度K0。若做不到，可以通过不相容反馈调整主指标值，再重复上述过程，达到要求为之。对得到的方案进行灵敏度分析，并作出技术、经济、社会评价，如果合理，就可作为决策方案输出；如果不合理，通过不合理反馈调整所设定的主指标值，直到得到满意的决策方案。可拓决策方法的主要步骤如图所示。图1 图2（1）可拓决策的技术手段信息的收集、整理、分类主要采用统计方法。 问题系统物元模型的建立及分析以物元理论为基础。 确定初始方案可以用经验法、可拓性分析或其它决策方法。 可拓集合和关联函数是定量化的可拓决策技术的重要手段。 利用物元变换实现问题的相容度大于零，是可拓决策的基本手段之一。通过求解限制、对象关联不等式，形成策略集，经过评价形成决策方案是一个定性分析与定量计算相结合的过程。信息反馈(不相容反馈、不合理反馈)是保证决策成功的重要因素。计算机技术、自然科学、社会科学中许多学科的成熟理论，都可作为可拓决策的技术手段。(2)可拓决策的主要方法转换桥方法；物元变换方法；可拓识别方法；创造性思维（三四三）方法；新产品的构思方法；价值工程方法；决策的综合评判方法。应用实例可拓决策方法运用于高等级公路路面选型在高等级公路建设中，路面类型的选择是制定施工进度网络图的关键，是制定关键策略的前提。在现阶段公路工程中运用最多的路面类型集中在下面两种：沥青砼路面、水泥砼路面。对于路面类型影响因素中的难以用数量来定量表示的因素评价，可以通过已有的资料和专家的评定得到。水泥砼路面虽然具有刚度大、扩散荷载能力强、稳定性好、抗疲劳特性好、使用年限长、养护费用少、施工取材方便等优点，但是水泥砼这种水硬性材料对设计强度不足、超载很敏感，或者由于施工方面的原因而达不到设计的要求等情况，破坏就会迅速发展，难以维护。并且破坏后修复困难，费用也高。同时由于水泥砼路面接缝、施工等方面的原因造成的不平整度问题对高等级公路来说就显得更加突出。沥青砼路面具有可以分期修建、平整度容易得到保证、行车舒适、易于修复、噪音小等优点，目前在高等级公路上得到广泛应用。但沥青砼路面的抗灾性、对水和温度的敏感性等方面明显弱于水泥砼路面，又由于沥青与各种材料的结合性能不同，在水文、气候条件差及缺乏碱性材料的地区，容易造成沥青脱落、分离，从而加速路面破坏。同时路面铺筑技术、施工装备和人员素质直接影响着路面质量。总体来说沥青砼路面的铺筑设备、技术水平较水泥砼路面要先进。同时有些施工单位目前在高等级水泥砼路面施工方面采用的拌和设备和摊铺设备还属于小型施工机具范畴，并没有形成象沥青砼路面那样从拌和到摊铺全过程的机械化施工设备系列。考虑影响公路路面选型的主要因素，确定参照特征有!个：经济合理性、施工技术水平、质量监控水平、平整度、抗滑性，节约能源和环境保护。通过专家咨询和权值分析，可确定参照特征的量值。表1为待选事物分析。如果定性指标定量化刻化方法采用：（优良，较好，中良，一般）=（0.8，0.7，0.6，0.5），决策指标的权重采用AHP方法确定，取=（0.15，0.2，0.15，0.2，0.1，0.1，0.1）。因此可以求出决策指标的隶属度矩阵R：则可以计算出正理想隶属度特征向量为：=（0.583，0.571，0.5，0.583，0.5，0.583，0.5）负理想隶属度特征向量为： =（0.417，0.429，0.5,0.417.，0.5，0.417，0.5）由此可以计算决策方案的决策指标，其结果如表2所示。由上面的计算可知opt=1=0.748，选择沥青砼路面是最佳策略。对于公路建设来说，在工程项目建设过程中涉及大量的不确定性因素，影响决策评价指标，使方案具有不确定性。为了使选择的方案具有可靠性，必须进行方案的敏感性分析。根据决策模型中权重大的决策考虑因素进行敏感性分析，并计算各分析参数的敏感度。因此沥青混凝土中的经济合理性、施工技术水平、质量监控水平、平整度等四个关键特征作敏感性分析，结果如表3所示。表3是在决策方案为沥青砼路面的基础上进行的敏感性分析的，决策方案中影响因素的差数单个不变。当因素变动一定比率时，决策方案的最佳策略就变成了水泥砼路面。从上面的分析来看，两种类型的路面的特征量值各有优势，但由于水泥砼路面的施工水平“一般”而限制了其优越性的发挥，在现有的施工水平下，平整度较差而影响了其行车的舒适性；质量难以保证其设计使用的年限，则它经济方面的优势也难以体现。因此可把沥青砼路面作为关键事物来制定的关键策略为：“高等级