農(nóng)業(yè)機(jī)械化項(xiàng)目績(jī)效模糊綜合評(píng)價(jià)算法

魏效玲，王杰華，周振中

（1.河北工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院，河北 邯鄲 056038；2.邯鄲市市政污水處理有限公司，河北 邯鄲 056002）

農(nóng)業(yè)機(jī)械化是我國(guó)農(nóng)業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展的必要條件，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要標(biāo)志[1]。我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展水平相對(duì)較落后，制約著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。因此，加快實(shí)施農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展，既是改善農(nóng)民生活水平的重要措施，也是縮小城鄉(xiāng)之間的差距、提高農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)整體水平的重要保證[2-3]。農(nóng)業(yè)機(jī)械化項(xiàng)目績(jī)效的評(píng)價(jià)存在著諸多模糊性和不確定性，建立科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)霓r(nóng)業(yè)機(jī)械化項(xiàng)目績(jī)效評(píng)價(jià)體系并賦予合理的模糊評(píng)價(jià)方法，才能為管理者提供準(zhǔn)確的決策依據(jù)。但現(xiàn)有模糊評(píng)價(jià)中存在著指標(biāo)隸屬度對(duì)目標(biāo)分類(lèi)不明確和出現(xiàn)冗余數(shù)值的問(wèn)題。本文采用基于熵的數(shù)據(jù)挖掘方法，通過(guò)定義指標(biāo)區(qū)分權(quán)，清除對(duì)目標(biāo)分類(lèi)不起作用的冗余數(shù)值，篩選出對(duì)目標(biāo)起作用的有效值計(jì)算隸屬度，該算法經(jīng)過(guò)“一有效、二可比、三合成”三個(gè)計(jì)算步驟，簡(jiǎn)記為M（1，2，3），由此建立實(shí)現(xiàn)隸屬度轉(zhuǎn)換的正確算法[4]，并用于農(nóng)業(yè)機(jī)械化項(xiàng)目績(jī)效模糊綜合評(píng)價(jià)中，得到較好的評(píng)價(jià)結(jié)果。

1 模糊評(píng)價(jià)中新的隸屬度轉(zhuǎn)換算法

假設(shè)對(duì)目標(biāo)Q的評(píng)價(jià)等級(jí)影響指標(biāo)有m種，其中j（j=1～m）是各影響指標(biāo)對(duì)于目標(biāo)Q重要性的權(quán)重值λj（Q）為已知，且有

如果每種影響指標(biāo)被劃分為p個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，并用Ck表示第K（K=1～p）個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，同時(shí)滿足Ck等級(jí)優(yōu)于Ck+1等級(jí)。假如j指標(biāo)屬于Ck等級(jí)的隸屬度μjk（Q）為已知，并且μjk（Q）滿足

可求解評(píng)價(jià)目標(biāo)Q屬于Ck等級(jí)的有效隸屬度μk（Q）的值。

在以上的隸屬度轉(zhuǎn)換過(guò)程中轉(zhuǎn)換方法是否正確，直接關(guān)系到模糊評(píng)價(jià)結(jié)果的真實(shí)可信性。模糊綜合評(píng)判有四種隸屬度轉(zhuǎn)換方法：M（∧，∨）、M（·，∨）、M（∧，+）和M（·，+）；應(yīng)用結(jié)果表明，大部分學(xué)者對(duì)M（·，+）的應(yīng)用較認(rèn)可，同時(shí)也有學(xué)者提出了改進(jìn)模型[7-8]。但是，這些方法在隸屬度轉(zhuǎn)換過(guò)程中，都不能解決指標(biāo)隸屬度中對(duì)目標(biāo)分類(lèi)不起作用的冗余數(shù)值問(wèn)題，針對(duì)已有隸屬度轉(zhuǎn)換方法中存在的問(wèn)題，本文采用基于信息熵的數(shù)據(jù)挖掘方法，通過(guò)定義指標(biāo)區(qū)分權(quán)，清除隸屬度轉(zhuǎn)換過(guò)程中的冗余數(shù)值，尋找對(duì)目標(biāo)分類(lèi)起作用的有效值計(jì)算隸屬度。

1.1 定義指標(biāo)區(qū)分權(quán)

首先從分類(lèi)角度選擇哪些指標(biāo)隸屬度是對(duì)評(píng)價(jià)目標(biāo)Q的分類(lèi)起作用的有效數(shù)值，哪些是對(duì)目標(biāo)分類(lèi)不起作用的冗余數(shù)值？徹底分清指標(biāo)隸屬度和隸屬度中哪些數(shù)值能有資格參與計(jì)算目標(biāo)Q的隸屬度。

①如果μj1（Q）=μj2（Q）=…=μjp（Q），則有j指標(biāo)隸屬度對(duì)目標(biāo)Q屬于各類(lèi)等級(jí)的影響程度是一樣的。顯然j指標(biāo)對(duì)目標(biāo)Q的分類(lèi)不起作用，應(yīng)該刪除j指標(biāo)。此時(shí)j指標(biāo)對(duì)于目標(biāo)Q的分類(lèi)貢獻(xiàn)歸一化量化值αj（Q）=0。②如果存在整數(shù)k使μjk（Q）=1其余的隸屬度均為0，則j指標(biāo)隸屬度提供的分類(lèi)信息是：僅從j指標(biāo)看，評(píng)價(jià)目標(biāo)Q只能屬于Ck類(lèi)且僅僅屬于Ck類(lèi)，不可能再屬于其它分類(lèi)等級(jí)。此時(shí)j指標(biāo)對(duì)于目標(biāo)Q的分類(lèi)貢獻(xiàn)值αj（Q）最大。③如果j指標(biāo)隸屬度μjk（Q）的取值越集中，其對(duì)目標(biāo)Q的分類(lèi)貢獻(xiàn)值αj（Q）就越大；反之，如果j指標(biāo)隸屬度μjk（Q）的取值越分散，其對(duì)目標(biāo)Q分類(lèi)的貢獻(xiàn)值αj（Q）就越小。

以上三種情況說(shuō)明，指標(biāo)對(duì)于目標(biāo)的分類(lèi)貢獻(xiàn)值αj（Q）的大小是由指標(biāo)隸屬度μjk（Q）取值的集中和分散程度來(lái)決定；而指標(biāo)隸屬度μjk（Q）的取值大小可用隸屬度的熵Hj（Q）來(lái)描述，因此，實(shí)數(shù)αj（Q）可以表示為熵Hj（Q）的函數(shù)值

定義由（3）～（5）式的計(jì)算實(shí)數(shù)αj（Q）為j指標(biāo)關(guān)于目標(biāo)Q的區(qū)分權(quán)，并且區(qū)分權(quán)αj（Q）應(yīng)滿足

1.2 確定有效值

①若有μjk（Q）（k=1～p，j=1～m）是評(píng)價(jià)目標(biāo)Q的影響指標(biāo)j屬于Ck類(lèi)的隸屬度值，且μjk（Q）滿足（1）式，并且αj（Q）是影響指標(biāo)j關(guān)于目標(biāo)Q的區(qū)分權(quán)，則稱(chēng)

是影響指標(biāo)j的第k類(lèi)隸屬度的有效區(qū)分值，簡(jiǎn)稱(chēng)為k類(lèi)隸屬度的有效值。

1.3 計(jì)算可比值

②若αj（Q）·μjk（Q）是j指標(biāo)的k類(lèi)有效值，βj（Q）是j指標(biāo)關(guān)于目標(biāo)Q的重要性權(quán)重，則稱(chēng)

是j指標(biāo)k類(lèi)隸屬度的可比有效值，簡(jiǎn)稱(chēng)k類(lèi)可比值。

③若βj（Q）·αj（Q）·μjk（Q）是目標(biāo)Q的j（j=1～m）指標(biāo)的k類(lèi)可比值，則稱(chēng)

是目標(biāo)Q的k類(lèi)可比和。

④若Mk（Q）是目標(biāo)Q的k類(lèi)可比和，μk（Q）是目標(biāo)Q屬于Ck類(lèi)的隸屬度，則

至此，通過(guò)公式（3）～（5）、（9）～（10），在目標(biāo)Q各影響指標(biāo)的隸屬度及指標(biāo)的重要性權(quán)重已知的條件下，即可求出評(píng)價(jià)目標(biāo)Q的有效隸屬度值，真正實(shí)現(xiàn)從底層指標(biāo)隸屬度到目標(biāo)隸屬度的有效轉(zhuǎn)換，并且轉(zhuǎn)換過(guò)程是嚴(yán)密和精確的，不會(huì)造成分類(lèi)信息的丟失。

以上隸屬度轉(zhuǎn)換過(guò)程是：第一步區(qū)分權(quán)濾波，清除某些對(duì)目標(biāo)分類(lèi)過(guò)程中不起作用的冗余數(shù)值并提取起作用的有效值；第二步實(shí)現(xiàn)有效值的轉(zhuǎn)化，把有效值轉(zhuǎn)為可比值，根據(jù)可比值計(jì)算可比和；第三步由可比和定義目標(biāo)隸屬度，實(shí)現(xiàn)隸屬度的正確轉(zhuǎn)換，整個(gè)隸屬度轉(zhuǎn)換過(guò)程簡(jiǎn)記為M（1，2，3）。

2 評(píng)價(jià)實(shí)例分析

本文實(shí)例采用文獻(xiàn)[7]給出的農(nóng)業(yè)機(jī)械化項(xiàng)目績(jī)效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、指標(biāo)權(quán)重和指標(biāo)隸屬度向量，如表1所示。

表1 農(nóng)業(yè)機(jī)械化項(xiàng)目績(jī)效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系以及模糊隸屬度Table 1 Index systems and fuzzy membership degree for performance evaluation of AMP

續(xù)表

表1中與各指標(biāo)括號(hào)中的數(shù)字對(duì)應(yīng)的是該指標(biāo)的重要性權(quán)重；底層指標(biāo)的隸屬度向量是各指標(biāo)關(guān)于4個(gè)評(píng)語(yǔ)等級(jí)（優(yōu)C1、良C2、中C3、差C4）的隸屬度，其值由農(nóng)技研究人員和農(nóng)機(jī)管理方面的學(xué)者現(xiàn)場(chǎng)考察后獲得，農(nóng)業(yè)機(jī)械化項(xiàng)目績(jī)效等級(jí)劃分為：優(yōu)、良、中、差。

農(nóng)業(yè)機(jī)械化項(xiàng)目績(jī)效評(píng)價(jià)是一個(gè)三層次多指標(biāo)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，從第三層指標(biāo)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)三級(jí)指標(biāo)隸屬度轉(zhuǎn)換后得到二級(jí)指標(biāo)隸屬度，二級(jí)指標(biāo)隸屬度以同樣的步驟轉(zhuǎn)換得到一級(jí)指標(biāo)隸屬度，一級(jí)指標(biāo)隸屬度再經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換得到目標(biāo)隸屬度。

（1）以B4農(nóng)機(jī)化作業(yè)程度為例，計(jì)算其隸屬度向量過(guò)程如下：

①已知B4含有4項(xiàng)三級(jí)指標(biāo)B41～B44，其指標(biāo)隸屬度矩陣為：

由U（B4）的第j（j=1～4）行計(jì)算指標(biāo)Bj的區(qū)分權(quán)，得區(qū)分權(quán)向量為：

②由表1知，指標(biāo)B41～B44關(guān)于B4的重要性權(quán)重向量為：

③計(jì)算指標(biāo)B4j的k類(lèi)可比值，得B4的可比值矩陣為：

④由N（B4）計(jì)算指標(biāo)B4j的k類(lèi)可比和，得B4的可比和向量為：

⑤ 由M（B4）計(jì)算B4的隸屬度向量μ（B4）：

同理可得μ（B1）、μ（B2）、…、μ（B8）和μ（B9），分別構(gòu)成經(jīng)濟(jì)效益A1、農(nóng)機(jī)化發(fā)展水平A2和投入A3三個(gè)一級(jí)指標(biāo)的隸屬度矩陣：

（2）根據(jù)U（A1）、U（A2）、U（A3）參照與步驟（1）同樣的計(jì)算過(guò)程可以計(jì)算經(jīng)濟(jì)效益A1、農(nóng)機(jī)化發(fā)展水平A2和投入A3的隸屬度向量為：

由μ（A1）、μ（A2）、μ（A3）構(gòu)成農(nóng)業(yè)機(jī)械化項(xiàng)目績(jī)效評(píng)價(jià)隸屬度矩陣U（Q），即：

（3）根據(jù)U（Q）重復(fù)步驟（1）的計(jì)算過(guò)程可以計(jì)算農(nóng)業(yè)機(jī)械化項(xiàng)目績(jī)效的隸屬度向量為：

（4）目標(biāo)識(shí)別

確定農(nóng)業(yè)機(jī)械化項(xiàng)目績(jī)效的評(píng)價(jià)等級(jí)（優(yōu)、良、中、差）屬于哪一級(jí)，要用模糊值量化。由于農(nóng)業(yè)機(jī)械化項(xiàng)目績(jī)效評(píng)價(jià)等級(jí)的劃分是有序的，即Ck等級(jí)優(yōu)于Ck+1等級(jí)，該情況下，無(wú)序劃分的最大隸屬度識(shí)別準(zhǔn)則是不適用的，應(yīng)該改用置信度識(shí)別準(zhǔn)則[8-11]：

設(shè)λ（λ＞0.6）為置信度，計(jì)算

則判別Q屬于第K0等級(jí)，并且有置信度的值不低于λ。本實(shí)例中判Q屬于“優(yōu)”的評(píng)價(jià)等級(jí)，占80.10%（0.801=0.801）的置信度。

3 結(jié)論

本文采用基于M（1，2，3）的隸屬度轉(zhuǎn)換方法，能有效地解決隸屬度轉(zhuǎn)換過(guò)程中的冗余數(shù)據(jù)問(wèn)題，使模糊評(píng)價(jià)過(guò)程中的隸屬度轉(zhuǎn)換更合乎邏輯，并應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械化項(xiàng)目績(jī)效評(píng)價(jià)中，使評(píng)價(jià)結(jié)果更加準(zhǔn)確可信。同時(shí)根據(jù)模型最終評(píng)價(jià)結(jié)果，可以找出農(nóng)業(yè)機(jī)械化項(xiàng)目實(shí)施的薄弱環(huán)節(jié)，通過(guò)對(duì)其加強(qiáng)管理和改進(jìn)，可以提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化項(xiàng)目的整體實(shí)施效果，并為農(nóng)業(yè)機(jī)械化項(xiàng)目的立項(xiàng)、資助審核、管理決策提供依據(jù)。

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