離散突變－模糊物元法在水路運(yùn)輸組織評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

辛曼玉

(東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院物流工程系，廣東東莞 523808)

0 引言

隨著我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷升級(jí)和臨港物流園區(qū)的快速推進(jìn)，地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)港口貨物運(yùn)輸?shù)囊来娑炔粩嗵嵘?作為現(xiàn)代港口物流中的重要環(huán)節(jié)，水路運(yùn)輸組織方案選擇的合適與否是提高貨物運(yùn)輸效率、降低企業(yè)運(yùn)輸成本的重要手段.［1］在面臨良好發(fā)展機(jī)遇的同時(shí)，國內(nèi)物流企業(yè)在降低運(yùn)輸成本和提高運(yùn)輸效率上也面臨著諸多挑戰(zhàn).因此，進(jìn)行運(yùn)輸組織評(píng)價(jià)、選擇合適的運(yùn)輸組織方案，對(duì)物流企業(yè)提高綜合競(jìng)爭(zhēng)力有著重要的作用.

水路運(yùn)輸具有運(yùn)量大、能耗低、成本低等特點(diǎn).近年來，我國水運(yùn)行業(yè)不斷發(fā)展，在綜合運(yùn)輸體系中的地位不斷提升，國內(nèi)關(guān)于水路運(yùn)輸組織方式的研究也不斷深入.目前，國內(nèi)學(xué)者常用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法對(duì)水路運(yùn)輸組織方式進(jìn)行評(píng)價(jià)［2］，水路運(yùn)輸組織方式評(píng)價(jià)存在指標(biāo)繁多、權(quán)重確定難等特點(diǎn)，傳統(tǒng)方法在評(píng)價(jià)的客觀性、可靠性上還有待進(jìn)一步提升.

針對(duì)國內(nèi)水路運(yùn)輸發(fā)展的特點(diǎn)，結(jié)合數(shù)據(jù)的可得性，本文從技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性和社會(huì)效益等3方面建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并運(yùn)用離散突變－模糊物元法建立評(píng)價(jià)模型，有效克服各種方法的局限性，增加評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性，為水路運(yùn)輸組織方式的評(píng)價(jià)提供新的思路［3］.

1 離散突變－模糊物元評(píng)價(jià)模型概述

1.1 傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法概述

當(dāng)前，國內(nèi)外學(xué)者已針對(duì)運(yùn)輸組織方式評(píng)價(jià)提出的方法有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、數(shù)據(jù)包絡(luò)評(píng)價(jià)法、模糊綜合評(píng)價(jià)法等.表1對(duì)傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行概述和優(yōu)缺點(diǎn)評(píng)價(jià).

表1 傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法綜述

通過以上分析可以看出，層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法和數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法在進(jìn)行運(yùn)輸方式選擇評(píng)價(jià)時(shí)存在著權(quán)重取值主觀性較強(qiáng)、評(píng)價(jià)指標(biāo)信息重復(fù)等問題，評(píng)價(jià)結(jié)論的客觀性和可靠性難以得到較好保證;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法雖能解決復(fù)雜的非線性問題，但對(duì)數(shù)據(jù)量依賴較大，計(jì)算也較為復(fù)雜，難以實(shí)施.

相對(duì)傳統(tǒng)方法研究該問題的局限性，離散突變－模糊物元法兼顧多種評(píng)價(jià)方法的優(yōu)點(diǎn)，能有效提升水路運(yùn)輸組織方式評(píng)價(jià)研究的客觀性和可靠性［8］.在處理數(shù)據(jù)時(shí)所使用的模糊物元法［9］能客觀分析指標(biāo)關(guān)系間的模糊性，揭示指標(biāo)的特征和相互間的聯(lián)系;通過評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的分層次，突變?cè)u(píng)價(jià)法闡釋評(píng)價(jià)指標(biāo)間的上下層隸屬關(guān)系，以及同層指標(biāo)的獨(dú)立性與相關(guān)性，并簡化計(jì)算過程;此外，在突變?cè)u(píng)價(jià)法中引入離散系數(shù)法，可以避免評(píng)價(jià)過程中對(duì)同層指標(biāo)相互關(guān)系間的主觀判斷，保證評(píng)價(jià)結(jié)論的客觀性.

1.2 離散突變-模糊物元模型構(gòu)建

1.2.1 構(gòu)建模糊物元

根據(jù)模糊物元的定義［10］，若待評(píng)價(jià)的方案有n個(gè)指標(biāo) C1，C2，…，Cn，與其相應(yīng)的模糊量值分別為u(r1)，u(r2)，…，u(rn)，則稱 R 為 n維模糊物元.若以Rmn表示m個(gè)評(píng)價(jià)樣本的n維復(fù)合模糊物元，并以Mi表示第i個(gè)評(píng)價(jià)樣本，Cj表示第i個(gè)樣本的第j項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，與其相應(yīng)的模糊量值為u(rij)(i=1，2，…，m;j=1，2，…，n)，則有:

1.2.2 從優(yōu)隸屬度及其準(zhǔn)則

由于n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的含義和計(jì)算方法不同，以至于它們的量綱各異.應(yīng)先對(duì)n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，即將決策矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理.令J+={越大越好的指標(biāo)}，J－={越小越好的指標(biāo)}.則有:

式中:rij為第i個(gè)方案第j項(xiàng)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的量值;max rij和min rij分別為各評(píng)價(jià)方案每一項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)所有量值rij中的最大值和最小值.

1.2.3 標(biāo)準(zhǔn)模糊物元與差平方復(fù)合模糊物元計(jì)算

由式(2)可以構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)樣本n維模糊物元Rin，其中各項(xiàng)由Rmn內(nèi)各評(píng)價(jià)樣本從優(yōu)隸屬度中的最大值或最小值加以確定，則可得

若以 Δij(i=1，2，…，m;j=1，2，…，n)為元素組成的矩陣表示標(biāo)準(zhǔn)模糊物元Rin與復(fù)合模糊物元Rmn中各項(xiàng)差的平方，則組成差平方復(fù)合模糊物元

式中:Δij=(u(r0i)－u(rij))2(i=1，2，…，m;j=1，2，…，n)

1.2.4 突變?cè)u(píng)價(jià)

在對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)即物元進(jìn)行相關(guān)處理后，選用基于離散系數(shù)的突變?cè)u(píng)價(jià)法進(jìn)行評(píng)價(jià).突變?cè)u(píng)價(jià)法即對(duì)評(píng)價(jià)目標(biāo)進(jìn)行多層次矛盾分解，然后利用突變模糊勢(shì)函數(shù)，再由歸一公式量化運(yùn)算，最后得到一個(gè)參數(shù)，即計(jì)算出總的隸屬函數(shù)，從而對(duì)評(píng)價(jià)目標(biāo)進(jìn)行排序比較的一種評(píng)價(jià)方法.

傳統(tǒng)的突變理論在進(jìn)行模糊評(píng)價(jià)時(shí)，一般會(huì)考慮兩個(gè)原則，即“互補(bǔ)”和“取舍”原則.若同一對(duì)象各控制變量(如a，b，c，d等)之間不存在明顯的相互關(guān)聯(lián)作用，則稱該對(duì)象各控制變量為“非互補(bǔ)”型，否則稱該對(duì)象各控制變量為“互補(bǔ)”型.對(duì)于“非互補(bǔ)”型的指標(biāo)，按“大中取小”的取舍原則取值，即取控制變量相應(yīng)的突變?cè)u(píng)價(jià)值.如果存在“互補(bǔ)性”，則按“平均取值”的互補(bǔ)原則取值.但為了得到更精確的結(jié)果，本文在傳統(tǒng)的兩大原則基礎(chǔ)上，引進(jìn)離散(突變)系數(shù)法［11］，是根據(jù)各個(gè)指標(biāo)在所有被評(píng)價(jià)對(duì)象上數(shù)據(jù)值的離散程度大小對(duì)其賦權(quán).具體方法如下:

分別求出第j個(gè)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值的平均值b0j和標(biāo)準(zhǔn)差 σj，即

則第j項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值的離散系數(shù)［12］

因此，第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重

即n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重向量

將方案的總決策作為狀態(tài)變量，將每個(gè)次級(jí)指標(biāo)決策值作為控制變量，并采用突變模型對(duì)各方案的上層決策值進(jìn)行測(cè)算.假設(shè)次級(jí)指標(biāo)以下有n個(gè)3 級(jí)指標(biāo)，令 G=(G1，G2，…，Gn)表示為次級(jí)指標(biāo)的決策值，結(jié)合以上模糊物元模型，則假設(shè)第一個(gè)次級(jí)指標(biāo)下面有3個(gè)3級(jí)指標(biāo)，為 C1，C2，C3.則

突變測(cè)算后可得到3種歸一公式.其中，燕尾模型公式為

結(jié)合以上理論，以3層指標(biāo)體系和燕尾突變模型為例，則方案突變決策系統(tǒng)評(píng)價(jià)的步驟:

(1)運(yùn)用離散系數(shù)法，求出第3層指標(biāo)中各個(gè)指標(biāo)占整個(gè)體系的權(quán)重，以求得指標(biāo)體系第2層指標(biāo)，即次層指標(biāo)占整個(gè)體系的權(quán)重，并按權(quán)重從大到小的順序?qū)Υ渭?jí)指標(biāo)下轄的第3層指標(biāo)進(jìn)行排序，依次對(duì)應(yīng)排列綜合決策值，得出新的決策向量Gk=(Gk1，Gk2，Gk3)(k=1，2，3，…，n).

(2)運(yùn)用燕尾突變模型歸一公式，對(duì)Gk進(jìn)行計(jì)算，即

從而得出次級(jí)指標(biāo)的決策分隸屬度向量

(3)對(duì)燕尾歸一模型所得值，按互補(bǔ)原則計(jì)算，可得k方案的整體綜合決策值.在評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的下層中，可以通過重加權(quán)的方式求出某一指標(biāo)在其所屬下層指標(biāo)體系中的局部權(quán)重.即

運(yùn)用局部權(quán)重對(duì)次級(jí)指標(biāo)的決策分隸屬度向量進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，求得次級(jí)指標(biāo)的突變隸屬度值，即

重復(fù)前3步，運(yùn)用次級(jí)指標(biāo)的突變隸屬度值，根據(jù)次級(jí)指標(biāo)占整個(gè)指標(biāo)體系的權(quán)重，計(jì)算指標(biāo)體系最上層的隸屬度值，即方案的隸屬度值di.

1.2.5 綜合評(píng)價(jià)

貼近度是指被評(píng)價(jià)樣品與標(biāo)準(zhǔn)樣品兩者互相接近的程度，其值越大表示兩者越接近，反之則相離較遠(yuǎn)［13］.因此，可以依據(jù)貼近度的大小對(duì)各方案進(jìn)行優(yōu)劣排序，也可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值的貼近度進(jìn)行類別劃分.考慮到本文的具體評(píng)價(jià)意義，通過采用歐氏距離法計(jì)算貼近度，并令RP為貼近度復(fù)合模糊物元.

各方案的貼近度值:

通過上文基于離散系數(shù)的突變級(jí)數(shù)法所得出的隸屬度值di，可以得出Pi的值，從而可以得到方案的優(yōu)劣排序.

2 運(yùn)輸組織評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立與分析

水路運(yùn)輸組織方案的綜合評(píng)價(jià)屬于多指標(biāo)評(píng)價(jià).在多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)體系中，指標(biāo)體系的建立是進(jìn)行評(píng)價(jià)的前提條件.要對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行系統(tǒng)性分析，找出影響評(píng)價(jià)對(duì)象優(yōu)劣水平的各相關(guān)因素，在參考有關(guān)資料和專家意見［14］的基礎(chǔ)上加以歸納整理，得到水路運(yùn)輸組織方案綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，見表2.

由表2中的指標(biāo)體系可見，技術(shù)性指標(biāo)B1之下的3個(gè)2級(jí)指標(biāo)C1，C2，C3構(gòu)成燕尾突變，則應(yīng)先計(jì)算xC1，xC2，xC3，再計(jì)算其局部權(quán)重，并對(duì)之進(jìn)行加權(quán)，從而得到B1的隸屬度值xB1.同理，經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)B2之下的 4 個(gè) 2 級(jí)指標(biāo) C4，C5，C6，C7構(gòu)成蝴蝶突變，社會(huì)效益指標(biāo)B3之下3個(gè)2級(jí)指標(biāo)C8，C9，C10構(gòu)成燕尾突變.在分別計(jì)算其隸屬度值之后，3個(gè)1級(jí)指標(biāo)構(gòu)成燕尾突變，由此可求出方案的突變隸屬度結(jié)果.

表2 多層次指標(biāo)體系

3 應(yīng)用實(shí)例

下面以廣西紅水河能源水路運(yùn)輸組織方式的選擇為實(shí)例，利用離散突變－模糊物元評(píng)價(jià)法分別對(duì)各運(yùn)輸組織方式進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而選出最優(yōu)的組織方式.紅水河水運(yùn)組織方式主要有3種:(1)水路直運(yùn)完成運(yùn)輸量500萬t，可采用500噸級(jí)、1 000噸級(jí)船舶運(yùn)輸;(2)公路、水路聯(lián)運(yùn)完成運(yùn)輸量300萬t，可采用300萬噸級(jí)船舶運(yùn)輸;(3)滾裝船舶運(yùn)輸完成運(yùn)輸量300萬t以上，可采用40車位和60車位滾裝船運(yùn)輸.綜合考慮船型和運(yùn)輸方式，把300噸級(jí)水路直運(yùn)、500噸級(jí)散貨聯(lián)運(yùn)、1 000噸級(jí)散貨聯(lián)運(yùn)、40車位滾裝船運(yùn)輸、60車位滾裝船運(yùn)輸這5個(gè)運(yùn)輸方案分別定義為 M1，M2，M3，M4，M5.

在對(duì)以上3種方式5種船型的各指標(biāo)數(shù)據(jù)用式(2)進(jìn)行歸一化的基礎(chǔ)上，運(yùn)用離散系數(shù)計(jì)算式(5)～(7)求出各指標(biāo)權(quán)重和局部權(quán)重，見表3.

表3 各方案從優(yōu)隸屬度和各指標(biāo)權(quán)重

利用式(3)～(4)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模糊物元和Rmn構(gòu) 建差平方復(fù)合模糊物元RΔ，見表4.

表4 差平方復(fù)合模糊物元RΔ

再用離散突變?cè)u(píng)價(jià)法計(jì)算各方案的突變隸屬度.下文以方案M1為例，介紹其具體操作.

首先，技術(shù)性指標(biāo)B1之下的3個(gè)2級(jí)指標(biāo)C1，C2，C3構(gòu)成燕尾突變，而由表3可知，在3個(gè)指標(biāo)的權(quán)重中，w(C2)＞w(C3)＞w(C1)，在指標(biāo)重要性上的排列為C2，C3，C1，以此對(duì)應(yīng)燕尾突變歸一化的隸屬度 X=(xC2，xC3，xC1).因此，同理，可求得方案M1所有1級(jí)指標(biāo)的隸屬度值為

根據(jù)表3中通過對(duì)1級(jí)指標(biāo)下屬2級(jí)指標(biāo)的權(quán)重累加可計(jì)算出1級(jí)指標(biāo)的權(quán)重

由前文中的分析可知，3個(gè)1級(jí)指標(biāo)構(gòu)成燕尾突變，而從權(quán)重中可見w(B2)＞w(B3)＞w(B1)，在指標(biāo)重要性上的排列為C2，C3，C1，以此對(duì)應(yīng)燕尾突變歸一化的隸屬度X=(xC2，xC3，xC1).因此，

即方案M1的突變隸屬度為0.878 2.

同理，可以求出其他方案的突變隸屬度，并利用式(15)求得所有方案的貼近度，見表5.

表5 方案的突變隸屬度和貼近度

按照貼近度從大到小排序依次為:采用60車位滾裝船運(yùn)輸(M5)、40車位滾裝船運(yùn)輸(M4)、500噸級(jí)散貨聯(lián)運(yùn)(M2)、1 000噸級(jí)散貨聯(lián)運(yùn)(M3)、300噸級(jí)水路直運(yùn)(M1).M5是最優(yōu)方案.

此外，本文用其他方法對(duì)該案例進(jìn)行評(píng)價(jià)，其評(píng)價(jià)結(jié)論以及與本文中運(yùn)用方法的對(duì)比見表6.

表6 主要評(píng)價(jià)法的評(píng)價(jià)排序結(jié)果與方法對(duì)比

以上結(jié)果表明:離散突變－模糊物元法的計(jì)算結(jié)果與其他常用評(píng)價(jià)法基本相符，但該方法的最小分值差遠(yuǎn)小于其他評(píng)價(jià)方法，說明該方法評(píng)價(jià)結(jié)果較為精確;計(jì)算過程耗時(shí)較短，表明該方法計(jì)算十分簡便，應(yīng)用性較強(qiáng).因此，該方法對(duì)水路運(yùn)輸組織方法的評(píng)價(jià)選擇具有較好的適用性.

4 結(jié)束語

內(nèi)河水路運(yùn)輸是“十二五”期間我國綜合交通運(yùn)輸體系建設(shè)的重點(diǎn)所在.運(yùn)輸方式如何選擇、如何組合是當(dāng)前交通運(yùn)輸組織的熱點(diǎn)和難點(diǎn).針對(duì)水路運(yùn)輸組織方式評(píng)價(jià)的特點(diǎn)，本文引入基于離散系數(shù)的突變?cè)u(píng)價(jià)法，并基于模糊物元分析，根據(jù)經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性、社會(huì)性等3方面的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，構(gòu)建離散突變－模糊物元評(píng)價(jià)模型.通過實(shí)例論證，該方法計(jì)算簡便、結(jié)論合理，能提高水路運(yùn)輸組織方式評(píng)價(jià)的客觀性和科學(xué)性，并具有較高的實(shí)用性.

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