научная статья по теме О ПРИМЕНЕНИИ МЕТОДА АНАЛИТИЧЕСКИХ СЕТЕЙ В ЗАДАЧАХ ГЕОЭКОЛОГИИ Биология

Текст научной статьи на тему «О ПРИМЕНЕНИИ МЕТОДА АНАЛИТИЧЕСКИХ СЕТЕЙ В ЗАДАЧАХ ГЕОЭКОЛОГИИ»

Методы окологмгескмх исследований

УДК 502.64; 911.6

О ПРИМЕНЕНИИ МЕТОДА АНАЛИТИЧЕСКИХ СЕТЕЙ В ЗАДАЧАХ ГЕОЭКОЛОГИИ

К. А. Середкин,

аспирант, Северный Арктический федеральный университет им. М. В. Ломоносова,

log23@rambler.ru,

В. Б. Коробов,

ВРИО директора Северо-Западного отделения Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН,

szoioran@mail.ru,

А. Г. Тутыгин,

старший научный сотрудник, Всероссийский заочный финансово-экономический институт, филиал в г. Архангельске,

andgt64@yandex.ru

В настоящее время системно-аналитический подход, в том числе с использованием классификационных моделей и процедур, прочно вошел в перечень инструментов для решения самых различных прикладных задач в сфере геоэкологии. Условно все геоэкологические объекты образуются в результате сложения большого количества факторов. Среди факторов могут быть как измеряемые явления, такие как температура, давление, так и относительно неизмеримые явления, например, устойчивость берегов, загрязненность территорий и т. д. Похожая ситуация встречается также в задачах принятия решений. Для описания такого рода объектов и событий используются различные методы, основанные на различных подходах и математическом аппарате. Однако несмотря на имеющиеся методологические различия, чаще всего они нацелены на установление взаимосвязей между компонентами объекта — факторами и оценку влияния факторов при помощи весовых коэффициентов. При их нахождении широко используются экспертные методы оценивания [1, 2].

Одними из самых распространенных методов являются инструменты системного анализа, разработанные Т. Саати [3, 4] для задач принятия решений: метод анализа иерархий (МАИ) и метод аналитических сетей (МАС). При этом МАС является обобщением МАИ. Обе процедуры позволяют измерить показатели материальных и

В данной статье рассматриваются два подхода к построению классификационной модели для оценки количественных характеристик при помощи МАИ и МАС, и на примере геоэкологической задачи показывается разница между ними.

This article discusses two approaches to the construction of the classification model for the evaluation of quantitative characteristics with the help of MAC and MAH, and on the example of the geoecological problem is shown the difference between them.

Ключевые слова: МАИ, МАС, классификационные модели, экологическая напряженность, экспертные оценки.

Key words: MAC, MAH, classification model, ecological tension, expert assessments.

нематериальных факторов и выразить их в численном виде путем расстановки приоритетов. МАИ получил большее распространение, чем МАС, во-первых, из-за того, что исторически появился раньше, а во-вторых, из-за своей относительной простоты: с его помощью можно провести формализацию таким образом, чтобы ее результат лучше всего согласовывался с пониманием сути изучаемого объекта исследователем.

Суть обоих методов заключается в последовательном попарном сравнении факторов с последующим вычислением их приоритетов. Такие сравнения можно провести либо используя результаты реальных измерений, либо на основе показателей фундаментальной шкалы, выражающих значимость факторов в численном виде. По фундаментальной шкале можно оценить, например, насколько один фактор значимее другого относительно объекта, будь то материальный фактор или нет. Если в МАИ сравнение факторов производится исключительно попарно, друг с другом, по их вкладу в конечный результат и факторы считаются независимыми, то МАС позволяет сравнивать факторы друг с другом относительно других факторов. По своей логике такой подход напоминает схему известной задачи корреляционного анализа о выявлении мультиколлинеар-ности в системе факторов: с одной стороны, производится оценка взаимосвязи пары выбранных факторов с исключенным влиянием остальных (частная корреляция), с другой — оценивается связь выбранного фактора со всеми остальными в системе (множественная корреляция) [5].

Вообще, структурная модель объекта в МАИ представляется в виде иерархии, где факторы сравниваются друг с другом только по отношению к общей цели или факторам, стоящим уровнем выше, в МАС же оперирует сетями, которые могут принимать произвольную форму и содержать в себе всевозможные виды связей, включая обратные и циклические, когда фактор может влиять сам на себя непосредственно либо опосредованно. Еще одним принципиальным отличием МАС является наличие понятия кластера — объединения факторов в группы [6]. Кластерный подход позволяет не только упростить модель, но и в некоторых случаях оценить силу связей влияющих факторов, например, когда несколько элементов из одного кластера и несколько элементов из другого влияют на третий, но пер-

Рис. 1. Общая схема локальной задачи

вые влияют в несколько раз сильнее. В таком случае будет производиться кластерное сравнение, которое, вообще говоря, повлияет на конечный результат. Отметим, что результаты парных сравнений обоих методов обрабатываются при помощи специальных алгоритмов, рассмотрение которых выходит за рамки данной статьи.

Возможность применения МАС в задачах геоэкологии рассмотрим на примере географо-экологического районирования акваторий, полученного в рамках исследования Белого моря под задачу транспортировки нефтяных углеводородов танкерным флотом [7]. Для изучения возможностей метода произведем исследования на шести группах факторов: климатических, океанографических, экологических, гидрохимических, геологических и социально-экономических, образующих соответствующие кластеры. Связи между кластерами представлены на рис. 1. В таком же порядке кластеры расположены и на рис. 2, где каждая грань — отдельный кластер.

Взаимосвязи между элементами кластеров (см. рис. 2) устанавливалась путем логического анализа причинно-следственных связей, в основе которого лежит физика природных процессов, а также исходя из эмпирического опыта оценки влияния нефтяного загрязнения на растительный и животный мир, экономическую деятельность и социальные процессы. Так, ветер не только непосредственно, но и косвенно влияет на дрейф нефтяных пятен: ветровые течения также переносят нефтяное загрязнение, а ветровые волны способствуют проникновению нефти вглубь водной толщи.

Рис. 2. Схема взаимного влияния элементов

Рис. 3. Весовые коэффициенты влияющих факторов, рассчитанные методами анализа иерархий (МАИ)

и аналитических сетей (МАС)

Расчет весовых коэффициентов факторов с учетом связей между компонентами системы показал различия значений весов, полученных с помощью МАИ и МАС для зависимых факторов (рис. 3). Особенно заметны различия для факторов, оказывающих влияние более чем на два фактора в других кластерах, что отмечает и автор метода Т. Саати, заостряя на этом внимание в [4, с. 125]. Так, значимость ветра и кислорода как факторов при расчетах МАС возросла по сравнению с МАИ примерно в два раза. С другой стороны, значимость факторов, которые соединены с дру-

гими наименьшим количеством связей, например, приливы и туман, упала более, чем в два раза.

На рисунках 4 и 5 показано, как распределяется величина уровня экологической напряженности в Белом море, рассчитанная с помощью МАИ и МАС, соответственно. Как хорошо видно на рисунках, ситуация кардинальным образом не изменилась, но границы районов стали несколько другими, что важно при планировании маршрутов танкерных перевозок и выбора мест расположения нефтеналивных терминалов.

64

Рис. 4. Схема экологической напряженности Белого моря, полученная при помощи МАИ Методы экологических исследований

№ 4, 2012

1>з |гз

Рис. 5. Схема экологической напряженности Белого моря, полученная при помощи МАС

Таким образом, учет зависимости одних фициентов, что позволяет строить адекватные факторов от других дает возможность нахо- изучаемым объектам и процессам схемы и дить релевантные значения их весовых коэф- классификационные модели.

Библиографический список

1. Коробов В. Б. Экспертные методы в географии и геоэкологии. — Архангельск: Издательство Поморского государственного университета, 2008. — 244 с.

2. Коробов В. Б., Тутыгин А. Г. Классификационные методы решения эколого-экономических задач. — Архангельск: Издательство Поморского государственного университета, 2010. — 310 с.

3. Саати Т. Л. Принятие решений. Метод анализа иерархий. — М.: Радио и связь, 1989. — 316 с.

4. Саати Т. Л. Принятие решений при зависимостях и обратных связях: Аналитические сети. — М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009.— 360 с.

5. Айвазян С. А., Мхитарян В. С. Прикладная статистика и основы эконометрики. — М.: ЮНИТИ, 1998. — 1022 с.

6. Тутыгин А. Г., Амбросевич М. А. Модель распределения ресурсов в горизонтально-кооперированной организации // Современные подходы к исследованию и моделированию в экономике, финансах и бизнесе: Материалы конф. Европ. ун-та в СПб и СПбЭМИ РАН. СПб., 2008. — С. 163—167.

7. Завернина Н. Н., Коробов В. Б. Факторы, влияющие на экологическую ситуацию Белого моря. — Вестник Архангельского государственного технического университета. Серия «Прикладная геоэкология». Выпуск 70, 2007. — С. 27—37.

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