На первом этапе метода анализа иерархий строятся матрицы парных сравнений мнений эксперта (ЛПР) обо всех альтернативах по всем критериям.

Определение

Матрицей парных сравнений элементов иерархии х р х . 2 ,..., х п называется квадратная матрица размера п X п, в клетках которой расположены приоритеты, т.е. весовые показатели, количественно характеризующие веса элементов х, х 2 ,..., х„ по отношению к некоторому элементу вышестоящего уровня иерархии.

Как правило, рассматривают два типа матриц парных сравнений, отвечающих двум уровням иерархии (см. рис. 7.1.1):

• матрицы парных сравнений альтернатив относительно частных критериев;
• матрицы парных сравнений частных критериев относительно достижения основной цели ЛПР.

Заполнение квадратных матриц парных сравнений осуществляется по следующему правилу. Если элемент х, доминирует над элементом х 2 , то клетка матрицы, соответствующая строке х, и столбцу х 2 , заполняется целым числом « 12 , а клетка, соответствующая строке х 2 и столбцу х, заполняется обратным к нему числом а. п = 1/а |2 . Если же элемент х 2 доминирует над х, то целое число а. п ставится в клетку, соответствующую строке х 2 и столбцу х, а дробь 1/а 21 проставляется в клетку, соответствующую строке х, и столбцу х 2 . Если элементы х, и х 2 равно предпочтительны, то в обе позиции матрицы ставятся единицы. Аналогично заполняется вся остальная матрица. Диагональные элементы, разумеется, равны единице (элемент х к равно предпочтителен сам с собой).

Для получения каждой матрицы эксперт выносит п(п 2 - 1)/2 суждений (здесь п - порядок матрицы парных сравнений; п 1 - общее число элементов в матрице; (п 2 - п) - число элементов в матрице, кроме п диагональных; (п 2 - п)/2 - число элементов в верхнетреугольной матрице, т.е. над диагональю).

Процесс построения матрицы парных сравнений прост, интуитивно понятен и хорошо согласуется с психологическими особенностями человека. Сопоставлять альтернативы попарно всегда проще, чем производить ранжирование или давать оценки в баллах, так как нет необходимости одновременно сопоставлять между собой полный набор альтернатив.

Обратите внимание!

Сравнение предметов по парам заложено в самой человеческой природе. Отсутствие необходимости постоянно держать в поле зрения все элементы x v х 2 ,..., x tl или, по крайней мере, их группу позволяет эксперту сконцентрировать внимание на конкретной проблеме: насколько элемент.г, превосходит х 2 или уступает ему. Вследствие этого от МАИ следует ожидать более точных результатов.

Обратите внимание!

Обычные числовые шкалы не всегда удобны для сопоставления элементов, выражаемых в различных размерностях и понятиях. Особенно сложно сравнивать элементы, показателями которых, с одной стороны, являются количественные величины, а с другой - качественные. Так, наиболее часто используемая шкала Харрингтона «принимает на входе» только относительные количественные характеристики, распределенные в интервале от 0 до 1. Вербально-числовые шкалы, одним из вариантов которых является 10-балльная шкала Саати, как раз и призваны оценивать такие разные по природе показатели.

При проведении парных сравнений необходимо отвечать на следующие вопросы: какой из двух сравниваемых элементов важнее или имеет большее воздействие, какой более вероятен и какой предпочтительнее? При сравнении критериев обычно спрашивают, какой из критериев более важен; при сравнении альтернатив по отношению к критерию - какая из альтернатив более предпочтительна или более вероятна.

Обратите внимание!

Каждый элемент a ik матрицы парных сравнений показывает, во сколько раз элемент х, важнее (или предпочтительнее, вероятнее), чем элемент х к относительно некоторого критерия (или цели), расположенного на вышестоящем уровне иерархии.

Иными словами, матрица парных сравнений позволяет выразить относительное превосходство одного объекта над другим по общему для них признаку .

Рассмотрим в общем виде пример формирования матрицы парных сравнений.

Пример 7.3.1

Матрица парных сравнений элементов с заданными весами

Пусть x v х 2 ,..., х п - множество из п элементов (альтернатив), a v v v 2 ,..., v n - соответственно их веса, или интенсивности. Сравним попарно вес, или интенсивность, i>. каждого элемента x i с весом, или интенсивностью, v k любого другого элемента х к множества по отношению к общему для них свойству или критерию. Наиболее простой способ такого сравнения - составить отношение весов vjv k . В этом случае матрица парных сравнений А примет следующий вид (табл. 7.3.1).

Таблица 73.1

Обратите внимание!

Заполненная таким способом матрица обладает следующими двумя свойствами:

Обратной симметрии: a ik = -;

Однородности, т.е. логической согласованности всех оценок между собой: a jk =

А is * a sir_

Разумеется, в большинстве реальных ситуаций веса v v v 2 , ..., v n заранее неизвестны, поэтому матрица заполняется экспертом не по формуле vjv k , а в соответствии с экспертными оценками, т.е. она не обязана обладать обоими указанными свойствами. Однако наличие этих свойств по-прежнему желательно, так как они показывают естественные логические правила, отражающие связи между элементами.

Обратите внимание!

При заполнении матрицы парных сравнений экспертам, как правило, рекомендуется в точности соблюдать свойство обратной симметрии, т.е., вводя в некоторую ячейку матрицы число a ki , тут же вводить в симметричную относительно

диагонали ячейку число a ik = Второе свойство однородности a. k = a is а, же-

лательно при этом нарушать минимально.

Потребовать от эксперта точного соблюдения свойства однородности означало бы возложить на него кроме основной задачи экспертного оценивания дополнительные обязанности по взаимному согласованию всех оценок.

Эксперту в таком случае пришлось бы держать в ноле зрения одновременно все факторы, поскольку, присваивая определенное числовое значение конкретному весовому показателю, он должен одновременно сопоставить его со всеми остальными. Сложности здесь возрастают в геометрической прогрессии по мере увеличения числа альтернатив. Это свело бы к минимуму одно из основных преимуществ МАИ - простоту получения парных экспертных оценок.

Другое важное достоинство МАИ - возможность дополнения исходной матрицы. В практике исследований систем нередко возникают ситуации, когда число альтернатив или критериев изменяется. Это происходит как вследствие воздействия природных процессов, так и вследствие изменения социально-экономических условий.

Обратите внимание!

При применении МАИ изменение альтернатив или критериев приводит только к необходимости сравнения вновь возникших пар или же к вычеркиванию строк и столбцов матриц парных сравнений, соответствующих изъятым из рассмотрения элементам, т.е. к образованию минора матрицы. Полученные результаты предыдущих экспертных оценок сохраняются, и полного обновления анкеты, как это происходит при использовании других методов, не требуется.

Дальнейшая процедура МАИ, в сущности, сводится к численной обработке соответствующей матрицы, поэтому с «технической» точки зрения включение дополнительных переменных (или их исключение) есть изменение размерности матрицы, т.е. соответствующего линейного пространства. Следовательно, изменения в дальнейшем расчетном алгоритме минимальны.

• Саати Т. Принятие решений при зависимостях и обратных связях: Аналитические сети: пер. с англ. / науч. ред. А. В. Андрейчиков, О. Н. Андрейчикова. М.: ЛКИ, 2008.

Метод парных сравнений является одним из наиболее распространенных методов оценки сравнительной предпочтительности альтернативных вариантов.

При использовании этого метода эксперту последовательно предлагаются пары альтернативных вариантов, из которых он должен указать более предпочтительный.

Если эксперт относительно какой-либо пары объектов затрудняется это сделать, он вправе посчитать сравниваемые альтернативные варианты равноценными либо несравнимыми.

После последовательного предъявления эксперту всех пар альтернативных вариантов определяется их сравнительная предпочтительность по оценкам данного эксперта.

В результате парных сравнений, если эксперт оказался последовательным в своих предпочтениях, все оцениваемые альтернативные варианты могут оказаться проранжированными по тому или иному критерию, показателю или свойству. Если эксперт признал некоторые альтернативные варианты несопоставимыми, то в результате будет получено лишь их частичное упорядочение.

В практике использования метода парных сравнений нередко приходится сталкиваться с непоследовательностью и даже противоречивостью оценок экспертов. В этих случаях необходимо проведение специального анализа результатов экспертизы.

Отметим также, что при достаточно большом числе оцениваемых альтернативных вариантов процедура парного сравнения всех возможных их пар становится трудоёмкой для эксперта. В этом случае целесообразно применение соответствующих модификаций метода парных сравнений.

Например, если предположить непротиворечивость оценок эксперта, то практически достаточно однократного предъявления каждого альтернативного варианта в паре с каким-либо другим.

3. Ранжирование альтернативных вариантов.

Достаточно распространенной процедурой является также непосредственное ранжирование экспертом по предпочтительности оцениваемых альтернативных вариантов. В этом методе эксперту предъявляются отобранные для сравнительной оценки альтернативные варианты, но желательно не более 20 ÷ 30, для их упорядочения по предпочтительности. Если альтернативных вариантов больше, то целесообразно использование соответствующих модификаций метода ранжирования.

Например, при этом ранжированию альтернативных вариантов может предшествовать их разбиение на упорядоченные по предпочтению классы с помощью метода экспертной классификации.

Ранжирование сравниваемых объектов эксперт может осуществить различными способами. Приведем два из них.

В соответствии с первым эксперту предъявляется весь набор альтернативных вариантов, и он указывает среди них наиболее предпочтительный. Затем эксперт указывает наиболее предпочтительный альтернативный вариант среди оставшихся и т. д., пока все оцениваемые альтернативные варианты не будут им проранжированы.

При втором способе эксперту первоначально предъявляются два альтернативных варианта или больше, которые ему предлагается упорядочить по предпочтениям. Если эксперту первоначально предлагается несколько альтернативных вариантов для упорядочения по предпочтениям, то он на этом этапе может воспользоваться первым способом ранжирования.

После проведения первоначального ранжирования эксперту последовательно предлагаются новые, ещё не оцененные им, альтернативные варианты. Эксперт должен определить место вновь предъявляемого альтернативного варианта среди уже проранжированных.

Процедура завершается после предъявления и оценки последнего альтернативного варианта.

План:

1. Описание метода парных сравнений.

2. Достоинства и недостатки метода парных сравнений.

1. Описание метода парных сравнений

Метод парного сравнения - один из инструментов оценки и выбора решений, широко используется в экспертных оценках при необходимости расставлять приоритеты в процессе какой-либо деятельности или ранжирования различных объектов.

Идея метода состоит в том, что попарно сравниваются каждые два объекта и определяется первенство одного из них, отсюда название - «попарное (или парное) сравнение». Считается, что при решении проблемы гораздо легче сделать качественное сравнение двух объектов, опираясь на мнение экспертов, чем установить количественные критерии. Строго говоря, метод ПС - это метод получения исходных данных, метод своеобразного опроса респондентов. На базе полученных данных можно решать разные задачи, совсем необязательно включающие в себя построение оценочной шкалы. Предположим, что нас интересует, как респонденты изучаемой совокупности оценивают какие-либо объекты - профессии, политических лидеров, радиопередачи, какие-то виды товаров и т.д. Обозначим эти объекты через а1, а2, ..., аn (n - количество оцениваемых объектов).

Таблица 1. Пример использования метода ПС

Рассматриваемый метод позволяет получить ответ на этот вопрос в довольно своеобразном виде. Каждому респонденту предлагаются всевозможные пары, составленные из рассматриваемых объектов. Он должен относительно каждой пары сказать, какой объект из этой пары ему нравится больше. Скажем, в случае рассмотрения в качестве наших объектов некоторых профессий - к примеру, токаря, пекаря, лекаря и т.д. - мы спрашиваем у каждого респондента, какая профессия ему больше нравится: токарь или пекарь (фиксируем ответ), токарь или лекарь (фиксируем ответ), пекарь или лекарь (фиксируем ответ) и т.д. для всех возможных пар рассматриваемых объектов.

2. Достоинства и недостатки метода парных сравнений

Основные преимущества метода заключаются в следующем:

Допускается измерение неравномерно изменяющейся важности показателей, столь необходимое для решения большинства практических экономических задач;

Эксперт в процессе анализа сосредоточивает внимание не на всех показателях сразу, а только на двух, сравниваемых в каждый данный момент, что облегчает работу, а следовательно, способствует повышению ее качества;

Можно получить большое число сравнений каждого показателя с другими, благодаря чему повышается точность оценки и открывается возможность изучать качество большего числа сторон объекта исследования, нежели при использовании других методов;

Можно получить не только среднюю оценку показателя, данную каждым экспертом, но и дисперсию этой оценки, что дает возможность провести в дальнейшем более глубокий экономико-математический анализ

Метод парного сравнения - наиболее простой из существующих классификационных тестов, поскольку он предусматривает сопоставление только двух образцов продукта

Преимущество метода парных сравнений перед ранжированием заключается в том, что легче вынести суждение, поскольку супервизору одновременно нужно сравнивать только двух человек. Второе преимущество в том, что он предоставляет возможность поставить на один уровень людей, обладающих одинаковыми способностями.

Метод парных сравнений позволяет провести строгий, статистически обоснованный анализ согласованности мнений экспертов, выявить, случайны или нет полученные оценки. Несомненно, процедура метода парных сравнений сложнее метода простой ранжировки, но проще метода последовательных сравнений.

Данный метод очень прост и он позволяет исследовать большее количество объектов (по сравнению, например, с методом рангов) и с большей точностью.

Основные недостатки метода заключаются в следующем:

- в необходимости выполнять огромное количество парных сравнений, если приходится оценивать большие группы. Супервизор, у которого в подчинении находится 60 сотрудников, должен будет выполнить 1770 сравнений! Если же сравнение будет проводиться по пяти отдельным параметрам, то количество парных сравнений возрастет в пять раз. Обычно методом парных сравнений пользуются в двух случаях: либо при проведении оценки небольших групп, либо при проведении оценки только по одному параметру - по общей эффективности производственной деятельности

Один недостаток парных сравнений как экспериментального метода состоит в том, что сравнение п стимулов требует получения (п - 1) х (n / 2) суждений. Напр., для 10 стимулов требуется получить 45 суждений, а если бы мы захотели шкалировать набор из 50 стимулов, нам потребовалось бы 1225 суждений.

Основной минус метода парных сравнений - нет готовых программных разработок.

Чтобы воспользоваться этим методом, придется поручить компетентным работникам компании разработать специальную программу или заказывать ее у стороннего разработчика. Кроме того, пока не существует апробированных бизнес-решений в области деловой оценки, основанных исключительно на парных сравнениях, это скорее математический полуфабрикат, который служит для создания инструментов шкалирования. К тому же сама тестовая процедура выглядит довольно монотонной, что влияет на объективность исследовательских выводов. Да и качество результатов напрямую зависит от количества оценок и оцениваемых показателей, а также правильного отбора пар и их однозначного толкования.

Как правило, считается, что метод парных сравнений лучше, чем прямое ранжирование. Такая точка зрения не совсем верна, и вот почему.

Выбор метода всегда обусловлен исследовательской ситуацией, целями исследования. Естественно, если можно однозначно сформулировать основание ранжирования, то метод парных сравнений дает отличный результат и надо выбирать этот метод. Но бывают ситуации, когда невозможно и не очень нужно однозначно понимаемое основание ранжирования.

Недостатком метода является рост трудоемкости процедуры при увеличении числа объектов: уже при 12-15 объектах процедура становится трудоемкой. Кроме того, разные пары объектов иногда сопоставляются респондентами по разным критериям, что приводит к нетранзитивности предпочтений. Метод широко используется в экспертных оценках.

Вопросы для самоконтроля

Дайте определение методу попарных сравнений.

В чем состоит идея метода?

Опишите процесс сравнения?

Назовите достоинства метода парных сравнений.

Назовите недостатки метода парных сравнений.

Трудности использования ранжирования, непосредственной оценки и метода последовательных сравнений при выявлении предпочтений для большого числа факторов можно в определен­ной степени уменьшить, если предложить экспертам произвести сравнение факторов попарно, с тем чтобы установить в каждой паре наиболее важный. В общем случае эксперт может установить равенство объектов или указать свои предпочтения на некоторой шкале.

Производить парное сравнение удобно не только тогда, когда число факторов велико, но и в тех случаях, когда различия между объектами по разным факторам настолько мало, что непосред­ственное ранжирование не обеспечивает разумного упорядочива­ния.

Таким образом, метод парных сравнений имеет некоторое преи­мущество перед другими методами упорядочения в случаях, когда факторов много или они трудно различимы.

Существует два основных подхода определения предпочтений по этому методу.

Первый состоит в том, что эксперт ограничивается простой кон­статацией того, что один фактор предпочтительнее другого - без указания на степень предпочтения. Тогда в матрице парных срав­нений в ячейках записываются 0 или 1 - такая матрица известна как «турнирная таблица».

Матрица парных сравнений всегда обратно симметрична отно­сительно главной диагонали, потому что если Ai предпочтитель­нее, чем А 3 , т. е. элемент А 13 = 1, то А 3 менее предпочтителен, чем А1, и А 13 = 0. Фактически эксперту нужно заполнять только по­ловину матрицы. Сумма оценок каждого фактора может тракто­ваться как его ранг. Так что в примере ранги факторов записаны в последнем столбце.

Сначала каждый эксперт заполняет такую матрицу, определя­ются индивидуальные ранги, а затем они усредняются с учетом мнений всех экспертов (матрица А).

На основе этого строится вторая матрица Р, показывающая про­центное отношение случаев, когда фактор i оказывался более зна­чимым, нежели фактор j, в общем числе полученных оценок.

Например, если оценки давали 10 экспертов, то таблица Р, по­строенная на их оценках, может выглядеть так.

Так как экспертов было 10, то доля предпочтений считается пу­тем деления числа в каждой ячейке таблицы А на число экспертов. В результате имеем таблицу Р.

Теперь можно применить простейший прием для ранжирова­ния факторов: разделить суммарную относительную оценку каж­дого фактора на их сумму, получив нормированную относительную важность каждого фактора.

2-й способ. Применяется тогда, когда важно определить степень предпочтения одного фактора перед другим. Этот метод охваты­вает одинаково как те факторы, по которым возможно проведение определенных измерений, так и неосязаемые (качественные) фак­торы, по которым требуются суждения.

Для проведения субъективных парных сравнений используется шкала, которая оказалась эффективной во многих приложениях, ее правомочность теоретически доказана при сравнении с другими шкалами (табл. 10.7).

Как и в первом методе, сначала каждый эксперт производит парное сравнение факторов (свойств, последствий решения и т. п.) по предложенной шкале.

Как и в предыдущем методе, теперь нужно определить приори­теты, или ранги факторов. Это может быть получено любым спо-

собом нормирования рангов. Например, применяются следующие методы:

- эксперты совместно обсуждают свои оценки и в результате принимают единые оценки по каждому фактору, выраба­тывая таким образом одну матрицу парных сравнений на всех;

> эксперты не могут выработать единого мнения, представ­ляют свои таблицы парных сравнений, и на их основе ка­ким-нибудь способом усреднения получают одну таблицу; в качестве способа усреднения могут применяться среднее ге­ометрическое для каждой ячейки, среднее (арифметиче­ское) взвешенное и другие.

При любом подходе получается обобщенная матрица парных сравнений факторов.

На следующем шаге обработки мнений экспертов необходимо оценить степень согласованности их мнений ИС - индекс со­гласованности.

Ранжирование как оценочный метод исследования представляет собой процедуру, в результате которой аналитик на основе своих знаний и опыта располагает исследуемые объекты в порядке предпочтения. Он выбирает наилучший объект, превосходящий по некоторому признаку (совокупности признаков) все остальные и присваивает ему показатель, равный 1, характеризующий порядковое место (ранг) оцениваемого объекта среди прочих объектов. Из оставшихся вариантов снова выбирается наилучший и получается ранг 2 и т. д. Порядковая шкала по результатам ранжирования должна удовлетворять условию равенства числа рангов числу ранжирующих объектов.

В результате ранжирования получается последовательность предпочтений:

А > В > Г > Д > Б - предпочтения;

Соответственно: 1, 2, 3, 4, 5 - ранг.

где > - знак предпочтения;

А, Б, В, Г, Д - объекты анализа.

Ранги числа не дают возможности сделать вывод о том, на сколько или во сколько раз предпочтительнее объект в сравнении с другим.

Достоинство метода - простота. Недостаток - практическая невозможность упорядочения большого числа объектов.

Парное сравнение - метод, позволяющий устанавливать предпочтение объектов анализа при сравнении всех их возможных пар. Парное сравнение объектов может исходить из того, что один из объектов более предпочтителен, чем другой.

Парные сравнения можно представить в виде матрицы.В результате варианты ранжируются по сумме предпочтений.

Существуют варианты множественных сравнений, которые отличаются тем, что сравниваются последовательно не пары объектов, а их тройки, четверки и т.д.

Метод балльной оценки представляет собой процедуру присвоения объектам анализа числовых значений при заданной шкале. При этом могут использоваться непрерывные и дискретные шкалы. В первом случае оценки принадлежат любой точке некоторого ограниченного числового отрезка, во втором - оценки соответствуют целым числам. Шкалы характеризуются минимальным и максимальным количеством баллов. Верхняя и нижняя границы шкалы могут иметь как положительное, так и отрицательное значение. Наилучшим считается объект с максимальным значением оценки.

Метод экспертной (групповой) оценки явлений наиболее часто используется в практике оценивания сложных систем. Как правило, этот метод используется для получения количественных значений при невозможности их расчета.

При реализации данного метода предполагается следующая последовательность действий:

• - отбор экспертов;
• - определение балльной шкалы оценок;
• - проставление экспертами оценок по всем сравниваемым объектам анализа;
• - оценку согласованности мнений экспертов;
• - расчет групповой оценки по каждому объекту;
• - использование полученных оценок для практических целей (например, составление рангов объектов анализа).

Следует отметить, что экспертные оценки несут в себе как узко-субъективные черты, присущие каждому эксперту, так и коллективно-субъективные, присущие коллегии экспертов. Первые устраняются в процессе обработки индивидуальных экспертных оценок, вторые не исчезают, какие бы способы обработки не применялись.

Для количественной оценки степени согласованности мнений экспертов применяется коэффициент конкордации (согласованности) W, который позволяет оценивать, насколько согласованы между собой мнения участников экспертизы. Его значение находится в пределах 0 < W < 1, где W=0 означает полную противоположность, a W=1 полное совпадение оценок. Практически достоверность считается хорошей, если W более 0,7.

Низкое значение коэффициента конкордации, свидетельствует о слабой согласованности мнений экспертов.

Существует метод экспертной комиссии - разновидность метода групповой экспертизы. Метод экспертной комиссии основан на выявлении единого коллективного мнения специально подобранными экспертами при обсуждении поставленной проблемы и альтернатив ее решения в результате определенных компромиссов.