Методы принятия решений в условиях многокритериальности

Содержание

Слайд 2

Типы сопоставимости критериев Методы многокритериального анализа Метод скаляризации Метод предпочтений Метод

Типы сопоставимости критериев

Методы многокритериального анализа

Метод скаляризации

Метод предпочтений

Метод
Парето

Методы сопоставления критериев


Задачи развития ЭЭС являются многокритериальными, поэтому поиск оптимального решения существенно затрудняется.
Успех оптимизации во многом зависит от сопоставимости критериев.

Слайд 3

Методы многокритериального анализа Метод скаляризации Содержание – замена j = 1,..n

Методы многокритериального анализа

Метод скаляризации

Содержание – замена j = 1,..n критериев

одним скалярным.

Трудности – проблема определения весовых коэффициентов .
Пример, в формуле приведенных затрат весовыми коэффициентами являются и 1. Случаи, когда критерии выражаются в одинаковых единицах измерения, редки.
При выражении критериев в разных единицах измерения удобно предварительно приводить их к безразмерному виду. Наиболее часто используются:
- нормирование - выражение критериев в долях от некоторой базисной величины
- центрирование - вычитание из значений критериев их средней арифметической величины .

Слайд 4

Методы многокритериального анализа Метод скаляризации Нормирование критериев Нормированный скалярный критерий -

Методы многокритериального анализа

Метод скаляризации


Нормирование критериев

Нормированный скалярный критерий

- весовые коэффициенты

критериев

среднее, максимальное и минимальное значения (i =1,..) критерия j ,
m – число вариантов

Центрирование критериев

Слайд 5

Методы многокритериального анализа Метод предпочтений При качественной сопоставимости критериев, когда невозможно

Методы многокритериального анализа

Метод предпочтений

При качественной сопоставимости критериев, когда невозможно задать

весовые коэффициенты критериям, но можно проранжировать их по степени убывания важности (обычно ранжирование осуществляется экспертами).
Возможность оптимизации при этом обеспечивается неопределенностью информации, являющейся причиной существования множества планов, не различающихся по критерию оптимальности ( вероятно-оптимальных планов).
Неопределенность информации может быть объяснена следующими причинами:
- неопределенностью прогноза внешних условий развития;
- погрешностью моделирования функционала цели;
- погрешностью модели, возникающей как результат агрегирования и приближенности моделирования связей;
- погрешностью метода решения;
- погрешностью реализации решения.
Слайд 6

Свойства критериев Невозможность задания весовых коэффициентов Возможность ранжировки по степени важности

Свойства критериев
Невозможность задания весовых коэффициентов
Возможность ранжировки по степени важности

S –

полное множество планов развития объекта;

R1, R2 - множества вероятно-оптимальных планов по критериям F1, F2

F1

F2

Методы многокритериального анализа

Метод предпочтений

Слайд 7

Алгоритм оптимизации по методу предпочтений Формируется множество планов (вариантов развития) S

Алгоритм оптимизации по методу предпочтений

Формируется множество планов (вариантов развития)

S , допустимых по всем критериям.
2. На множестве S осуществляется однокритериальная оптимизация по наиболее важному критерию F1 и определяется множество вероятно-оптимальных планов R1.
3. На множестве R1 выполняется оптимизация по следующему по важности критерию F2 и определяется множество планов R2. Процесс продолжается до рассмотрения последнего критерия или до некоторого критерия Fj , множество вероятно-оптимальных планов которого неразличимо по критерию Fj+1 .

Методы многокритериального анализа

Метод предпочтений

Слайд 8

Сложным случаем принятия решения в условиях многокритериальности является ситуация, когда критерии

Сложным случаем принятия решения в условиях многокритериальности является ситуация, когда критерии

несопоставимы как количественно, так и качественно. Основополагающим принципом сопоставления альтернатив при этом является принцип Парето.
Принцип Парето - альтернативы (варианты) считаются неразличимыми по оптимальности, если ни одну из них нельзя улучшить ни по одному из критериев, не ухудшив хотя бы по одному из остальных.
Множество вероятно-оптимальных альтернатив, удовлетворяющих принципу Парето, является множеством Парето (множеством компромиссов).

Методы многокритериального анализа

Метод Парето

Слайд 9

1. Дискретное изменение оценок критериев Принцип поиска множества компромиссов - попарное

1. Дискретное изменение оценок критериев

Принцип поиска множества компромиссов - попарное сравнение

альтернатив.
Пример поиска множества компромиссов
Принцип –минимизация критериев,
Альтернатива 4 явно преобладает над альтернативой 1
3. Альтернатива 3 преобладает над альтернативой 2, , но
4. Альтернативы 3 и 4 удовлетворяют принципу Парето и считаются равнооптимальтными.

Методы многокритериального анализа

Метод Парето

Слайд 10

Особенности использования метода Парето в условиях неопределенности Наиболее сложным случаем принятия

Особенности использования метода Парето в условиях неопределенности
Наиболее сложным случаем принятия

решения в условиях многокритериальности является ситуация, когда критерии изменяются не дискретно, а непрерывно и несопоставимы количественно. При этом возникает бесконечное множество альтернатив.
Оценки по критериям изменяются непрерывно при непрерывном изменении параметров управления.
Попарное сравнение альтернатив невозможно.

Методы многокритериального анализа

Метод Парето

Слайд 11

Множество допустимых альтернатив непрерывно и ограничено замкнутой кривой. Любую альтернативу (А1),

Множество допустимых альтернатив непрерывно и ограничено замкнутой кривой.
Любую альтернативу (А1), принадлежащую

множеству, можно улучшать, двигаясь в направлении вектора, лежащего в третьем квадранте, улучшение альтернативы будет продолжаться до достижения границы множества (А2).

2. Непрерывное изменение оценок критериев

Методы многокритериального анализа

Метод Парето

Слайд 12

2. Непрерывное изменение оценок критериев Методы многокритериального анализа Метод Парето Далее

2. Непрерывное изменение оценок критериев

Методы многокритериального анализа

Метод Парето

Далее альтернативу (А2)

можно улучшать, двигаясь в направлении точки в по вектору (третий квадрант) до границы существования множества альтернатив.
Слайд 13

2. Непрерывное изменение оценок критериев Методы многокритериального анализа Метод Парето Принцип

2. Непрерывное изменение оценок критериев

Методы многокритериального анализа

Метод Парето

Принцип поиска множества

компромиссов - улучшение альтернатив до границы существования множества альтернатив.
Множество компромиссов принадлежит границе допустимого множества альтернатив .
Множества альтернатив находятся на кривых ab и cd
(получены при движении по векторам в третьем квадранте).
Слайд 14

Альтернативы, образующие множество Парето, теоретически равнооптимальны. Часто количество альтернатив в множестве

Альтернативы, образующие множество Парето, теоретически равнооптимальны. Часто количество альтернатив в множестве

компромиссов оказывается слишком большим, требуется о его сократить ибо лицо принимающее решение должно сделать единственный выбор.
2. Практически существуют возможности сопоставления и дальнейшего отсеивания менее рациональных альтернатив.
Анализ альтернатив внутри множества компромиссов - вторжение во множество компромиссов.
4. Один из методов - районирование решений (альтернатив) в пространстве критериев.

Анализ множества Парето

Методы многокритериального анализа

Слайд 15

Районирование альтернатив в пространстве критериев Две альтернативы и удовлетворяют принципу Парето,

Районирование альтернатив в пространстве критериев

Две альтернативы и удовлетворяют принципу Парето, при

трех критериях .

Алгоритм районирования альтернатив
1. Образование скалярного критерия с неизвестными весовыми коэффициентами

Методы многокритериального анализа

Слайд 16

Районирование альтернатив в пространстве критериев 3. Определение критических значений весовых коэффициентов

Районирование альтернатив в пространстве критериев

3. Определение критических значений весовых коэффициентов при

которых альтернативы и по скалярному критерию строго равнооптимальны.
Если , тогда

Методы многокритериального анализа

Это уравнение прямой в осях и . Все точки на прямой имеют одинаковые оценки вариантов и по скалярному критерию,

Слайд 17

Районирование альтернатив в пространстве критериев Методы многокритериального анализа После преобразования уравнение прямой имеет вид

Районирование альтернатив в пространстве критериев

Методы многокритериального анализа

После преобразования уравнение прямой имеет

вид
Слайд 18

Множество возможных сочетаний весовых коэффициентов ограничено прямоугольным треугольником в осях и

Множество возможных сочетаний весовых коэффициентов ограничено прямоугольным треугольником в осях

и , ограниченным координатными осями и отрезком с координатами (1,0) и (0,1).


Для определения зон эффективности следует сравнить значения скалярного критерия для альтернатив и .
Пусть зона эффективности варианта определяется множеством весовых коэффициентов, ограниченным многоугольником bcde.
Тогда зона эффективности варианта определяется треугольником abc.
Если зона эффективности варианта больше зоны эффективности варианта , то вариант более предпочтителен.

Районирование альтернатив в пространстве критериев

Методы многокритериального анализа

Слайд 19

Линии одного уровня, = const. Геометрическая иллюстрация районирования альтернатив в пространстве критериев

Линии одного уровня, = const.

Геометрическая иллюстрация районирования альтернатив в пространстве

критериев
Слайд 20

Этапы многокритериального анализа Агрегирование информации - методы таксономии и распознавания образов.

Этапы многокритериального анализа

Агрегирование информации - методы таксономии и распознавания образов.
2. Поиск

компромиссных решений при согласовании интересов субъектов СУ - методы ситуационного анализа.
3. Анализ влияния факторов риска на принимаемые решения (финансовые и экологические риски).
4. Исследование устойчивости решений к изменению расчетных условий.
5. Нахождение областей эффективности альтернатив.

Методы многокритериального анализа

Слайд 21

Задача. Четыре варианта сооружения электростанции характеризуются различными показателями по трем несопоставим

Задача. Четыре варианта сооружения электростанции характеризуются различными показателями по трем несопоставим

критериям.
Дать рекомендации по предпочтительности вариантов.

Значения критериальных оценок по вариантам

Районирование альтернатив в пространстве критериев

МЕТОД ПАРЕТО

Слайд 22

Решение задачи. Проверка образования вариантами множества компромиссов. Анализ значений критериальных оценок

Решение задачи.
Проверка образования вариантами множества компромиссов.
Анализ значений критериальных оценок

вариантов:
по первому критерию лучшим является вариант 3;
по второму критерию - вариант 2;
по третьему - вариант 1.
вариант 4 явно уступает вариантам 1 и 2 по всем критериям и варианту 3 по критериям 1 и 2, следовательно он не входит в область Парето и не рассматривается.
Вывод - три варианта 1, 2 и 3 образуют множество Парето (множество компромиссов), так как ни один из них нельзя объявить худшим.

Районирование альтернатив в пространстве критериев

МЕТОД ПАРЕТО

Слайд 23

2. Приведение оценок по вариантам к безразмерному виду (за базу принято

2. Приведение оценок по вариантам к безразмерному виду
(за базу принято

максимальное значение по критерию).

Значения критериальных оценок вариантов, отн.ед

Районирование альтернатив в пространстве критериев

МЕТОД ПАРЕТО

Слайд 24

3. Определение областей эффективности вариантов. Сущность - получение уравнений прямых, разделяющих

3. Определение областей эффективности вариантов.
Сущность - получение уравнений прямых, разделяющих области

эффективности вариантов в пространстве критериев при попарном сравнении вариантов.

Область допустимых значений весовых коэффициентов - прямоугольный треугольник с вершинами:

(

Слайд 25

при которых эффективности вариантов одинаковы. Так как , то условие имеет

при которых эффективности вариантов одинаковы.

Так как , то условие имеет

вид
или после преобразования

3.1. Равенство оценок для пары вариантов 1 и 2

можно записать через весовые коэффициенты первого и второго критериев, придав им критические значения и

Слайд 26

. При подстановке числовых значений по критериям уравнение прямой, разделяющей области

.

При подстановке числовых значений по критериям уравнение прямой, разделяющей области эффективности

вариантов 1 и 2 в пространстве критериев имеет вид,

( ); ( ).

,

;

,

.

Две точки для построения прямой (В1=В2):

Прямая (В1=В2) строится в осях весовых коэффициентов.

Слайд 27

Для определения областей эффективности вариантов 1 и 2 необходимо сравнить варианты

Для определения областей эффективности вариантов 1 и 2 необходимо сравнить варианты

в одной из точек любой из областей.
В красной точке варианты можно сравнивать по одному критерию .
В этой точке вариант 2 лучше варианта 1 по принципу минимизации критериев.
Все точки красного треугольника, выше прямой (В1=В2), принадлежат области эффективности варианта 2.

Определение областей эффективности вариантов

0,8786 = < = 0,8571.

Слайд 28

. 3.2. Равенство оценок для пары вариантов 1 и 3 Две точки для построения прямой (В1=В3):

.

3.2. Равенство оценок для пары вариантов 1 и 3

Две

точки для построения прямой (В1=В3):
Слайд 29

В зеленой точке варианты можно сравнивать по одному критерию . В

В зеленой точке варианты можно сравнивать по одному критерию .
В

этой точке вариант 3 лучше варианта 1 по принципу минимизации критериев.
Вся площадь ниже прямой (В1=В3), принадлежат области эффективности варианта 3, выше прямой эффективен вариант 1.

Определение областей эффективности вариантов

0,7476 = > = 0,6701.

Слайд 30

. 3.3. Равенство оценок для пары вариантов 2 и 3 Две точки для построения прямой (В2=В3):

.

3.3. Равенство оценок для пары вариантов 2 и 3

Две

точки для построения прямой (В2=В3):
Слайд 31

( Определение областей эффективности вариантов 2 и 3 Выше прямой эффективнее

(

Определение областей эффективности вариантов 2 и 3

Выше прямой эффективнее вариант

2, ниже – вариант 3.
Оба варианта уступают варианту 1 по эффективности по обе стороны прямой (В2=В3).
Слайд 32

Выводы по задаче 1. Область эффективности варианта 2 - маленький треугольник

Выводы по задаче
1. Область эффективности варианта 2 - маленький треугольник

выше отрезка (В1=В2).
2. Область эффективности варианта 3 - треугольник правее отрезка (В1=В3).
3. На всей остальной области прямоугольного треугольника допустимых значений весовых коэффициентов вариант 1 абсолютно доминирует над вариантами 2 и 3.
4. Выполненные процедуры позволили провести районирование области эффективности вариантов в пространстве критериев.
Скорее всего, стоит отдать предпочтение варианту 1.

Методы многокритериального анализа

Слайд 33

ОБЗОР МЕТОДОВ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОГО АНАЛИЗА

ОБЗОР МЕТОДОВ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОГО АНАЛИЗА

Слайд 34

Методы многокритериального анализа В современном понимании системы энергетики являются открытыми человеко-машинными

Методы многокритериального анализа

В современном понимании системы энергетики являются открытыми человеко-машинными системами,

предназначенными для получения, преобразования, транспортирования, хранения и распределения энергоресурсов и энергоносителей. Такие системы представляют собой взаимосвязанные части: топливоснабжающие, теплоснабжающие и электроснабжающие.
В настоящее время системы энергетики характеризуются увеличением неопределенности условий функционирования и целей развития.
В рыночных условиях социально-экономического развития возникла ограниченность методов системных исследований в энергетике, которые были развиты и ориентированы на централизованное управление отраслями хозяйства и предсказуемое развитие экономики.
Слайд 35

Методы многокритериального анализа С ростом экономической самостоятельности субъектов РФ и формированием

Методы многокритериального анализа

С ростом экономической самостоятельности субъектов РФ и формированием рыночных

отношений в значительной мере расширился круг субъектов системы управления энергетикой.
Отмеченные обстоятельства требуют соответствующего развития средств и процедур обоснования и принятия решений по структурной и технической политике в энергетике на основе многокритериального анализа возможных альтернатив и достижения эффективного компромисса между заинтересованными сторонами.
Слайд 36

Методы многокритериального анализа Системы энергетики обладают такими свойствами больших систем, как

Методы многокритериального анализа

Системы энергетики обладают такими свойствами больших систем, как иерархичность

решений, неполнота информации, многокритериальность и инерционность.
На основе этих свойств задачи развития и оценки состояния можно сформулировать как многокритериальный анализ альтернатив и классификацию состояний в условиях неопределенности. Для решения таких задач перспективно применение понятий и методов теории нечетких множеств.
Решение задач анализа состояния и развития электроэнергетических систем и их объектов осложняется неопределенностью исходной информации при описании текущего и перспективного состояния исследуемых объектов, неопределенностью критериев качества состояния и принимаемых решений по рациональному развитию электроэнергетических систем.
Слайд 37

Методы многокритериального анализа Адекватное реальности представление энергосистемы практически всегда содержит неопределенности

Методы многокритериального анализа

Адекватное реальности представление энергосистемы практически всегда содержит неопределенности различного

типа.
Различают следующие типы неопределенностей:
неопределенность целей;
неопределенность природы;
неопределенность действий противника или партнера.
Неопределенность целей в энергетике может быть связана:
с ее нечеткой формулировкой, обусловленной трудностью или невозможностью четкого описания;
с многозначностью целей, многоцелевой ситуацией.
Слайд 38

Методы многокритериального анализа Например, цель «обеспечение нормального уровня энергетической безопасности» является

Методы многокритериального анализа

Например, цель «обеспечение нормального уровня энергетической безопасности» является двояко

неопределенной.
С одной стороны понятие нормальности является неопределенным, зависящим от конкретной территории и от сформированных представлений.
С другой стороны, энергетическая безопасность включает в себя состояние топливоснабжения, теплоснабжения, электроснабжения, финансовую состоятельность объектов энергетики – электрических станций и электрических сетей, а также множество других факторов неэнергетического характера, прямо или косвенно влияющих на состояние защищенности энергетических интересов граждан и государства.
Слайд 39

Методы многокритериального анализа Неопределенность природы отражает степень нашего незнания изучаемого объекта

Методы многокритериального анализа

Неопределенность природы отражает степень нашего незнания изучаемого объекта и

его окружения, а также невозможность определенного знания на прогнозный период.
Оценка текущего состояния ЭЭС связанна с неточностью измерений, статистическим характером информации.
Для задачи развития часть информации, описывающей систему, носит прогнозный, а, следовательно, объективно неопределенный характер.
Слайд 40

Методы многокритериального анализа Неопределенность действий партнера или противника – это неопределенности

Методы многокритериального анализа

Неопределенность действий партнера или противника – это неопределенности внешней,

по отношению к рассматриваемой системе, среды.
Например, уровень потребления электроэнергии, топлива, тепла в расчетный год может быть указан как некоторый интервал. Прогнозные возможности сопряженных отраслей экономики, также несут в себе неопределенность.
Слайд 41

Методы многокритериального анализа Когда лицо, принимающее решение, сталкивается с неопределенностью реальной

Методы многокритериального анализа
Когда лицо, принимающее решение, сталкивается с неопределенностью реальной системы

в процессе принятия решений, то он поступает самыми различными способами.
Сознательно или бессознательно игнорирует существование неопределенности и использует детерминированные модели, внося определенность в ситуации, где ее в действительности нет.
Выбирает один наиболее существенный, с его точки зрения, вид неопределенности и использует соответствующую теорию, так как разработанные в настоящее время количественные методы принятия решений помогают выбрать наилучшие из множества возможных решений лишь в условиях конкретного вида неопределенности.
Слайд 42

Методы многокритериального анализа Когда лицо, принимающее решение, сталкивается с неопределенностью реальной

Методы многокритериального анализа
Когда лицо, принимающее решение, сталкивается с неопределенностью реальной системы

в процессе принятия решений, то он поступает самыми различными способами.
3. Проводит дополнительные исследования системы или получает информацию в ходе контроля или управления.
4. Чаще всего, при невозможности использования других методов учета неопределенности, проводит вариантные расчеты с целью определения наилучшей стратегии управления по какому-либо компромиссному критерию.