用 Excel 求解层次分析法(AHP)问题

2005-05-04
然后我们开始计算最大特征值和特征相量，首先计算准则层的最大特 征值和相应特征相量。如图所示，输入判断矩阵
版权所有——京华孤客
欢迎访问我的个人主页
第 11 页 共 15 页
/jhgk1983
用 Excel 求解层次分析法（AHP）问题
2005-05-04
与定量相结合的决策分析方法。它是一种将决策者对复杂系统的决策
思维过程模型化、数量化的过程。应用这种方法，决策者通过将复杂
问题分解为若干层次和若干因素，在各因素之间进行简单的比较和计
算，就可以得出不同方案的权重，为最佳方案的选择提供依据。
层次分析法（AHP）基本原理
AHP 法首先把问题层次化，按问题性质和总目标将此问题分解成
各属性的最大特征值为
特征值 健 康 水 业 务 知 写 作 能 口才
平
识
力
λmax
3.02
相应特征相量为
3.02
3.56
3.05
⎡0.14 0.10 0.32 0.28 0.47 0.77⎤ B3 = ⎢⎢0.63 0.33 0.22 0.65 0.47 0.17⎥⎥
⎢⎣0.24 0.57 0.46 0.07 0.07 0.05⎥⎦
程度越大， C.I.的值越小，表明判断矩阵越接近于完全一致性。
一般判断矩阵的阶数 n 越大，人为造成的偏离完全一致性指标 C.I.
的值便越大；n 越小，人为造成的偏离完全一致性指标 C.I.的值
便越小。
对于多阶判断矩阵，引入平均随机一致性指标
R.I.(Random Index),下表给出了 1-15 阶正互反矩阵计算 1000
1) 面积 2) 交通 3) 环境 4) 房龄 5) 空地，指花园、停车场； 6) 设备 7) 结构 8) 价格 对八个准则和候选房子构造判断矩阵如下：
版权所有——京华孤客
欢迎访问我的个人主页
第 10 页 共 15 页
/jhgk1983
用 Excel 求解层次分析法（AHP）问题
欢迎访问我的个人主页
第 6 页 共 15 页
/jhgk1983
用 Excel 求解层次分析法（AHP）问题
2005-05-04
p2
1
1
2
4
1
1/2
p3
1
1/2
1
5
3
1/2
p4
1/4
1/4
1/5
1
1/3
1/3
p5
1
1
1/3
3
1
1
p6
2
2
2
3
1
1
组织部门给三个人，甲、乙、丙对每个目标的层性打分。
积法和方根法。
和积法具体计算步骤：
将判断矩阵的每一列元素作归一化处理，其元素的
一般项为
∑ bij =
bij (i,j=1,2,3......n) bij
将每一列经归一化处理后的判断矩阵按行相加为
n
∑ wi = bij(i = 1,2......n) j=1
对向量 W=（ W1， W2…… Wn)t 归一化处理:
2005-05-04
其中第一个数是将判断矩阵第一行和 wi 相应的数相乘，并将得数相 加得到，依此类推，如下图。（PRODUCT 函数的意义是将两个矩阵对 应的数相乘）
黄色单元格应输入的公式为 最后进行一致性检验
对于方案层的计算也是如此，在这里不必每次都按照这些步骤计算， 只需计算面积这一准则后，将所有数字、公式复制到另一工作表，修 改相应的判断矩阵数值即可，所有的数值都会随着判断矩阵的改变而 改变。
版权所有——京华孤客
欢迎访问我的个人主页
第 2 页 共 15 页
/jhgk1983
用 Excel 求解层次分析法（AHP）问题
2005-05-04
…… … ………
…… … ………
pn bn1 bn2 … … bnn
在层次分析法中，为了使判断定量化，关键在于设法使任意 两个方案对于某一准则的相对优越程度得到定量描述。一般对单 一准则来说，两个方案进行比较总能判断出优劣，层次分析法采 用 1-9 标度方法，对不同情况的评比给出数量标度。
递阶层次结构的建立根据对问题分析和了解将问题所包含的因素按照是否共有某些特征进行归纳成组并把它们之间的共同特性看成是系统中新的层次中的一些因素而这些因素本身也按照另外的特性组合起来形成更高层次的因素直到最终形成单一的最高层次因建立两两比较的判断矩阵判断矩阵表示针对上一层次某单元元素本层次与它有关单元之间相对重要性的比较
标 度 定义与说明
1
两个元素对某个属性具有同样重要性
3
两个元素比较，一元素比另一元素稍微重要
5
两个元素比较，一元素比另一元素明显重要
7
两个元素比较，一元素比另一元素重要得多
9
两个元素比较，一元素比另一元素极端重要
2,4,6,8 表示需要在上述两个标准之间拆衷时的标度
1/bij bii = 1
两个元素的反比较 判断矩阵 B 具有如下特征：
2005-05-04
二、层次分析法（AHP）的具体步骤 9 明确问题 在分析社会、经济的以及科学管理等领域的问题时，首先要 对问题有明确的认识，弄清问题的范围，了解问题所包含的因素， 确定出因素之间的关联关系和隶属关系。 9 递阶层次结构的建立 根据对问题分析和了解，将问题所包含的因素，按照是否共 有某些特征进行归纳成组，并把它们之间的共同特性看成是系统 中新的层次中的一些因素，而这些因素本身也按照另外的特性组 合起来，形成更高层次的因素，直到最终形成单一的最高层次因 素。 o 最高层是目标层 o 中间层是准则层 o …….. o 最低层是方案层或措施层 9 建立两两比较的判断矩阵 判断矩阵表示针对上一层次某单元（元素），本层次与它有 关单元之间相对重要性的比较。一般取如下形式： Cs p1 p2 … … pn p1 b11 b12 … … b1n p2 b21 b22 … … b2n
丙
5
1
2005-05-04
1/5 1 1
口才
甲
乙
丙
甲
1
1/3
5
乙
3
1
7
丙
1/5
1/7
1
政策水平
甲
乙
丙
甲
1
1
7
乙
1
1
7
丙
1/7
1/7
1
工作作风
甲
乙
丙
甲
1
7
9
乙
1/7
1
5
丙
1/9
1/5
1
版权所有——京华孤客
欢迎访问我的个人主页
第 8 页 共 15 页
/jhgk1983
政策水 工作作
平
风
3.00 3.21
版权所有——京华孤客
欢迎访问我的个人主页
第 9 页 共 15 页
/jhgk1983
用 Excel 求解层次分析法（AHP）问题
2005-05-04
于是有 w3 = B2B3 = (0.40, 0.34, 0.26)T 在三人中选择 A 担任领导 四、 用 excel 求解层次分析法问题
用 Excel 求解层次分析法（AHP）问题
2005-05-04
用 Excel 求解层次分析法（AHP）问题
一、 层次分析法（AHP）简介
层次分析法（AHP）的由来
美国运筹学家 A.L.Saaty 于本世纪 70 年代提出的层次分析法
（Analytical Hierar-chy Process，简称 AHP 方法)，是一种定性
用 Excel 求解层次分析法（AHP）问题
2005-05-04
层次分析图如下
总目标 提拔一位干部担任领导工作
w健 1
w业 2
写 w3
口 w4
w政 5
w6
工
子康
务
作
策
作
目 标
状 况
水 平
水 平
才
水 平
作 风
甲
乙
丙
方案层
用方根法求最大特征值和最大特征相量如下
A 的最大特征值为 6.35，特征相量为
B2 = (0.16,0.19,0.19,0.05,0.12,0.30)T
wi =
wi
n
(i = 1, 2......n)
∑ wj
j=1
W=（ W1， W2…… Wn)t
即为所求的特征向量的近似解。
计算判断矩阵最大特征根 λmax
∑ λmax
=
n i=1
(BW)J nw i
方根法具体计算步骤
版权所有——京华孤客
欢迎访问我的个人主页
第 5 页 共 15 页
/jhgk1983
将矩阵列规范化 其中第一、二列的输入如下，依次类推
再按行平均，求得 wi 的值 其中第一、二列的输入如下，依此类推 以下求最大特征值，黄色标志即为最大特征值
版权所有——京华孤客
欢迎访问我的个人主页
第 12 页 共 15 页
/jhgk1983
用 Excel 求解层次分析法（AHP）问题
不同层次，构成一个多层次的分析结构模型，分为最低层（供决策的
方案、措施等），相对于最高层（总目标）的相对重要性权值的确定
或相对优劣次序的排序问题。
层次分析法（AHP）特点
分析思路清楚，可将系统分析人员的思维过程系统化、数学化
和模型化；
分析时需要的定量数据不多，但要求对问题所包含的因素及其
关系具体而明确；
健康状况
甲
乙
丙
甲
1
乙
4
丙
2
1/4
1/2
1
3
1/3
1
业务水平
甲
乙
丙
甲
1
乙
4
丙
5
1/4
1/5
1
1/2
2
1
写作水平
甲
乙
丙
版权所有——京华孤客
欢迎访问我的个人主页
第 7 页 共 15 页
/jhgk1983
用 Excel 求解层次分析法（AHP）问题
甲
1
3
乙
1/3
1
指标 C.I. 与同阶平均随机一致性指标 R.I. 之比称为随机一致
性比率 C.R.(Consistency Ratio)。
CR = CI RI
当 C.R.< 0.10 时，便认为判断矩阵具有可以接受的一致
版权所有——京华孤客
欢迎访问我的个人主页
第 4 页 共 15 页
/jhgk1983
wi
n
(i = 1, 2......n)
∑ wj
j=1
W=（ W1， W2…… Wn)t
即为所求的特征向量的近似解。
计算判断矩阵最大特征根 λmax
9 层次综合排序
∑ λmax
=
n i=1
(BW)J nw i
利用层次单排序的计算结果，进一步综合出对更上一层次的优
劣顺序，就是层次总排序的任务。
三、 层次分析法举例
2005-05-04
员的经验经过反复研究后确定。应用层次分析法保持判断思维的
一致性是非常重要的，只要矩阵中的 bij 满足上述三条关系式时，
就说明判断矩阵具有完全的一致性。
判断矩阵一致性指标 C.I.(Consistency Index)
CI = λMAX − n n −1
一致性指标 C.I.的值越大，表明判断矩阵偏离完全一致性的
bji = 1/ bijHale Waihona Puke bij = bik/ bjk
(i,j,k=1,2,….n)
判断矩阵中的 bij 是根据资料数据、专家的意见和系统分析人
版权所有——京华孤客
欢迎访问我的个人主页
第 3 页 共 15 页
/jhgk1983
用 Excel 求解层次分析法（AHP）问题
用 Excel 求解层次分析法（AHP）问题
2005-05-04
性。当 C.R. ≥0.10 时，就需要调整和修正判断矩阵，使其满足
C.R.< 0.10 ，从而具有满意的一致性。
9 层次单排序
层次单排序就是把本层所有各元素对上一层来说，排出评比
顺序，这就要计算判断矩阵的最大特征向量，最常用的方法是和
这种方法适用于多准则、多目标的复杂问题的决策分析，广泛
用于地区经济发展方案比较、科学技术成果评比、资源规划和
分析以及企业人员素质测评。
版权所有——京华孤客
欢迎访问我的个人主页
第 1 页 共 15 页
/jhgk1983
用 Excel 求解层次分析法（AHP）问题
某单位拟从三名干部中提拔一人担任领导工作，干部的优劣（由
上级人事部门提出），用六个属性来衡量：健康状况、业务知识、写
作水平、口才、政策水平、工作作风，分别用 p1 、 p2 、 p3 、 p4 、
p5 、 p6 来表示。判断矩阵如下 A。
A
p1
p2
p3
p4
p5
p6
p1
1
1
1
4
1
1/2
版权所有——京华孤客
求解层次分析法问题需要很大的计算量，采用常见的 excel 软件 计算层次分析法简单方便，可以收到事半功倍的效果。
用 excel 求解层次分析法主要是最大特征值和特征相量的求解， 下面我们以和积法为例说明如何用 excel 解 AHP 问题。
我们用的例子是：一家公司决定购买一栋房子，经过初步调查研 究，确定了三个候选房 A、B、C。从经济、地理、建筑三个因素出发 考虑，购买满意房子的决策判据有八个方面：
用 Excel 求解层次分析法（AHP）问题
2005-05-04
将判断矩阵的每一行元素相乘 Mij
n
Mij
=
∏
j=1
bij
(i
=
1, 2.....n)
计算Mi 的n 次方根Wi
wi = n mi (i = 1, 2.....n)
对向量 W=（ W1， W2…… Wn)t 归一化处理:
wi =
次得到的平均随机一致性指标 。
N1 2 3 4 5 6 7 8 9
RI 0 0 0.58 0.90 1.12 1.24 1.32 1.41 1.46
N 10 11 12 13 14 15
RI 1.49 1.52 1.54 1.56 1.58 1.59
当 n<3 时，判断矩阵永远具有完全一致性。判断矩阵一致性