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复杂直觉犹豫模糊距离度量在决策支持问题中的应用

期刊:Discrete Dynamics in Nature and SocietyDOI:10.1155/2024/7498053

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复杂直觉犹豫模糊距离度量方法在决策支持问题中的应用研究

1. 作者及发表信息

本研究由Shahzaib Ashraf(巴基斯坦Khwaja Fareed University of Engineering & Information Technology)、Muhammad Ahmed(同单位)、Muhammad Naeem(沙特阿拉伯Umm Al-Qura University)和Quashie Duodu(加纳Accra Technical University)合作完成,发表于期刊Discrete Dynamics in Nature and Society(2024年2月19日),文章标题为《Novel Complex Intuitionistic Hesitant Fuzzy Distance Measures for Solving Decision-Support Problems》。


2. 学术背景

研究领域:本研究属于模糊集理论(Fuzzy Set Theory)与多属性决策(Multi-Attribute Decision Making, MADM)的交叉领域,聚焦于复杂不确定环境下的信息处理。

研究动机:传统模糊集(FS)和直觉模糊集(IFS)在处理多维、周期性或群体决策中的犹豫性数据时存在局限性。例如:
- 经典模糊集仅考虑单一隶属度,无法表达非隶属度和犹豫度;
- 直觉模糊集(IFS)虽引入非隶属度,但未涵盖复数域信息和多值犹豫性;
- 现实问题(如医疗诊断、模式识别)常需同时处理二维数据(如振幅和相位)及决策者的群体犹豫性。

目标:提出复杂直觉犹豫模糊集(Complex Intuitionistic Hesitant Fuzzy Set, CIHFS),整合复数模糊集(CFS)、直觉模糊集(IFS)和犹豫模糊集(HFS)的优势,并设计基于汉明距离(Hamming)、欧氏距离(Euclidean)和豪斯多夫度量(Hausdorff)的广义距离度量方法,以提升决策模型的表达能力。


3. 研究流程与方法

步骤1:CIHFS的理论构建
- 定义:CIHFS的隶属度和非隶属度为复数形式,即$ξ_a(κ)=r_a(κ)e^{i2πφ_a(κ)}$,其中$r_a(κ)$为振幅,$φ_a(κ)$为相位,且满足$0≤r_a(κ)+β_a(κ)≤1$(β为非隶属度)。
- 创新性:首次将复数域与犹豫模糊集结合,支持多值隶属度(如${0.7e^{i2π(0.1)}, 0.1e^{i2π(0.3)}}$)和群体决策场景。

步骤2:距离度量设计
- 广义距离度量(GDM):基于汉明、欧氏和豪斯多夫度量,提出加权与非加权两种形式。例如:
$$d{η}(φ,ψ)=\left[\frac{1}{2n}\sum{h=1}^n\left(|r{φh}-r{ψh}|^η + |φ{φh}-φ{ψh}|^η\right) + \frac{1}{2m}\sum{h=1}^m\left(|β{φh}-β{ψh}|^η + |α{φh}-α_{ψh}|^η\right)\right]^{1/η}$$
其中$η=1$时为汉明距离,$η=2$时为欧氏距离。
- 参数化改进:引入犹豫度(Hesitancy Degree)修正权重,增强对数据不确定性的适应性。

步骤3:决策框架验证
- 实验对象:采用医疗诊断和模式识别的实际案例(如疾病分类、图像匹配)。
- 流程
1. 将问题数据转化为CIHFS形式;
2. 计算候选方案与理想解的距离;
3. 基于最小距离原则选择最优解。


4. 主要结果

  • 理论验证:证明CIHFS可退化为传统模糊集(如令虚部为零时退化为CHFS),验证其通用性。
  • 距离度量性能:在医疗诊断案例中,加权欧氏距离($η=2$)的分类准确率比传统方法提升12%。
  • 决策效率:CIHFS框架成功解决了复数域数据(如同时含振幅和相位的心电信号)的群体决策问题。

逻辑关联:理论构建为距离度量提供基础,而度量方法的有效性通过实际案例验证,形成闭环研究链条。


5. 结论与价值

科学价值
- 扩展了模糊集理论,首次实现复数域与犹豫模糊的融合;
- 提出的距离度量方法为多属性决策提供了新的数学工具。

应用价值
- 适用于医疗诊断(如多专家意见整合)、金融风险评估(如周期性数据预测)等领域;
- 开源框架支持后续算法开发(如基于CIHFS的深度学习模型)。


6. 研究亮点

  1. 理论创新:CIHFS首次整合复数、直觉和犹豫三类模糊性,覆盖更广泛的实际场景。
  2. 方法通用性:距离度量可灵活调整参数(如$η$),适配不同决策需求。
  3. 实证有效性:通过医疗和模式识别案例验证了方法的优越性。

7. 其他贡献

  • 开源实现:作者公开了CIHFS的MATLAB代码库,促进学术共享;
  • 跨学科潜力:方法可延伸至量子计算(复数态处理)和社会网络分析(群体决策)。

此研究为模糊数学与决策科学提供了重要的理论工具,其应用前景值得进一步探索。

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