Поняття R-оптимальності, найкращого, найгіршого, максимального та мінімального елементів

Приведені вище відомості були пов’язані з формалізацією попарного порівняння альтернатив, яка необхідна для виділення найкращого елемента (або декількох кращих) з всієї множини альтернатив Х. Для того ж щоб виділити «кращий» елемент необхідно формалізувати поняття «кращий». Використаємо для цього апарат бінарних відношень.

З обиранням за даним відношенням R кращого елемента тісно пов’язане поняття найкращого та найгіршого елементів.

Елемент з множини Х будемо називати найкращим за відношенням R, якщо для виконується .

Елемент будемо називати найгіршим за відношенням R, якщо має місце .

Легко бачити, що найкращій та найгірший елементи існують не завжди. Наприклад, їх не буде коли відношення не є повним. Розглянемо приклад.

П р и к л а д 2.12. Нехай відношення R подано на множині таким чином .

Зобразимо це відношення за допомогою графа (див. рис. 2.3)

a

b

c

Рис. 2.3. Граф відношення R (до прикладу 2.12)

Легко бачити, що це відношення не має найкращих та найгірших елементів, бо елементи а та с незрівняні. Уведемо поняття максимального елемента.

Елемент називається максимальним за відношенням на множині Х, якщо для має місце або , або незрівняний з Х.

Тобто не існує елемента (альтернативи) , який би був кращим за альтернативу .

Елемент називається мінімальним відносно R на множині Х, якщо для або або х незрівняний з . Тобто не існує елемента який би був гіршим за , немає жодного елемента х, який би домінувався елементом .

У наведеному вище прикладі максимальним елементом буде елемент а, мінімальним – елемент с.

Множина мінімальних за R елементів множини Х позначається .

Зауважимо, що якщо найкращі елементи існують, то вони будуть і максимальними, але не навпаки.

Отже, якщо треба обрати найкращу в деякому сенсі альтернативу, то природнім буде її вибір із множини максимальних (недомінуємих) альтернатив.

П р и к л а д 2.13. Нехай відношення R подано графом G (рис. 2.4). Знайти найкращі, найгірші, максимальні та мінімальні за елементи.

a.…...

b

c

. e

. d

Рис. 2.4. Граф відношення R (до прикладу 2.13)

Розв’язування

Найкращих елементів не має; найгірших елементів також не має. Максимальними за є елементи а, d, e. Мінімальними за елементами будуть с, d, e.

Позначимо множину максимальних за R об’єктів множини X як . Ця множина внутрішньо стійка в тому сенсі, що якщо , то не може бути ні ні .

Множина називається зовнішньо стійкою, якщо для кожного елемента , який не є максимальним, знайдеться переважніший за нього елемент серед максимальних. Тобто буде для деякого .

Внутрішнє та зовнішнє стійка множина називається ядром відношення R в X. Поняття стійкості має велике значення, бо якщо множина зовнішньо стійка, то оптимальний елемент повинен бути вибраний саме з цієї множини. Якщо ж множина не є зовнішнє стійкою, то для обмеження вибору цією множиною нема підстав.

У випадку коли потрібно вибрати не один, а декілька кращих елементів, або впорядкувати всі об’єкти за перевагою, поняття максимального елемента і ядра втрачають своє значення.

П р и к л а д 2.14. Нехай відношення Тут . Однак, якщо потрібно вибрати два кращих об’єкта, то відкидати c не можна: якщо особа, що приймає рішення повідомить, що с переважніше, ніж b, то шуканими будуть елементи a та c.

Числова функція , яка визначена на множині Х називається зростаючою (не спадною) за відношенням R, якщо з випливає (відповідно ) для всіх .

Має місце така лема.

Лема 2.1. Нехай і надає не спадній за відношенням R на В функції Ψ найбільше на В значення. Для того щоб об’єкт був максимальним за відношенням R на В достатньо виконування однієї з наступних умов:

1. Ψ зростає за R на В.

2. – єдина точка максимуму Ψ на В.

Доведення

Припустимо, що не є максимальним за відношенням R. Тоді в множині В знайдеться такий елемент a, що . Але тоді повинно виконуватись , причому ця нерівність строга, якщо Ψ зростає за R на В. Але строга нерівність суперечить тому, що точка максимуму Ψ, нестрога нерівність – тому, що єдина точка максимуму Ψ на В.

Доведення закінчено.

При моделюванні реальних систем можуть зустрітися такі ситуації, коли у ОПР, або у експертів нема чіткого уявлення про переваги між альтернативами. І якщо необхідно подати чіткі висновки про переваги, то в цьому випадку експерти повинні в певному сенсі “огрубляти” свої знання та уявлення, а математична модель буде менш адекватна реальній ситуації.

Більш гнучким способом формалізації цих уявлень є можливість для експертів визначити міру свого переконання в перевазі альтернативи числами з інтервалу [0;1]. Тоді, за допомогою експертів, формулюється нечітке відношення переваги, у якому кожній парі відповідає число з інтервалу [0,1], що описує міру вірності переваги . Методи прийняття рішень на основі нечітких відношень переваги буде розглянуто далі в розділі 4.

Характерною особливістю «мови» бінарних відношень є припущення про те, що результат порівняння за перевагою двох елементів не залежить від складу всієї множини. Однак в ряді випадків така залежність має місце і для її врахування необхідна більш багата «мова» опису переваг, основана на використанні функцій вибору.