作战试验评估的改进熵权客观权重赋值方法研究及应用.pdf

舰 船 电 子 工 程2023 年第 5 期1引言作战试验评估在装备发展、宏观决策方面具有指导意义，出现了多种方法，如指数法1、ADC法2、模糊综合评判法4等，各有其优缺点及适用范围。评估过程中，为了反映指标对上层指标的影响程度，往往引入权重的概念，权重结合指标数值综合计算，给出作战试验评估的定量结果。因此，指标权重的合理确定对于作战试验评估有至关重要的意义。根据赋权的依据，权重确定方法可分为主观赋权法、客观赋权法和综合赋权法。其中主观赋权法14是由决策者根据经验通过打分给出权值，体现指标重要性，常见方法包括层次分析法、专家打分法等；客观赋权法59是根据各指标数据获得权值，体现了指标数据特征，常见方法包括均方差法、变异系数法、熵权法；综合赋权法则是综合使用上述两种方法，避免主观赋权法主观随意性较强、客观赋权法无法体现指标重要性的问题，综合体现指标重要性和数据特征。胡方等5通过熵权法给出权重，结合灰色评估方法给出水下航行器的效能评估方法；徐海峰等6通过层次分析法和熵权法给出综合权重，结合模糊综合评判法给出舰艇编队信息作战能力评估方法；周德荣等7通过层次分析法和熵权法给出综合权重，结合ADC法给出了轮式战车机动效能评估方法。收稿日期：2022年11月8日，修回日期：2022年12月20日作者简介：赵永刚，男，高级工程师，研究方向：导弹武器系统试验总体。作战试验评估的改进熵权客观权重赋值方法研究及应用赵永刚王国栋李大伟（91550部队41分队大连116021）摘要客观赋权法可以反映数据特征，更具客观性，在作战试验评估应用广泛，但相关文献中对该方法的使用方式是否合理有待商榷。论文以熵权法为例介绍了客观赋权法的基本原理和流程，总结其适用范围，然后针对作战试验评估中对于权重的需求，对现有熵权法进行算法改进，给出了应用实例，为研究人员进行作战试验评估提供参考。关键词客观赋权法；作战试验评估；适用范围；算法修改中图分类号TP301.6DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2023.05.039Research and Application of Improved Entropy Weight ObjectiveWeight Assignment Method for Combat Test EvaluationZHAO YonggangWANG GuodongLI Dawei（Unit 41，No.91550 Troops of PLA，Dalian116021）AbstractObjective weighting method can reflect data characteristics and it is more objective.It is widely used in combat testevaluation，but whether the use of this method in relevant literature is reasonable remains to be discussed.Taking the entropy weightmethod as an example，this paper introduces the basic principle and process of the objective weighting method，summarizes itsscope of application，and then modificates the existing entropy weight method according to the weight requirements in the combattest evaluation，and gives an application example，which provides a reference for researchers to evaluate the combat test.Key Wordsobjective weighting method，operational test evaluation，scope of application，algorithm modificationClass NumberTP301.6总第 347 期2023 年第 5 期舰 船 电 子 工 程Ship Electronic EngineeringVol.43 No.5195总第347期在上述文献中均使用了客观赋权法，其基本思想为根据各指标提供的信息量来确定指标权数，即某指标的数值差异程度越大，该指标提供的信息量越大，该指标的权重便越大。在作战试验评估方面中，客观赋权法相关文献多研究方法在评估过程中的使用，对方法本身的报道较为简略，使用方式是否合理均未进行分析，因此本文以熵权法为例分析了客观赋权法基本原理、使用流程，总结了适用范围，然后分析作战试验评估中对于客观权重的需求，进而对客观赋权法进行改进，并给出应用实例。2客观赋权法介绍客观赋权法是直接根据各个指标的原始信息经过一定数学处理后获得权值的方法10。目前客观赋权法主要可分为均方差法、变异系数法、熵权法，其差异体现为离散性的表征参数。均方差法以方差表征离散性，以各指标方差占比为权重；变异系数法以变异系数（标准差除以均值）表征离散性，以各指标变异系数占比为权重；熵权法1112则是引入熵的概念，以熵值表征离散型，应用最为广泛。本节以熵权法为例，介绍客观赋权法的基本原理与使用步骤，然后总结了客观赋权法的适宜使用范围。2.1熵权法使用步骤熵权法以熵值表征指标的无序程度，进而确定权重。其使用步骤如下。1）指标量化为消除量纲的影响，首先对数据进行无量纲化处理，通过如下公式计算：假设一个样本中共有m个子样本，每个子样本有n个指标，构成指标X=x11x12xmn，xij表示第i个子样本的第j个指标的值，其中i的取值范围是1m；j的取值范围是1n；各个指标标准化处理之后的值为指标集X。效益型指标量化方法：xij=xij-min(xj)max(xj)-min(xj)(i=12m;j=12n)成本型指标量化方法：xij=max(xj)-xijmax(xj)-min(xj)(i=12m;j=12n)其中，xij表示第i个子样本的第j个指标的值，其中i的取值范围是1m；j的取值范围是1n。2）计算权重通过以下公式计算xij在的比重pij：pij=yiji=1myij(i=12m;j=12n)（1）计算第j个指标的熵值：Ej=-1lnmi=1mpij(lnpij)（2）当pij=0时，令pij(lnpij)=0，从而保证Ej的取值范围是01。计算第j个指标的权重：wj=1-Ejj=1n(1-Ej)(j=12n)（3）式中：wj为第j项指标的权重。2.2适宜使用范围从上述分析可以看出，在使用客观赋权法的情况下，某指标的数值差异程度越大，该指标提供的信息量越大，该指标的权重便越大。该处理方式试图体现量变引起质变的效果，适宜用于不同方案之间的对比。例如：现拟对某防空导弹的多个设计方案进行对比，假定在某一方面（比如射程）各方案差异非常明显，而其它能力则区别不大，可认为各方案之间的差异主要体现在射程方面，采用客观赋权法时给予射程方面更大权重，突出射程方面的差异，可更有效的体现各方案的能力差别；反之，不对该方面进行额外的重视，可能会导致区分度不明显，或者出现颠覆性结果。3作战试验评估中客观赋权使用方法结合上节所述客观赋权法适用范围，本节分析了现有作战试验评估中对于客观赋权法的使用误区，提出了改进方法，并给出应用实例。3.1作战试验评估使用需求分析目前作战试验评估相关文献中，多是对单一武器系统进行评价，而不是客观赋权法适宜的多方案对比。在已查阅的文献中，采用客观赋权法是基于指标数值（子样）的波动程度，根据同一指标体系内不同指标的多次量化结果的波动进行赋权，其合理性有待商榷。在作战试验评估工作中，对于采取专家打分法进行衡量的定性指标，若数据波动较大，体现了专家对该指标的看法具有较大分歧，可理解为该指标的定量结果质量较差，理应给予较小的权重，与文献中客观赋权法的思想相反。此时，应在客观赋权法的基础上，进行一定的算法修改。就熵权法而言，可将上述式（3）修改为赵永刚等：作战试验评估的改进熵权客观权重赋值方法研究及应用196舰 船 电 子 工 程2023 年第 5 期如下形式：wj=1-(Ej)max-(Ej)min+Ejj=1n(1-Ej)j=1n1-(Ej)max-(Ej)min+Ej(j=12n)（4）式中，wj为改进后熵权法所得权重。对于定量指标，其数值的波动程度往往是不同作战方案、不同条件、不同态势下造成的差异。此时应针对具体指标进行分析，若数据波动程度并不能代表数值本身特征的指标，则不使用客观赋权法，或认为客观权重为1，对于波动体现结果质量的指标，则采用与定性指标赋权相同的处理。3.2应用实例为验证上述改进的合理性，本节虚构部分数据，分别采用改进前熵权法、改进后熵权法分别进行客观权重计算，并结合主观权重计算主客观综合权重。假定一指标体系中，某项能力下层指标有 5个，均为10名专家通过打分获得，具体数值如表1所示。从表中可以看出，由指标1至指标5，其专家打分结果的离散性逐渐增加。表1指标定量数据专家1专家2专家3专家4专家5专家6专家7专家8专家9专家10指标10.90.90.90.90.90.90.90.90.90.9指标20.90.70.90.70.90.70.90.70.90.7指标30.90.70.50.90.70.50.90.70.50.9指标40.90.70.50.30.90.70.50.30.90.7指标50.90.70.50.30.10.90.70.50.30.1通过主观赋权法获取主观权重。由于本文重点并非该部分，不再赘述，为便于结果比较，此处假定各指标的主观权重均为0.2。由于通过专家打分获得的指标值本身即符合熵权法使用要求，可直接采用式（1）、式（2）、式（3）计算基于熵权法的客观权重，可采用式（1）、式（2）、式（4）计算基于改进熵权法的客观权重。已知客观权重、主观权重后，采用如式（5）计算综合权重。采用不同赋权方法获取的权重如表2所示。wi=0.7wi主观+0.3wi客观（5）表2不同赋权方法获取的权重主观赋权法熵权法综合权重改进后熵权法改进后综合权重指标10.200.1400.2900.227指标20.20.0280.1480.2770.223指标30.20.0980.1690.2460.214指标40.20.2280.2080.1870.196指标50.20.6450.33400.140从数据中可以看出，以熵权法为例的原客观赋权法所得权重随着数据离散性的增加，权重呈逐渐增大的趋势，主客观综合后的权重受到客观权重的影响，同样呈现出离散度越大，综合权重越大的状态。经改进后，所得客观权重和主观权重随着数据离散型的增加呈逐渐减小趋势，达到预期效果，满足 3.1节所述作战试验评估中对于客观权重的需求。4结语本文从客观赋权法的基本原理、使用流程出发，总结分析了客观赋权法的特点和适用范围，分析了现有作战试验评估中对于客观赋权法的使用误区，提出了改进方法，并给出应用实例，为作战试验评估方法中权重制定提供参考。参 考 文 献1李长军，孟欣.指数法在潜艇作战系统效能分析中的应用研究 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J.兵器装备工程学报，2020，41（5）：48-53.总量约为5303.2亿吨，2013年劣V水比重为6%11，据此可以计算水污染造成的农业损失单价约为44.04/（5303.2*6%）=0.138元/吨。该军港年处理污水总量为18.25万吨，计算军港污水处理站项目每年减少土壤的污染效益为2.52万元。6.4减少军事设施腐蚀的效益军事设施的防护费用一般利用Uhlig法12进行计算，该方法是将生产、运行、防护、保养等过程中所增加的防蚀费进行直接累来进行计算的。该军港污水处理站于2018年建成，根据该军港历年来军事设施防护费用统计，该军港军事设施防护费用见表3。表3某军港军事设施防护费用表年份军事设施维护费用/万元201683.26201776.2201880.33201948.62202057.34202146.5根据上表计算：2018年及以前，该军港年军事设施维护费用平均为 79.93万元，2018年以后，年军事设施维护费用平均为50.82万元。根据式（5），该军港污水处理站项目减少军事设施腐蚀的效益为29.11万元。6.5军港污水处理站项目对环境的总效益军港污水处理站的建设运行对环境的总效益为减少微生物的污染效益、减少水体的污染效益、减少土壤的污染效益和减少军事设施腐的蚀效益四个方面之和。根据式（6）计算军港污水处理站项目每年对环境的总效益为68.37万元。7结语将损失评估法、人力资本法、防护费用法及恢复费用法或影子工程法进行综合运用，通过分析和计算，某军港污水处理站项目对环境的总效益为68.37万元，该项目总投为300万元，在不考虑其他因素的情况下，收回总投资需要4.4年，由此可以看出该军港污水处理站项目在考虑环境效益的情况下，具有一定的经济性。将军港污水处理站项目的环境环境效益进行量化，能直观地反映军港污水处理站项目的经济性和对环境的改善效果，对我军管理层的决策有一定的参考价值，进而推进军港污水处理站项目建设和军港生态文明发展，提升我海军形象。参 考 文 献1王兆新，黄耀明.浅谈军港防污管理现状及其发展方向J.交通环保，1990（Z2）：51-53.2冯振伟，周岩雄.关于加强军港环境监督管理工作的几点意见 J.海军后勤学报，2011（4）：40.3姚波.污水处理站设备管理存在的问题及改进措施 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