基于熵權(quán)-模糊綜合評(píng)判的重大動(dòng)物疫情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型

馮愛(ài)芬，曹平華

(1.河南科技大學(xué) 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院,河南 洛陽(yáng) 471023;2.河南科技大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院,河南 洛陽(yáng) 471023)

基于熵權(quán)-模糊綜合評(píng)判的重大動(dòng)物疫情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型

馮愛(ài)芬1，曹平華2

(1.河南科技大學(xué) 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院,河南 洛陽(yáng) 471023;2.河南科技大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院,河南 洛陽(yáng) 471023)

通過(guò)對(duì)已發(fā)生的重大動(dòng)物疫情相關(guān)資料分析研究，確定了重大動(dòng)物疫情發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系，基于熵值法確定權(quán)重后進(jìn)行模糊綜合評(píng)判，從而構(gòu)建了重大動(dòng)物疫情潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，經(jīng)過(guò)實(shí)例風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警評(píng)估和比較，結(jié)果表明：基于熵權(quán)-模糊綜合評(píng)判的方法對(duì)重大動(dòng)物疫情潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，方法比較科學(xué)，評(píng)價(jià)比較準(zhǔn)確，為畜牧業(yè)有關(guān)部門提供一定的理論指導(dǎo)和有益的決策參考。

動(dòng)物疫情; 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型; 熵權(quán); 模糊綜合評(píng)判

近年來(lái)，重大動(dòng)物疫情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估越來(lái)越引起國(guó)內(nèi)外專家們的關(guān)注。李靜等[1]采用的層次分析法建立了高致病性禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的定量評(píng)估框架，但在判斷矩陣構(gòu)造上存在著主觀性強(qiáng)、一致性不易檢驗(yàn)等缺陷[2]；Asahi和Turo[3]、藍(lán)泳鑠等[4]對(duì)上述方法改進(jìn)后，也建立了自己的評(píng)估模型；Sutmoller等[5]、Schudel等[6]運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)分析方法分別對(duì)藍(lán)舌病、牛海綿狀腦病等流行病進(jìn)行監(jiān)測(cè)評(píng)估。李金安和馮愛(ài)芬[7]將模糊層次分析法和多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)相結(jié)合，給出了重大動(dòng)物疫情發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型；研究者針對(duì)豬、禽重大疫病風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分別給出不同的風(fēng)險(xiǎn)體系和評(píng)估方法[8-14]，熵權(quán)-模糊綜合評(píng)判方法已經(jīng)應(yīng)用在可持續(xù)發(fā)展、人文、交通等方面，取得了較好的效果[15-18]。本文變換一個(gè)角度，擬采用熵權(quán)-模糊綜合評(píng)判方法對(duì)重大動(dòng)物疫情潛在風(fēng)險(xiǎn)建立評(píng)估模型，并在實(shí)際問(wèn)題中進(jìn)行驗(yàn)證。

1 調(diào)查與分析

關(guān)于動(dòng)物疫情潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的因素較多，模糊性較強(qiáng)，且容易受主觀因素影響，所以應(yīng)分清主次，確定主要因素。作者從傳染病流行的三個(gè)基本環(huán)節(jié)入手，通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，評(píng)估動(dòng)物疫情潛在風(fēng)險(xiǎn)因素包括：免疫保護(hù)水平，技術(shù)管理水平，防疫監(jiān)督水平，養(yǎng)殖理性水平，內(nèi)外疫情威脅，環(huán)境影響力等；每個(gè)因素又可以由各子因素指標(biāo)構(gòu)成，例如免疫保護(hù)水平包含免疫密度，免疫合格率，免疫時(shí)效等。這些因素既有定性的，也有定量的，而且對(duì)動(dòng)物疫情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估只能采用“完善程度”來(lái)衡量，因此，可以使用模糊綜合評(píng)判的方法來(lái)評(píng)價(jià)動(dòng)物疫情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

2 基于熵權(quán)-模糊綜合評(píng)判的重大動(dòng)物疫情潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型的建立

重大動(dòng)物疫情潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是一個(gè)多因素，多層次的綜合評(píng)價(jià)問(wèn)題，由于其評(píng)價(jià)指標(biāo)容易受較多主觀因素的影響，導(dǎo)致評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重客觀性較弱，模糊性較強(qiáng)。在此現(xiàn)狀下，若評(píng)價(jià)指標(biāo)體系設(shè)計(jì)不科學(xué)，評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值分配不合理，主觀判斷隨意性太大，則評(píng)價(jià)的結(jié)論將失去客觀性和公正性。在已有的重大動(dòng)物疫情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法中，層次分析法因其簡(jiǎn)易實(shí)用，且能將定量分析與定性分析相結(jié)合而較為常用，但在具體應(yīng)用中，存在主觀性強(qiáng)、比較粗糙等不足，下面將熵權(quán)與模糊綜合分析法相結(jié)合，建立評(píng)價(jià)模型。具體過(guò)程如下：

2.1 確定重大動(dòng)物疫情潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系和因素集

確定指標(biāo)體系。選定全面科學(xué)合理的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系是確保評(píng)估結(jié)果準(zhǔn)確的前提。借鑒文獻(xiàn)[7]中的研究成果，建立了由目標(biāo)層(重大動(dòng)物疫情潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估)、準(zhǔn)則層(重大動(dòng)物疫情潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的一級(jí)指標(biāo)、二級(jí)指標(biāo))組成的潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系。其中準(zhǔn)則層一級(jí)指標(biāo)由6項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素組成，二級(jí)指標(biāo)層由20項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素構(gòu)成，見(jiàn)圖1。

圖1 重大動(dòng)物疫情風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Hierarchy structure of major animal epidemic risk evaluation system

針對(duì)重大動(dòng)物疫情潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估問(wèn)題有6個(gè)一級(jí)指標(biāo)，20個(gè)二級(jí)指標(biāo)，那么它的一級(jí)指標(biāo)因素集U={U1,U2,…,U6} ，二級(jí)指標(biāo)因素集u={u1,u2,…,u20}。

2.2 確定重大動(dòng)物疫情潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估評(píng)語(yǔ)集

在進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)前，首先由專家組確定評(píng)價(jià)集，這主要對(duì)重大動(dòng)物疫情潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的每個(gè)因素作評(píng)價(jià)(評(píng)語(yǔ))。關(guān)于每個(gè)因素的評(píng)價(jià)可以采用三個(gè)等級(jí)、四個(gè)等級(jí)和五個(gè)等級(jí)等方式進(jìn)行，具體采用什么樣的評(píng)語(yǔ)和建模要達(dá)到的目標(biāo)有關(guān).設(shè)每個(gè)因素的評(píng)語(yǔ)為m個(gè)等級(jí)，則構(gòu)成評(píng)判集V={V1,V2,…,Vm}。本模型所有因素均采用五個(gè)等級(jí)的評(píng)語(yǔ):高風(fēng)險(xiǎn)、較高風(fēng)險(xiǎn)、中度風(fēng)險(xiǎn)、較低風(fēng)險(xiǎn)與低風(fēng)險(xiǎn)五個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，記為V={V1,V2,…,V5}。

2.3 構(gòu)建重大動(dòng)物疫情潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模糊綜合評(píng)判矩陣

設(shè)某因素集U={U1,U2,…,Un}，由n個(gè)因素構(gòu)成。對(duì)某個(gè)待評(píng)估的地區(qū)，記第i個(gè)因素的評(píng)判向量為(ri1,ri2,…，rim),i=1,2,…,n,rij為第i個(gè)因素第j個(gè)等級(jí)的隸屬度。其中：

于是重大動(dòng)物疫情潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的模糊評(píng)判矩陣為：

R={rij}nxm,i=1,2,…,n,j=1,2,…,m

2.4 確定重大動(dòng)物疫情潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)的熵權(quán)

其次，計(jì)算第i個(gè)指標(biāo)的熵值:

然后，再計(jì)算第i個(gè)指標(biāo)的熵權(quán):

綜合可得重大動(dòng)物疫情潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)的熵權(quán)重為A=(a1,a2,…,an)。

2.5 重大動(dòng)物疫情潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的熵值-模糊綜合評(píng)判

由上述步驟，已經(jīng)確定了重大動(dòng)物疫情潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的因素集U={U1,U2,…,Un}，評(píng)判集V1={V1,V2,…,Vm}，單因素模糊評(píng)判矩陣R={rij}nxm，熵值權(quán)重集A={a1,a2,…,an}，由此得到模糊綜合決策模型，記為(U,V,R)。對(duì)各個(gè)因素對(duì)動(dòng)物疫情潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估影響的熵值權(quán)重向量A，相應(yīng)的綜合評(píng)判向量記為B=(b1,b2,…,bm)，則

B=A×R=(a1,a2,…,aN)×R。

對(duì)于b1的確定，綜合評(píng)價(jià)的方法很多，如果著眼點(diǎn)是考慮主要因素，忽略次要因素對(duì)結(jié)果影響，則可采用主因素決定模型、主因素突出型，如果著眼點(diǎn)是均衡考慮所有因素時(shí)，則可采用加權(quán)平均模型[19-20]。

3 實(shí)例應(yīng)用

按照?qǐng)D1所示模型對(duì)某個(gè)地區(qū)的動(dòng)物疫情潛在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行隨機(jī)調(diào)查。隨機(jī)抽取100人對(duì)影響動(dòng)物疫情潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估關(guān)注的6個(gè)因素進(jìn)行評(píng)估調(diào)查，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

由此可以確定單因素模糊評(píng)判矩陣:

表1 動(dòng)物疫情潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table for major animal epidemic risk evaluation

各個(gè)因素對(duì)動(dòng)物疫情潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估程度影響的權(quán)向量采用熵值權(quán)的方法確定的權(quán)重，結(jié)果如下：

A=(a1,a2,…,a6)=(0.4,0.2,0.13,0.05,0.18,0.04)

3.1 運(yùn)用主因素決定模型進(jìn)行模糊綜合評(píng)判

bj的結(jié)果由ai和rij中的某一個(gè)確定，先取最小、后取最大運(yùn)算。

利用模型M(∧,∨)，綜合評(píng)判結(jié)果如下：

B=A×R=(a1,a2,…,an)×R=(0.09,0.18,0.18,0.22,0.22)

按最大隸屬度原則，此被評(píng)估地區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為低風(fēng)險(xiǎn)或者為較低風(fēng)險(xiǎn)，出現(xiàn)了不容易分辨到底屬于哪種情況的結(jié)果，對(duì)于這種情況就要對(duì)模型進(jìn)行改進(jìn)，可以采用主因素突出型M(·，∨)來(lái)改進(jìn)。

這時(shí)對(duì)rij乘以小于1的權(quán)重，相當(dāng)于在考慮多因素時(shí)對(duì)rij進(jìn)行了修正，與主因素有關(guān)，忽略了次要因素。利用此模型，綜合評(píng)判結(jié)果如下：

B=A×R=(a1,a2,…,an)×R=(0.0014,0.0008,0.014,0.0145,0.001)

此時(shí)被評(píng)估地區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為較低風(fēng)險(xiǎn)，這樣改進(jìn)以后就可以分辨，但區(qū)分度很小。

3.2 運(yùn)用加權(quán)平均模型進(jìn)行模糊綜合評(píng)判

B=A×R=(a1,a2,…,an)×R=(0.0741,0.132,0.2257,0.2679,0.3023)

對(duì)于加權(quán)平均模型，如果把B歸一化，則可以把它看作某個(gè)地區(qū)每個(gè)評(píng)語(yǔ)的權(quán)向量，給評(píng)語(yǔ)向量V={V1,V2,…,Vm}賦值，可以得出某個(gè)地區(qū)的動(dòng)物疫情潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的綜合評(píng)價(jià)得分。記總分為D，于是D=B×VT，從而可以對(duì)各個(gè)地區(qū)的動(dòng)物潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估進(jìn)行評(píng)價(jià)。本文令風(fēng)險(xiǎn)度得分為：高風(fēng)險(xiǎn)1分，較高風(fēng)險(xiǎn)0.7，中度風(fēng)險(xiǎn)0.5，較低風(fēng)險(xiǎn)0.3與低風(fēng)險(xiǎn)0.1。即V=(V1,V2,…,V5)=(1,0.7,0.5,0.3,0.1)，于是D=B*VT=(0.0741,0.132,0.2257,0.2679,0.3023)(1,0.7,0.5,0.3,0.1)T=0.3892。

由此已經(jīng)計(jì)算出這個(gè)地區(qū)重大疫情潛在風(fēng)險(xiǎn)程度為0.3892。也就是說(shuō)，這個(gè)地區(qū)的潛在風(fēng)險(xiǎn)程度的概率約為 38.92%。

4 結(jié) 論

本研究結(jié)合熵值-模糊綜合評(píng)判的方法建立了重大動(dòng)物疫情潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，把一些定量的、模糊的關(guān)系用科學(xué)的、量化的方法來(lái)解決，從而對(duì)重大動(dòng)物疫情潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估進(jìn)行了準(zhǔn)確而科學(xué)的評(píng)價(jià)，為養(yǎng)殖者或管理部門提供一定的理論指導(dǎo)和有益的決策參考。在實(shí)例運(yùn)用時(shí)僅考慮了一級(jí)指標(biāo)，可以把二級(jí)指標(biāo)也考慮進(jìn)去，進(jìn)行多層次的分析，來(lái)綜合確定重大動(dòng)物疫情潛在風(fēng)險(xiǎn)程度。

本研究權(quán)重的確定采用了抽樣調(diào)查，然后又用熵值權(quán)的方法，這種方法比較科學(xué)。關(guān)于綜合評(píng)判方法的選擇，需要具體問(wèn)題具體分析，有針對(duì)性的做出選擇。在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，主因素決定型方法側(cè)重某個(gè)主要因素，但容易出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)不易區(qū)分的情況；主因素突出型對(duì)評(píng)價(jià)因素進(jìn)行加權(quán)，修正了等級(jí)不易區(qū)分的情況。對(duì)于重大動(dòng)物疫情潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估問(wèn)題，影響因素比較多，需要綜合考慮、綜合評(píng)價(jià)，所以非常適合采用加權(quán)平均模型。

[1]李 靜,王靖飛,吳春艷．高致病性禽流感風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生評(píng)估框架的建立[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2006,39(10): 114-117．

[2]Saaty T L.The Analytic Hierarchy Process[M].New York : McGraw-Hill,1980.

[3]Asahi T,Turo D,Shneiderman B.Using treemaps to visualize the analytic hierarchy process[J].Information Systems Research Information Systems Research,1995,6(4): 357-375.

[4]藍(lán)泳鑠,宋世斌.高致病性禽流感發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型的建立[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào),2008,(29)5:615．

[5]Sutmoller P,Wrathall A E.A quantitative assessment of the risk of transmission of foot-and-mouth disease,bluetongue and vesicular stomatitis by embryo transfer in cattle[J].Preventive Veterinary Medicine,1997,32 : 111-132.

[6]Schudel A A,Carrillo B J,Weber E L,et al.Risk assessment and surveillance for bovine spongiform encephalopathy (BSE) in Argentina[J].Preventive Veterinary Medicine,1996,25 (3-4): 271-284.

[7]李金安,馮愛(ài)芬.重大動(dòng)物疫情潛在風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估模型[C]//中國(guó)畜牧獸醫(yī)學(xué)會(huì)2009學(xué)術(shù)年會(huì)論文集,2009:687-691.

[8]宋亞鵬,王麗霞,張敏愛(ài),等． 豬鏈球菌分類、流行病學(xué)及動(dòng)物模型的建立[J] ．畜牧獸醫(yī)雜志,2006,25(4) : 56-58.

[9]吳春艷,王靖飛,趙麗丹,等． 中國(guó)高致病性禽流感免疫預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J]．畜牧獸醫(yī)學(xué)報(bào),2006,25(4): 621-624.

[10]嚴(yán)斯剛,覃珍姣,韋正吉,等． 豬重大疫病風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系應(yīng)用研究[J]．動(dòng)物醫(yī)學(xué)進(jìn)展，2011，32(5): 26-30.

[11]嚴(yán)斯剛,韋正吉．豬重大疫病風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系和評(píng)估方法[J]．中國(guó)畜牧獸醫(yī)，2011，38(6):247-252.

[12]王霄翔,張亞琴,冀德君,等．一種流行病學(xué)研究的開(kāi)關(guān)模型[J]．家畜生態(tài)學(xué)報(bào)，2012，33(2): 94-97.

[13]譚業(yè)平,臧一天,胡肄農(nóng),等．流行病學(xué)模型及建模步驟[J]．動(dòng)物醫(yī)學(xué)進(jìn)展，2012，33(7):104-108.

[14]陸永昌,張家祝,張明江,等．蟲媒傳染病風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系的建立[J]．中國(guó)國(guó)境衛(wèi)生檢疫雜志,2003,12(26): 28-30.

[15]張永凱．熵值法在干旱區(qū)資源型城市可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J]．資源與產(chǎn)業(yè),2006,8(5):1-6.

[16]陳仲常,楊 琳．人口發(fā)展熵值-模糊綜合評(píng)判模型研究[J]．中國(guó)人口·資源與環(huán)境,2009,19(5):93-99.

[17]黃鎮(zhèn)謹(jǐn),李春貴,陳 波．基于熵值法的短時(shí)交通流組合預(yù)測(cè)仿真研究[J].計(jì)算機(jī)仿真,2013,30(2)：140-143.

[18]張衛(wèi)民,安景文,韓 朝．熵值法在城市可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)問(wèn)題中的應(yīng)用[J].數(shù)量經(jīng)濟(jì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究,2003,20(6):115-118.

[19]韓中庚．?dāng)?shù)學(xué)建模方法及其應(yīng)用[M]． 北京:高等教育出版社，2009.

[20]謝季堅(jiān),劉承平．模糊數(shù)學(xué)方法及其應(yīng)用[M]．武漢:華中科技大學(xué)出版社,2006.

AssessmentModelofMajorAnimalEpidemicRisksBasedOnEntropyWeightFuzzyComprehensiveEvaluation

FENG Ai-fen1,CAO Ping-hua2

(1.SchoolofMathematicsandStatistics,HenanUniversityofScienceandTechnology,Luoyang,Henan471023;2.CollegeofAnimalScienceandTechnology,HenanUniversityofScienceandTechnology,Luoyang,Henan471023 )

In this paper,the relevant data of major animal epidemic occurred were firstly analyzed,then the index system of risk assessment of major animal epidemic was confirmed.After determining the weights of entropy theory,the risk assessment model of major animal epidemic based on fuzzy comprehensive evaluation was built.The example risk warning assessment and comparison shows this model can scientifically and reasonably evaluate the risk of major animal epidemic more accurately,therefore providing a theoretical guidance and useful decision-making reference for the related governmental departments of animal husbandry.

animal epidemic; risk assessment model; entropy weight; fuzzy comprehensive evaluation

2014-04-30，

2014-07-07

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(11301151)；河南省基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究項(xiàng)目(132300410411)；河南科技大學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目(SY1314052)

馮愛(ài)芬(1968-)，女，河南洛陽(yáng)人，碩士，副教授，研究方向:生物數(shù)學(xué)與應(yīng)用概率統(tǒng)計(jì)。E-mail：kdfaif@163.com

S811.6

A

1005-5228(2014)08-0066-04