基于灰色聚类理论的院校实验室综合评估[1]

人才的培养离不开教育，最好的教育方法莫过于实践中的教学，而实验室是实践教字的重要场所，是提高学生综合能力的课堂，是新知识、新技术、新方法、新产品诞生的摇篮，实验室建设水平的高低对实践教学的效果产生直接影响，实验室评估是衡量实验室建设水平高低的重要途径，能够真实地反映实验室工作的现状。

院校实验室的建设水平是指实验室在院校教学保障和完成科研任务中能力作用的大小，目前，对于实验室建设水平评估主要是通过专家打分的方式来进行，然由于参评专家在信息层次、偏爱程度等方面因人而异，评估结果往往受人主观因素影响较大，灰色理论的引入正好可以较好解决这一问题。

一般而言，信息完全明确的称为白色系统，信息完全不明确的称为黑色系统，介于两者之间的，部分信息明确，部分信息不明确称谓灰色系统，评估过程中因人而异的主观因素正是一种“不确定的因素”。

基于灰色理论的综合评估方法就是通过确定实验室评估技术指标，使用科学的建模和数学分析的方法，衡量和评价实验室的综合实力。

1建立评估指标体系
建立科学的评估指标体系是高质量高水平完成评估活动的关键环节。

评估指标是对评估对象性能的一个重要反映，一方面要反映评估对象的本质，另一方面还要体现一个系统对于评估对象的职能需求，选取合理的评估指标，直接关系到评估结果的可信程度。

在实验室的评估中，我们必须抓住最主要的矛盾，使评估的指标具有可操作性和针对性，突出对代表性成果评价，简化评估的指标，以下是本文选取评估指标的基本原则和出发点：1）全面性：抓住作为院校实验室最核心最重要的指标因素，将所有指标置于指标集中，确保不因人为漏选而造成评估结果的偏差；2）针对性：突出作为院校实验室这一评估对象的特点，反应其真实的效能，剔除与评估目的和评估对象无关的指标；3）明确性：评估的指标要定义准确，使参评人员能准确理解其含义，并能真实反应评估对象特点；4）相互独立性：评估指标之间要相互独立，慎重处理相近相似指标，确保不重复统计计算；5）可操作性：评估指标的信息要易于表达获取，并能通过一定方法进行“定量”的处理。

层次分析法（AHP）是美国运筹学家萨蒂在20世纪70年代初提出来的，它是一种将一些定量与定性相混杂的复杂决策问题综合为统一整体后，再进行综合分析评价的方法，层次分析法对系统的指标进行自上而下层层分解的方法，根据不同的目标来划分、选择、归类，建立实验室建设水平评估指标模型如下图1
：
图1评估指标体系
2建立评价指标样本矩阵
设有r位专家通过问卷调查，对指标层进行评价，记录原始数据。

由于系统中各影响参数的物理意义和数据量纲不同，需要对原始数据消除量纲并转换为可比较的数据序列。

本文采用初值化处理，其方法为：
d
ijk
'
=
d
ijk
ij1
，k=1，2L·r
其中d
ijk
为处理后的数列，d
ijk
为原始数列，d
ij1
为原始数列的第一个数据。

通过问卷调查得到每位专家评价指标V ij对于因素层U i相对重要性的评价值分别为：
（d
ij1
'
，d
ij2
'
，…，d
ijk
'
，d
ijr
'
）
1）当指标为定量评价时，则其综合评价向量值可以记为：
d
ij
=
r
k=1
∑d ijk
2）当指标为定性评价时，这些定性指标就不能直接进行计算，如优秀、良好、合格等，则必须给出定量的结果，从灰色理论的角度考虑，这些指标都属于灰数，因此这里可以借用灰色理论，对这些灰数（即定性）进行白化。

方法如下：
设有r个专家给出评估，则有r个评估区间，即[d ij1min，d ij1m ax]，[d ij2m in，d ij2m ax]……[d ijrm in，d ijrm ax]，然后按下式计算灰数的灰色区间：
d
ijmin
=1
r
k=1
∑d ijkmin，d ijmax=1r k=1∑d ijkmax
即灰数的灰色区间为[d
ijmin
，d
ijmax
]，再采用等权均值白化得到评价指标的白化值，完成对定性指标的量化，综合评价向量值如下式：
基于灰色聚类理论的院校实验室综合评估
郭潇琼王宁宁齐曦
（石家庄陆军指挥学院20队，河北石家庄050000）
[摘要]实验室建设水平是院校建设发展的一个重要组成部分，如何评价院校实验室建设水平，已成为亟待解决的一个重要课题。

本文通过
建立实验室建设水平的评价指标体系，应用灰色理论建立评估模型对其进行综合评估，与其它综合评价方法相比，更加具有优越性，为理论
应用提供了借鉴与参考。

[关键词]实验室建设水平；灰色理论；综合评估
科技前沿
21
TECHNOLOGY WIND
2012年4月（下）
d ij =12
（d ijmin +d ijmax ）
3）数据归一化处理，在同一数列中，元素具有不同的含义，数据大小往往相差过于悬殊，为避免由此造成的非等权出现，对这些数列进行归一化处理。

则指标层V ij 对因素层U i 的综合评价向量矩阵为（d 1j ，d 2j ，……，d ij ）。

3白化函数
灰数的白化，就是将取值不确定的灰数，按照白化权函数取一个确定的值，常用的白化函数有三种：
f 1（x i ）=
x i x
1，x i ∈[0，x 1]1，x i ∈（x 1，+∞）0，x i ∈（-∞，0）
⎧⎩⏐⏐⏐⏐⏐⏐⎨⏐⏐⏐⏐⏐⏐f 2（x i ）=
x i
x 1，x i ∈[0，x 1]2-x i
x 1，x i
∈[x 1，2x 1]0，x
i
（0，2x 1）
⎧⎩
⏐⏐⏐⏐⏐⏐⎨⏐⏐⏐⏐⏐⏐4确定聚类权和聚类系数
1）聚类权。

λjk 为第j 个评价指标对第k 种会类的灰数白化值，则第j 个评价指标对第k 中会类的权ηjk 按照下式进行计算：
ηjk =
λjk
i =1
∑λ
jk
（1）
2）聚类系数。

设共有N 个评估对象，d ij 为第i 个聚类对象对第j
个指标拥有的白化数（即评估向量值），n ik 为第i 个聚类对象（评估对
象）属于第k 个会类的聚类系数，f k 为第k 个会类对应的白化函数，则n ik 按照下式进行计算：
n ik =N i =1
∑f k
（d ij ）ηjk （2）
5评估判断
根据上式（2）求得的类聚系数构建类聚向量（n i1，n i2，n i3，……n ik ），其中i=1，2，……N ，对类聚向量进行类聚，当n ik =max （n i1，n i2·n ik ，）时，则判定第i 个评估对象属于会类k 。

6实例分析
1）建立实验室建设水平评估指标体系如图1，在对某实验室评估过程中，d 1、d 2、d 3、d 4、d 5、d 6、d 7、d 8、d 9、d 10、d 11、d 12、d 13分别代表评估指标体系中从上之下共13指标专家综合评估值数列，对原始数列按照前文提到方法进行处理，得到处理后数据如下表1：
表1
评估指标数据
代号d 1d 2d 3d 4d 5d 6d 7d 8d 9d 10d 11d 12d 13
数值0.840.850.820.760.700.890.770.860.870.900.800.880.72
2）确定会类白化函数。

实验室建设水平评估，在评估过程中尽量提高评估的精度，最终要体现被评估对象的差异，加大激励，促进发展，为决策者的决策提
供一些参考，评估等级如下表:
表1
评估等级
评价集A(1类)B(2类)C(3类)分值
0.90—1.0
0.70—0.89
<0.70
根据评估等级这一会类确定白化函数，如下图2：
图2白化函数图
3）求聚类权。

由式（1）计算聚类权ηjk 值，当会类k 为等级A （1类）时，第1个指标对会类A （1类）的权为：
K=1，j=1，η11=
λjk
j i =1
∑λ
jk
=
0.90.9×13=113
，
同理计算k=1、2、3，j=1、2、3、……13，时ηjk 的取值。

4）求聚类系数。

由式（2）计算聚类系数n ik ，当k=1，被评估实验室属于会类A （1类）的聚类系数为：
当k=1时，η1=13i =1
∑f k （d ij ）ηj1
=f 1（d 1）η11+f 1（d 2）η21+f 1（d 3）η31+……+f 1（d 13）η131=（0.933+0.944+0.911+0.844+0.778+0.989+0.856+0.956+0.967+1+0.889+0.978+0.8）÷13=0.911
同理，n 2=0.927，n 3=0.829
5）评估判断。

综合前面计算，构造聚类向量：（n 1，n 2，n 3）=（
0.911，0.927，0.829）其中n 2=max （n 1，n 2，n 3）=0.927，即所属会类为B （2类），亦即该实验室建设水平评估等级为B 。

7结论
文中对院校实验室建设水平进行了分析，针对实验室作为院校教学
保障设备设施这一特点，利用层次分析法建立了实验室建设水平评估指标体系模型，在评估过程中，综合考虑了影响实验室建设的多种不同因素，对于一些定性评估的指标，利用等权均值白化的方法进行定量处理，以便于计算比较，并利用灰色聚类理论作为一种试验室建设水平的评估手段，具有一定的借鉴和参考意义。

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22。