基于大數(shù)據(jù)的船舶建造供應(yīng)商RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)模型研究

錢 芳

(青島遠(yuǎn)洋船員職業(yè)學(xué)院，山東 青島 266071)

0 引 言

在航運(yùn)和船舶建造市場(chǎng)大環(huán)境低迷的背景下，航運(yùn)公司前幾年進(jìn)行了大規(guī)模的運(yùn)力調(diào)整，2013—2017年，在國(guó)家拆船補(bǔ)貼政策的刺激下，航運(yùn)企業(yè)積極進(jìn)行老舊船舶拆船活動(dòng)。與此同時(shí)，根據(jù)國(guó)家 “十三五 ”發(fā)展規(guī)劃，航運(yùn)企業(yè)進(jìn)行船隊(duì)結(jié)構(gòu)調(diào)整，紛紛加大對(duì)特定船舶建造的投資力度，2018年前10個(gè)月全國(guó)承接新船訂單2846萬載重噸，同比增長(zhǎng)41.4%。對(duì)于航運(yùn)企業(yè)來說，對(duì)船舶建造供應(yīng)商相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析處理，合理有效地評(píng)價(jià)選擇船舶建造供應(yīng)商，是航運(yùn)企業(yè)一直關(guān)注的論題。

關(guān)于供應(yīng)商的選擇和評(píng)價(jià)，相關(guān)研究采用層次分析法[1]、模糊評(píng)價(jià)[2]等方法來建立供應(yīng)商評(píng)價(jià)模型，這些方法的共同特點(diǎn)是將決策思維過程數(shù)學(xué)化，利用定量定性結(jié)合方法建構(gòu)評(píng)價(jià)體系。但是這些方法也有其局限性：1）其中很多數(shù)據(jù)來自專家的主觀評(píng)價(jià)，數(shù)據(jù)需要被反復(fù)驗(yàn)證；2）各層次之間很難確認(rèn)層次之間的數(shù)據(jù)關(guān)系，不同關(guān)系產(chǎn)生的結(jié)果可能大不相同[3]。

同時(shí)，隨著互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)、工業(yè)4.0、智能技術(shù)等技術(shù)的深化發(fā)展，航運(yùn)企業(yè)面臨著新的歷史變革。航運(yùn)企業(yè)作為船舶管理企業(yè)，源源不斷地產(chǎn)生大量作業(yè)數(shù)據(jù)，如船舶航線信息、氣象信息、實(shí)時(shí)船舶運(yùn)行狀況及航行過程中的外部環(huán)境等數(shù)據(jù)。同時(shí)，還有很多管理數(shù)據(jù)，如企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略、各類型船舶運(yùn)行情況、盈利情況等；船舶維修保養(yǎng)記錄，船舶日常供應(yīng)記錄等。除了內(nèi)部數(shù)據(jù)，由于ERP、互聯(lián)網(wǎng)電商等系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，多家大數(shù)據(jù)企業(yè)的不斷涌現(xiàn)，航運(yùn)企業(yè)還流通著企業(yè)財(cái)稅記錄、企業(yè)信用記錄、政策執(zhí)行情況等外部數(shù)據(jù)。在大數(shù)據(jù)背景下，航運(yùn)企業(yè)對(duì)船舶建造供應(yīng)商的評(píng)價(jià)方法面臨新的挑戰(zhàn)，之前的評(píng)價(jià)方法還不能有效地解決由大數(shù)據(jù)背景產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)問題，但航運(yùn)企業(yè)對(duì)船舶建造供應(yīng)商的評(píng)價(jià)方法也面臨新的機(jī)遇，即利用大數(shù)據(jù)更合理、更準(zhǔn)確地構(gòu)建船舶建造供應(yīng)商的評(píng)價(jià)模型。

因而，根據(jù)船舶建造供應(yīng)商評(píng)價(jià)的特點(diǎn)，本文利用徑向基RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論來構(gòu)建船舶建造供應(yīng)商評(píng)價(jià)模型，這種方法克服傳統(tǒng)方法的局限性，利用徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所具備的快速收斂、可以逼近任意非線性函數(shù)的特點(diǎn)，解決了在大數(shù)據(jù)背景下，船舶建造供應(yīng)商的評(píng)價(jià)問題。

1 船舶建造供應(yīng)商評(píng)價(jià)大數(shù)據(jù)指標(biāo)

除了內(nèi)部數(shù)據(jù)可以成為航運(yùn)企業(yè)評(píng)價(jià)船舶建造供應(yīng)商評(píng)價(jià)的依據(jù)，外部數(shù)據(jù)應(yīng)該更大的發(fā)揮作用。在大數(shù)據(jù)背景下，航運(yùn)企業(yè)應(yīng)該加強(qiáng)自身大數(shù)據(jù)應(yīng)用研究，同時(shí)也應(yīng)該更多地與大數(shù)據(jù)企業(yè)進(jìn)行戰(zhàn)略合作，充分利用大數(shù)據(jù)資源和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)。

船舶建造供應(yīng)商評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取非常重要。在大數(shù)據(jù)背景下，本文選擇船舶公司的法律訴訟、手持訂單、專利數(shù)量、服務(wù)水平、價(jià)格5個(gè)指標(biāo)。這些指標(biāo)都可以從大數(shù)據(jù)中進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選、數(shù)據(jù)挖掘得到，具有客觀性的特點(diǎn)。

船舶建造的周期很長(zhǎng)，無論是航運(yùn)企業(yè)還是船舶建造企業(yè)面臨的風(fēng)險(xiǎn)都很大，在短短幾年間，多家船舶制造企業(yè)申請(qǐng)破產(chǎn)重組，航運(yùn)企業(yè)選擇船舶建造供應(yīng)商首先要對(duì)船舶建造供應(yīng)商的信用要求，這些數(shù)據(jù)可以取自網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)各船舶建造公司的手持訂單，相關(guān)法律訴訟數(shù)量等指標(biāo)。

根據(jù)航運(yùn)企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的需要，新建船舶主要是新型船舶及客戶定制船舶為主，這就對(duì)船舶建造供應(yīng)商提出了更高的要求，這就要求船舶企業(yè)擁有足夠的開發(fā)技術(shù)人員團(tuán)隊(duì)、更多先進(jìn)的專利技術(shù)，選取目前各船舶建造供應(yīng)商的專利技術(shù)數(shù)量作為衡量技術(shù)能力的重要指標(biāo)。

根據(jù)船舶維修保養(yǎng)記錄及各船舶公司相關(guān)業(yè)務(wù)人員對(duì)船舶建造公司的服務(wù)評(píng)價(jià)可以得到服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)。價(jià)格指標(biāo)是選擇了某一船型各船舶公司的報(bào)價(jià)。其中，手持訂單來自2018年上半年克拉克松數(shù)據(jù)，相關(guān)法律訴訟案件數(shù)量、專利技術(shù)數(shù)量來自網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)。

2 船舶建造供應(yīng)商RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)模型

徑向基（Radial Basis Function，RBF）函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[4]，是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可以快速收斂，更適合實(shí)時(shí)性要求高的情況，更能夠適應(yīng)大數(shù)據(jù)背景要求；模擬人的大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠逼近任意非線性函數(shù)的網(wǎng)絡(luò)。

本文采用廣義徑向基網(wǎng)絡(luò)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

第1層是輸入層，由輸入結(jié)點(diǎn)組成，輸入節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)等于輸入向量X；第2層是隱含層，其隱含節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為n，n＜N，第i個(gè)隱含節(jié)點(diǎn)基函數(shù)為（‖XXi‖），Xi=[Xi1，Xi2，…Xim]為基函數(shù)的中心。輸出層有L個(gè)神經(jīng)元，在這里增加了，輸出單元各與其相連的可能會(huì)為。

圖 1 徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 1 Structure of radial basis function neural network

設(shè)實(shí)際輸出為Yk=[Yk1，Yk2，…YkL]，L為輸出單元個(gè)數(shù)，那么輸入訓(xùn)練樣本XK時(shí)，第個(gè)輸出神經(jīng)元得出的結(jié)果為

本文的徑向基RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采取的是廣義徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)。

3 實(shí)例仿真

本文采用Matlab程序進(jìn)行編寫，首先進(jìn)行初始化，通過newrb建立徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)，確定輸入層、隱含層、輸出層個(gè)數(shù)。其中，隱含層的個(gè)數(shù)不確定，只能是設(shè)定一個(gè)范圍，不斷地向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中添加新的隱含層節(jié)點(diǎn)，并調(diào)整節(jié)點(diǎn)中心，直到所得到的網(wǎng)絡(luò)達(dá)到誤差的預(yù)期要求。

選取16個(gè)國(guó)內(nèi)船舶建造供應(yīng)商，在大數(shù)據(jù)背景下收集相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)，其中輸入初始訓(xùn)練樣本為11個(gè)（見表1），即輸入為6×11指標(biāo)矩陣，其中5×11為訓(xùn)練樣本X值，1×11為訓(xùn)練樣本Y值。

為了充分利用樣本，設(shè)隱含層節(jié)點(diǎn)最大個(gè)數(shù)N=500，徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)11份訓(xùn)練樣本進(jìn)行二維插值，將樣本數(shù)擴(kuò)大。如n=100時(shí)，二維插值后，輸入訓(xùn)練矩陣6×11變?yōu)?×100矩陣；n在不變?cè)黾樱钡骄W(wǎng)絡(luò)誤差小于 e–8。

表 1 初始訓(xùn)練樣本Tab. 1 Initial training samples

當(dāng)spread=22時(shí)，徑向基收斂最快，收斂目標(biāo)為網(wǎng)絡(luò)的誤差小于e–8，其網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練曲線如圖2所示。

圖 2 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練曲線圖Fig. 2 RBF neural network training curve

利用VIEW指令，查看RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖（見圖3）可以看到，此隱含層包含399個(gè)神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)，即當(dāng)神經(jīng)元達(dá)到399個(gè)時(shí)，此RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的誤差小于e–8。

圖 3 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖Fig. 3 RBF neural network structure diagram

輸入5個(gè)測(cè)試樣本如表2所示，并運(yùn)行Matlab軟件，得到具體測(cè)試評(píng)分值yy=（6.298，5.860 3，6.334 0，6.298 2，5.728 4）。

表 2 測(cè)試樣本Tab. 2 Test samples

為了更直觀顯現(xiàn)測(cè)試結(jié)果，可以得到目標(biāo)評(píng)分值與測(cè)試評(píng)分值的殘差（見圖4）。

進(jìn)一步分析目標(biāo)評(píng)分與預(yù)測(cè)評(píng)分值對(duì)比（見圖5），5個(gè)測(cè)試點(diǎn)的平均相對(duì)誤差為2.099 2%，在3%以下；最大相對(duì)誤差為4.626 4%，也控制在5%以內(nèi)，從而可以認(rèn)為徑向基RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在大數(shù)據(jù)背景下準(zhǔn)確地對(duì)船舶建造供應(yīng)商進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4 結(jié) 語

圖 4 船舶建造供應(yīng)商目標(biāo)評(píng)分與預(yù)測(cè)評(píng)分值殘差圖Fig. 4 Residual diagram of ship construction supplier target score and prediction score value

圖 5 船舶建造供應(yīng)商目標(biāo)評(píng)分與預(yù)測(cè)評(píng)分值對(duì)比圖Fig. 5 Contrast chart of target score and forecast score of shipbuilding suppliers

本文采用徑向基RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，在大數(shù)據(jù)背景下選取了5個(gè)船舶建造供應(yīng)商評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立了船舶建造供應(yīng)商評(píng)價(jià)指標(biāo)模型，通過對(duì)模型地實(shí)例仿真，驗(yàn)證了模型的可用性。這個(gè)方法一方面解決了傳統(tǒng)方法人為因素過多，影響評(píng)價(jià)準(zhǔn)確性的問題，直接采用網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)作為評(píng)價(jià)模型輸入；另一方面，這個(gè)方法可以在大數(shù)據(jù)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)快速收斂，具有實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)。

由于數(shù)據(jù)收集的難度，本文只選取了5個(gè)指標(biāo)，在真實(shí)的大數(shù)據(jù)環(huán)境下，可以將相關(guān)指標(biāo)進(jìn)一步增加；本文選擇的16個(gè)樣本數(shù)據(jù)都為國(guó)內(nèi)船舶建造供應(yīng)商數(shù)據(jù)，2018年7月，隨著中國(guó)船舶工業(yè)已全面對(duì)外開放，要加強(qiáng)對(duì)國(guó)外船舶建造供應(yīng)商數(shù)據(jù)的收集和分析。