научная статья по теме СУЖЕНИЕ МНОЖЕСТВА ПАРЕТО НА ОСНОВЕ УЧЕТА ПРОИЗВОЛЬНОГО КОНЕЧНОГО НАБОРА ЧИСЛОВОЙ ИНФОРМАЦИИ ОБ ОТНОШЕНИИ ПРЕДПОЧТЕНИЯ Математика

Текст научной статьи на тему «СУЖЕНИЕ МНОЖЕСТВА ПАРЕТО НА ОСНОВЕ УЧЕТА ПРОИЗВОЛЬНОГО КОНЕЧНОГО НАБОРА ЧИСЛОВОЙ ИНФОРМАЦИИ ОБ ОТНОШЕНИИ ПРЕДПОЧТЕНИЯ»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2011, том 438, № 4, с. 456-459

= ИНФОРМАТИКА

УДК 519.816

СУЖЕНИЕ МНОЖЕСТВА ПАРЕТО НА ОСНОВЕ УЧЕТА ПРОИЗВОЛЬНОГО КОНЕЧНОГО НАБОРА ЧИСЛОВОЙ ИНФОРМАЦИИ

ОБ ОТНОШЕНИИ ПРЕДПОЧТЕНИЯ © 2011 г. В. Д. Ногин, О. В. Басков

Представлено академиком С.К. Коровиным 21.01.2011 г. Поступило 17.02.2011 г.

Многие прикладные задачи экономического и технического характера могут быть сформулированы в виде задачи многокритериального выбора с несколькими числовыми функциями. Специфика многокритериальных задач заключается в том, что лицо, принимающее решение (ЛПР), приступая к выбору, как правило, не в состоянии четко выразить свои интересы и предпочтения, на основе которых следует сделать этот выбор. Тем самым ЛПР, начиная поиск множества (в частном случае — одноэлементного) "наилучших" элементов, не располагает точным определением этого понятия. Часто эти "наилучшие" элементы выявляются в ходе принятия решения на основе имеющейся информации о предпочтениях ЛПР.

Предложено много процедур и методов решения многокритериальных задач в зависимости от типа и характера информации о предпочтениях ЛПР [1, 2]. Нередко эти процедуры носят эвристический характер и приводят к принципиально различным "наилучшим" решениям. По мнению подавляющего большинства исследователей "наилучшие" решения следует искать в множестве парето-опти-мальных (эффективных, компромиссных) вариантов. Это обстоятельство нашло свое выражение в принципе Эджворта—Парето, сравнительно недавно получившем аксиоматическое обоснование [3]. Тем самым проблема выбора множества "наилучших" вариантов может быть переформулирована как проблема сужения множества Парето.

Рассмотрим модель многокритериального выбора [3], которая содержит множество исходных вариантов X, векторный критерий у = /(х) = /1(х), /2(х), ...,/т(х)) и асимметричное бинарное отношение предпочтения >х, заданное на множестве X. Пусть У=/(X), а >У есть бинарное отношение, заданное на множестве У и индуцированное отношением >х следующим образом:

Санкт-Петербургский государственный университет

х1 >х х2 ^ /(х1) >У >/(х2) для всех х1 е хх, х2 е

е х2; хг, х2 е X, где X — совокупность классов эквивалентности, порожденных отношением эквивалентности х1 ~ х2 /(х1) = /(х2) на множестве X. Множества выбираемых ("наилучших") вариантов и векторов обозначим С(Х) и С(У) = /(С(Х)) соответственно. Это те множества, которые подлежат нахождению в процессе выбора. Множество парето-оптимальных вариантов относительно векторного критерия / на множестве X обозначается Р(Х).

Сузить множество Парето Р/(Х), т.е. удалить из рассмотрения некоторые парето-оптимальные элементы, можно при наличии дополнительной информации о предпочтениях ЛПР. Наиболее надежными и простыми с точки зрения их получения являются сведения о готовности ЛПР идти на определенный компромисс. Этот компромисс нередко заключается в том, что ЛПР соглашается понести некоторые потери по каким-то непринципиальным критериям ради получения определенной выгоды по критериям, которые имеют приоритетное значение для данного ЛПР.

Учет подобной информации об отношении предпочтения ЛПР, которое изначально обычно полностью неизвестно самому ЛПР, положено в основу аксиоматического подхода к решению проблемы сужения множества Парето, развиваемого почти три последних десятилетия [3]. Сначала было установлено, каким образом следует использовать единственное сообщение (один "квант информации") в виде двух наборов чисел, один из которых указывает верхние допустимые пределы потерь для ЛПР по одной группе непринципиальных критериев, а другой — величины выигрышей для принципиально важных критериев, большие или равные которым ЛПР желало бы получить, идя на компромисс. В последующем были исследованы возможности использования тех или иных наборов такого рода сообщений (нескольких "квантов информации") для сужения множества Парето.

На геометрическом языке наличие "кванта информации" об отношении предпочтения ЛПР означает [3] выполнение соотношения и >г0, при некотором и е где Ыт — множество т-мерных векторов, имеющих по крайней мере одну строго положительную и одну строго отрицательную компоненты. Задание же набора "квантов информации" равносильно выполнению соотношений и >г0, ' = 1, 2, ..., к.

В данной работе предлагаются два универсальных алгоритма (два метода), которые базируются на учете произвольного конечного набора "квантов информации" для сужения множества Паре-то. Первый (геометрический) алгоритм, принадлежащий первому автору, заключается в решении задачи выпуклого анализа, сформулированной в [3]. Второй (алгебраический) алгоритм, разработанный вторым автором, предполагает последовательный учет имеющегося набора "квантов" на основе линейного оператора, используемого при учете одного "кванта" в теореме 3.5 из [3]. Далее будут считаться выполненными четыре аксиомы "разумного" выбора, сформулированные в [3].

Упомянутая геометрическая задача выпуклого анализа заключается в следующем. Имеется конечный набор векторов а1, а2, ..., ак е Ит, к > т, который порождает острый выпуклый "-мерный конус М. Требуется построить минимальный (по числу) набор векторов Ь1, Ь2, ..., Ь", порождающих конус {у е Ят | (а', ¿) > 0, ' = 1, 2, ..., к}, двойственный конусу М. Угловые скобки здесь означают скалярное произведение векторов. Следует отметить, что искомые векторы Ь1, Ь2, ..., Ь" всегда существуют и определяются с точностью до положительного множителя.

Для решения этой задачи предлагается следующий алгоритм, на вход которого подается набор векторов а1, а2, ..., ак, а на выходе (в памяти) образуется искомый набор векторов.

Алгоритм 1. Шаг 1 (открытие цикла по перебору векторов). Открыть цикл по перемен-

ной ' от 1 до Ск генерирования всех возможных

поднаборов из т — 1 векторов набора а1, а2, ..., ак.

Шаг 2 (проверка на линейную независимость). Если текущий '-й поднабор а'1, а'2, ..., а'(т-1), выбранный из а1, а2, ..., ак, линейно-зависим, то увеличить номер ' на единицу и вернуться к началу шага 2. Когда увеличение номера ' невозможно,

т.е. ' = С

т - 1

, необходимо перейти к шагу 5. В про-

тивному случае, т.е. когда указанный поднабор линейно-независим, выполнить шаг 3.

Шаг 3 (построение ортогонального вектора). Образовать из вектор-столбцов поднабора а'1, а'2, ..., а'(т-1) квадратную матрицу Б "-го порядка, приписав к указанным столбцам справа лю-

бой вектор из множества I' = {а1, а2, ..., ак}\{а'1, а'2,..., а'(т-1)}, образующий вместе с а'1, а'2, ..., а'(т-1) линейно-независимую систему. Найти последний столбец матрицы (Б7)-1, где Т — символ транспонирования. Найденный вектор-столбец (обозначим его у') следует запомнить.

Ш а г 4 (проверка вектора у' на принадлежность искомому множеству Ь1, Ь2, ..., Ь"). Вычислить скалярные произведения (а>, у) для всех векторов а> е I. Если хотя бы одно такое скалярное произведение окажется отрицательным, то удалить из памяти вектор у'. Увеличить номер ' на единицу и перейти на шаг 2 (когда такое увеличение невозможно, выполнить шаг 5).

Примечание. Для сокращения перебора и исключения в памяти записи одинаковых (с точностью до положительного множителя) искомых векторов для каждого записанного в память вектора у', на шаге 4 следует запоминать соответствующий ему набор У из всех векторов а1, а2, ..., ак, ортогональных вектору у' (т.е. тех а>, для которых (а!, у) = 0). А на шаге 2 всякий раз в случае, когда текущий поднабор а'1, а'2, ..., а'(т —1) оказывается подмножеством хотя бы одного образованного ранее множества У, пропускать такой поднабор, сразу увеличивая номер ' на единицу.

Ш а г 5 (завершение работы алгоритма). В результате выполнения полного цикла по переменной ' в памяти будут записаны искомые вектор-столбцы Ь1, Ь2, ..., Ь" (в ходе выполнения алгоритма они получали обозначение у').

Теорема 1. Векторы Ь1, Ь2, ..., Ь", построенные в результате конечного алгоритма 1, образуют минимальный набор векторов, порождающих конус, двойственный т-мерному острому выпуклому конусу М, порожденному набором векторов а1, а2, ..., ак еЯт, к > т.

Теорема 2. Пусть выполнены четыре аксиомы "разумного" выбора и задан непротиворечивый набор "квантов информации" и' >г0, ' = 1, 2, ..., к [3].

Тогда для любого множества выбираемых вариантов С(Х) имеют место включения

(1)

С(X) с Р&(X) с Р/X).

Здесь Ре(Х — множество парето-оптимальных вариантов на исходном множестве Xотносительно нового "-мерного векторного критерия g(x) =((Ь1,/(л)), (Ь2, /(х)), ..., (Ь",/(х))), " > т, где векторы Ь1, Ь2, ..., Ь" получены в результате применения алгоритма 1 к набору, состоящему из векторов, задающих " кванты информации" и1, и2, ., ик, вместе с т единичными ортами пространства Ит.

Согласно теореме 2, применяя алгоритм 1, следует построить новый векторный критерий g, от-

458

НОГИН, БАСКОВ

носительно которого новое множество Парето дает оценку сверху (1) для неизвестного множества выбираемых вариантов С(Х) с учетом имеющегося набора "квантов информации".

Алгебраический подход максимально использует специфику заданного набора "квантов информации" и' >У0, I = 1, 2, ..., к, и носит последовательный характер, т.е. учет информации производится строго в порядке нумерации имеющихся "квантов".

Пусть имеется вектор и1 = (и1, и2, ..., ит). Введем множества А = {'| и, > 0}, В = {] | ц < 0}, С = {1\ и1 = 0}. Когда множества А и В непустые, вектор и1 порождает "квант информации" об отношении предпочтения, если и1 >г 0. Для его учета в теореме 3.5 из [3] предлагается построить новый векторный критерий g, компоненты которого связаны с компонентами критерия/следующими соотношениями (порядок компонент не существен):

gl = VI 6 А и С,

8и = и^ - и// V(/,]) 6 А х В.

В матричной форме эти соотношения можно переписать в виде g = Т/, где Т — прямоугольная матрица соответствующего размера.

Построенный указанным способом критерий g порождает новое множество векторов Z = g(X). На нем индуцировано новое отношение >г, связанное со "старым" отношением следующим образом: х' >Хх" < g(x') >Z g(x"). В дальнейшем для краткости индекс (символ множества, на котором действует рассматриваемо

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком