本說明書涉及水資源分配，特別涉及一種基于決策者非線性精確偏好的多目標(biāo)水資源分配方法。

背景技術(shù)：

1、水資源分配中的公平性-效率權(quán)衡是一個(gè)重大挑戰(zhàn)，特別是當(dāng)決策者希望獲得一個(gè)確定性最優(yōu)解時(shí)。雖然在某些情況下這兩個(gè)目標(biāo)同等重要，但由于無法避免的“選擇代價(jià)”，它們經(jīng)常發(fā)生沖突。這意味著實(shí)現(xiàn)公平性通常是以犧牲效率為代價(jià)，反之亦然。對(duì)于既關(guān)注公平性又關(guān)注效率的決策者而言，找到一個(gè)最優(yōu)解尤其困難。

2、在應(yīng)用決策者非線性精確偏好信息處理多目標(biāo)問題的方法中，基于粗略偏好的建模方法使用權(quán)重來表示水資源管理者的偏好，代表性方法包括加權(quán)法及目標(biāo)規(guī)劃模型?；诰_偏好的建模方法利用較為復(fù)雜的懲罰函數(shù)，例如區(qū)間目標(biāo)規(guī)劃模型。相較于目標(biāo)規(guī)劃模型運(yùn)用有限的權(quán)重信息，區(qū)間目標(biāo)規(guī)劃模型通過區(qū)間型懲罰函數(shù)提供更豐富的偏好信息，并可根據(jù)水資源管理者的不同需求進(jìn)行調(diào)整。

3、由于決策者的行為往往是非線性的，尤其是在決策涉及風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，當(dāng)我們將決策者在兩個(gè)相互沖突的目標(biāo)之間的選擇視為有風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，他們的偏好很可能是非線性的。然而，目前尚無研究討論如何在基于精確非線性偏好的建模方法中選擇合適的懲罰函數(shù)類型。此外，由于該技術(shù)上的空白，僅有少量數(shù)值案例采用基于精確偏好的建模方法解決多目標(biāo)優(yōu)化問題，缺乏其在現(xiàn)實(shí)案例中的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供的一種基于決策者非線性精確偏好的多目標(biāo)水資源分配方法解決了多目標(biāo)水資源難以合理分配的問題。

2、為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于決策者非線性精確偏好的多目標(biāo)水資源分配方法，包括：

3、s1：構(gòu)建初始多目標(biāo)水資源分配模型；

4、s2：對(duì)決策者非線性精確偏好進(jìn)行分析，得到分段線性懲罰函數(shù)；

5、s3：利用所述分段線性懲罰函數(shù)，對(duì)所述初始多目標(biāo)水資源分配模型進(jìn)行調(diào)整，得到多目標(biāo)水資源分配模型；

6、s4：利用所述多目標(biāo)水資源分配模型，對(duì)目標(biāo)流域水資源數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到水資源分配結(jié)果，完成多目標(biāo)水資源分配。

7、本發(fā)明的有益效果為：一種基于決策者非線性精確偏好的多目標(biāo)水資源分配方法。（1）能夠處理任意懲罰函數(shù)，從而解決多目標(biāo)優(yōu)化問題，并有效應(yīng)對(duì)基于決策者真實(shí)且非線性偏好所生成的精細(xì)懲罰函數(shù)。（2）通過采用決策者的精確非線性偏好，能夠減少基于粗略偏好決策附加的總懲罰值，從而能夠幫助水資源分配決策者獲得確定性最優(yōu)且令人滿意的分配方案。

8、進(jìn)一步地，所述初始多目標(biāo)水資源分配模型包括：

9、所述初始多目標(biāo)水資源分配模型包括：

10、面向各子區(qū)域人口的最大化公平性目標(biāo)函數(shù)：

11、；

12、；

13、其中，表示面向各子區(qū)域人口的最大化公平性，表示和子區(qū)域人口有關(guān)的公平性參數(shù)，表示目標(biāo)流域第個(gè)子區(qū)域，表示目標(biāo)流域子區(qū)域數(shù)量，表示目標(biāo)流域第個(gè)子區(qū)域中第個(gè)用水部門的資源分配，表示第個(gè)用水部門，表示用水部門數(shù)量，表示目標(biāo)流域第個(gè)子區(qū)域的人口總數(shù)；

14、面向各子區(qū)域水資源需求的最大化公平性目標(biāo)函數(shù)：

15、；

16、；

17、其中，表示面向各子區(qū)域水資源需求的最大化公平性，表示和子區(qū)域水資源需求有關(guān)的公平性參數(shù)，表示目標(biāo)流域第個(gè)子區(qū)域的水資源需求總量；

18、面向各用水部門分配水量差異最大化的最大化效率目標(biāo)函數(shù)：

19、；

20、；

21、其中，表示面向各用水部門分配水量差異最大化的最大化效率，表示和用水部門分配水量差異有關(guān)的公平性參數(shù)，表示第個(gè)用水部門的水資源需求總量；

22、最大化效率目標(biāo)函數(shù)：

23、；

24、其中，表示最大化效率，表示所有資源分配的最大平均經(jīng)濟(jì)效益，表示目標(biāo)流域第個(gè)子區(qū)域中第個(gè)用水部門的資源分配平均經(jīng)濟(jì)效益；

25、水資源分配技術(shù)約束條件：

26、

27、

28、

29、

30、其中，表示計(jì)劃最大水資源使用量，表示經(jīng)濟(jì)用水部門，表示經(jīng)濟(jì)用水部門計(jì)劃最大水資源使用量，表示最大水資源供應(yīng)能力，表示目標(biāo)流域第個(gè)子區(qū)域中第個(gè)用水部門的最低資源需求。

31、權(quán)2有益效果為：（1）通過引入多個(gè)最大化水資源配置公平性及最大化水資源配置效率兩大類目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建同時(shí)考慮到公平、效率兩大決策目標(biāo)的多目標(biāo)模型。（2）通過添加水資源配置必要的技術(shù)約束條件，增強(qiáng)所得求解方案的可行性及解釋性，使所得水資源配置方案更具有說服力。（3）能夠基于上述目標(biāo)函數(shù)及約束條件，構(gòu)建可求解的初始多目標(biāo)水資源分配模型。

32、進(jìn)一步地，所述分段線性懲罰函數(shù)的表達(dá)式為：

33、；

34、分段線性懲罰函數(shù)約束條件的表達(dá)式為：

35、；

36、；

37、；

38、；

39、；

40、；

41、其中，表示取最小值函數(shù)，表示第個(gè)目標(biāo)函數(shù)的權(quán)重，表示第個(gè)目標(biāo)函數(shù)值在分段線性懲罰函數(shù)上對(duì)應(yīng)的懲罰值，表示對(duì)應(yīng)懲罰函數(shù)段的正連續(xù)變量所構(gòu)成的向量，表示第個(gè)目標(biāo)函數(shù)，表示目標(biāo)函數(shù)數(shù)量，表示第個(gè)目標(biāo)函數(shù)值，表示第個(gè)目標(biāo)函數(shù)的第個(gè)屬性值，表示正連續(xù)變量，表示第個(gè)屬性值，表示第個(gè)目標(biāo)函數(shù)的屬性值數(shù)量，表示第個(gè)目標(biāo)函數(shù)的分段線性懲罰函數(shù)，表示屬性值相對(duì)應(yīng)的罰值，表示二進(jìn)制變量，表示第一個(gè)正連續(xù)變量，表示第一個(gè)二進(jìn)制變量，表示第個(gè)正連續(xù)變量，表示第個(gè)二進(jìn)制變量，表示第個(gè)二進(jìn)制變量。

42、權(quán)3有益效果為：（1）能夠?qū)⒊橄蟮乃Y源配置決策非線性偏好轉(zhuǎn)換成具有確定形式的數(shù)學(xué)模型。（2）通過考慮任意分段線性懲罰函數(shù)，計(jì)算得到各目標(biāo)函數(shù)值所對(duì)應(yīng)罰值，可以靈活反映不同目標(biāo)函數(shù)實(shí)現(xiàn)水平下的決策者偏好。（3）與所述初始多目標(biāo)水資源分配模型結(jié)合，所得模型能夠有效處理水資源配置決策問題中的多目標(biāo)結(jié)構(gòu)。

43、進(jìn)一步地，所述s3包括：

44、將所述初始多目標(biāo)水資源分配模型中的水資源分配技術(shù)約束條件添加到所述分段線性懲罰函數(shù)中，得到改進(jìn)區(qū)間目標(biāo)規(guī)劃算法；

45、基于所述改進(jìn)區(qū)間目標(biāo)規(guī)劃算法，對(duì)所述初始多目標(biāo)水資源分配模型進(jìn)行調(diào)整，得到多目標(biāo)水資源分配模型。

46、權(quán)4有益效果為：（1）能夠基于改進(jìn)區(qū)間目標(biāo)規(guī)劃算法，有效消除模型中可能存在的非線性成分（2）能夠提高原始水資源配置模型求解效率，提升決策者對(duì)所得解的滿意度。

47、進(jìn)一步地，所述多目標(biāo)水資源分配模型的表達(dá)式為：

48、；

49、其中，表示取最小值函數(shù)，表示目標(biāo)函數(shù)值；

50、多目標(biāo)水資源分配模型約束條件的表達(dá)式為：

51、；

52、；

53、；

54、；

55、；

56、；

57、；

58、；

59、；

60、；

61、；

62、；

63、；

64、；

65、；

66、；

67、；

68、其中，表示第個(gè)目標(biāo)函數(shù)的權(quán)重，表示第個(gè)目標(biāo)函數(shù)值在分段線性懲罰函數(shù)上對(duì)應(yīng)的懲罰值，表示對(duì)應(yīng)懲罰函數(shù)段的正連續(xù)變量所構(gòu)成的向量，表示第個(gè)目標(biāo)函數(shù)，表示目標(biāo)函數(shù)數(shù)量，表示第個(gè)目標(biāo)函數(shù)的第個(gè)屬性值，表示正連續(xù)變量，表示第個(gè)屬性值，表示第個(gè)目標(biāo)函數(shù)的屬性值數(shù)量，表示面向各子區(qū)域人口的水資源配置公平性，表示面向各子區(qū)域水資源需求的水資源配置公平性，表示面向用水部門分配水量差異的水資源配置公平性，表示水資源配置效率，表示第個(gè)目標(biāo)函數(shù)的分段線性懲罰函數(shù)，表示屬性值相對(duì)應(yīng)的罰值，表示二進(jìn)制變量，表示第一個(gè)正連續(xù)變量，表示第一個(gè)二進(jìn)制變量，表示第個(gè)正連續(xù)變量，表示第個(gè)二進(jìn)制變量，表示第個(gè)二進(jìn)制變量。

69、權(quán)5有益效果為：（1）能夠融合初始多目標(biāo)水資源分配模型及分段線性函數(shù)，并形成可得到精確最優(yōu)解的確定規(guī)劃模型。（2）能夠使用線性規(guī)劃求解器高效求解最終模型，并得到綜合考慮決策者非線性偏好的精確最優(yōu)解。