基于Alpha截集的模糊DEMATEL方法突發(fā)事件關(guān)鍵影響因素分析*

王 亮,丁業(yè)宸,張自欣,王應(yīng)明,

(1.福州大學(xué) 經(jīng)濟與管理學(xué)院,福建 福州 350118;2.陽光學(xué)院 經(jīng)濟管理學(xué)院,福建 福州 350011)

0 引言

近年來,在全球氣候和社會經(jīng)濟高速發(fā)展等多重影響下,人類所面對的突發(fā)事件越來越多樣化和復(fù)雜化。頻繁發(fā)生的突發(fā)事件,給人類的生命財產(chǎn)、社會發(fā)展和自然環(huán)境等帶來了巨大的影響,已成為影響人類生存和社會發(fā)展的重大問題,引起了政府和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。

突發(fā)事件具有突發(fā)性、復(fù)雜性、不確定性等特點。已有研究從不同視角對突發(fā)事件的相關(guān)問題進行探討,并取得了豐碩的成果[1-3]。了解并掌握突發(fā)事件的規(guī)律及其內(nèi)在相互關(guān)聯(lián)性,不僅能夠深入了解問題的本質(zhì),而且有助于提高問題處置的科學(xué)性和有效性;抓住主要矛盾和矛盾的主要方面,對于突發(fā)事件的應(yīng)對和處置可以起到事半功倍的效果。

已有研究采用(decision making trial and evaluation,DEMATEL)方法[4]、Choquet積分[5]、模糊故障樹[6]等方法對突發(fā)事件的相互關(guān)聯(lián)性或相關(guān)因素等問題進行了考慮,并取得了一定的研究成果。

在眾多的方法中,DEMATEL方法由于其簡單、靈活高效及可視化的特點受到了廣泛的關(guān)注。針對突發(fā)事件的不確定和信息的不充分性、模糊性等特征,DEMATEL方法被擴展至模糊領(lǐng)域用于考慮決策者(專家)判斷信息的模糊性和不確定性。例如,考慮三角模糊數(shù)[7]、直覺模糊數(shù)[8]、猶豫模糊數(shù)[9]的模糊DEMATEL方法;與此同時,DEMATEL方法與粗糙集理論[10]、灰色理論[11]等其他理論方法的結(jié)合也得到關(guān)注和應(yīng)用。

雖然已有研究采用模糊DEMATEL方法對模糊、不確定環(huán)境下突發(fā)事件的相互關(guān)聯(lián)性或相關(guān)因素間的關(guān)系等問題進行了探討,但是這些研究通常是將所考慮的模糊信息運用重心法[4]、CFCS法[7]進行去模糊化處理,這種轉(zhuǎn)換可能會造成信息的丟失,使得考慮模糊環(huán)境的目的大打折扣,難以保證決策結(jié)果的可靠性和有效性。

針對已有模糊DEMATEL方法存在的問題,本文采用1種新的基于α截集的模糊信息處理方法,在因素分析過程中盡可能多的保留評價信息,并能從不同視角下分析關(guān)鍵影響因素,使處理結(jié)果更加合理、可靠。

1 理論基礎(chǔ)

1.1 α截集

α截集的概念起初由Nguyen[12]提出,是1種簡單、有效的處理模糊數(shù)的方法。在眾多方法中,α截集因其簡單、高效的優(yōu)點,備受國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注。

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圖1 常見的模糊數(shù)Fig.1 Commonly used fuzzy numbers

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1.2 DEMATEL方法

DEMATEL方法是美國Battelle實驗室的學(xué)者A.Gabus和E.Fontela于1972年提出的為了解決現(xiàn)實世界中復(fù)雜、困難的問題而提出的方法論,是1種運用圖論和矩陣工具的系統(tǒng)分析的方法[15]。該方法目前已應(yīng)用于商務(wù)管理[16]、工程實踐[7]、社會科學(xué)[17]等諸多領(lǐng)域。

DEMATEL方法的主要步驟如下:

1)確定直接影響矩陣。采用專家打分的方法確定因素之間的相互影響程度,即比較xi對xj的影響。通過比較得到直接影響矩陣X=[xij]n×n,xij(i=1,2,3,…,n;j=1,2,3,…,n;i≠j)表示因素xi對xj的直接影響;若i=j,則xij=0。

2)規(guī)范直接影響矩陣。通過歸一化原始關(guān)系矩陣,規(guī)范直接影響矩陣B=[bij]n×n如式(3)所示:

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3)計算綜合影響矩陣。綜合影響矩陣表示系統(tǒng)因素間直接和間接影響的綜合效應(yīng),綜合影響矩陣T=[tij]n×n如式(4)所示:

T=B(I-B)-1

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式中:I為單位矩陣。

4)計算因素的影響度、被影響度、中心度、原因度。影響度指T中各行值之和,表示各行對應(yīng)因素對其他因素的綜合影響值,記為ri,如式(5)所示:

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被影響度指T中各列值之和,表示各列對應(yīng)因素對其他因素的綜合影響值,記為cj,如式(6)所示:

(6)

中心度表示因素在評價體系中的位置及其所起作用大小,因素i的影響度和被影響度相加即為中心度Ri,如式(7)所示:

Ri=ri+cj,i=j

(7)

原因度表示為因素i的影響度和被影響度相減,即為原因度Ci,如式(8)所示。原因度大于0,表示該因素對其他因素影響大,稱為原因因素。反之,稱為結(jié)果因素。

Ci=ri-cj,i=j

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5)繪制因果關(guān)系圖,以中心度為橫坐標,原因度為縱坐標,繪制因果關(guān)系圖。

隨著突發(fā)事件日益多樣化和復(fù)雜化,越來越多的學(xué)者運用模糊DEMATEL方法來分析突發(fā)事件的相互關(guān)聯(lián)性,與傳統(tǒng)DEMATEL方法相比,模糊DEMATEL方法的不同之處在于:為表達專家評價信息的模糊性和不充分性等特征,運用模糊信息及相應(yīng)的模糊數(shù)表達專家的評價結(jié)果;為比較各因素之間的相互關(guān)系和影響程度,需將模糊數(shù)進行再處理,繪制出能表示各因素相互關(guān)系的因果關(guān)系圖。

有關(guān)模糊DEMATEL方法的介紹,詳見文獻[4],文獻[17]。

2 突發(fā)事件關(guān)鍵影響因素的識別

在模糊DEMATEL方法的基礎(chǔ)上,本文將對突發(fā)事件影響因素從不同視角進行剖析,以期能夠較為全面、深入的探究影響突發(fā)事件的關(guān)鍵因素,抓住主要矛盾和矛盾的主要方面,不僅可以起到事半功倍的效果,而且可以為實際突發(fā)事件的應(yīng)對提供理論支撐,主要步驟如下:

1)識別問題并建立專家組。根據(jù)具體問題邀請相應(yīng)領(lǐng)域的專家,組建評估專家小組。

2)確定問題的各個影響因素和模糊語言集。針對給定問題確定其影響因素,在此基礎(chǔ)上,確定模糊語言變量及相應(yīng)的模糊數(shù)。

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式中:lij,mij,uij分別為三角模糊數(shù)的下限值、中間值、上限值。

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6)計算綜合影響矩陣。根據(jù)規(guī)范化直接影響矩陣,計算出各自的綜合影響矩陣,如式(19)～(21)所示:

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所以,影響度和被影響度相加為中心度(ri)α+(cj)α,用來表示因素在評價體系中的位置及其所起作用大小,影響度和被影響度相減為原因度(ri)α-(cj)α。原因度大于0,表示該因素對其他因素的影響較大。

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式中:p為正整數(shù)。

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3 案例分析和方法比較

為驗證本文提出的方法的可行性、有效性及優(yōu)越性,將從以下2個方面對其進行展示:一是以Akyuz等[4]中提出的案例運用本文的方法進行可行性和有效性驗證。二是通過已有方法的比較來突顯本文方法的優(yōu)越性。

3.1 案例分析

本案例采用文獻中識別原油油輪氣體泄放作業(yè)存在的主要風(fēng)險的相關(guān)數(shù)據(jù),其中包括氣體泄放作業(yè)可能存在的操作風(fēng)險(H1、H2、H3、…、H16、H17、H18,如表2所示)、語言術(shù)語集及專家評價信息,從不同視角對此案例進行剖析,驗證本文采用的基于α截集的模糊DEMATEL方法的合理性和可行性。

表1 α=0.1時的區(qū)間矩陣Table 1 Interval matrix at α=0.1

表2 α=0.1時的原因度、中心度及其排序Table 2 Degree of cause,centrality and their ordering at α=0.1

圖2 α=0.1時的因果關(guān)系圖Fig.2 Casual diagram at α=0.1

表3 不同視角下的關(guān)鍵影響因素Table 3 Key influencing factors from different perspectives

因此,專家可根據(jù)實際情況針對性制定相應(yīng)的風(fēng)險應(yīng)對方案。然而,傳統(tǒng)的模糊DEMATEL方法不能體現(xiàn)上述結(jié)論。上述方法已開發(fā)出相應(yīng)代碼進行技術(shù)實現(xiàn),以便于計算,增加數(shù)據(jù)處理的準確性和可靠性。

針對本案例中原油油輪氣體泄放作業(yè)的關(guān)鍵風(fēng)險因素識別問題,結(jié)合不同視角的分析結(jié)果,若從最大程度降低整個作業(yè)過程中存在風(fēng)險的角度分析,各個視角下存在的關(guān)鍵影響因素都要重點防范。其中,中心度偏大的因素要特別注意,可燃氣體的排放方法是否經(jīng)過批準(H5)、水箱部分是否均勻通風(fēng)(H12)、貨油艙和鼓風(fēng)機之間連接是否恰當(dāng)(H13)、氣體測量之前是否有足夠的等待時間(H15)、氣體測量測試技術(shù)是否恰當(dāng)執(zhí)行(H16)及是否使用合適的無氣體設(shè)備(H11)。在篩選的所有關(guān)鍵影響因素中中心度偏小的也要引起重視。其中,注意在儲油艙開始通風(fēng)之前是否將儲油艙的蓋打開(H1)、燃氣監(jiān)測檢查過程中是否使用人員燃氣表(H17)、放氣過程中航向(H8)是否改變及避免用海水沖洗貨物管道系統(tǒng)(H14),這樣才能盡可能降低原油油輪氣體泄漏風(fēng)險。此外,專家們可針對不用的情景得出不同的結(jié)論。

3.2 方法比較

文獻[4]、文獻[7]分別運用重心法、CFCS法對模糊信息進行處理,而本文運用基于α截集的模糊DEMATEL方法,其結(jié)果對比情況具體如表3～4所示。

文獻[4]提到的重心法和文獻[7]提到的CFCS法,都是將模糊信息處理成精確數(shù),從而得到該組精確數(shù)之間的相互關(guān)系,具體如表4所示。文獻[4]的重心法得到的關(guān)鍵影響因素為H13、H15、H5、H16、H8、H17、H14、H11、H12,文獻[7]的CFCS法得到的關(guān)鍵影響因素為H13、H15、H5、H16、H8、H17、H14、H11。關(guān)鍵影響因素大體相同,但具體數(shù)值稍有差異。而本文運用α截集處理模糊信息,不進行去模糊化處理,不僅可以得到已有研究所提方法的結(jié)論,還可以對不同截集、同一截集的不同矩陣因果關(guān)系圖的關(guān)鍵影響因素及相互關(guān)聯(lián)關(guān)系進行分析,即從不同視角分析關(guān)鍵影響因素及相互關(guān)聯(lián)關(guān)系,為決策者提供更多選擇,而已有的研究方法體現(xiàn)不出這種研究結(jié)果,證明本文方法的合理性和優(yōu)越性。

表4 文獻[4]與文獻[7]所提方法處理結(jié)果Table 4 Results of proposed methods in literature [4] and literature [7]

基于以上分析,本文運用的方法思路清晰,容易理解且效果顯著,較好的克服已有研究去模糊化處理的不足,處理結(jié)果豐富且有效。

4 結(jié)論

1)針對信息的模糊性和不充分性等特點,本文運用1種新的基于α截集的模糊DEMATEL方法來識別突發(fā)事件關(guān)鍵影響因素及相互關(guān)聯(lián)關(guān)系。

2)該方法可得到不同視角的分析結(jié)果,與常見的模糊DEMATEL方法進行對比,分析結(jié)論全面且豐富,很好地證明了方法的有效性和優(yōu)越性。

3)本文對于模糊信息的處理以及突發(fā)事件關(guān)鍵影響因素及其相互關(guān)聯(lián)性的研究具有一定的借鑒意義。