馮愛芬，曹平華

(1.河南科技大學 數(shù)學與統(tǒng)計學院,河南 洛陽 471023;2.河南科技大學 動物科技學院,河南 洛陽 471023)

基于熵權-模糊綜合評判的重大動物疫情風險評估模型

馮愛芬1，曹平華2

(1.河南科技大學 數(shù)學與統(tǒng)計學院,河南 洛陽 471023;2.河南科技大學 動物科技學院,河南 洛陽 471023)

通過對已發(fā)生的重大動物疫情相關資料分析研究，確定了重大動物疫情發(fā)生的風險評估指標體系，基于熵值法確定權重后進行模糊綜合評判，從而構建了重大動物疫情潛在風險評估模型，經(jīng)過實例風險預警評估和比較，結果表明：基于熵權-模糊綜合評判的方法對重大動物疫情潛在風險評估，方法比較科學，評價比較準確，為畜牧業(yè)有關部門提供一定的理論指導和有益的決策參考。

動物疫情; 風險評估模型; 熵權; 模糊綜合評判

近年來，重大動物疫情風險評估越來越引起國內(nèi)外專家們的關注。李靜等[1]采用的層次分析法建立了高致病性禽流感發(fā)生風險的定量評估框架，但在判斷矩陣構造上存在著主觀性強、一致性不易檢驗等缺陷[2]；Asahi和Turo[3]、藍泳鑠等[4]對上述方法改進后，也建立了自己的評估模型；Sutmoller等[5]、Schudel等[6]運用風險分析方法分別對藍舌病、牛海綿狀腦病等流行病進行監(jiān)測評估。李金安和馮愛芬[7]將模糊層次分析法和多指標綜合評價相結合，給出了重大動物疫情發(fā)生的風險評估模型；研究者針對豬、禽重大疫病風險評估分別給出不同的風險體系和評估方法[8-14]，熵權-模糊綜合評判方法已經(jīng)應用在可持續(xù)發(fā)展、人文、交通等方面，取得了較好的效果[15-18]。本文變換一個角度，擬采用熵權-模糊綜合評判方法對重大動物疫情潛在風險建立評估模型，并在實際問題中進行驗證。

1 調(diào)查與分析

關于動物疫情潛在風險評估的因素較多，模糊性較強，且容易受主觀因素影響，所以應分清主次，確定主要因素。作者從傳染病流行的三個基本環(huán)節(jié)入手，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，評估動物疫情潛在風險因素包括：免疫保護水平，技術管理水平，防疫監(jiān)督水平，養(yǎng)殖理性水平，內(nèi)外疫情威脅，環(huán)境影響力等；每個因素又可以由各子因素指標構成，例如免疫保護水平包含免疫密度，免疫合格率，免疫時效等。這些因素既有定性的，也有定量的，而且對動物疫情風險評估只能采用“完善程度”來衡量，因此，可以使用模糊綜合評判的方法來評價動物疫情風險評估。

2 基于熵權-模糊綜合評判的重大動物疫情潛在風險評估模型的建立

重大動物疫情潛在風險評估是一個多因素，多層次的綜合評價問題，由于其評價指標容易受較多主觀因素的影響，導致評價指標的權重客觀性較弱，模糊性較強。在此現(xiàn)狀下，若評價指標體系設計不科學，評價指標權重值分配不合理，主觀判斷隨意性太大，則評價的結論將失去客觀性和公正性。在已有的重大動物疫情風險評估方法中，層次分析法因其簡易實用，且能將定量分析與定性分析相結合而較為常用，但在具體應用中，存在主觀性強、比較粗糙等不足，下面將熵權與模糊綜合分析法相結合，建立評價模型。具體過程如下：

2.1 確定重大動物疫情潛在風險評估指標體系和因素集

確定指標體系。選定全面科學合理的風險評估指標體系是確保評估結果準確的前提。借鑒文獻[7]中的研究成果，建立了由目標層(重大動物疫情潛在風險評估)、準則層(重大動物疫情潛在風險評估的一級指標、二級指標)組成的潛在風險評估指標體系。其中準則層一級指標由6項風險因素組成，二級指標層由20項風險因素構成，見圖1。

圖1 重大動物疫情風險評估系統(tǒng)層次結構圖Fig.1 Hierarchy structure of major animal epidemic risk evaluation system

針對重大動物疫情潛在風險評估問題有6個一級指標，20個二級指標，那么它的一級指標因素集U={U1,U2,…,U6} ，二級指標因素集u={u1,u2,…,u20}。

2.2 確定重大動物疫情潛在風險評估評語集

在進行綜合評價前，首先由專家組確定評價集，這主要對重大動物疫情潛在風險評估的每個因素作評價(評語)。關于每個因素的評價可以采用三個等級、四個等級和五個等級等方式進行，具體采用什么樣的評語和建模要達到的目標有關.設每個因素的評語為m個等級，則構成評判集V={V1,V2,…,Vm}。本模型所有因素均采用五個等級的評語:高風險、較高風險、中度風險、較低風險與低風險五個風險等級，記為V={V1,V2,…,V5}。

2.3 構建重大動物疫情潛在風險評估模糊綜合評判矩陣

設某因素集U={U1,U2,…,Un}，由n個因素構成。對某個待評估的地區(qū)，記第i個因素的評判向量為(ri1,ri2,…，rim),i=1,2,…,n,rij為第i個因素第j個等級的隸屬度。其中：

于是重大動物疫情潛在風險評估的模糊評判矩陣為：

R={rij}nxm,i=1,2,…,n,j=1,2,…,m

2.4 確定重大動物疫情潛在風險評估指標的熵權

其次，計算第i個指標的熵值:

然后，再計算第i個指標的熵權:

綜合可得重大動物疫情潛在風險評估指標的熵權重為A=(a1,a2,…,an)。

2.5 重大動物疫情潛在風險評估的熵值-模糊綜合評判

由上述步驟，已經(jīng)確定了重大動物疫情潛在風險評估的因素集U={U1,U2,…,Un}，評判集V1={V1,V2,…,Vm}，單因素模糊評判矩陣R={rij}nxm，熵值權重集A={a1,a2,…,an}，由此得到模糊綜合決策模型，記為(U,V,R)。對各個因素對動物疫情潛在風險評估影響的熵值權重向量A，相應的綜合評判向量記為B=(b1,b2,…,bm)，則

B=A×R=(a1,a2,…,aN)×R。

對于b1的確定，綜合評價的方法很多，如果著眼點是考慮主要因素，忽略次要因素對結果影響，則可采用主因素決定模型、主因素突出型，如果著眼點是均衡考慮所有因素時，則可采用加權平均模型[19-20]。

3 實例應用

按照圖1所示模型對某個地區(qū)的動物疫情潛在的風險進行隨機調(diào)查。隨機抽取100人對影響動物疫情潛在風險評估關注的6個因素進行評估調(diào)查，統(tǒng)計結果見表1。

由此可以確定單因素模糊評判矩陣:

表1 動物疫情潛在風險評估統(tǒng)計表Table 1 Statistical table for major animal epidemic risk evaluation

各個因素對動物疫情潛在風險評估程度影響的權向量采用熵值權的方法確定的權重，結果如下：

A=(a1,a2,…,a6)=(0.4,0.2,0.13,0.05,0.18,0.04)

3.1 運用主因素決定模型進行模糊綜合評判

bj的結果由ai和rij中的某一個確定，先取最小、后取最大運算。

利用模型M(∧,∨)，綜合評判結果如下：

B=A×R=(a1,a2,…,an)×R=(0.09,0.18,0.18,0.22,0.22)

按最大隸屬度原則，此被評估地區(qū)的風險等級為低風險或者為較低風險，出現(xiàn)了不容易分辨到底屬于哪種情況的結果，對于這種情況就要對模型進行改進，可以采用主因素突出型M(·，∨)來改進。

這時對rij乘以小于1的權重，相當于在考慮多因素時對rij進行了修正，與主因素有關，忽略了次要因素。利用此模型，綜合評判結果如下：

B=A×R=(a1,a2,…,an)×R=(0.0014,0.0008,0.014,0.0145,0.001)

此時被評估地區(qū)的風險等級為較低風險，這樣改進以后就可以分辨，但區(qū)分度很小。

3.2 運用加權平均模型進行模糊綜合評判

B=A×R=(a1,a2,…,an)×R=(0.0741,0.132,0.2257,0.2679,0.3023)

對于加權平均模型，如果把B歸一化，則可以把它看作某個地區(qū)每個評語的權向量，給評語向量V={V1,V2,…,Vm}賦值，可以得出某個地區(qū)的動物疫情潛在風險評估的綜合評價得分。記總分為D，于是D=B×VT，從而可以對各個地區(qū)的動物潛在風險評估進行評價。本文令風險度得分為：高風險1分，較高風險0.7，中度風險0.5，較低風險0.3與低風險0.1。即V=(V1,V2,…,V5)=(1,0.7,0.5,0.3,0.1)，于是D=B*VT=(0.0741,0.132,0.2257,0.2679,0.3023)(1,0.7,0.5,0.3,0.1)T=0.3892。

由此已經(jīng)計算出這個地區(qū)重大疫情潛在風險程度為0.3892。也就是說，這個地區(qū)的潛在風險程度的概率約為 38.92%。

4 結 論

本研究結合熵值-模糊綜合評判的方法建立了重大動物疫情潛在風險評估模型，把一些定量的、模糊的關系用科學的、量化的方法來解決，從而對重大動物疫情潛在風險評估進行了準確而科學的評價，為養(yǎng)殖者或管理部門提供一定的理論指導和有益的決策參考。在實例運用時僅考慮了一級指標，可以把二級指標也考慮進去，進行多層次的分析，來綜合確定重大動物疫情潛在風險程度。

本研究權重的確定采用了抽樣調(diào)查，然后又用熵值權的方法，這種方法比較科學。關于綜合評判方法的選擇，需要具體問題具體分析，有針對性的做出選擇。在進行風險評估時，主因素決定型方法側(cè)重某個主要因素，但容易出現(xiàn)風險等級不易區(qū)分的情況；主因素突出型對評價因素進行加權，修正了等級不易區(qū)分的情況。對于重大動物疫情潛在風險評估問題，影響因素比較多，需要綜合考慮、綜合評價，所以非常適合采用加權平均模型。

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AssessmentModelofMajorAnimalEpidemicRisksBasedOnEntropyWeightFuzzyComprehensiveEvaluation

FENG Ai-fen1,CAO Ping-hua2

(1.SchoolofMathematicsandStatistics,HenanUniversityofScienceandTechnology,Luoyang,Henan471023;2.CollegeofAnimalScienceandTechnology,HenanUniversityofScienceandTechnology,Luoyang,Henan471023 )

In this paper,the relevant data of major animal epidemic occurred were firstly analyzed,then the index system of risk assessment of major animal epidemic was confirmed.After determining the weights of entropy theory,the risk assessment model of major animal epidemic based on fuzzy comprehensive evaluation was built.The example risk warning assessment and comparison shows this model can scientifically and reasonably evaluate the risk of major animal epidemic more accurately,therefore providing a theoretical guidance and useful decision-making reference for the related governmental departments of animal husbandry.

animal epidemic; risk assessment model; entropy weight; fuzzy comprehensive evaluation

2014-04-30，

2014-07-07

國家自然科學基金項目(11301151)；河南省基礎與前沿技術研究項目(132300410411)；河南科技大學實驗技術開發(fā)項目(SY1314052)

馮愛芬(1968-)，女，河南洛陽人，碩士，副教授，研究方向:生物數(shù)學與應用概率統(tǒng)計。E-mail：kdfaif@163.com

S811.6

A

1005-5228(2014)08-0066-04