土地整理立項決策的屬性約簡方法研究

趙 微 汪文雄

(華中農業大學土地管理學院,湖北武漢430070)

土地整理立項決策的屬性約簡方法研究

趙 微 汪文雄

(華中農業大學土地管理學院,湖北武漢430070)

土地整理是按照可持續發展的原則,對耕地、道路、林網、居民點、水利設施等進行綜合整治,調整土地利用結構和土地覆被的行為。土地整理立項決策是土地整理全生命周期項目管理的一個重要環節。針對決策過程中普遍存在的對象屬性過于復雜的特點,論文通過二元關系理論刻畫了評價對象不依賴于連通性的重要特征,并以此構建其格序結構。提出了采用屬性約簡的方法分析優勢關系,基于優勢基和差異度的概念逐步簡化決策規則,判斷約簡前后格序結構的相對貼近程度和約簡規則的合理性。論文最后以東南沿海區及黃土高原區典型土地開發整理項目為例,根據“市場與社會需求程度”、“技術可行性”、“建設規模合理性”、“項目效益”等指標,對其立項合理性進行評價。研究表明,屬性約簡結果可視為最初格序結構的一個線性擴張,是評價集合中的部分不可比元素在其偏好決策空間中的一個投影形式,其形成反映了屬性約簡規則的逐階段選擇過程,體現了決策者的知識水平和思維背景發展水平。

土地整理;決策;二元關系;偏好;格序;屬性約簡

土地整理是按照可持續發展的原則,綜合行政、經濟、工程技術等手段,對耕地、道路、林網、居民點、水利設施等進行整治,調整土地利用結構和土地覆被,以實現增加有效耕地面積、改進農業生產條件、提高土地生產能力、改善土地生態環境、優化土地景觀格局等目的。土地整理的投資主體為各級政府,收益群體為項目區全體農民,既有明顯的公益性和公共性特色,它的投資重點集中在農業生產的基礎設施,追求土地生產力水平的提高,因此其社會效益、生態效益等外部性效益遠遠高于直接經濟效益,并且該種效益的體現具有一定的滯后性和隱蔽性。

土地整理的立項決策是土地整理項目管理的一個重要環節,是明確土地開發整理責權、合理使用工程投資、保證工程質量和項目工期的有效方法,因此科學的評價方法是土地整理立項決策的重要保障和重要途徑。規劃中的土地整理項目承擔著項目區土地功能分區、空間布局、調整土地利用類型和數量結構的功能,必須達到經濟合理、社會可行、生態平衡的多重目的,受到多方面復雜因素影響與制約。針對土地整理領域中評價決策問題,當前較為普遍的理論方法是層次分析法、主成分分析法、特爾菲法、可拓工程方法等,如王璦玲等”[1]借鑒多目標多層次指標體系綜合評價理論,構建包括技術效益、經濟效益、社會效益、景觀生態環境效益指標的土地整理評價指標體系,采用特爾菲法和層次分析法相互校正方法確定評價指標權重,根據評價指標對項目成功度的效應建立模糊分布函數,獲得評價結果;薛繼斌等[2]通過分析我國土地整理事業的基本特點,認為可拓工程方法憑借其思維模式和物元變換方法,在土地整理規劃設計策略集生成方面占有一定優勢,提出針對土地整理目標和條件間及主、客觀條件間的矛盾,利用物元的可拓性,通過物元變換化矛盾問題為相容問題,開拓出符合要求的規劃設計方案集;李巖等[3]從土地整理的經濟、社會和生態效益等方面人手,構建了由八個經濟效益指標、六個社會效益指標和八個生態效益指標組成的土地整理效益評價指標體系,并采用層次分析方法確定各指標權重,以指數和法計算土地整理項目的評價得分,從而確定評價標準。本文將著眼于不完備決策信息的處理,從決策空間的二元關系入手,分析決策對象的格序結構關系,運用屬性約簡和優勢關系理論辨別決策規則的合理性,深入探討土地整理立項決策過程。最后通過實例分析說明了構建的理論模型方法在實際工作中的運用。

1 立項決策中的格序關系

土地整理立項決策是一個逐步尋優的過程,決策者根據主觀偏好和知識經驗,不斷構建基于主觀認識的決策規則和決策空間,選擇令自己更加滿意的對象。但是,在某些復雜決策環境中,決策目標或者對象屬性之間存在客觀沖突,決策者無法直接做出偏好比較和優劣排序時,可以引入“格序”這一理論工具。

“序”是自然界與社會經濟領域中的一種基本屬性,它表現為對象間的相對優劣。在復雜決策過程中,決策者就是要在諸多干擾因素下賦予決策對象一個序關系的屬性?！案瘛笔且环N特殊的有序結構,它在處理決策問題中的不確定性偏好關系、選擇決策空間中的滿意對象等方面有較大的優勢與廣泛的應用。格序決策理論的建立,開創了決策科學發展的新方向,能夠更加客觀地定性或定量地描述不確定決策問題。

設Q是土地整理立項決策集合,稱 R為Q上的一個二元關系[4],如果滿足 R?Q×Q。決策者對評價對象(土地整理項目)的相對偏愛程度稱為偏好序或偏好關系,可以表示為目標決策空間上的一種二元關系[4]。如二元關系“f”表示“嚴格優于”關系。存在立項決策集合 Q,偏好關系“f”是 Q上的一個二元關系,它滿足:①對任意的立項決策對象 a∈Q,不存在 afa(非自反性);②對任意的立項決策對象 a,b∈Q,如果 afb,那么不存在 bfa(非對稱性);③對任意的立項決策對象 a,b,c∈Q,如果 afb且bfc,那么 afc(傳遞性);④對任意的立項決策對象 a,b,c∈Q,如果不存在 afb以及bfc,那么也不存在有 afc(逆傳遞性)。

在偏好集(Q,f)中,S?Q,x∈Q,如果對任意的 s∈S有xfs,則稱 x是S的一個上界;對偶地,如果對任意的s∈S有sfx,則稱 x是S的一個下界。記 S的所有上界的集合SU={x∈Q|對任意的s∈S,xfs};S的所有下界的集合SL={x∈Q|對任意的 s∈S,sfx}。如果 SU有最小元x,則稱 x是集合S的上確界,表示為supS=如果 SL有最大元y,則稱 y是集合S的下確界,表示為infS=。

格序是區別于全序的一種重要的序關系結構。所謂全序是指偏好關系滿足連通性假設,即保證對于 Q的每一對元素是可比的,使得對所有元素排序成為可能。然而,由于決策人對土地整理立項決策環境認知的局限以及決策對象屬性信息集的不完備性,或者決策人自身判斷能力的限制等原因,對一般的二元關系,連通性的假設并不一定總能成立。因此,較之全序,格序是一種更真實地反映決策者實際偏好、不依賴于連通性又能滿足某些公理的序結構。因此,基于格序偏好結構的土地整理立項決策分析與推理更加科學和合理。

2 屬性約簡及立項決策模型

屬性約簡是粗糙集理論的一種方法和應用,它通過優勢關系的判定代替格序結構中不可比二元關系進行科學決策。定義如下:

定義2[6]x,y∈Q,P?C。若對任意 p∈P,偏好屬性值f(x,p)≥f(y,p),則稱這種關系為優勢關系,記為xDpy,其中 Dp={(x,y)∈Q×Q,f(x,p)≥f(y,p),?p∈P}。推論1 若集合Q={q1,q2,L,qn}是滿足連通性假設的全序結構,則集合 Q基于屬性集P的優勢基φP(Q)=n(n-1)。

通過對格序結構中不可比對象的屬性約簡處理,可以精煉決策規則,簡化決策過程,得到預期的決策目標。本文構建的模型以屬性約簡前后的優勢關系差異度衡量約簡規則的科學性:

由定義可知,當且僅當φP′(qt)=φP(qt),?qt∈Q時,μP′P(Q)=0,即屬性約簡規則實施前后,評價對象的優勢關系沒有發生改變,與原評價信息完全相同(該簡約規則無效)。

借助上述理論工具,基于屬性約簡的土地整理立項決策步驟如下:

Step① 根據土地整理立項決策環境信息提取備選屬性約簡規則 ri;

Step② 遵從規則 ri對決策對象屬性進行約簡,得到屬性集 Pi;

Step③ 求得φPi(qt)和φPi(Q);

Step④ 計算貼近度μPiP0(Q);

Step⑤ 求出μPGP0(Q)=miin{μ0(Q)|μ(Q)≠0};

Step⑥ 選擇 rG為約簡規則;

Step⑦ 完成本階段的屬性約簡決策過程,轉入下一階段。

3 實例分析

文獻[8]按照全面性、可比性、代表性、有效性、實用性及可操作性原則,將土地開發整理項目立項決策評價指標分為若干一級指標(綜合指標)和相應二級指標,并對全國土地整理規劃片區中的東南沿海區、黃土高原區中抽取不同類型的土地開發整理項目,運用可拓評價方法對其進行立項決策評價。本文針對上述實例,從格序決策理論出發,進行基于屬性約簡方法的立項決策模型分析。具體評價決策方法為從“市場與社會需求程度”、“技術可行性”、“建設規模合理性”、“項目效益”等四類一級指標出發,對各個項目的分類指標進行評價。評價時重點考察一級指標下涵蓋的二級指標,如“市場與社會需求程度”強調耕地指標占用率、人均耕地、公眾支持率等;“技術可行性”強調新增耕地率、田塊平整度、耕地質量、灌溉排水標準、灌溉水利用系數、路網密度、防護林配套等;“建設規模合理性”強調建設規模面積、項目投資、畝均投資等;“項目效益”強調投資回收期、農業生產能力增加率、防護面積增加率、水土流失面積控制率等。文獻[8]從東南沿海區(q1、q2、q3)和黃土高原區(q4、q5、q6)分別選出典型項目,其中 q1、q3、q6為平原區項目,q2、q4、q5為丘陵區項目,根據其對應區域的評分標準,經過專家對各評價對象的二級指標進行打分,然后乘以該二級指標對于其所屬一級指標的權重后加權得出各類一級指標的評價值為[8](見表1):

表1 土地整理項目立項決策表Tab.1 Decision Information of Land Consolidation Project

表中 q1-q6為評價對象集合:東南沿海區及黃土高原區土地開發整理項目;C1-C4為一級評價指標:“市場與社會需求程度”、“技術可行性”、“建設規模合理性”、“項目效益”。指標值的高低反映了決策專家的主觀偏好(越大越優型)。現利用二元關系理論分析評價對象?？紤]各對象的屬性指標,有 q5fqi∈{q1,q2,q3,q4,q6},q2fq3,而其他元素之間都是不可比的,無法滿足理想狀況下的連通性假設。但是任意兩個元素都存在上確界和下確界(或擬下確界),因此可采用格序結構描述該評價對象集合,見Hasse圖1-圖6:

圖1 評價對象格序結構Hasse圖Fig.1 Hasse of Lattice Order

圖2 屬性約簡 P1格序結構Hasse圖Fig.2 Hasse of Attributes Reduction ofP1

圖3 屬性約簡 P3格序結構Hasse圖Fig.3 Hasse of Attributes Reduction ofP3

格序結構的形成,本質上是評價對象存在多重屬性,導致方案的滿意度水平無法直接獲得。以土地整理項目q3、q4為例分析其屬性,q3={C1,C2,C3,C4}={+,-,-,-},q4={C1,C2,C3,C4}={-,+,+,+}。符號“+”表示該屬性值優于比較對象,符號“-”表示該屬性值劣于比較對象,即 q3項目的“市場與社會需求程度”優于q4項目,但是技術可行性”、“建設規模合理性”、“項目效益”等指標劣于 q4項目,滿意度評價決策時屬性值發生沖突。對于該沖突問題,其上確界為 q5=q3∨q4,同時引入擬確界概念,用虛擬對象qL表示二者的下確界,即qL=q3∧q4。類似的,構建其他不可比元素對的擬下確界,得到評價對象格序結構。

本文提出的屬性約簡方法可對格序結構對象進行優勢關系分析和科學決策。評價對象土地整理項目屬性指標 C={C1,C2,C3,C4},按照基于優勢關系的屬性約簡方法,分別對單個屬性依次約簡,約簡規則實施后屬性集為P1={C2,C3,C4},P2={C1,C3,C4},P3={C1,C2,C4},P4={C1,C2,C3}。分別得到對應于各種約簡規則的評價對象Hasse圖(屬性約簡 P2、P4格序結構同圖1,約簡規則失效,此處略去):

不難看出,不同的約簡規則得到的格序結構及決策結果是不一致的。由約簡 P1={C2,C3,C4}對土地整理項目進行滿意度評價,得到新的決策信息 q2fq1、q4fq1、q6f q1,q2=q3∨q1,q1=q2∧q4,q1=q6∧q4;約簡 P3={C1,C2,C4}得到新決策信息 q1fq3、q6fq3,q3=q2∧q1,q3=q2∧q6。從Hasse圖可知,屬性約簡后的格序結構保留了原有結構的部分特征,并增強了決策信息,促使評價對象集合逐步向“連通性”轉變。

圖4 屬性約簡 P31Hasse圖Fig.4 Hasse of Attributes Reduction ofP31

圖5 屬性約簡 P32Hasse圖Fig.5 Hasse of Attributes Reduction ofP32

圖6 屬性約簡 P34Hasse圖Fig.6 Hasse of Attributes Reduction ofP34

在屬性約簡 P3的基礎上,進一步做約簡處理。約簡規則 P31={C2,C4},P32={C1,C4},P34={C1,C2}的格序結構分別對應于圖4-圖6,其差異度分別為μP31P3(Q)=0.63,μP32P3(Q)=0.25,μP34P3(Q)=0.38,選擇相對差異度較小的 P32={C1,C4}為本階段決策規則。

在第三階段決策中,由于可選約簡規則 P321={C4}和P324={C1}僅包含單一屬性,決策問題已由格序決策轉換為單一準則決策,根據推論1,不同約簡規則的相對差異度數值也相同,因此采用約簡前后的評價方案邏輯層次的一致性來判斷約簡的合理性。最終得到土地整理項目立項合理性評價結果為 q5fq1fq6fq2fq3fq4。該結果可視為圖1中初始格序結構的一個線性擴張,是評價集合中的部分不可比元素在其偏好決策空間中的一個投影形式,它的形成反映了屬性約簡規則的逐階段選擇過程,體現了決策者的知識水平和思維背景發展水平。

4 結 語

土地整理項目是按照土地利用總體規劃,對農業生產和農村生活環境進行的綜合整治[9]。為保證項目的合理性,本文利用格序決策理論和屬性約簡方法對土地整理項目的“市場與社會需求程度”、“技術可行性”、“建設規模合理性”、“項目效益”等指標進行分析評價。針對格序結構中無法直接給出優勢關系的不足,構建了屬性約簡模型,探討了約簡規則提取的原則和步驟,實現了評價對象由復雜格序結構向單一鏈狀結構轉變的目的,科學地完成了土地整理項目立項決策的過程。

References)

[1]王璦玲,趙庚星,李占軍.土地整理效益項目后綜合評價方法[J].農業工程學報,2006,22(4):58-61.[Wang Ailing,Zhao Gengxing,Li Zhanjun.Integrated Evaluation Method for Project Post-Evaluation of Land Consolidation Benefits[J].Transaction of the CSAE,2006,22(4):58-61.]

[2]薛繼斌,吳次芳,葉艷妹,等.基于可拓工程方法的土地整理規劃設計探討[J].浙江大學學報:農業與生命科學版,2005,31(6):816-819.[Xue Jibin,Wu Cifang,Ye Yanmei,et al.Research on Planning and Design ofLand ConsolidationBased on Extension Engineering Method[J].Journal of Zhejiang University:Agric&Life Sci,2005,31(6):816-819.]

[3]李巖,趙庚星,王璦玲,等.土地整理效益評價指標體系研究及其應用[J].農業工程學報,2006,22(10):98-101.[Li Yan,Zhao Gengxing,Wang Ailing,et al.Evaluation Index System for Land Consolidation Benefits and Its Application[J].Transaction of the CSAE,2006,22(10):98-101.]

[4]胡長流,宋振明.格論基礎[M].開封:河南大學出版社,1990.[Hu Changliu,Song Zhenming.Introduction for Lattice Theory[M].Kaifeng:Henan University Publishing House,1990.]

[5]郭耀煌,劉家誠,劉常青,等.格序決策[M].上海:上海科學技術出版社,2003.[Guo yaohuang,Liu Jiacheng,Liu Changqing,et al.Decision-Making of Lattice Theory[M].Shanghai:Shanghai Scientific and Technical Publishing House,2003.]

[6]戴毓,周德群.決策分析中屬性約簡的擇優算法[J].系統工程,2007,25(8):89-93.[Dai Yu,Zhou Dequn.An Algorithm to Choose the Reduction ofAttributesin Decision Analysis[J]. Systems Engineering,2007,25(8):89-93.]

[7]戴毓,周德群.基于粗糙集理論的格序選擇方法[J].中國管理科學,2007,15(6):105-110.[Dai Yu,Zhou Dequn.A methodof Lattice-Order Selection Based on Rough Sets Theory[J].Chinese Journal of Management Science,2007,15(6):105-110.]

[8]關濤,余萬軍,慎勇揚,等.基于可拓評價方法的土地開發整理項目立項決策研究[J].農業工程學報,2005,21(1):71-75.[Guan Tao,Yu Wanjun,Shen Y ongyuan,et al.Decision-making of Land Development and Consolidation Project Based on Extension Evaluation Method[J].Transaction of the CSAE,2005,21(1):71-75.]

[9]匡文慧,張樹文.土地整理項目效益的多目標分析研究[J].干旱區資源與環境,2005,19(2):72-75.[Kuang Wenhui,Zhang Shuwen.The Multi-Objective Analysis and Research of the benefit in the project of the land consolidation[J].Journal of Arid Land Resources and Environment,2005,19(2):72-75.]

Attributes Reduction Approach in Decision-making of Land Consolidation Project Approval

ZHAO Wei WANG Wen-xiong
(College of Land Management,Huazhong Agricultural University,Wuhan Hubei 430070,China)

Land consolidation is one of the integrated measures to adjust land use structure and land cover,through improving the condition of land,road,forest,residential spots,water conservancy facilities,etc.project determination is the key stage through the process of land consolidation project management.For the purpose of analyzing complex attributes,binary relation theory is employed to discuss the interrelation of assessed objects and corresponding lattice structure is construct,which particularly depicts the un-connectedness.Attributes reduction approach is proposed to analyze advantage relationship and simplify the decision-making rules.In the advised model,the conceptions of advantage base and diversity degree are used to explain the reasonableness of attributes reduction rules for lattice structure.Finally,a case study of land consolidation project approval,both in southeast coastal region and the Loess Plateau region,is carried out.In the case study,four indexes are focused,requirement from market and society,technical feasibility,construction scale and engineering benefit.The results show that,attributes reduction can be considered as one linear extension of original lattice-order structure and is the projection in preference space of non-comparative objectives.The generation process implies choosingprocedure of attributes reduction rules.It also is used to illustrate the knowledge and thought level of decision-makers.

land consolidation;decision-making;binary relation;preference;lattice;attributes reduction

F301

A

1002-2104(2010)10-0086-05

10.3969/j.issn.1002-2104.2010.10.015

2010-04-10

趙微,博士,講師,主要研究方向為國土整治規劃與管理。

＊水資源與水電工程科學國家重點實驗室開放研究基金(項目編號:2008B045)資助。

(編輯:于 杰)