算法模型——熵权法

熵权法是一种用于计算多指标权重的方法,通过信息熵衡量指标的离散程度来确定其对综合评价的影响。步骤包括数据标准化、计算信息熵及权重。这种方法具有客观赋权、操作简便的优点,但可能忽视指标间的关系且对样本敏感。

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利用熵权法可以计算各个指标权重,为多指标综合评价提供依据。

1. 概念

信息是系统有序程度的一个度量,熵是系统无序程度的一个度量;根据信息熵的定义,对于某项指标,可以用熵值来判断某个指标的离散程度,其信息熵值越小,指标的离散程度越大, 该指标对综合评价的影响(即权重)就越大

2. 步骤

1.数据标准化

假设给定了k个指标x1,x2…,xk,假设对各指标数据标准化后的值为y1,y2…,yk,那么y=(x-min(x)) / (max(x)-min(x)),如果是负向指标,则y=(max(x)-x) / (max(x)-min(x))。

2.求各指标的信息熵

根据信息论中信息熵的定义,一组数据的信息熵
在这里插入图片描述。其中 ,如果则定义在这里插入图片描述

3.确定各指标的权重

根据信息熵的计算公式,计算出各个指标的信息熵为E1,E2…,Ek。通过信息熵计算各指标的权重:
在这里插入图片描述

3. 举个例子 —— 公式计算

某医院为了提高自身的护理水平,对拥有的11个科室进行了考核,考核标准包括9项整体护理,并对护理水平较好的科室进行奖励。下表是对各个科室指标考核后的评分结果。但是由于各项护理的难易程度不同,因此需要对9项护理进行赋权,以便能够更加合理的对各个科室的护理水平进行评价。
在这里插入图片描述
1.数据标准化

根据原始评分表,对数据进行标准化后可以得到下列数据标准化表
在这里插入图片描述
2.公式求各指标的信息熵

### 改进的熵权法算法、实现与应用 #### 熵权法概述及其局限性 熵权法作为一种客观赋权的方法,在多指标综合评价中广泛应用。然而,传统熵权法存在一些不足之处,比如对于极端值敏感以及未能充分考虑不同属性之间的关联度等问题[^1]。 #### 改进措施之一:引入灰色关联分析 为了克服上述缺点,可以将灰色关联理论融入到传统的熵权模型当中去。通过计算各方案相对于理想解和其他备选方案之间关系密切程度来修正原始权重系数,从而提高评估精度和可靠性[^3]。 #### 改进措施之二:基于层次分析法(AHP)结合熵权法 另一种常见的改进方式是采用AHP与熵权相结合的方式来进行最终评分。这种方法不仅能够利用专家经验判断矩阵构建主观偏好结构图谱;同时也借助于信息论中的不确定测度——即Shannon Entropy衡量各个因素的重要性水平,进而得到更为合理的组合权重分配方案[^4]。 #### 数据预处理阶段优化建议 当面对不同类型的数据集时(如定距型变量、有序分类变量),应当采取适当手段完成标准化转换工作。除了常规提到的最大最小规范化之外,还可以探索其他形式如Z-score变换等更灵活有效的策略以满足特定场景下的需求[^2]。 #### Python代码示例展示如何集成多种技术改进后的熵权法 下面给出了一段融合了灰关联分析及AHP思想之后重新设计过的Python程序片段用于演示目的: ```python import numpy as np from sklearn.preprocessing import MinMaxScaler, StandardScaler def gray_relation_analysis(data_matrix): """ 计算灰色关联系数 """ ref_seq = data_matrix.mean(axis=0).reshape(1,-1) abs_diff = np.abs(data_matrix - ref_seq) max_dist,min_dist = abs_diff.max(),abs_diff.min() rho = 0.5 # 辨识系数取值范围一般设为 (0,1),这里默认设置成0.5 gra_coef = ((min_dist + rho*max_dist)/(abs_diff + rho*max_dist)).mean(axis=0) return gra_coef def entropy_weight_method(data_matrix): """ 应用熵权法求得各项指标对应的最优权重分布 """ scaler = MinMaxScaler(feature_range=(0.0001, 1)) norm_data = scaler.fit_transform(data_matrix.T).T prob_mat = norm_data / sum(norm_data) eij = (-prob_mat * np.log(prob_mat)).sum(axis=0)/np.log(len(data_matrix)) wj = (1-eij) / sum((1-eij)) return wj if __name__ == "__main__": raw_data = [[...]] # 用户自定义输入待处理样本集合 processed_data = StandardScaler().fit_transform(raw_data) ewm_weights = entropy_weight_method(processed_data) gra_coefficients = gray_relation_analysis(processed_data) final_scores = ewm_weights * gra_coefficients ```
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