廖志高,詹 敏,徐玖平
(1.廣西科技大學(xué) 管理學(xué)院,廣西 柳州 545006;2.四川大學(xué) 商學(xué)院,成都 610064)
無量綱化方法是將原有單位、屬性值等不同的指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化,便于不同指標(biāo)間數(shù)據(jù)相互進(jìn)行比較。任一種線性無量綱化方法其變換函數(shù)均可表示為:ξij=f(Xij)=kXij+b,i=1,2,...,n的形式,其中k、b為待定系數(shù)。原始指標(biāo)數(shù)據(jù)經(jīng)函數(shù)變換后計(jì)算得規(guī)范化值,其規(guī)范化值與原始數(shù)據(jù)之間的關(guān)系始終都是線性關(guān)系。雖然線性無量綱化方法使用比較方便,研究成果也相對(duì)較多,但其仍存在先天局限性。因?yàn)樵趯?shí)際生活中并非所有的規(guī)范化值與原始指標(biāo)之間的關(guān)系均是線性關(guān)系的,線性關(guān)系只是無量綱化方法中的一種特殊形式,其中更多的則是非線性關(guān)系,如“邊際效用遞減”規(guī)律等[1]。在無量綱化過程中全部用線性關(guān)系的無量綱化方法對(duì)原始指標(biāo)進(jìn)行無量綱化處理,那所得到的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果很難說是客觀、科學(xué)的。且當(dāng)指標(biāo)數(shù)據(jù)中出現(xiàn)異常極值點(diǎn)時(shí),由于異常點(diǎn)對(duì)線性無量綱化數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重影響,當(dāng)增加或減少某個(gè)異常點(diǎn)后,無量綱化結(jié)果可能會(huì)發(fā)生很大變化,這時(shí)就需要對(duì)異常點(diǎn)進(jìn)行判斷識(shí)別甚至是修正,而不是簡(jiǎn)單的直接使用線性無量綱化方法。所以在無量綱化處理過程中對(duì)異常點(diǎn)的考慮及根據(jù)實(shí)際情況采用非線性無量綱化方法進(jìn)行處理非常必要。而目前對(duì)于異常點(diǎn)及非線性無量綱化的處理仍然還非常少,因此進(jìn)行此類研究已變得非常必要。
與常用的線性無量綱化方法不同,非線性無量綱化方法的特點(diǎn)是其變換函數(shù)的變化率不是恒定的。即對(duì)于同一指標(biāo),其不同指標(biāo)數(shù)據(jù)的斜率是不恒定的,因此指標(biāo)值的變化對(duì)評(píng)價(jià)值的影響是不等比例的。現(xiàn)有的非線性無量綱化方法主要有如下幾種:效用函數(shù)型、折線型無量綱化處理、基于曲線擬合的無量綱化方法處理和強(qiáng)“獎(jiǎng)優(yōu)罰劣”算子處理等[2~7]。
1.1.1 效用函數(shù)型
戴文戰(zhàn)、鄒立華、汪建章等(2000)所寫《一種基于獎(jiǎng)優(yōu)罰劣原則的多階段多目標(biāo)決策模型》一文,其中提出了一種新穎的效用函數(shù),并據(jù)此將具有不同量綱、不同物理意義、不同指標(biāo)類型的決策矩陣歸一化轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的效用矩陣,該效用函數(shù)以指標(biāo)的平均值為參考點(diǎn),突出了“獎(jiǎng)優(yōu)罰劣”原則,提高了分辨精度,物理概念更加清晰,并應(yīng)用實(shí)例說明了該方法的合理可行性。同時(shí)為轉(zhuǎn)換系數(shù),該效用函數(shù)為由于是一條S型曲線,bij反映了原始數(shù)據(jù)偏離平均值的關(guān)系,當(dāng)原始數(shù)據(jù)大于4倍以上平均值或小于-4倍平均值時(shí),效用函數(shù)接近“飽和”,這樣處理防止了因某些分指標(biāo)出現(xiàn)特大或特小等異常點(diǎn)左右整個(gè)綜合評(píng)價(jià)的取值,其本身對(duì)“異常點(diǎn)”有一定的削弱作用[2]。
本文對(duì)其效用函數(shù):y=(1-e-x)/(1+e-x),進(jìn)行分析試圖找出其對(duì)指標(biāo)數(shù)據(jù)的影響。我們對(duì)其進(jìn)行求導(dǎo),分析其不同指標(biāo)值時(shí)的變化率。
易知0<y'<1恒成立,因此其效用函數(shù)只對(duì)x進(jìn)行縮小而無放大作用。且在x=0附近其斜率最大,隨著|x|>0,其斜率越來越小直至趨近于0。其主要適用于數(shù)據(jù)在平均值附近比較集中的數(shù)據(jù)。
但該文的不足之處是在計(jì)算轉(zhuǎn)換系數(shù)時(shí)沒有考慮平均值為0以及區(qū)間上界或下界為0的情形,此時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù)計(jì)算公式分母為0分式無意義需要作特殊考慮。解決方案:對(duì)于平均值為0的情形,需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行具體分析,若數(shù)據(jù)分布均勻且數(shù)值相對(duì)較小可不進(jìn)行轉(zhuǎn)換,此時(shí);當(dāng)區(qū)間上界為0或下界為0時(shí),需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行具體分析,可利用先進(jìn)行簡(jiǎn)化處理等。
1.1.2 折線無量綱化方法
蔡輝、丁昌慧(2003)在《綜合效益評(píng)價(jià)中數(shù)據(jù)的非直線化無量綱化方法》一文中,考慮了轉(zhuǎn)折點(diǎn),即每條線段都是直線,但是它們的直線方程是不一樣的,主要表現(xiàn)為斜率的不相同并連接在一起。其適用條件為指標(biāo)變動(dòng)不均衡,或在指標(biāo)的不同值域內(nèi),實(shí)現(xiàn)指標(biāo)值的綜合效益評(píng)價(jià)難易程度不同。此時(shí)宜采用非線性無量綱化方法。同時(shí)其還指出模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)也是分段函數(shù),用這種方法處理實(shí)質(zhì)上也屬于指標(biāo)的折線型無量綱化方法[3]。
該種方法其難點(diǎn)在于如何確定轉(zhuǎn)折點(diǎn),這需要根據(jù)實(shí)際情況做具體分析,同時(shí)對(duì)于某些情況轉(zhuǎn)折點(diǎn)位置不明確或存在多個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)更需詳細(xì)考慮。并且很多時(shí)候數(shù)據(jù)間不是突然的質(zhì)變而是緩慢變化的,此時(shí)沒有明確的轉(zhuǎn)折點(diǎn)但其斜率的變化還是存在,此時(shí)則需要進(jìn)行非線性無量綱化,而折線型無量綱化已不再適用。但非線性無量綱化方法相對(duì)于純線性無量綱化方法而言是一種進(jìn)步。
1.1.3 基于曲線擬合的無量綱化方法處理
溫洪濤,任傳鵬(2010)在《企業(yè)績(jī)效評(píng)價(jià)指標(biāo)的無量綱化方法的改進(jìn)》一文中,運(yùn)用曲線擬合的無量綱化方法從各類指標(biāo)的核心特點(diǎn)出發(fā),分別制定了各類指標(biāo)的歸一化方法,使處理后的數(shù)據(jù)更能保留原始信息,最大限度地減少了信息損失和信息失真。同時(shí)經(jīng)變換后得到的規(guī)范化值向兩端聚集,即“優(yōu)者更優(yōu)”、“劣者更劣”。從而起到了“激勵(lì)先進(jìn),懲罰落后”的效果[4]。
需要指出的是,其曲線擬合均是運(yùn)用指數(shù)函數(shù)擬合且底數(shù)均為e,其擬合精度有一定的局限性適用范圍非常有限。
1.1.4 強(qiáng)“獎(jiǎng)優(yōu)罰劣”算子
宋捷、黨耀國(guó)、王正新(2010)在《基于強(qiáng)“獎(jiǎng)優(yōu)罰劣”算子的多指標(biāo)灰靶決策模型》一文中,其提出強(qiáng)“獎(jiǎng)優(yōu)罰劣”算子,在傳統(tǒng)“獎(jiǎng)優(yōu)罰劣”算子賦值范圍擴(kuò)展到負(fù)值基礎(chǔ)上,通過使用非線性變換將平均值水平附近的“平庸”指標(biāo)賦值的絕對(duì)值減小,這樣將各指標(biāo)賦值范圍進(jìn)一步擴(kuò)大,以便于決策者進(jìn)行決策分析[5]。
根據(jù)常用函數(shù)類型及我們可將以上幾種非線性無量綱化方法分為以下三種類型。
通過對(duì)以上四種非線性無量綱化方法進(jìn)行分析可知,非線性無量綱化方法其變換函數(shù)的變化率不是固定的,即變換函數(shù)的斜率k或者稱之為原函數(shù)的導(dǎo)數(shù)其是變化的。對(duì)于正向化指標(biāo)k>0,規(guī)范化數(shù)據(jù)隨著原始指標(biāo)數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)而單調(diào)遞增。變換函數(shù)具有如下三個(gè)特點(diǎn):(1)當(dāng)k>1時(shí),變換函數(shù)表現(xiàn)為對(duì)變換數(shù)據(jù)進(jìn)行放大;(2)當(dāng)0<k<1時(shí),變換函數(shù)表現(xiàn)為對(duì)變換數(shù)據(jù)進(jìn)行縮?。?3)當(dāng)k=1時(shí),變換數(shù)據(jù)既不被放大也不被縮小。對(duì)于區(qū)間型指標(biāo)和逆向化指標(biāo)均需要先正向化然后再進(jìn)行函數(shù)變換。
表1 非線性函數(shù)分類
關(guān)于異常點(diǎn),不同的定義規(guī)則對(duì)其定義不同。但一般均有如下表現(xiàn):第一,除該點(diǎn)或該幾個(gè)點(diǎn)之外的其他數(shù)據(jù)過分集中,并且明顯偏低或偏高,因而在評(píng)價(jià)過程中降低了被評(píng)價(jià)對(duì)象的信息量使得較集中的數(shù)據(jù)識(shí)別度較低;第二,這類點(diǎn)的存在使得預(yù)處理后的數(shù)據(jù)極不穩(wěn)定,增加或減少該異常點(diǎn)對(duì)于指標(biāo)預(yù)處理的結(jié)論影響很大。對(duì)于異常點(diǎn)的處理,一方面希望異常點(diǎn)越少越好,盡量保持評(píng)價(jià)值的原貌;另一方面則希望挑出較多的異常值,使得評(píng)價(jià)結(jié)果更加準(zhǔn)確。在實(shí)際問題處理過程中,有時(shí)還需要對(duì)異常點(diǎn)進(jìn)行特殊考慮加以分析找出其存在的原因并做出相關(guān)合理解釋。
1.2.1 上下異常點(diǎn)處理
郭亞軍、易平濤(2008)在《線性無量綱化方法的性質(zhì)分析》一文中關(guān)于異常點(diǎn)的影響進(jìn)行了研究。其定義了上異常點(diǎn)和下異常點(diǎn),并提出了保留信息率、改進(jìn)度和協(xié)調(diào)值等概念,通過對(duì)異常點(diǎn)的識(shí)別和循環(huán)調(diào)整來修正異常點(diǎn)改進(jìn)無量綱化方法。此為人為直接識(shí)別之外較為規(guī)范的“異常點(diǎn)的數(shù)值確定方法”。同時(shí)還指出,非線性無量綱化方法中如半正態(tài)分布、半哥西分布等方法本身對(duì)“異常點(diǎn)”有一定的削弱作用[6]。
1.2.2 基于正態(tài)區(qū)間估計(jì)的改進(jìn)型無量綱化方法處理
何乃強(qiáng)、惠曉斌、周漩(2012)在《基于正態(tài)區(qū)間估計(jì)的改進(jìn)型無量綱化方法》一文中,提出了一種基于正態(tài)區(qū)間估計(jì)的改進(jìn)型無量綱化方法,利用正態(tài)區(qū)間估計(jì)的方法給出異常評(píng)價(jià)值的定義規(guī)則和處理規(guī)則,按照規(guī)則對(duì)評(píng)價(jià)值異常點(diǎn)進(jìn)行辨識(shí)和修正,采用標(biāo)準(zhǔn)化方法對(duì)評(píng)價(jià)值進(jìn)行無量綱化,提高評(píng)價(jià)值之間的區(qū)分度,經(jīng)算例分析表明,該方法可行有效[7]。
從已有的關(guān)于異常點(diǎn)的處理方法可知,主要是定義規(guī)則找出異常點(diǎn)并進(jìn)行修正。最終使評(píng)價(jià)結(jié)果更加真實(shí)明朗便于決策。而對(duì)于某些非線性函數(shù)則對(duì)異常點(diǎn)有減弱的作用。
圖1 四種反角函數(shù)基本圖象
圖1為反正弦函數(shù)、反余弦函數(shù)、反正切函數(shù)和反余切函數(shù)的基本圖象,其具體表達(dá)式定義域、值域?qū)?shù)、單調(diào)性和奇偶性如表2所示。
表2 反三角函數(shù)簡(jiǎn)介
從表2可知,反正弦函數(shù)和反余弦函數(shù)的導(dǎo)數(shù)的絕對(duì)值均大于等于1,其對(duì)x有放大作用,而反正切函數(shù)和反余切函數(shù)起導(dǎo)數(shù)的絕對(duì)值均小于等于1,其對(duì)x有縮小作用。將反余弦函數(shù)和反余切函數(shù)的圖象向下平移,使各函數(shù)的值域相同。從而可以利用其性質(zhì),將其作為一種無量綱化方法進(jìn)行無量綱化。
設(shè)有m個(gè)樣本,每個(gè)樣本都有n個(gè)指標(biāo),則第i個(gè)樣本的第j個(gè)指標(biāo)的指標(biāo)值為Xij,其中i=1,2,…,m;j=1,2,…,n。
2.2.1 反正弦函數(shù)和反余弦函數(shù)的無量綱化方法。
用表示m個(gè)樣本中第j個(gè)指標(biāo)的均值,則
轉(zhuǎn)換系數(shù)為Zij則
若Pj為效益型指標(biāo),則變換函數(shù)為:
若Pj為成本型指標(biāo),則變換函數(shù)為:
若Pj為區(qū)間型指標(biāo)Xij∈[A,B](包括固定型,此時(shí)A=B),則
當(dāng)Xij<A時(shí),其轉(zhuǎn)換系數(shù)Zij為:
變換函數(shù):
當(dāng)Xij>B時(shí),其轉(zhuǎn)換系數(shù)Zij為:
當(dāng)Xij∈[A,B]時(shí),則其轉(zhuǎn)換系數(shù)Zij=1,變換函數(shù):
2.2.2 反正切函數(shù)和反余切函數(shù)的非線性無量綱化方法
若Pj為效益型指標(biāo),則ξij=arctanw*Zij;
若Pj為成本型指標(biāo),則ξij=arccotw*Zij-π/2;
若Pj為區(qū)間型指標(biāo)uij∈[A,B](包括固定型,此時(shí)A=B),則
當(dāng)Xij<A,其轉(zhuǎn)換系數(shù)Zij為:
當(dāng)Xij>B,其轉(zhuǎn)換系數(shù)Zij為:
當(dāng)Xij∈[A,B],則ξij=π/2。
其中w的取值,可以根據(jù)不同的實(shí)際需要進(jìn)行伸縮變換調(diào)整,以便更好的進(jìn)行無量綱化運(yùn)算。
表3 各特殊點(diǎn)的取值
根據(jù)百分比可知,反正切函數(shù)和反余切函數(shù)可以有效減弱異常點(diǎn)的影響。一般來說,當(dāng)現(xiàn)象總體中有異常點(diǎn)(極大或極小值時(shí)),宜計(jì)算和應(yīng)用中位數(shù)和眾數(shù),因?yàn)樗鼈兛梢韵龢O端值的影響,比算術(shù)平均值更能代表總體的一般水平。
無論哪一種統(tǒng)計(jì)指標(biāo),都有它自身的優(yōu)勢(shì),也有局限性??偭恐笜?biāo)能夠反映事物發(fā)展的總規(guī)模和總水平,卻不易看清事物差別的程度;相對(duì)指標(biāo)反映了現(xiàn)象之間的數(shù)量對(duì)比關(guān)系和差異程度,卻又將現(xiàn)象的具體規(guī)模和水平抽象化了。因此,將相對(duì)指標(biāo)和總量指標(biāo)相結(jié)合起來使用,才能克服認(rèn)識(shí)上的片面性,達(dá)到對(duì)客觀事物全面正確的認(rèn)識(shí)。
樣本數(shù)據(jù)一般可分為離散型和連續(xù)型兩類。對(duì)于離散型數(shù)據(jù)在數(shù)理統(tǒng)計(jì)中我們一般使用基本統(tǒng)計(jì)量包括:平均數(shù)、眾數(shù)、中位數(shù)、極差、方差、標(biāo)準(zhǔn)等來描述數(shù)據(jù)的特征;而對(duì)于連續(xù)型數(shù)據(jù),我們一般將其作為函數(shù)處理,包括連續(xù)函數(shù)、分段函數(shù),以及特殊的區(qū)間數(shù)等,此時(shí)我們常計(jì)算其特殊點(diǎn)如最大值、最小值、極值點(diǎn)、拐點(diǎn)、端點(diǎn)值等來更好的描述數(shù)據(jù)。當(dāng)然在對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的過程中,我們還可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行一些特殊處理?;诟鹘y(tǒng)計(jì)量及特殊點(diǎn)思想,以及上述綜合評(píng)價(jià)方法的不足,本文提出一種基于插值分類的綜合評(píng)價(jià)方法,在此插值分類一般分為:算術(shù)平均分類法、極差分類法、幾何平均分類法以及根據(jù)其他特殊需求而進(jìn)行的特殊點(diǎn)分類法等。
方法步驟為:
首先,將逆向指標(biāo)和適度指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行正向化;
其次,根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)選擇插值分類方法進(jìn)行插值分類,并對(duì)分類數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化;
最后,利用綜合模型進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。
(1)算術(shù)平均分類法
先將樣本數(shù)據(jù)中單個(gè)指標(biāo)的正向化數(shù)值進(jìn)行降序排列,然后進(jìn)行求和,最后分別找出其最小值、最大值,再計(jì)算其算術(shù)平均值及所需要的分類插值。
對(duì)于第j個(gè)指標(biāo),共有m個(gè)樣本則,
(2)幾何平均分類法
(3)極差分類法
若將第j個(gè)指標(biāo)的最大值與最小值作差得極差dj=max{Xij}-min{Xij},利用公式ξj=min{Xij}+q*dj/n,q<n,q、n∈z+即得第j個(gè)指標(biāo)的各分類點(diǎn)。例如,當(dāng)n=3,q=1時(shí)則計(jì)算出的ξj值為第j個(gè)指標(biāo)的1/3極差分類點(diǎn),當(dāng)n=3,q=2時(shí),則計(jì)算出來的ξj值為第j個(gè)指標(biāo)的為2/3極差分類點(diǎn)。
(4)特殊點(diǎn)分類法
根據(jù)實(shí)際需求插值,例如老師在看某班50名學(xué)生考試成績(jī)時(shí)還可取每科排序前10位的平均值作為成績(jī)優(yōu)秀的標(biāo)準(zhǔn),前25位的平均值作為成績(jī)良好的標(biāo)準(zhǔn)等,也可以取特定的某一值作為標(biāo)準(zhǔn)插值求綜合分類排名。
將各不同指標(biāo)的相同分類點(diǎn)組成一個(gè)樣本即可得一個(gè)分類樣本。將不同分類點(diǎn)組成的多個(gè)分類樣本進(jìn)行評(píng)價(jià)即可進(jìn)行插值分類。
例如,將處于先進(jìn)算術(shù)平均數(shù)樣本評(píng)價(jià)值與最大值樣本評(píng)價(jià)值間的評(píng)價(jià)值分為第一類;將處于算術(shù)平均數(shù)樣本評(píng)價(jià)值與先進(jìn)平均數(shù)樣本平均值間的評(píng)價(jià)值分為第二類;以此類推可分為第三類、第四類。
以文獻(xiàn)[4]中的應(yīng)用實(shí)例作為本文的案例,利用反正弦函數(shù)和反余弦函數(shù)的無量綱化方法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理,并采用極差分類法進(jìn)行插值分類,并用多指標(biāo)靶決策模型進(jìn)行評(píng)價(jià)。由于靶決策模型在文獻(xiàn)[4]中有敘述在此不作熬述。
為開發(fā)新產(chǎn)品,擬定了五個(gè)投資方案 S1、S2、S3、S4、S5。樣本插入值分別為最大值樣本S6、3/4極差樣本S7、1/2極差樣本S8、1/4極差樣本S9、最小值樣本S10,見表4。其中,期望凈現(xiàn)值和風(fēng)險(xiǎn)盈利值為正向化指標(biāo),投資額和風(fēng)險(xiǎn)損失值為逆向指標(biāo)。
表4 各方案的效果樣本值及插入值
表5 經(jīng)反正弦函數(shù)和反余弦函數(shù)無量綱化后決策數(shù)據(jù)
表6 數(shù)據(jù)處理結(jié)果
由Si的從小到大進(jìn)行排列可知:S1>S3>S4>S5>S2。
且通過分類可知:S6處于第一類優(yōu)于3/4極差樣本;S3處于第二類在3/4極差樣本和1/2極差樣本之間;S4處于第三類,其低于1/2極差樣本但高于1/4極差樣本;而S5和S2最差,處于1/4極差樣本以下。
通過對(duì)已有線性無量綱化方法的研究,及對(duì)異常點(diǎn)的分析,指出線性無量綱化方法的不足,同時(shí)結(jié)合現(xiàn)有非線性無量綱化方法,歸納出非線性無量綱化方法的三種類型并說明了其三個(gè)特點(diǎn)。同時(shí)提出了一種新的非線性無量綱化方法,即基于反三角函數(shù)的無量綱化方法,并且還提出一種插值分類方法,在綜合評(píng)價(jià)的同時(shí)還進(jìn)行了分類集群定位,對(duì)此均進(jìn)行了案例論證。
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