对抗解释结构模型

更新时间:2024-09-30 23:16

Adversarial Interpretive Structure Modeling Method(简称 AISM)是在经典的解释结构模型(ISM)基础上,融入生成对抗网络(GAN)中的博弈对抗(Adversarial)思想,最新提出的一种模型方法。一言以蔽之AISM就是在不损失系统功能的前提下,通过相反的层级抽取规则,得出一对最简的层次化的拓扑图。

简介

AISM是2020年新提出的一种方法,它源自于博弈解释结构模型,其核心是在ISM结果优先的层级抽取规则的基础上,加入与之对立的原因优先的层级抽取规则,从而建立一组对抗的层级拓扑图。这种成对的拓扑层级图的方式来解释要素优劣(因果)排序的方法称之为对抗解释结构模型(AISM)。

相较于文字、表格、数学符号等方式,AISM在结果呈现上非常直观且清晰,它把要素(评价对象、方案、样本)看成一个结点,将存在因果(优劣、可达)关系的结点用有向线段标识,AISM最终以有向拓扑层级图的方式呈现结点间的因果(优劣、可达)关系,进而很容易得出评价对象的优劣。习惯上把越优的结点放置于上面的层级,越劣的结点放置在越下的层级,最终按照层级的高低给出各个结点的排序,最上层的结点为最优集,最下层的为最劣集。层级从下至上形成由劣到优的排序系列。

需要特别指出的是通过结果(优要素)优先与原因(劣要素)优先层级抽取的方式,得到的有向拓扑层级图可能并不一致。这种不一致恰好是观察研究的重点。

同一般的解释结构模型(ISM)对结果的解释不同点在于,AISM更关注的是处于不同层级的要素。基于这些要素有如下定义。

在有向拓扑层级图中,若某个要素处于不同的拓扑层级,则称这个要素为活动要素(Activity elements)。

具有活动要素的系统称之为可拓变系统(Extension variable system),也叫活动系统或拓扑活动系统。

不含活动要素的系统称之为刚性系统(Rigid system),也叫拓扑刚性系统(Topological rigid system)。

在刚性系统中存在着一类完全刚性系统(Completely rigid system)。

完全刚性系统具有如下三个特性。

其一,关系矩阵中的要素从小到大排序后形成上三角矩阵的满阵形式,即对角线右上方全为1,对角线左下方全为0;同理,关系矩阵中的要素从大到小排列后,则形成下三角矩阵的满阵形式。

其二,两种有向拓扑层级图的结果是一致的,展现为直链型。

其三,任意两个评价对象(样本要素方案)之间都有确定的比较关系(优劣好坏可达大小)。

成对拓扑层级图的性质

第一、拓扑序方向一致

第二、层级数相同且最少

第三、线段最少即以一般性骨架矩阵代替

一般性骨架矩阵详情请参见解释结构模型的核心运算。

第四、回路以最简菊花链形式表达

菊花链画法即以任意一条回路代表强连通子集的画法。

两类运用的计算过程

1第一类、优劣、好坏比较排序类运用

计算过程为:

D:决策矩阵,评价矩阵,即有n行,m列的矩阵。n代表要素(评价对象,方案,样本,样品)m代表属性(维度,评价准则,决策项,指标……)

A:关系矩阵,为n×n的布尔方阵。

其中 为最核心的一步

对于D中的每一列都具有严格的可比性。

对于含有m列的评价矩阵D,其中的任意一列即指标维度,具有同属性,可比较的前提。维度的这种优劣的比较至少有着两种属性。

数值越大越优,数值越小越差,称之为正向指标。记作p1、p2……pm。 数值越小越好,数值越大越差,称之为负向指标。记作q1、q2……qm。

对于决策矩阵D中的任意两行x,y

负向指标有且同时有

正向指标有

符合上述规则,要素x与要素y的偏序关系记作:

的意义为y要素优于(好于)x要素

上述规则成为偏序规则。对于决策矩阵通过偏序规则可以得到关系矩阵 A

由决策矩阵到关系矩阵算例见算例部分。

第二类、因果、可达逻辑排序类运用

其中:

A:关系矩阵,为布尔方阵。

I:单位矩阵,即主对角线全部为1的矩阵。

B:相乘矩阵,即主对角线填充1以后的布尔矩阵

R:可达矩阵,即B一直乘下去,不再变化后得到的矩阵称之为可达矩阵

对于布尔方阵,有可达集合 R,先行集合 Q,共同集合 T,其中T = R ∩ Q。

以关系矩阵 A 为例,对于其要素:

的可达集合记作R(),即要素对应行值为 1 的所有要素。

的先行集合记作Q(),即要素对应列值为 1 的所有要素。

的共同集合记作T(),即R(i) ∩ Q()。

(1)UP型层级拓扑图

UP 型层级图,即结果优先的层级划分,其抽取规则为:T() = R()。

只要可达集与共同集相同,就抽取出相关要素。每次抽取出来的要素放置在上方,依次按照由上往下的顺序放置抽取出的要素。

(2)DOWN型层级拓扑图

DOWN 型层级图,即原因优先的层级划分,其抽取规则为:T()= Q()。

每次抽取出来的要素放置在下方,依次按照由下往上的顺序放置抽取出的要素。

UP 型和 DOWN 型属于一组对立型的画法,关系矩阵中的要素即为评价对象,评价对象之间的优劣(好坏,高低)通过有向线段表示,越优的评价对象置于最上层,因此最上层的评价对象即为帕累托最优,或者为最终结果。

算例

简单偏序规则算例:

对于只有1列的决策矩阵,且该列为正向指标

以第三行第一列为例:其中A3到A1由于A1优于A3所以其值为真即为1

对于只有1列的决策矩阵,且该列为负向指标

优劣类的算例。

实际运用算例:

样本均值属于越小越好,为负向指标

标准误差属于越小越好,为负向指标。

关系矩阵为:

以A4到A1为例即A1优于A4

最终的对抗层级拓扑图5如下

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