医药信息分析与决策-第6章多指标决策2备课讲稿

第6章多指标(zhǐbiāo)决策第一页，共66页。内容提要(nèirónɡtíyào)多指标决策（MultipleAttributeDecisionMaking)MADM）多属性决策或有限方案的多目标决策。是现代信息分析与决策科学中的一个重要组成部分。在社会、经济、管理、医药卫生等诸多领域有着广泛的应用。在医药卫生领域，类似的问题有医疗机构/科室(kēshì)工作评价医疗方案选择临床疗效比较等。在解决这些问题时，往往要同时考虑多项指标，而不是简单地由一两个指标来反映。第二页，共66页。本章(běnzhānɡ)重点多指标决策问题的表示模型指标的标准化处理方法决策指标的权重确定(quèdìng)方法简单线性加权法和理想解法第三页，共66页。6.1多指标(zhǐbiāo)决策概述多指标决策是指利用已有的决策信息，通过一定的方式对一组（有限个）备选方案(fāngàn)进行偏好决策，如选择、排序、评价等。多指标决策主要由两部分组成：决策信息的获取:决策信息一般包括指标权重和指标值两方面，权重表示了该指标对决策的相对重要程度；(通过一定的方式)对决策信息进行综合并对方案(fāngàn)进行排序和择优。第四页，共66页。6.1.1多指标(zhǐbiāo)决策的基本概念一个多指标决策问题一般由备选(bèixuǎn)方案、评价指标和指标权重组成。多指标决策一般可以描述为以下形式：S={s1,s2,…,sm}：m个备选(bèixuǎn)方案；X={x1,x2,…,xn}：n个评价指标；A=[aij]mn(1≤i≤m，1≤j≤n)：决策矩阵，其中aij是方案si对应于指标xj的值。第五页，共66页。6.1.1多指标(zhǐbiāo)决策的基本概念【例6-1】对于阑尾炎的治疗，常见的治疗方案有保守药物治疗、腹腔镜手术和传统(chuántǒng)手术3种。这些方案在治疗时间、费用、效果、根治程度、耐受性等方面存在差异，如下表所示。治疗方案治疗时间（天）治疗费用（元）治疗效果根治程度耐受性副作用安全性药物治疗31000差低好中高腹腔镜手术34500好高很好中一般传统手术73500好很高差大低第六页，共66页。6.1.2多指标(zhǐbiāo)决策的特点决策问题的指标大于或等于2个。指标量纲不统一，指标之间往往并不具备直接可比性。指标导向(dǎoxiànɡ)不一致。效益型指标，这类指标的值越大越好；成本型指标，这类指标的值越小越好；固定型指标，指标值越接近某个固定值越好；区间型指标，指标值越接近某个固定区间（包括落入该区间）越好；偏离型指标，指标值越偏离某个固定值越好。第七页，共66页。6.1.2多指标(zhǐbiāo)决策的特点指标之间的矛盾性：某一指标的完善往往会损害其他指标的实现，即改进某一指标值可能会使其他指标值变坏。定性指标和定量指标混合。方案与指标的关系可以明显地表示出来。例如(lìrú)，表示成一个矩阵。第八页，共66页。6.1.3多指标(zhǐbiāo)决策的解设一个决策问题，有两个效益型指标，分别是x1和x2，有6个备选方案(fāngàn)，可以用二维坐标图表示如下：第九页，共66页。6.2决策指标(zhǐbiāo)的标准化处理6.2.1定性指标的量化常用方法：将指标依描述程度的强弱划分为若干级别，分别赋予(fùyǔ)不同的量值。通常将描述程度划分为9个或5个级别。一般取0~10间的整数，每个级别赋予(fùyǔ)适当分值。极端值0和10通常不用，留给极特殊的情况使用。定性指标的量化不改变指标的性质。第十页，共66页。6.2决策指标(zhǐbiāo)的标准化处理6.2.1定性(dìngxìng)指标的量化等级最低很低低较低一般较高高很高最高分值123456789定性(dìngxìng)指标9级量化表等级很低低一般高很高分值13579定性指标5级量化表第十一页，共66页。6.2决策指标(zhǐbiāo)的标准化处理6.2.1定性(dìngxìng)指标的量化【例6-2】对例6-1中的阑尾炎治疗问题的定性(dìngxìng)指标进行量化。量化后的决策矩阵为：第十二页，共66页。6.2决策指标(zhǐbiāo)的标准化处理6.2.2不同量纲(liànɡɡānɡ)指标的标准化指标的标准化：将不同量纲(liànɡɡānɡ)和数量级的指标通过适当的变换，转换为无量纲(liànɡɡānɡ)的标准化指标。决策矩阵的标准化方法向量归一化法线性比例变换法极差变换法第十三页，共66页。6.2决策指标(zhǐbiāo)的标准化处理6.2.2不同量纲指标的标准化设决策矩阵经过标准化处理后得到(dédào)的标准化矩阵为。1.向量归一化法第十四页，共66页。6.2决策(juécè)指标的标准化处理6.2.2不同(bùtónɡ)量纲指标的标准化2.线性比例变换法简单方法就是将某个指标值与其最优值进行比较。令，,对于效益型指标：对于成本型指标：第十五页，共66页。6.2决策(juécè)指标的标准化处理6.2.2不同(bùtónɡ)量纲指标的标准化3.极差变换法对于效益型指标，令对于成本型指标，令对于固定型指标，令第十六页，共66页。6.2决策指标(zhǐbiāo)的标准化处理6.2.2不同量纲指标的标准化【例6-3】对例6-2中量化后的决策矩阵进行标准化处理。解：治疗时间（x1）、治疗费用（x2）和副作用（x6）为成本型指标，治疗效果（x3）、根治(gēnzhì)程度（x4）、耐受性（x5）和安全性（x7）是效益型指标。（1）向量归一化法第十七页，共66页。6.2决策指标(zhǐbiāo)的标准化处理6.2.2不同量纲(liànɡɡānɡ)指标的标准化【例6-3】对例6-2中量化后的决策矩阵进行标准化处理。（2）线性比例变换法（3）极差变换法第十八页，共66页。6.3决策指标(zhǐbiāo)权重的确定在多指标决策分析中，各个指标对决策而言，它们的相对重要程度是不同的。通常用权重来定量(dìngliàng)表示各指标的重要程度，指标越重要，权重越大。设有n个决策指标，分别为x1，x2，…，xn；它们对应的权重分别为w1，w2，…，wn；则有w1+w2+…+wn=1（wi≥0,1≤i≤n）。第十九页，共66页。6.3决策指标(zhǐbiāo)权重的确定确定(quèdìng)指标权重的方法:1.主观赋权法主观赋权法:由决策者根据自己的主观经验和判断直接赋权的方法。主要有德尔菲法（Delphi）、相对比较法和特征向量法等。主观赋权法反映了决策者的主观判断或直觉，但可能受到决策者的知识结构、工作经验及偏好的影响，具有随意性，再现性差。第二十页，共66页。6.3决策指标(zhǐbiāo)权重的确定2.客观赋权法客观赋权法：是根据决策矩阵提供的客观信息（指标值），通过建立某种数学模型计算出权重的方法(fāngfǎ)，主要有熵值法、主成分分析法等。客观赋权法通常基于完善的数学理论，但指标信息数据的采集难免受到随机干扰，也忽视了决策者的主观信息，可能与指标的实际重要性程度不完全符合。第二十一页，共66页。6.3决策指标(zhǐbiāo)权重的确定3.组合赋权法由于主、客观赋权法各有利弊，实际应用中应该有机结合。已有不少学者提出了综合(zōnghé)主、客观赋权的组合赋权法，主要有方差最大化赋权法、组合目标规划法、最佳协调赋权法、基于熵的线性组合赋权法等。第二十二页，共66页。6.3决策指标(zhǐbiāo)权重的确定6.3.1德尔菲法德尔菲法（Delphi）：又称专家咨询法，是一种主观赋权法。选择若干专家组成评判小组，各专家独立（匿名）给出一组权重，形成一个权重评判矩阵，然后再进行综合处理得出每个指标初步的权重。若不满足一定的要求，再将这一轮的结果(jiēguǒ)反馈给各位专家以供参考，进一步咨询，可以重复多轮，直至最终得出满意的结果(jiēguǒ)。第二十三页，共66页。6.3决策(juécè)指标权重的确定6.3.1德尔菲法设有n个决策指标xj（1≤j≤n），向m个专家进行咨询，每个专家确定一组指标权重估计值为：

在不考虑专家的权威程度时，对m个专家给出的权重估计值进行平均(píngjūn)，得出一组估计平均(píngjūn)值：(1≤i≤m)第二十四页，共66页。6.3决策指标(zhǐbiāo)权重的确定6.3.1德尔菲法计算每一个估计值和其估计平均值的偏差：对偏差较大的权重估计值，再请第i个专家重新估计wij。如此反复操作，直到偏差满足一定要求。最终得到一组指标(zhǐbiāo)权重的估计平均修正值。第二十五页，共66页。6.3决策(juécè)指标权重的确定6.3.1德尔菲法德尔菲法具有以下特征(tèzhēng)：1.资源利用的充分性。由于吸收不同的专家与预测，充分利用了专家的经验和学识；2.结果的可靠性。由于每一位专家独立地做出自己的判断，不会受到其他因素的影响；3.结果的统一性。通过几轮反馈，使专家的意见逐渐趋同。第二十六页，共66页。6.3决策(juécè)指标权重的确定6.3.2相对比较法是一种主观赋权法。它将所有指标分别按行和列排列，构成一个正方形的表；然后对指标两两比较进行评分，并将评分值记入表中相应位置(wèizhi)，再将各指标评分值按行求和，得到评分总和；最后，进行归一化处理，求得各指标的权重。第二十七页，共66页。6.3决策指标(zhǐbiāo)权重的确定6.3.2相对比较法设有n个决策指标(zhǐbiāo)xj（1≤j≤n），两两相互比较评分，其分值设为，则有：指标(zhǐbiāo)xi的权重为：第二十八页，共66页。6.3决策指标权重(quánzhònɡ)的确定6.3.2相对比较法【例6-4】对阑尾炎治疗问题，用相对比较法确定(quèdìng)7个决策指标的权重。

X1X2X3X4X5X6X7评分总值权重wiX10.50.30.20.10.40.30.11.90.0782X20.70.50.30.20.40.30.12.50.1029X30.80.70.50.40.60.50.33.80.1564X40.90.80.60.50.70.60.44.50.1852X50.60.40.40.30.50.30.12.60.1070X60.70.70.50.40.70.50.33.80.1564X70.90.90.70.60.90.70.55.20.2140第二十九页，共66页。6.3决策(juécè)指标权重的确定6.3.3熵值法熵值法是一种客观赋权法，它依据各指标值所包含的信息量的大小来确定指标权重。计算决策矩阵得到熵权，在给定方案集和确定指标的情况下，能表示各指标在竞争意义上的相对激烈(jīliè)程度。信息熵越小，说明在此问题中该指标提供的有用信息越多，所以应赋予该指标更大的权重；反之，其权重也就越小。第三十页，共66页。6.3决策指标(zhǐbiāo)权重的确定6.3.3熵值法计算步骤如下：1.将决策矩阵(jǔzhèn)A=[aij]mn标准化，得出标准化矩阵(jǔzhèn)R=[rij]mn。2.对标准化矩阵(jǔzhèn)进行归一化处理令归一化处理后的矩阵(jǔzhèn)为P=[pij]mn，其中第三十一页，共66页。6.3决策指标权重(quánzhònɡ)的确定6.3.3熵值法3.计算(jìsuàn)各个指标的熵值第j个指标的熵值为：其中，第三十二页，共66页。6.3决策(juécè)指标权重的确定6.3.3熵值法4.计算各个指标(zhǐbiāo)的差异度指标(zhǐbiāo)值的差异越大，对方案评价的作用越大，熵值就越小。差异度为：

5.确定指标(zhǐbiāo)权重第j个指标(zhǐbiāo)的权重为：第三十三页，共66页。6.3决策指标(zhǐbiāo)权重的确定6.3.3熵值法【例6-5】用熵值法确定例6-1中阑尾炎治疗问题各个评价(píngjià)指标的权重。解：（1）阑尾炎治疗问题的线性比例变换后的标准化矩阵为：第三十四页，共66页。6.3决策指标(zhǐbiāo)权重的确定6.3.3熵值法【例6-5】用熵值法确定例6-1中阑尾炎治疗问题各个评价指标(zhǐbiāo)的权重。解：（2）对R进行归一化处理，得到的矩阵设为第三十五页，共66页。6.3决策指标(zhǐbiāo)权重的确定6.3.3熵值法【例6-5】用熵值法确定例6-1中阑尾炎治疗问题各个评价指标的权重。解：（3）分别(fēnbié)计算每个指标的熵值ej、差异度gj和权重wj：x1x2x3x4x5x6x7ej0.94380.79170.94380.92230.92230.98950.9501gj0.05620.20830.05620.07770.07770.01050.0499wj0.10480.38820.10480.14480.14480.01960.0930第三十六页，共66页。6.4多指标(zhǐbiāo)决策方法对于多指标决策问题，通常采用指标综合法。常用的指标综合方法：先将各单项指标进行标准化处理，再用一定的合成方法计算得出一个(yīɡè)综合指标，最后用综合指标的大小进行比较和排序。现有的多指标决策方法有很多，常见的包括简单线性加权法理想解法功效系数法层次分析法灰色关联法第三十七页，共66页。6.4多指标(zhǐbiāo)决策方法6.4.1简单线性加权法该方法根据实际(shíjì)情况，先确定各决策指标的权重，再对决策矩阵进行标准化处理，求出各可行方案评价指标的线性加权和，并以此作为各方案排序的依据。注意：简单线性加权法对决策矩阵的标准化处理，应当使所有指标都转换成效益型指标。第三十八页，共66页。6.4多指标(zhǐbiāo)决策方法6.4.1简单(jiǎndān)线性加权法简单(jiǎndān)线性加权法的基本步骤是：1.用适当的方法确定各决策指标的权重，设权重向量为：W=(w1,w2,…,wn)T2.对决策矩阵A=[aij]mn作标准化处理，标准化矩阵为R=[rij]mn，并且标准化之后的指标均为效益型指标。第三十九页，共66页。6.4多指标决策(juécè)方法6.4.1简单线性加权法3.求出各方案指标的线性加权值

4.以指标的线性加权值ui为判据，选择(xuǎnzé)线性加权值最大者为最佳方案，即第四十页，共66页。6.4多指标决策(juécè)方法6.4.1简单线性加权法【例6-6】用简单线性加权法对例6-1的阑尾炎治疗问题进行决策。解：（1）【例6-5中】中计算的指标权重(quánzhònɡ)为，W=(0.1048,0.3882,0.1048,0.1448,0.1448,0.019,0.0930)T（2）由【例6-4】可知，标准化决策矩阵为第四十一页，共66页。6.4多指标(zhǐbiāo)决策方法6.4.1简单线性加权法【例6-6】用简单线性加权法对例6-1的阑尾炎治疗问题(wèntí)进行决策。解：（3）求出各方案指标的线性加权值，得到u1=0.8114，u2=0.6393，u3=0.5075所以，最佳方案第四十二页，共66页。6.4多指标决策(juécè)方法6.4.2理想解法理想解法又称为TOPSIS（TechniqueforOrderPreferencebySimilaritytoIdealSolution）法，直译为“逼近(bījìn)理想解的排序方法”。该方法建立在所选择的方案与理想解的差距最小并且与负理想解差距最大的理论上。对于有n个指标的多指标决策问题，令理想解s+=（x1+,x2+,...,xn+），xj+为每个指标在各方案中的最优值。负理想解s-=（x1-,x2-,...,xn-），xj-为每个指标在各方案中的最差值。第四十三页，共66页。6.4多指标决策(juécè)方法6.4.2理想解法在建立了理想解和负理想解后，再计算各个方案分别与理想解和负理想解的距离。将每个备选方案、理想解和负理想解看作是n维空间上的一个点，在n维空间中，x=（x1,x2,…,xn）和y=（y1,y2,…,yn）两点之间的距离一般定义(dìngyì)为：通常取，即欧氏距离第四十四页，共66页。6.4多指标(zhǐbiāo)决策方法6.4.2理想解法用欧氏距离公式(gōngshì)可以计算每个方案与理想解和负理想解的距离。但是，可能会出现离理想解近的点同样也离负理想解不远的情况。例如，对于一个二指标的决策问题。第四十五页，共66页。6.4多指标(zhǐbiāo)决策方法6.4.2理想(lǐxiǎng)解法为了确定s1和s2的优劣，还需要确定一种测度方法以表示各方案靠近理想(lǐxiǎng)解和远离负理想(lǐxiǎng)解的程度，这种测度称为相对贴近度。方案si与理想(lǐxiǎng)解s+的相对贴近度定义为其中，和分别为方案si与s+和s-的距离。越趋近1，方案si越接近理想(lǐxiǎng)解s+。第四十六页，共66页。6.4多指标决策(juécè)方法6.4.2理想解法TOPSIS法求解多指标决策问题的步骤如下：1.构造标准化决策矩阵用向量归一化方法对决策矩阵进行(jìnxíng)标准化处理。2.计算加权标准化矩阵第四十七页，共66页。6.4多指标决策(juécè)方法6.4.2理想解法(jiěfǎ)3.确定理想解和负理想解理想解负理想解第四十八页，共66页。6.4多指标决策(juécè)方法6.4.2理想解法4.计算(jìsuàn)各方案到理想解和负理想解的距离5.计算(jìsuàn)相对贴近度。6.按相对贴近度的大小，对各方案进行排序。相对贴近度大者为优，排序最优的方案就是满意方案。 第四十九页，共66页。SUMSQ(number1,number2,...)

Number1,number2,...为1到30个需要求平方和的参数，也可以(kěyǐ)使用数组或对数组的引用来代替以逗号分隔的参数。

第五十页，共66页。（1）标准化矩阵(jǔzhèn)：B11中输入”=B3/MAX(B$3:B$6)”，向下拖到D14.第五十一页，共66页。向右拖到D4，E11输入(shūrù)“=MIN(E$3:E$6)/E3”,下拉到E14，然后右拖到G14第五十二页，共66页。（2）归一化处理：将二、标准化矩阵R复制到另外一张EXCEL表，（使用选择性粘贴(zhāntiē)-文本方式）B14输入“=B4/SUM(B$4:B$7)”第五十三页，共66页。向下(xiànɡxià)拉到B17，然后向右拉到G7，得到标准归一化矩阵第五十四页，共66页。计算(jìsuàn)各个指标的熵值,B21输入“=(-1/LN(4))*SUM(B$14*LN(B$14),B$15*LN(B$15),B$16*LN(B$16),B$17*LN(B$17))”第五十五页，共66页。右拉到G21B22输入(shūrù)”=1-B21“，B23输入(shūrù)”=B22/SUM($B22:$G22)“右拉到G23第五十六页，共66页。将标准化矩阵和各指标权重选择(xuǎnzé)复制到另外一张表中，B16输入”=B4*B$11“，向右拉到G16，然后向下拉到G19,得到加权标准化矩阵第五十七页，共66页。将加权标准化矩阵选择复制到另外一张表中，B11输入”=MAX(B4:B7)“B12输入”=MIN(B4:B7)“选择B11和B12，然后统一(tǒngyī)右拉到G列，得到理想解与负理想解第五十八页，共66页。Excel2007