Продолжение 2 страница

По этим оценкам можно составить матрицу смежности сравнительных оценок М ’(см. табл. 4.3), где r_ij=m_X’(u_i)/m_X’(u_j).

Если вычислить сумму j-го столбца матрицы (см. табл. 4.3), т.е.

Sr_ij =k_j, то при условии Sm_X’(u_i)=1 имеем Sr_ij =S(m_X’(u_i)/m_X’(u_j))= (Sm_X’(u_i))/m_X’(u_j)=1/m_X’(u_j)=k_j.

Или m_X’(u_j)=1/k_j.

Так можно вычислить значения каждой компоненты вектора m_X’(u)=(m_X’(u₁); m_X’(u₂); m_X’(u₃);... m_X’(u_n)).

Таблица 4.2

сравнительные оценки значимости	интерпретация оценок значимости элементов ui /uj
	несравнимая (нет смысла сравнивать)
	одинаковая значимость
	слабая значимость (нет доказательств предпочтения ui /uj)
	существенная значимость (существенные признаки предпочтения ui /uj)
	очевидная значимость (убедительные доказательства предпочтения ui /uj)
	абсолютная значимость (максимальная значимость предпочтения ui /uj)
2, 4, 6, 8	промежуточные оценки
обратные значения	если оценка mX’(ui)/mX’(uj) имеет ненулевое значение, то mX’(uj)/mX’(ui)=1/mX’(ui)/mX’(uj)

Таблица 4.3

M’	u1	u2	u3	...	un
u1		r12	r13	...	r1n
u2	r21		r23	...	r2n
...	...	...	...	...	...
un	rn1	rn2	rn3	...
kj	k1	k2	k3	...	kn

Пример. Пусть для оценки плотности автомобилей на регулируемом перекрестке используется в качестве базового множества числo автомобилей в единицу времени U={0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40}. Необходимо определить степени принадлежности элементов этого множества нечеткому подмножеству “средняя плотность”. Опросом экспертов по табл. 4.2 получена матрица парных сравнений (см. табл. 4.4), которая после перехода от простых дробей к десятичным представлена табл. 4.5.

Таблица 4.4

M’
		1/2	1/7	1/8	1/9	1/8	1/7	1/2
			1/2	1/5	1/7	1/5	1/2
				1/2	1/5	1/2
					1/2
					1/2
				1/2	1/5	1/2
			1/2	1/5	1/7	1/5	1/2
		1/2	1/7	1/8	1/9	1/8	1/7	1/2

Таблица 4.5

M’
		0,5	0,14	0,125	0,11	0,125	0,14	0,5
			0,5	0,2	0,14	0,2	0,5
				0,5	0,2	0,5
					0,5
					0,5
				0,5	0,2	0,5
			0,5	0,2	0,14	0,2	0,5
		0,5	0,14	0,125	0,11	0,125	0,14	0,5
kj			12,28	5,65	2,9	5,65	12,28

Для определения m_X’(u_j) воспользуемся формулой m_X’(u_j)=1/k_j.

Тогда X’={0,02/0; 0,04/5; 0,08/10; 0,18/15; 0,34/20; 018/25; 0,08/30; 0,04/35; 0,02/40}.

Для проверки точности решения задачи умножим матрицу M’на вектор r=(0,02; 0,04; 0,08; 0,18; 0,34; 018; 0,08; 0,04; 0,02}. В результате получим вектор чисел (0,18; 0,36; 0,85; 1,57; 2,96; 1,57; 0,85; 0,36; 0,18).

Поделим поэлементно значения вектора чисел на значения вектора r. Получим вектор (9; 9; 10,6; 8,7; 8,7; 8,7; 10,6; 9; 9), в котором i-ый элемент есть значение λ_max, соответствующее элементу m_X’(u_i). Среднее значение λ_max равно 9,25. Следовательно, наибольшее отклонение λ_max от E равно 0,25. Следовательно точность решения уравнения равна 0,25/9=0,03. Такая точность достаточна.

Для нормализации нечеткого множества примем, что понятию “средняя плотность” в наибольшей степени соответствует 20 автомобилей в единицу времени. Поэтому степени принадлежности каждого элемента нечеткого множества поделим на степень принадлежности для 20 автомобилей, т.е.

X’={0,06/0; 0,12/5; 0,24/10; 0,53/15; 1/20; 0,53/25; 0,24/30; 0,12/35; 0,06/40}.

Для снижения числа элементов нечеткого множества часто отбрасывают те элементы, степень принадлежности которых достаточно мала. Для этого введем понятие степень разделения - a. и сравним степень принад-лежности каждого элемента множества с заданным значе-нием a. Если для множества “средняя плотность” принять a =0,5, то в нечеткое множество войдут только три группы машин:

X’={0,53/15; 1/20; 0,53/25}.

4.1.2 Операции над нечеткими множествами

Над нечеткими множествами можно исполнить такие же операции, как и над четкими. Отличие заключается в определении степени принадлежности результата этой операции на интервале [0; 1].

Пусть дано базовое множество U = {u₁, u₂, u₃, u₄, u₅, u₆, u₇, u₈, u₉} на основе которого сформированы два нечетких множества:

A’={0,6/ u₁, 0,4/ u₂,0,8/ u₃,0,2/ u₄, 1,0/ u₅, 0,3/ u₆};

B'={0,9/ u₁, 0,4/ u₂, 1,0/ u₃, 0,7/ u₇,0,3/ u₈, 0,5/ u₉}.

Рассмотрим исполнение различных теоретико-множественных операций над этими множест-вами.

Объединение нечетких множеств А’ и В’ есть множество С’, состоя-щее из всех тех элементов множества U, которые принадлежат хотя бы одному нечеткому множеству А’ или В’.

C’ = (A’ÈB’).

Степень при-надлежности элемента базового множества нечеткому множеству C’ равна максимальному значению функции принадлежности для нечетких множеств А’ и В’, т.е.

m_С’(u)= m_A(u)Úm_B(u)=max{m_A(u); m_B(u)}.

Для заданных множеств имеем:

С’=(A’ÈB’) ={0,9/u₁, 0,4/u₂, 1,0/u₃, 0,2/u₄, 1,0/u₅, 0,3/u₆, 0,7/u₇, 0,3/u₈, 0,5/u₉}.

Пересечение нечетких множеств А’ и В’ есть множество С’, состоящее из всех тех элементов базового множества U, которые принад-лежат и нечеткому множеству А’ и нечеткому множеству В’.

C’ = (A’ÇB’).

Степень при-надлежности элемента базового множества нечеткому множеству C’ равна минимальному значению функции принадлежности для нечетких множеств А’ и В’, т.е.

m_С’(u)=m_A’(u)&m_B’(u)=min(m_A’(u); m_B’(u)}.

Для заданных множеств имеем:

С’=(АÇВ)={0,6/u₁,0,4/u₂, 0,8/ u₃}.

Дополнение нечеткого множества A’ есть нечеткое множество ùA’, состоящее из всех элементов универсального множества U, которые не принадлежат нечет-кому множеству А’.

Степень при-надлежности элемента нечеткому множеству ùA’ равна дополнению до значения степени принадлежности базовому множеству U, т.е.

m_ùA’(u)= 1 - m_A’(u).

Для заданных множеств имеем:

ùВ’={0,1/u₁, 0,6/u₂, 1,0/u₄, 1,0/u₅, 1,0/u₆, 0,3/u₇, 0,7/u₈, 0,5/u₉};

ùА’={0,4/u₁, 0,6/u₂, 0,2/u₃, 0,8/u₄, 0,7/u₆, 1,0/u₇, 1,0/u₈, 1,0/u₉}.

Разность нечетких множеств А’ и В’ есть множество С’, состоящее из тех элементов универсального множества U, которые при-надлежат нечеткому множеству А’ и не принадлежат нечеткому множест-ву В’.

C’=A’\B’=A’ÇùB’.

Степень при-надлежности элемента базового множества нечеткому множеству C’ равна минимальному значению функции принадлежности для нечетких множеств А’ и ùВ’, т.е.

m_С’(u)=m_A’(u)&(1-m_B’(u))=min{m_A’(u); (1-m_B’(u))}.

Для заданных множеств имеем:

С’=А’\В’={0,1/u₁, 0,4/u₂, 0,2/u₄, 1,0/u₅, 0,3/u₆}.

Симметрическая разность нечетких множеств А’ и В’ есть множество С’, состоящее из всех тех элементов универсального множества U, которые принадлежат нечеткое множеству А’ и не принадлежат нечеткому множеству В’ или принадлежат нечеткому множеству В’ и не при-надлежат нечеткому множеству А’.

С’=А’ÑВ’=(А’ÇùВ’)È(В’ÇùА’).

Степень при-надлежности элемента базового множества нечеткому множеству C’ равна максимальному значению двух минимальных значений для множеств (А’ÇùВ’) и (В’ÇùА’), т.е.

m_C’(u)=(m_A’(u)&m_ùB’(u))Ú (m_B’(u)m_ùA’(u_i))=

max{min{m_A’(u);m_ùB’(u)};min{m_B’(u);m_ùA’(u_i)}}.

Для заданных множеств имеем:

С’=А’ÑВ’= {10,4/u₁, 0,4/u₂, 0,2/u₃, 0,2/u₄, 1,0/u₅, 0,3/u₆, 0,3/u₇, 0,3/u₈, 0,5/u₉}.

Прямое произведение нечетких множеств А’ и В’ есть множество C’, состоящее из всех тех или только тех упо-рядоченных пар

(u_i; u_j), первая компонента которых принадлежит множеству А’, а вторая - множеству В’.

C’=А’ÄВ’.

Степень при-надлежности упорядоченной пары (u_i; u_j) нечеткому множеству C’ равна минимальному значению функций принадлежности элементов u_iÎA’ и u_jÎB’, т.е

m_С’ (u_i,u_j) = m_A’ (u_i)&m_B’ (u_j) = min {m_A’ (u_i); m_B’ (u_j)}.

Для заданных множеств имеем матрицу смежности элементов нечетких множеств (см. табл. 4.6).

Таблица 4.6

C’	uj =u1	uj =u2	uj =u3	uj =u7	uj =u8	uj =u9
u1=ui	0,6	0,4	0,6	0,6	0,3	0,5
u2=ui	0,4	0,4	0,4	0,4	0,3	0,4
u3=ui	0,8	0,4	0,8	0,7	0,3	0,5
u4=ui =ui	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2
u5=ui	0,9	0,4	1,0	0,7	0,3	0,5
u6=ui	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3

На нечетких множествах могут быть рассмотрены также операции включения одного множества в другое и их сравнения.

Включение нечеткого множества A’ в множество B’.

Степень включения n(A’, B’) нечеткого множества A’ в нечеткое множество B’ определяется по формуле:

n(A’, B’)= &(m_A’ (u)®m_B’ (u))= &(m_ùA’ (u)Ú m_B’ (u))=min{max{(1-m_A’(u)); m_B’(u)}}.

При этом операции дополнения, дизъюнкции и конъюнкции выполняются для каждого элемента базового множества.

Если n (A’, B’)³0,5, то множество A’ нечетко включено в множество B’.

Пример. Пусть U={u₁, u₂, u₃, u₄, u₅},

A’={0,3/u₂; 0,6/u₃; 0,4/u₅}, B’={0,8/u₁; 0,5/u₂; 0,7/u₃; 0,6/u₅}.

Тогда n(A’, B’)=min{max{1/u₁; 0,8/u₁}; max{0,7/u₂; 0,5/u₂}; max{0,4/u₃; 0,7/u₃}; max{1/u₄;0/u₄}; max{0,6/u₅; 0,6/u₅}}=min{1/u₁; 0,7/u₂; 0,7/u₃; 1/u₄; 0,6/u₅}=0,6. Таким образом нечеткое множество A’ нечетко включено в нечеткое множествоB’.

Равенство нечетких множеств A’ и B’.

Степень равенства нечетких множеств A’ и B’ определяется по формуле:

n(A’,B’)=&(m_A’(u)«m_B’(u))=&((m_ùA’(u)Úm_B’(u))&(m_ùB’(u)Úm_A’(u)))=

min{min{max{(1-m_A’(u)); m_B’(u)}; max{(1-m_B’(u)); m_A’(u)}}}.

При этом операции дополнения, дизъюнкции и конъюнкции выполняются для каждого элемента базового множества.

Если n (A’, B’)³0,5, то множества A’ и B’ нечетко равны.

Пример. Пусть U={u₁, u₂, u₃, u₄, u₅},

A’={0,8/u₂; 0,6/u₃; 0,1/u₅}, B’={0,3/u₁; 0,6/u₂; 0,7/u₃; 0,2/u₄; 0,3/u₅}.

Тогда n(A’, B’)=min{min{max{1/u₁; 0,3/u₁}; max{0/u₁; 0,7/u₁}}; min{max{0,2/u₂; 0,6/u₂}; max{0,8/u₂; 0,4/u₂}}; min{max{0,4/u₃; 0,7/u₃}; max{0,6/u₃; 0,3/u₃}}; min{max{1/u₄;0,2/u₄}; max{0/u₄;0,8/u₄}}; min{max{0,9/u₅; 0,3/u₅}; max{0,1/u₅; 0,7/u₅}}=min{min{1/u₁; 0,7/u₁}; min{0,6/u₂; 0,8/u₂}; min{ 0,7/u₃; 0,6/u₃}; min{1/u₄; 0,8/u₄}; min{0,9/u₅; o,7/u₅}}=min{0,7/u₁; 0,6/u₂; 0,6/u₃; 0,8/u₄;0,7/u₅}=0,6. Таким образом нечеткие множества A’ и B’ нечетко равны.

4.2 Нечеткие соответствия и отношения

Наряду с нечеткими множествами можно описать нечеткие соответствия и отношения, которые являются подмножест-вами прямого произведения двух множеств, т.е. {(x, y)}ÍXÄY или {(x_i, x_j)}ÍXÄX. Следует напомнить, что соответствие есть неоднозначное отображение множества X на множество Y, когда каждому прообразу (xÎX) может соответствовать один или несколько образов (yÎY), а каждому образу (yÎY) может соответствовать один или несколько прообразов (xÎX), а отношение – есть неоднозначное отображение между элементами одного множества X.

Отображение удобно представить в операторной форме q: X®Y или

r: X®X, когда между элементами двух множеств устанавливается логическая связка импликации.

При этом принадлежность элементов множествам X и Y может быть задана четко, но нечетко определено отображение. Функция принадлежности m_q’(x_i,y_j)/(x_i,y_j) или m_r’(x_i,x_j)/(x_i,x_j) позхволяет определить степень принадлежности пары элементов (x_i,y_j) или (x_i,x_j) нечетким соответствию или отношению, т.е.

q’={m_r’(x_i,y_j)/(x_i,y_j)};

r’={m_r’1(x_i,x_j)/(x_i,x_j)}.

Нечеткие соответствия и отношения могут быть заданы перечислением всех пар элементов с указанием значения степени принадлежности нечеткому соответствию или отношению или с помощью матриц. Строки и столбцы матриц заданы элементами xÎX и yÎY или только xÎX, а позиции - значениями m_q’(x_i,y_j) или m_r’(x_i,x_j). В первом случае (для m_q’(x_i,y_j)) задана матрица инциденции, во втором (для m_r’1(x_i,x_j))– матрица смежности.

Если дано n-арное соответствие q’(x₁, x₂, ¼,x_n, y): Xⁿ®Y или отношение r’(x₁, x₂, ¼,x_n):X^n-1®X, то значение функции принадлежности должно быть найдено для каждого набора (x_1i, x_2i, ¼,x_ni, y_i) или (x_1i, x_2i, ¼,x_ni), т.е.

m_q’ (x₁, x₂, ¼,x_n, y_i) или m_r’ (x₁, x₂, ¼,x_n).

Пример. Даны множество руководителей магазинов розничной торговли

Х = { x₁, x₂, x₃, x₄, x₅, x₆, x₇, x₈, x₉, x₁₀, x₁₁, x₁₂ } и множество руководителей фирм Z = { z₁, z₂, z₃, z₄ }.

Для выбора местоположения магазинов относительно местоположения фирм большое значение имеют признаки, на которые обращают внимание руководители магазинов при выборе и приобретении товаров и руководители фирм при заключении договоров. Пусть с помощью экспертов установле-но, что такими признаками являются: y₁ – доступность мага-зина для фирмы; y₂ - высокое качество товара, y₃ - высокий уровень обслуживания, y₄ - низкие цены на товар, т.е. Y={y₁, y₂, y₃, y₄}.

Эксперты, обсуждая с руководителями магазинов и фирм значимость признаков в организации торговли, установили нечеткое их понимание значимости того или иного признака.

Нечеткое понимание может быть описано нечетким соответствием мнения руководителей магазинов и признаков в виде:

q’₁={m_q’(x₁,y₁)/(x₁,y₁), m_q’(x₂,y₁)/(x₂,y₁),... m_q’(x₁₂,y₄)/(x₁₂,y₄)}

и представлено матрицей инциденции (например, табл. 4.7), а нечеткое соответствие руководителей фирм и признаков в виде:

q’₂={m_q’ (y₁,z₁)/(y₁,z₁), m_q’ (y₂,z₁)/(y₂,z₁),...m_q’(y₄,z₄)/(y₄,z₄)}

и представлено также матрицей инциденции (например, табл. 4.8).

В табл. 4.7 элементы каждой строки выражают нечеткую степень значимости (или принадлежности) того или иного признака для конкретного руководителя магазина-. Например, для x₁ – значима только доступность магазина (y₁), или степень принадлежности равна “1”, для x₂ – только качество товара (y₂), для x₃ – только уровень обслуживания (y₃), для x₄ – только низкие цены (y₄), а для x₈ - наибольшее значение имеют качество товара (y₂) и уровень обслуживания (y₃), или степень принадлежности каждого из признаков равна “0,8”, для x₅ - важны все признаки, или степень принадлежности равна “1”, для x₉ – все они безразличны, или степень принадлежности равна “0,5”, а для x₁₁ - все они незначимы, или степень принадлежности равна “0,1”.

q’2	z1	z2	z3	z4
y1	0,9	0,1	0,5	0,7
y2	0,5	0,9	0,6	0,6
y3	0,4	0,9	0,5	0,4
y4	0,8	0,1	0,5	0,6

таблица 4.7 таблица 4.8

q’1	y1	y2	y3	y4
x1
x2
x3
x4
x5
x6	0,8	0,4	0,5	0,9
x7	0,7	0,3	0,4	0,8
x8	0,5	0,8	0,8	0,2
x9	0,5	0,5	0,5	0,5
x10	0,6	0,7	0,8	0,5
x11	0,1	0,1	0,1	0,1
x12

В табл. 4.8 элементы каждой строки выражают нечеткую степень принадлежности признака для руководителя фирмы. Например, для z₁ наиболее значимы доступность магазина (y₁) и низкие цены (y₄), для z₂ –высокие качество товара (y₂) и уровень обслуживания (y₃), для z₃ – все они безразличны, для z₄ – незначим только уровень обслуживания (y₃).

Пример. Пусть в результате стихийного бедствия нарушилось транспортное сообщение между населенными пунктами x₁, x₂, x₃, x₄, x₅, x₆. Эксперты определили нечетко возможную связь между населенными пунктами (степень принадлежности нечеткому множеству) так, как представлено на рис.4.2. В соответствии с графом составлена нечеткая матрица смежности (см. табл. 4.9).

0,1

0,6

		0,8

	0,5