基于Diviz框架的定性決策支持系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)*

蘭州工業(yè)學(xué)院計算機與人工智能學(xué)院 崔康康 李曉斌 王賀 唐耀輝 何元 張健

隨著大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的蓬勃發(fā)展，導(dǎo)致海量數(shù)據(jù)的出現(xiàn)。決策支持領(lǐng)域處理的數(shù)據(jù)同樣呈井噴式增長。進行決策時，面臨的備選方案越來越多，考量的因素愈加復(fù)雜。組合約束條件決策支持(MCDA)，是專注于支持大量備選方案和相互沖突考量標準決策的學(xué)科。MCDA針對半結(jié)構(gòu)化的決策問題，采用人機系統(tǒng)為決策者提供決策支持[1-2]。目前業(yè)界已開發(fā)了多種MCDA方法，但這些方法往往具有不同的操作要求，很難被集成到一起[3]。

基于以上現(xiàn)狀，為了實現(xiàn)不同MCDA方法的集成和交互工作，Diviz[4]平臺應(yīng)運而生。然而，目前集成到Diviz平臺的MCDA方法都是定量分析方法，僅實現(xiàn)對連續(xù)數(shù)據(jù)的決策分析。

DEXi[5]是定性分析MCDA方法，通過對離散數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)對備選方案評估和選優(yōu)。DEXi已在許多領(lǐng)域得以應(yīng)用，是集成到Diviz平臺的一個很好的方法。

本文討論并實現(xiàn)了集成DEXi方法到Diviz平臺的方案，達到定性分析和定量分析決策方法交互工作的效果，從而實現(xiàn)更好地為決策者服務(wù)的目的。

1 Diviz平臺

Diviz是一個開源項目平臺，該平臺集成了多種組合約束條件決策支持(MCDA)方法，擅長對定量的連續(xù)數(shù)據(jù)進行決策分析，實現(xiàn)決策問題的客戶端建模和提交、服務(wù)器端分析和返回決策結(jié)果等過程。Diviz是進行組合約束決策支持(MCDA)的在線平臺，通過在客戶端建立MCDA工作流程，便可收到遠程服務(wù)器返回的決策結(jié)果。Diviz平臺目前已集成了大量的MCDA方法，為不同MCDA方法交互的協(xié)同工作提供了便利的平臺。但目前Diviz平臺是集成的MCDA方法僅為定量MCDA方法，只能實現(xiàn)對連續(xù)數(shù)據(jù)的決策分析。圖1顯示的是Diviz平臺上一個MCDA方法的運行原理。

圖1 Diviz平臺上MCDA方法的運行原理Fig.1 The operating principle of the MCDA method on the Diviz platform

2 DEXi

DEXi是定性MCDA方法的典型代表，實現(xiàn)對離散數(shù)據(jù)的決策分析。DEXi采用“if-then”決策規(guī)則來定義效用方程。在決策過程中，DEXi工作過程如式(1)所示：

3 XMCDA標準

Diviz平臺采用XMCDA[4]標準來呈現(xiàn)MCDA數(shù)據(jù)元素和對象。它是一種XML模式，專注于MCDA概念和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的表達。這篇文章的實驗，我們使用XMCDA的2.0.0版本來設(shè)計實現(xiàn)。

4 定性決策支持系統(tǒng)的設(shè)計方案

為了集成對離散數(shù)據(jù)進行決策分析的MCDA方法DEXi到Diviz開源平臺，實現(xiàn)定性決策支持模型DEXi與Diviz平臺上其他定量分析決策支持方法的交互工作[4]，該工作開展了基于Diviz框架的定性決策支持系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。

為了集成DEXi到Diviz平臺，該項目首先實現(xiàn)了DEXi模型的XMCDA數(shù)據(jù)格式表達；然后在Eclipse集成開發(fā)環(huán)境下，用Java語言編寫程序，以實現(xiàn)對XMCDA格式的DEXi模型數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(Web Service)功能，從而實現(xiàn)集成DEXi到Diviz平臺的目標。

5 DEXi模型的XMCDA數(shù)據(jù)格式表達

開發(fā)Diviz框架的定性決策支持系統(tǒng)，首要問題是用XMCDA標準表達DEXi決策支持模型[4]。該部分以手機“CellPhone”為例，實現(xiàn)了DEXi評估模型的XMCDA數(shù)據(jù)格式表達。

5.1 備選方案的表達

將DEXi備選方案轉(zhuǎn)化為XMCDA的alternatives，需要用標簽來代替標簽。圖2顯示的是候選方案“CellPhone1”和“CellPhone2”的XMCDA數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

圖2 描述手機評估模型備選方案的XMCDA數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Fig.2 XMCDA data structure of mobile phone evaluation model alternatives

圖 3 描述DEXi層次屬性的XMCDA文件解析結(jié)果Fig.3 Analysis resutlt of XMCDA file of the hierarchical properties of DEXi

5.2 屬性的表達

DEXi模型屬性“Attributes”的樹形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對應(yīng)于XMCDA標準的Criteria。XMCDA的和標簽被用來表示DEXi模型樹形屬性的層次結(jié)構(gòu)。DEXi屬性的取值范圍，被翻譯成了XMCDA的rankedLabel標簽。

圖3呈現(xiàn)的是“CellPhone”的DEXi模型層次屬性的XMCDA數(shù)據(jù)經(jīng)解析后的結(jié)構(gòu)。在“CellPhone”的XMCDA數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，共包括“CellPhone”等10個屬性節(jié)點。

5.3 效用方程的呈現(xiàn)

DEXi效用方程采用定性集合的工作原理。XMCDA提供了多種表示方程的途徑，其中最佳的是performanceTable，在其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，為每組備選方案和屬性定義了相應(yīng)的取值。將備選方案和DEXi效用方程中的規(guī)則進行替換，便得到一個演示表，它定義了給定的DEXi模型的效用方程。表1顯示的是手機“CellPhone”模型評估效用方程的一部分內(nèi)容。

表1 用XMCDA呈現(xiàn)的手機“CellPhone”模型的效用方程Tab.1 Utility equation of "CellPhone" model presented with XMCDA

6 Diviz框架的定性決策支持系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

以本文第5部分提供的XMCDA數(shù)據(jù)為理論支撐，以手機“CellPhone”模型的評估為例，在Eclipse集成開發(fā)環(huán)境和CSS框架下，采用XMCDA標準描述DEXi模型，用Java和XSL語言編寫程序，集成DEXi方法到Diviz平臺，實現(xiàn)定性分析和定量分析決策方法的交互的工作，從而達到更好地為決策者服務(wù)的目的。

表2呈現(xiàn)的手機“CellPhone”的DEXi模型評估結(jié)果，對“CellPhone1”和“CellPhone2”兩個評估對象進行了評估。對于“CellPhone1”，當“PRICE”屬性取值為low(1)且“TECH.CHAR.”屬性取值為exe(1)，基于效用方程，評估結(jié)果為exc(1)，即“優(yōu)秀品質(zhì)”的手機；對于“CellPhone2”，當“PRICE”屬性取值為good(2)且“TECH.CHAR.”屬性取值為good(2)，基于效用方程，評估結(jié)果為good(2)，即較好“較好”的手機；其他屬性節(jié)點的取值，采用效用方程的計算過程類似于根節(jié)點。

表2 手機“CellPhone”的DEXi模型評估結(jié)果Tab.2 Evaluation results of the DEXi model of the mobile phone "CellPhone"

7 技術(shù)實現(xiàn)的部分核心代碼

該段代碼呈現(xiàn)的是對手機“CellPhone”的DEXi模型的XML文件中屬性節(jié)點的讀取操作。通過對XML文件的分析和解讀，實現(xiàn)了DEXi模型轉(zhuǎn)換為XMCDA標準數(shù)據(jù)格式的過程，從而為將DEXi方法集成到Diviz平臺，實現(xiàn)定性分析和定量分析決策方法的交互的工作，提供技術(shù)支持。

8 結(jié)語

該工作將DEXi這個定性的MCDA程序作為插件集成到了Diviz平臺。證明了Diviz平臺除了支持定量分析的模型，還支持分層結(jié)構(gòu)的定性決策方法。Diviz和DEXi兩者都從這個集成中得到益處：Diviz平臺的功能通過集成第一個分層的定性MCDA方法而得以擴展，DEXi同時變成一個被廣泛使用的開源決策支持軟件平臺的一員，從而實現(xiàn)Diviz平臺更加豐富強大的決策支持功能，去更好的服務(wù)決策者的目的。