CN112085313A - 基于加权topsis法的垃圾污染问题分责方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于加权TOPSIS法的垃圾污染问题分责方法，包括：确立各国承担国际责任的影响因素；使用层次分析法对这些影响因素在分责问题中所占权重做一个定夺；使用加权Topsis评价模型建立评价体系；数据标准化处理；模型检验，得出结论。本发明将层次分析的方法代入垃圾污染分责中求得了相关参数的权重，使得我们的参数分析更加的严谨，从而使得我们的分析预测结果更加准确可靠，并且结合了TOPSIS的综合评价模型得到最终的方案。为了能够得到一个合理有效的方案，采取了通过考虑多个影响因素进行量化分析，通过层次分析法和TOPSIS评价模型来进行计算，从而得到一个科学合理的分责方案。
Description
技术领域
本发明涉及分责方法，尤其是基于加权TOPSIS法的垃圾污染问题分责方法。
背景技术
自上世纪以来，随着社会科学技术的不断发展，环境问题也越来越严重，这很大程度上也来源于治理的不利，在环境污染的治理方面，经常会出现各方之间都在相互推卸责任，最后导致环境无人治理的情况。这种现象发生的原因归根结底是没有一个合理分配责任的方法，因此，制定一种合理，有效，执行力高的污染问题分责方案对于环境保护和可持续发展有着重要的作用。
通过查阅资料，我们发现王恺；林在生；詹小海；吴慧丹；卢翠英；陈训梅；林少凯.加权TOPSIS法在福建省农村环境卫生质量综合评价中的应用[J].中国预防医学杂志,2016,v.17,20-24.中提出了加权TOPSIS法在环境卫生综合评价中的应用，但是在此论文中各项参数的权重全部由人为赋值，并且对各项权重没有做灵敏度与稳健度的分析，缺乏严谨性。
发明内容
本发明针对现如今环境污染问题日益严重，环境治理的分责方案的不完善等问题，提出一种基于层次分析法和TOPSIS评价模型的垃圾污染问题分责方法。通过数学建模的思想将影响责任大小的因素进行量化，通过层次分析和建立评价标准的方式来进行分责方案的制定。该方法同样适用于分析其他环境污染问题，并且分责范围不一定是全世界的每个国家，可以是不同的地区和城市，甚至是村落。
本发明采用如下技术方案：
基于加权TOPSIS法的垃圾污染问题分责方法，包括如下步骤：
(1)确立各国承担国际责任的影响因素(评价指标)
(2)使用层次分析法(AHP)对这些影响因素在分责问题中所占权重做一个定夺
(3)使用加权Topsis评价模型建立评价体系
(4)数据标准化处理
(5)模型检验，得出结论
进一步地，所述步骤(1)包括：
(11)根据分析，各国承担国际责任的影响因素需要反映国内应消化塑料废料的情况或者向自然环境或其他国家输出塑料废料的情况；
(12)根据上述标准，我们选择了短期内迫切需要解决的本国一次性塑料废料的人均数量，短期内难以解决并会对环境造成影响的本国一次性塑料废料的人均数量，从国外进口回收的一次性垃圾废料的人均数量，本国一次性垃圾管理不善率，本国对于一次性废料处理的年经济投入占本国对塑料产业的经济投入的比例这五个变量作为评价指标；
(13)假将上述五个评价指标定义为U1,U2,U3,U4,U5。
进一步地，所述步骤(2)包括：
(21)使用层次分析法(AHP)对这些影响因素在分责问题中所占权重做一个定夺；
(22)构建用来判断步骤(1)中确定的评价指标间的比重关系的矩阵；
(23)通过层析分析法计算软件yaahp计算步骤(22)中得到的矩阵的一致性，从而判断评价指标的选取是否符合计算条件；
(24)通过层析分析法计算软件yaahp计算各评价指标的权重。
进一步地，所述步骤(3)包括：
(31)自行选定5个一次性塑料废料状况不同的国家的数据，作为加权Topsis模型的测试数据；
(32)进行指标正向化，U1、U2、U3、U5是典型的成本型数据，即数据越小所需承担的责任越大；U4是效益型数据，即数值越大需要承担的责任越大；
(33)通过层次分析法分析各向量的权重，判断数据的类型；
(34)将所有的数据均转化为极大型数据，转换公式为Ui＝max{Ui}-Ui。
进一步地，所述步骤(4)包括：
(41)为了避免四种指标不同量纲的影响，应对指标正向化结果进行标准化处理，根据标准化处理公式：
计算得到结果；
(42)根据标准化结果得出标准化矩阵；
(43)计算评价指标与最大值和最小值的距离
与
(44)将上述计算结果带入公式
并将结果进行归一化处理；
进一步地，所述步骤(5)包括：
(51)对于归一化的结果进行检验分析；
(52)得出最后的分责方案。
本发明的有益效果在于：
本发明将层次分析的方法代入垃圾污染分责中求得了相关参数的权重，使得我们的参数分析更加的严谨，从而使得我们的分析预测结果更加准确可靠，并且结合了TOPSIS的综合评价模型得到最终的方案。为了能够得到一个合理有效的方案，采取了通过考虑多个影响因素进行量化分析，通过层次分析法和TOPSIS评价模型来进行计算，从而得到一个科学合理的分责方案。
本发明以塑料垃圾为例，列举了几个具有典型性特征的国家作为典型的例子进行分析说明，该方法同样适用于分析其他环境污染问题，并且分责范围不一定是全世界的每个国家，可以是不同的地区和城市，甚至是村落。
附图说明
图1为垃圾污染分责法结构框图。
图2为层次分析模型树状图。
图3为综合评价值可视化图。
具体实施方式
下面结合附图和具体措施，进一步阐述本发明，下面阐述的是一个具体实例，应理解阐述中的实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在说明中我们以塑料垃圾为例，列举了几个具有典型性特征的国家进行分析说明，该方法同样适用于分析其他环境污染问题，并且分责范围不一定是全世界的每个国家，可以是不同的地区和城市，甚至是村落。在阅读本发明后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
结合图1描述本发明的技术细节，在本发明中，通过数学建模的方式来进行定量的量化分析，运用层次分析法和TOPSIS评价模型来进行塑料垃圾污染问题的分责，该方法主要包括以下五个步骤：
一是确立各国承担国际责任的影响因素(评价指标)，二是使用层次分析法(AHP)对这些影响因素在分责问题中所占权重做一个定夺，三是使用加权Topsis评价模型建立评价体系，四是进行数据标准化处理，五是模型检验，得出最后的结论。
以下通过具体建模与计算过程详细描述该方法的实现步骤：
所述步骤(1)包括：
(11)由于一次性垃圾废料问题具有全球性，所以每个国家都有义务采取措施及时遏制污染。但由于每个国家的国内一次性塑料污染情况(反应了本国内面临的垃圾废料处理消化问题的严峻程度，自身面临的问题越小，相应承担国际责任的余力也越大)以及其对外界自然环境造成的影响(该项指标反映了该国对地球自然环境造成的影响的大小，影响越大，所需要承担的国际责任也越多)都有所不同，所以根据每个国家的共性选取了相同的评价指标建立起一个评价模型，定量的分析每个国家所应承担的责任的大小。
(12)我们将描述国内一次性塑料污染情况的指标定义为国内一次性塑料污染情况，并将其进一步细化为如下三个指标：短期内迫切需要解决的本国一次性塑料废料的人均数量、短期内难以解决并会对环境造成影响的本国一次性塑料废料的人均数量、从国外进口回收的一次性垃圾废料的人均数量。
(13)我们将描述对外界自然环境造成的影响的指标定义为向自然环境或其他国家输出塑料废料的情况，并将其进一步细化为如下两个指标：对于本国一次性垃圾管理不善率、本国对于一次性废料处理的年经济投入占本国对塑料产业的经济投入的比例。
(14)假将上述五个评价指标定义为U1,U2,U3,U4,U5；
表1各国所应承担国际责任大小的影响因素(评价指标)
所述步骤(2)包括：
(21)由于这些影响因素符合树状结构，且各因素的重要程度易于比较，我们考虑使用层次分析法(AHP)对这些影响因素在分责问题中所占权重做一个定夺，层次分析法将一个复杂多方案决策问题分解为若干层次和若干因素，构建评价指标的层次结构，并构建出判断矩阵，通过定性指标模糊量化方法，获得各评价指标的单排序和总排序，从而获得指标权重。我们建立的层次分析模型如附图2；
(22)构造对比矩阵
建立判断上一层与下一层指标间的比重关系的矩阵。假设上一层次的指标为U，下一层级的指标Ui＝{U1，U2，U3…，Un}，用aij表示Ui与Uj对U的重要程度之比，U与Ui的判断矩阵为：
对于aij的值，采用五级权重标定，具体标度的含义如下表所示。
表2矩阵元素的标度方法
我们根据以上构造对比矩阵的方法，我们得到的三个对比矩阵如下：
(23)检验矩阵的一致性
通过层析分析法计算软件yaahp计算上述三个矩阵的一致性比值为{0,0.0713,0}，均小于0.1，认为一致性符合要求，即评价指标选取符合计算条件(一致性比值小于0.1时，认为一致性符合要求，否则需要进行检测调整)。
(24)计算指标权重
通过层析分析法计算软件yaahp计算各评价指标的权重，计算结果如表3所示。
表3各项要素权重
所述步骤(3)包括：
(31)自行选定5个一次性塑料废料状况不同的国家的数据，作为加权Topsis模型的测试数据；
表4 5个不同国家的评价指标数据
加权Topsis模型：
标准Topsis模型采用如下公式来衡量评价数据与最优点和最劣点之间的差距：
(其中
为最优与最劣点集合)
加权Topsis模型则是在上述公式中的平方项前增加相应指标的权重系数，从而实现不同指标在评价体系中重要程度占比不同的效果：
(32)进行指标正向化，U1、U2、U3、U5是典型的成本型数据，即数据越小所需承担的责任越大；U4是效益型数据，即数值越大需要承担的责任越大；
(33)通过层次分析法分析各向量的权重，判断数据的类型；
表5不同指标的权重与数据类型
(34)各数据类型具体转换如下：
U4：由于本身为效益型(极大型)数据，所以不需要转化。U1、U2、U3、U5：成本型(极小型变极大型)，其转换公式为Ui＝max{Ui}-Ui
使用上面的公式可以在MATLAB中得到指标正向化结果；
所述步骤(4)包括：
(41)为了避免四种指标不同量纲的影响，应对指标正向化结果进行标准化处理，根据标准化处理公式：
计算得到结果；
表6数据标准化结果
(42)根据标准化结果得出标准化矩阵；
(43)通过公式
计算最优与最劣解集向量；
将向量与加权向量wj＝[0.15 0.4 0.3 0.15]代入公式：
得出
与
D+＝(0.332，0.748，0.782，0.0362，0.693)
D-＝(0.332，0.7481，0.782，0.0362，0.693)
(44)将上述计算结果带入公式
得到：
S＝(0.767，0.536，0.545，0.465，0.608)
并将结果进行归一化处理：
S＝(0.263，0.182，0.187，0.159，0.208)
所述步骤(5)包括：
(51)在这里将上述归一化结果S×1000＝(263，182，187，159，208)可视化，如附图3，方便下面的结果检验分析；
(52)得出最后的分责方案：
(1)由图3可知作为参照的国家A的得分最高，也即国家A所需要承担的责任最大。
国家B与国家A相比，一次性塑料废料管理较好且废料处理投入较高，所以其得分比国家A低很多，承担的责任也较少一些。
(2)国家C与国家B相比，一次性塑料废料管理率稍差一些，对自然环境造成的影响较大一些，所以国家C评分更高，需要承担更多的国际责任。
(3)国家D与国家A相比，一次性塑料废料国内形式严峻(管理不善率略高于A，废料处理投入略低于A)，其应该首先解决好国内自身问题，所以承担国际责任的余力较少，故其评分较低，所需承担的国际责任较少。
(4)国家E与国家A相比，其管理不善率低且废物处理投入较高，所以国家E所需承担的国际责任相较国家A更低一些，故评分也比A低；但是国家E自身情况较好，有更多的余力处理国际一次性塑料废物问题，所以E的评分比同样是管理不善率低、废物处理投入较高但自身问题更为严重一些的国家B来得高，承担的责任也比国家B更大一些。
Claims (6)
1.基于加权TOPSIS法的垃圾污染问题分责方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)确立各国承担国际责任的影响因素；
(2)使用层次分析法对这些影响因素在分责问题中所占权重做一个定夺；
(3)使用加权Topsis评价模型建立评价体系；
(4)数据标准化处理；
(5)模型检验，得出结论。
2.根据权利要求1所述的基于加权TOPSIS法的垃圾污染问题分责方法，其特征在于，所述步骤(1)包括：
(11)各国承担国际责任的影响因素需要反映国内应消化塑料废料的情况或者向自然环境或其他国家输出塑料废料的情况；
(12)选择短期内迫切需要解决的本国一次性塑料废料的人均数量，短期内难以解决并会对环境造成影响的本国一次性塑料废料的人均数量，从国外进口回收的一次性垃圾废料的人均数量，本国一次性垃圾管理不善率，本国对于一次性废料处理的年经济投入占本国对塑料产业的经济投入的比例这五个变量作为评价指标；
(13)将上述五个评价指标定义为U1,U2,U3,U4,U5。
3.根据权利要求2所述的基于加权TOPSIS法的垃圾污染问题分责方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：
(21)使用层次分析法(AHP)对这些影响因素在分责问题中所占权重做一个定夺；
(22)构建用来判断步骤(1)中确定的评价指标间的比重关系的矩阵；
(23)通过层析分析法计算软件yaahp计算步骤(22)中得到的矩阵的一致性，从而判断评价指标的选取是否符合计算条件；
(24)通过层析分析法计算软件yaahp计算各评价指标的权重。
4.根据权利要求3所述的基于加权TOPSIS法的垃圾污染问题分责方法，其特征在于，所述步骤(3)包括：
(31)自行选定5个一次性塑料废料状况不同的国家的数据，作为加权Topsis模型的测试数据；
(32)进行指标正向化，U1、U2、U3、U5是典型的成本型数据，即数据越小所需承担的责任越大；U4是效益型数据，即数值越大需要承担的责任越大；
(33)通过层次分析法分析各向量的权重，判断数据的类型；
(34)将所有的数据均转化为极大型数据，转换公式为Ui＝max{Ui}-Ui。
5.根据权利要求4所述的基于加权TOPSIS法的垃圾污染问题分责方法，其特征在于，所述步骤(4)包括：
(41)根据标准化处理公式：
计算得到标准化结果；
(42)根据步骤(41)得到的标准化结果得出标准化矩阵；
(43)计算评价指标与最大值和最小值的距离
与
(44)将上述计算结果带入公式
并将结果进行归一化处理。
6.根据权利要求5所述的基于加权TOPSIS法的垃圾污染问题分责方法，其特征在于，所述步骤(5)包括：
(51)对于归一化的结果进行检验分析；
(52)得出最后的分责方案。
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |