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DecisionMaster决策支持系统简介
软件X 16(2021)100814原始软件出版物DecisionMaster:一个多标准决策支持系统,能够结合不同的决策规则Aleksandr Podvesovskiia, Alena Zakharovab,Dmitriy Korostelyova,Aleksandr KuzinaaBryansk State Technical University,7,50 let Oktyabrya blvd.,Bryansk,241035,俄罗斯联邦b俄罗斯科学院控制科学研究所,Profsoyuznaya街65号,俄罗斯联邦,莫斯科,ar t i cl e i nf o文章历史记录:2021年3月31日收到收到修订版,2021年7月2日接受,2021年保留字:决策支持系统方案多准则决策方法a b st ra ct本文介绍了DecisionMaster决策支持系统。注意到决策问题的重要性,以及需要开发和使用决策支持软件工具的DecisionMaster系统的结构和体系结构,向导的主要阶段,用于描述和解决的问题的排名方案进行了描述:设置有关的标准,形成一个列表的替代品,以及选择和配置支持的决策方法(SMART,WASPAS,分类,REGIME,PROMETHEE,和ELECTRE)的信息。同时使用不同的决策方法概括决策问题的能力是所开发的系统的一个显着特点。使用开发的系统的任务,确定负责建设一个新的大坝的执行者的一个例子。使用开发的系统用于研究目的的可能性,在商业项目中,以及在教育过程中指出。版权所有©2021作者。由爱思唯尔公司出版这是CC BY-NC-ND下的开放获取文章许可证(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。代码元数据当前代码版本v1此代码版本使用的代码/存储库的永久链接https://github.com/ElsevierSoftwareX/SOFTX-D-21-00059Code Ocean compute capsule法律代码许可证MIT使用git的代码版本控制系统使用C#的软件代码语言、工具和服务编译要求、操作环境依赖性.NET Framework 4.7.2(如果可用)开发人员文档/手册链接问题支持电子邮件nigm85@mail.ru软件元数据当前软件版本1此版本可执行文件的永久链接https://github.com/BSTU/decisionmaster/releases/download/v1/Release.zip法律软件许可证MIT计算平台/操作系统Microsoft Windows安装要求依赖项.Net Framework 4.7.2如果可用,请链接到用户手册-如果正式发布,请包含对参考书目问题支持电子邮件nigm85@mail.ru*通讯作者。电子邮件地址:apodv@tu-bryansk.ru(Aleksandr Podvesovskii),zaawmail@gmail.com(Alena Zakharova),nigm85@mail.ru(Dmitriy Korostelyov),sasha.kuzin. gmail.com(AleksandrKuzin).https://doi.org/10.1016/j.softx.2021.1008141. 动机和意义在这项工作中,决策将被理解为一种特殊类型的人类活动,旨在选择最可取的(在2352-7110/©2021作者。 由Elsevier B. V.发布。这是一篇CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。可在ScienceDirect上获得目录列表SoftwareX期刊主页:www.elsevier.com/locate/softxAleksandr Podvesovskii,Alena Zakharova,Dmitriy Korostelyov etal.软件X 16(2021)1008142某种意义上的)选择,以实现某个目标或一组目标。决策问题是一个人在日常生活和职业活动中最常见的任务之一,具有重要的现实意义。在选择的情境对一个人来说是熟悉和可以理解的、是刻板的或重复的情况下,一个人根据他的经验做出决定这个过程可以称为经验决策。同时,在更复杂的情况下的选择,以及情况的特点是独特的任务,一个人的经验不足,在解决这些问题,有效性决策的经验性方法减少了。这种情况是典型的专业活动的专家在几乎任何领域。决定实际决策问题复杂性的主要因素如下:选择情况的多目的性,目标的不一致性(导致复杂性或不可能性)(以单一目标函数的形式描述决策的目标)。大量的备选方案,一组备选方案的完整性问题,用于开发所有备选方案的资源有限。在此可以注意到,许多实际问题的特征在于初始处理数据集和研究和计算结果的多重性、此外,在一个问题的框架内,可供选择的解决办法的数量可能数以百计,甚至数以千计。这导致评估这些替代品以选择它们和进一步分析的程序更加费力。与此同时,传统的数据处理方法,例如基于统计分析的方法,往往被证明是不合适的,因为所比较的替代方案在参数集和测量间隔方面都不同,这使得问题形式化不佳[1]。做出选择所需信息的不完整性和不确定性(信息不确定性的表现之一是无法预先预测外部环境对所做决策的反应决策过程的动态方面。这些问题包括:首先,决策的重要后果可能不会立即出现,而且并不总是事先知道它们将在什么时候出现并可供观察。第二,现阶段作出的许多决定影响到今后必须作出的决定,决定了这些决定的可能性和前景。上述情况,以及价格上涨随着选择情况的复杂性和规模的增加,不正确的决策越来越多,导致需要使用数学方法和软件,这些方法和软件允许决策者(DM)形成各种可能的解决方案(备选方案),将它们相互比较,评估其选择和实施的后果,在其中找到最佳和/或排除不可接受的选项(从某些要求的角度来看),并证明所做的选择。有大量不同的决策方法,每种方法都专注于处理特定的类的决策问题。例如,可以在[2]中找到相应的调查。这些方法被广泛应用于各种领域:调度,交通流量优化,选择存储核废料的地方,设计ERP系统等。[3]的文件。值得注意的是,大多数真正的决策问题是多准则的。多准则决策是决策理论中最活跃的研究领域之一。传统上,这一领域包括多准则决策分析、多属性效用理论和多目标优化等领域[4]。此外,在每一类决策问题的框架内,通常,许多方法在指定备选方案和外部环境参数的方式、通过标准和尺度获得备选方案评估的机制、关于决策者偏好的信息的相应地,每种方法都基于其自身的决策规则和基于该决策规则的备选方案选择或排序算法,因此,为了对决策进行最完整和全面的评估,有时建议使用几种方法来比较所获得的结果,并更合理地做出最终决策。这些情况使我们了解到需要使用软件工具,为决策过程的各个阶段提供自动化支持-从形成一套替代方案到对其进行评估和排名,或者选择最佳替代方案。不同的DSS基于不同的方法[5]。一最著名的分类选项包括将DSS分为通信驱动、数据驱动、文档驱动、知识驱动和模型驱动[5模型驱动的决策支持系统用于分析决策或在不同的备选方案之间进行选择,并基于一定的数学或统计模型。然而,传统的模型驱动的决策支持系统,作为一项规则,前提是使用相同类型的模型来解决某一类决策问题,而几种类型的模型的联合使用将扩大使用的可能性,并增加决策的有效性。目前现有的决策支持系统要么限制了研究人员对决策方法的选择(例如,超级决策[8]),要么具有更广泛的方法集(例如MindDecider [9]),专注于有限的主题领域集,并且没有完全成熟的免费版本,这极大地限制了其应用于各个领域的广泛研究人员和分析师的可能性。这 些 因 素 促 使 开 发 了 一 个 简 单 方 便 的 开 源 决 策 支 持 工 具 -DecisionMaster。决策支持系统(DSS)DecisionMaster面向多准则决策问题,实现了以下多准则方法:1. SMART [3,10].在该方法中,定性属性转化为定量的使用一个特殊的尺度,并计算每个属性的有效权重的方案然后通过计算最终权重来评估备选方案,并从中选择具有最佳评级的方案。2. WASPAS [3,11].该技术是加权和模型(WSM)和加权产品模型(WPM)的组合。同时,属性是相互独立的,定性属性转化为定量属性。3. Taxonomy [3,12].这是一种补偿方法,其中属性彼此独立。方案的最终排序是根据不同方案从属性中发展的程度来完成的。4. [3,13].该方法不需要将定性属性转化为定量属性,且属性间相互独立。首先,通过表示一组属性,利用优势属性计算优势标识符和影响矩阵,····Aleksandr Podvesovskii,Alena Zakharova,Dmitriy Korostelyov etal.软件X 16(2021)1008143另一个选择至少和另一个选择一样好。最后,该技术使用REGIME矩阵引入了更优的备选方案,并提供了其他备选方案的排名5. PROMETHEE [3,14].该方法的特点是,每个标准被单独考虑,并有自己的目标函数,由决策者选择。基于这些函数的值,构造偏好系数PROMETHEE III方法允许对备选方案进行完整的排序,并且还考虑了值的方差(实际上,置信区间是估计的6. 选举[3,15]。在这种方法中,所有的替代品进行评估,使用排名比较,并排除无效和unattractive替代品。将定性属性转换为定量属性。之所以选择这种方法,是因为列出的方法代表了在灵活性、计算速度和输入数据要求方面分析和证明决策的广泛可能性。有许多成功应用这些方法的例子在各个学科领域[16请注意,DSS DecisionMaster的用户不需要具有数学背景、各种决策方法的知识以及使用它们的技能,尽管这对于更有意识地使用系统是可取的。此外,所开发的软件提供(甚至假设)分析决策问题并同时通过几种方法对备选方案进行排名的可能性,这使得有可能增加所做决策的有效性,并且使得有可能在每种情况下选择考虑到特定决策问题的特性并且不与用户关于该问题的直观想法及其解决方案的结果相矛盾的方法DSS DecisionMaster首先被用于根据计算实验的结果(在这种情况下作为标准),在绕锥体的超音速无粘流的三维问题中证实最佳求解器的选择(其起到替代的作用)[22]。2. 软件描述DSS DecisionMaster是在Microsoft .Net平台上用C#语言编写的.在DecisionMaster的帮助下,决策者可以为不同的主题领域创建决策问题的描述(填写有关标准和备选方案的信息,并在必要时指定其他设置),并确定备选方案的排名。在这种情况下,由系统确定的排名是通过几种方法同时计算的,这使得决策者能够比较所获得的结果,并对首选方案做出该程序还允许您保存和加载决策问题的设置。2.1. 软件构架DSS DecisionMaster由两个模块组成(图1)。1):算法类库和窗口应用决策支持向导。算 法 类 库 是 一 个 独 立 的 .Net Standard 2 平 台 项 目 “Deci-sionMaster. DecimsLibrary”,它允许在创建其他决策支持系统时在不同的操作系统上使用它。此库包括两个组件:(1) 决策方法的算法核心。它包含任何决策任务的基类和接口的描述:标准(定量,定性),备选方案和排名结果(图2)。(2) 用于实现决策算法的组件包含特定决策方法的算法内核接口的实现(图1)。 3)。此 外 , 还 将 一 个 带 有 单 元 测 试 ( “DecisionMaster.DecisionmsLibrary.Tests. Unit”)的项目对于每种方法,添加了一个单元测试。 这段代码也可以作为一个使用算法类库的例子。决策者可以通过由第二模块-窗口应用程序-表示的用户界面与程序交互窗口化应用程序基于分步向导的原则构建,包括以下步骤:1. 填写有关决策方法的标准和附加设置的信息(如有必要);2. 备选方案清单的形成3. 决策方法的选择、计算和决策的查看。向导的步骤在视觉上被设计为表单选项卡,只有在上一步中填写了必要的数据后,才能转换到下一个步骤-选项卡。窗口化应用程 序 作 为 单 独 的 Windows 窗 体 项 目 ( “DecisionMaster.UserInterface”)实现2.2. 软件功能DSS DecisionMaster支持六种决策方法的实施:SMART [10],WASPAS [11] , Taxon- omy [12], REGIME [13], PROMETHEE[14]和ELECTRE [15]。在描述标准时,决策者在程序中为每个标准设置其名称、权重、类型(定量或定性)、优化方向(最大化或最小化)以及最大值和最小值。为了设置质量标准,使用顺序量表,其值为差、相当弱、中等、相当好、好、非常好、优秀。此外,当根据这样的准则计算估计时,通过特定决策方法的算法将它们转换成数值,或者如果算法不提供这种算法,则转换成从1到7的整数值在填写完标准列表之后,决策者可以开始以表格形式填写备选方案列表,指出标准的相应值。为了支持决策问题描述的重用,可以将输入的数据以特殊结构的XML文档的格式保存到文件中。该程序还支持加载这种格式的文件在最后阶段,当获得一个解决方案时,决策者可以从一系列方法中进行选择,并在这些方法的帮助下对备选方案进行排序在此阶段还可以为PROMETHEE(优先功能)和ELECTRE(阈值)方法设置特定参数为了设置阈值,可以使用[15]中描述的技术, pp. 197-198]。以表格形式提供了计算备选方案最终等级的结果;每种方法使用单独的一行。此外,该表给出了通过所选方法对备选方案进行使用REGIME方法。Aleksandr Podvesovskii,Alena Zakharova,Dmitriy Korostelyov etal.软件X 16(2021)1008144Fig. 1. DSS DecisionMaster的体系结构。A1 3中等非常高24000非常高A2 1.200偏高25000偏高A3 1.500非常高低32000低3. 说明性实例让我们通过解决选择负责建造新大坝的承包商的问题来考虑DSSDecisionMaster的应用[3]。有三个备选方案-相关部委(A1)、国内承包商(A2)和外国承包商(A3)。评估标准为成本(C1)、实力(C2)、国家声誉(C3)、能力(C4)和工作难度(C5)。表1按标准列出了对替代品的评估。如果标准的优先级由“-"符号表示- 最高的从输入数据中可以看出,给定的评估是相互矛盾的(根据一个标准,一种替代方案可能优于另一种替代方案,但根据另一个标准,这种替代方案可能较差此外,不同的标准由不同的测量单位评估(在该示例中,省略了测量单位,因为事实上它们有不同的尺寸--从十分之一到千分之一)更重要。在这种情况下,标准的一部分是定量的(C1,C4),另一部分(C2,C3,C5)是定性的评估。这使得决策过程变得复杂,因为必须从语义上理解根据一个标准的1000个单位的差异对应于根据另一个标准的0.1的差异表2提供了有关标准权重的其他信息。需要该信息来确定标准相对于彼此的重要性,然而,这显著地使决策问题复杂化,因为根据具有较高优先级的标准的优点可能更重要。标准在偏好方向上也各不相同:标准C1和C5分别为阴性,应尽量减少,而其他标准为阳性,该标准得分较高的替代品更可取。使用DecisionMaster程序解决此问题将从第一步开始-填写以下信息标准(图)4).同时,要使用所有可用的出租,必须填写几个附加参数表1按标准评估替代品。表2标准的具体权重。标准S1 S2S3S4S5标准S1S2S3S4S5标准优先级− +++ −标准权重0.100 0.175 0.250 0.350 0.125Aleksandr Podvesovskii,Alena Zakharova,Dmitriy Korostelyov etal.软件X 16(2021)1008145图二、 类图的算法核心决策方法。图三. 决策方法实现的类图。Aleksandr Podvesovskii,Alena Zakharova,Dmitriy Korostelyov etal.软件X 16(2021)1008146见图4。 条件设置界面。图五. 用于设置备选方案和定义标准评估的界面。(最小值/最大值,PROMETHEE和ELECTRE算法的特定参数)。当填写PROMETHEE和ELECTRE算法的特定参数时,可以使用默认设置。最小值和最大值的填充由值的物理意义或客观上可能的值范围决定。接下来,我们继续填写有关替代品及其标准评估的信息(图1)。5)。应该指出的是,在使用定性量表时,有必要选择适当的选项,同时考虑到在标准优化方向的背景下对该值的“好"或”坏“程度的理解正是由于这个原因,在标准C3(最大化)的情况下,第一个备选方案的相同定性值填写有关标准和备选方案的信息后,可以继续寻找所述问题的解决方案(替代品排名)。如图6在这个阶段,可以选择一个方法列表,通过该方法对备选方案进行排序,并且如果需要,填写其附加参数。应当注意并非所有算法对于所有输入数据都是确定性的(即,它们执行完全线性排序)。特别是,对于所考虑的决策问题,ELECTRE算法不允许使用默认设置找到解决方案。出于这个原因,在具有该算法的等级的行中,所有等级都被设置为等于1,以便不影响最终结果。同时,所有其他算法以统一的方式确定了备选方案的排名-最优选的备选方案是A3(外国承包商),其次是A2(国内承包商),最差的备选方案是A1(相关部门)。与只使用一种方法的情况相比,这使决策者能够获得更有根据的结果,并且更有信心选择A3(外国承包商)备选方案。Aleksandr Podvesovskii,Alena Zakharova,Dmitriy Korostelyov etal.软件X 16(2021)10081474. 影响见图6。替代品排名结果界面。有时不同方法得到的解可能不同。在这种情况下,可以建议决策者DSS DecisionMaster可用于研究目的和商业项目。借助DSSDecisionMaster,不同学科领域的研究者可以更合理地选择研究路径(备选方案),淘汰明显不好的研究路径。例如,它可以在计划实验或模拟建模过程中提供支持,在研究过程中可以消除不必要的方法,方法或输入数据区域(在这种情况下,它们可以被视为替代品)。由于这一点,原来的实验设计的尺寸可以减少。此外,使用DSS决策大师,研究人员可以验证他们的新方法,将它们与现有方法相关联,并吸引专家社区对其进行评估[23]。所获得的专家评估可以作为决策问题中标准的权重因子,研究人员可以对现有方法和新方法(替代品)进行排名,并得出关于所提出的新方法的有效性的结论。决策任务的广泛使用决定了使用DSS DecisionMaster的可能性,包括在允许决策者(经理,分析师等)在经济、社会领域、政治、生产或公司管理等领域中做出更明智的决策。所开发的算法核心结合已经实现的决策方法可以被补充并集成到商业产品中。此外,鉴于目前实施的决策支持系统DecisionMaster是一个免费和功能齐全的系统,它变得更便宜,这意味着更广泛的决策者可以使用它,而无需购买专门的系统。DSS DecisionMaster的主要特征之一是,它试图通过创建一个单一的通用方法来概括几种专门的决策这些因素使得有可能降低决策者进入决策方法的理论方面的门槛,使用所开发的系统通过从可用集合中选择最佳备选方案遵循以下规则:如果大多数方法将某些备选方案列为最差,则可以将它们从备选方案列表中排除并重复排序过程;以“结果”线为指导如果结果仅与ELECTRE、WASPAS或PROMETHEE方法不同,则可以尝试将这些方法的系数更改为非标准系数。开 发 的 DSS DecisionMaster 的 另 一 个 应 用 领 域 DSS Deci-sionMaster可用作培训专家的应用工具,这些专家的未来活动与管理、做出管理决策或解决在各种备选方案中进行选择的问题(管理人员、工程师、社会学家等)有关。此外,该系统可以用于培训决策理论和方法领域的专家,因为可以让您熟悉相应算法的软件实现的功能。DSS DecisionMaster有助于比较使用不同问题的实现算法获得的解决方案的质量,从而更好地了解这些算法的具体情况和可能的应用5. 结论使用决策支持方法和软件的目的是提高决策者所作选择的结果的有效性。选择的有效性可以大大提高,包括通过几种决策方法的复杂应用,这也有助于减少决策者在评估和排列备选方案的过程中可能犯的随机错误开发的DSSDecisionMaster实现了这样一种方法,为许多标准下的各种现代决策方法提供支持。一方面,DSS DecisionMaster使用起来非常简单,另一方面,它支持所有····Aleksandr Podvesovskii,Alena Zakharova,Dmitriy Korostelyov etal.软件X 16(2021)1008148解决问题的主要阶段-从设定备选方案和标准到选择和建立评价备选方案的排序方法。所使用的方法是不变的主题领域与决策问题相关联,这使我们能够谈论使用开发的程序的可能性,为广泛的一类多标准问题。由于DecisionMaster是一个开源系统,因此无论是作为独立产品还是作为第三方产品开发中的数学方法库,它都具有很大的发展潜力,也可以用于研究和教育目的。今后,计划在以下几个领域开发决策支持系统扩大支持决策方法的数量,包括增加新的方法类别,包括分层和模糊[24];添加帮助系统和提示;增加可视化子系统,以将结果呈现给决策者,以便清晰和生动地可视化表示用于做出特定决策的建议;• 扩大定制评估量表的能力等。考虑到DSS DecisionMaster实际应用的成功经验(在上述选择最佳解决方案的问题中),其发展的另一个方向是创建一个包含解决多标准问题示例的存储库。这样的存储库可以使用云技术构建,辅以反馈子系统,并集成到DecisionMaster DSS中。这将使用户能够积累和分享解决各种主题领域的多标准决策问题的经验。CRediT作者贡献声明亚历山大Podvesovskii:方法,形式分析,调查,写作AlenaZakharova:概念化,监督,写作Dmitriy Korostelyov:项目管理,形式分析,软件,验证,可视化,写作-原始草稿。AleksandrKuzin:软件,验证。竞合利益声明作者声明,他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系,可能会影响本文报告的工作确认报告的研究部分由俄罗斯基础研究基金会(RFBR)资助,项目编号19-07-00844。引用[1] Zakharova AA,Podvesovskii AG,A.V. 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