烟叶质量粗糙集评价方法范文

《运筹与管理杂志》2015年第三期

1可用性观点下的烟叶质量综合评价指标体系

关于烟叶质量，不同的学者基于不同的思考角度有着不同的结论看法。《烤烟》国标从最直观的烟叶外观表征出发将烟叶质量进行42等级的划分;而烟草专家认为应内在地捕捉烟叶燃烧后的烟气感官评吸数据来评定烟叶质量［12］;相关研究学者则认为烟叶质量是“适合卷烟需要的物理性质和化学性质”和烟叶经济价格的综合;目前较普遍接受的观点认为，烟叶质量应包含烟叶的外观和内在品质以及烟叶的物理性状和化学成分［13］。近年来，自卫生界提出吸烟与肺癌的关系后，“低害吸烟”的呼声越来越大，世界卷烟业也因此受到了日趋严峻的吸烟影响健康的舆论压力，提高吸烟的安全性逐渐成为烟草行业能否继续生存与发展的共同目标。2000年5月，朱尊权院士在“中菲合作开发优质烟叶项目鉴定会”上提出了烟叶“可用性”评价的概念［14］，该概念集成了当前烟叶质量评价的诸多观点，指出了烟叶质量评价的一条新思路。朱院士认为，“可用性”包括了烟叶本身主观的特征和客观的要求，是可变的，是随购买者的要求而变的，它是对烟叶本身概念更进一步的全面评价。“可用性”的提出彻底修正了以前以烟叶部位和颜色为主导的烟叶品质划分以及单一的烟叶质量评价知识结构。不再信守“宁青勿糠”的信条，不盲目追求中部上等烟叶，充分考虑卷烟产品的综合质量和安全性，使得各部位的烟叶在“可用性”导向下得以充分利用。据此，烟叶质量我们可以理解为烟叶本身的外观特征和内在特点的优劣以及烟叶在工业上的可用性以及客观需求的统一体，也可以认为是卷烟消费者的合意性和制造卷烟时的烟叶可用性的利益攸关方之间的平衡。从另一方面理解，烟叶质量涵盖了叶片和烟气上的质量。叶片质量主要是指可以触及的外观质量和物理特性以及不可触及的含于叶片内部的化学成分，烟气质量主要是通过感官评吸的内在质量以及烟气成分对吸食者的安全性评价。故，烟叶质量的综合评价大体上可以囊括为烟叶的外在质量、烟叶的内在质量以及烟叶使用的安全性三个方面。图1为“可用性”观点理解下构建的烟叶质量综合评价指标体系。以上所构建的三层评价指标体系，考虑了叶片本身的质量，叶片燃烧后评吸的质量，叶片燃烧时的安全性以及所有这些质量的化学成分基础，实现对烟叶进行全方位的合理理解。那么，如何将“可用性”因素体现于综合评价结果中?“可用性”是一个瞬息万变的概念，具有时间性、对应性和区域性，即不同的用户在不同的时间内面对不同的生产要求对烟叶的可用性均有不同的定义。有些时候在特定配方中只需强调某几个评价指标而其它的评价指标可以淡化处理，同样在购买烟叶时也不需要苛求全部的评价指标，他们甚至愿意用某几个指标来换取其它更重要指标的满足。在综合评价中，评价指标的确定无疑是非常关键的，但决定最终评价结果还需要通过设立指标权重值以及综合评价指标函数来实现。那么“可用性”这个变化因素可以考虑通过对评价中各指标权重值的调整以及指标函数的变化来达到其影响力。

2烟叶质量综合评价扩展粗糙集模型

“可用性”观点构建下的烟叶质量评价指标体系可望对烟叶质量予以全面的理解，但如何基于该评价指标体系对“可用性”因素予以定量化的应用分析，并智能化地获取烟叶质量的定量评价结论，本文将细致考虑求解问题的特殊性和数据的特殊性，尝试构建相应的扩展粗糙集模型予以解决。经典Pawlak粗糙集模型的出发点是考察对象间基于条件属性集C的等价关系IND(C)。然而在烟叶质量综合评价中，依据图1指标层的指标所构建的决策表含有较多条件属性，且条件属性取值较为复杂，决策表呈现出一定程度的非协调性［15］，经典粗糙集模型中的完全等价关系将过于严苛，难以获取具有容错性和完备性的分析结论。由此，本文基于数据的复杂性和非协调性考量，将等价关系延伸至相似关系［16］，并构建相应的扩展粗糙集分析模型。定义3和定义4将经典粗糙集模型中的等价关系泛化为相似关系，并更为细腻从上、下近似相似的两个维度刻画了这种相似关系。为了更加深入地依据决策表中的数据进行问题背景的决策分析，下面基于矩阵的方式考察决策表中数据对象集在条件属性集下的相似划分相对于决策属性等价划分的情况。算法1考虑了实际烟叶质量评价中获取评测数据的复杂情况，为了求取更为客观精确的评价指标(条件属性)权重值，我们尝试从ε－上、下近似相似划分的角度合理地扩展了粗糙集模型，并借助分布矩阵的刻画方式，以全面客观地获取藏匿于历史评测数据信息中的评价指标(条件属性)权重值。然而，在实际烟叶质量综合评价中，烟叶的可用性需求是动态变化的，相关专家的即时经验信息依然举足轻重(尤其是烟叶的感官数据和评吸数据信息)，所以在“依据数据说话”客观求取各个评测指标权重值的同时，需要一定程度地参考相关专家的主观经验信息(本质上体现于各评测指标的主观权重值)来响应实时的烟叶可用需求情况。在三个不同准则层下，基于烟叶质量评价历史数据集所求取的指标客观权重以及专家经验给定的指标主观权重，借鉴文献［18］中的非线性规划组合赋权计算方法，获得不同准则层下各个指标更为合理的权重值。

3实例分析

某品牌卷烟香烟配方需甄选合适的主料烟叶，要求所选烟叶应有较浓郁的香气，合适的劲头，不允许较大的杂气，且焦油含量不可超标，而对于烟叶的填充性，伤残度，烟支重量无太大要求。经初步筛选确定8份产地为云南玉溪的上、中部烤烟烟叶作为候选样本。基于本文提出的可用性观点下的烟叶质量综合评价指标体系，获取各样本烟叶的19个指标数据。其中，外在质量相关指标数据按照GB2635-92中华人民共和国国家标准《烤烟》进行评定，化学成分相关指标数据的测定用近红外光谱法检测，内在评吸相关指标数据按照GB5606．4-2005卷烟感官技术要求进行测定。表1展示了候选烟叶样本(o1'～o8')在烟叶外在质量7个指标(c11～c17)、烟叶内在质量7个指标(c21～c27)及烟叶安全性5个指标(c31～c15)下的测定数据。为了求取在三个不同准则(C1，C2，C3)下各个指标的客观权重值，我们随机选取了275份同样产地为云南玉溪的样本烟叶作为评测分析历史数据集，且样本烟叶均匀采集于上、中、下等不同的分组部位。历史数据集中的275份烟叶样本均测定如表1所示的19个指标数据，并分别将归属于三个不同准则的指标集作为不同的条件属性集，决策属性则统一为区分烟叶分组的部位，由此获得烟叶外在质量历史数据决策表T1，烟叶内在质量历史数据决策表T2和烟叶安全性历史数据决策表T3。进一步根据所挑选主料烟叶的“可用性”要求“所选烟叶应有较浓郁的香气，合适的劲头，余味干净，不允许较大的杂气，且焦油含量不可超标，而对于烟叶的填充性，伤残度，烟支重量无太大要求”，假设经提取相关权威专家的经验信息，获取三个评价准则下的各指标主观权重值。将表1中的部分指标数据基于文献［19］进行量化处理，并进一步将数值数据进行0－1形式的无纲量化处理。依据算法2中的步骤3，将求取的“可用性”观点下而分属不同评价准则的三个最终指标向量权重值与每份候选烟叶在各评价指标上的取值数据进行加权求和计算，容易得到这8份候选烟叶在三个不同“可用性”准则下的综合评价值，数据如表2所示。基于表2所示的候选烟叶在三个准则下的综合评价值计算数据，利用算法2中的步骤4给出的准则权重值最优化求解模型，可以求得“可用性”观点下这三个评价子准则的权重值向量W=(0．02，0．49，0．49)。进一步，将所求取的评价准则权重值与8种候选烟叶在各评价准则下的综合评价值进行加权求和计算，可以得到最终的8种候选烟叶在“可用性”观点下的综合质量评价结果。依据分析结论并对比候选烟叶的指标数据，可以看到在本例中，“可用性”好的烟叶不再追求传统理念上的“叶片身份适中、伤残度小”等概念，也不盲目追求“劲头、燃烧性、烟支重量”等指标，而是根据烟叶使用的即时需求(本例更多地关注于外在质量的叶片成熟度，内在评吸质量上的香气、余味、杂气含量以及烟叶吸食安全性中的焦油含量、烟气烟碱含量)来判定，使得各部位、各类型的烟叶均具有相应的使用价值，这与现代卷烟消费和卷烟生产的理念是相契合的。进一步，为了验证本文方法的正确性和一定程度的优越性，我们将实验结果与文献［20］中所采用的基于组合赋权的TOPSIS方法进行对比分析。首先，基于本文求取的指标层所有19个指标的组合赋权最终权重值与表2中无纲量归一化处理后的数据进行加权求解，进一步求得8份候选烟叶与正理想解和负理想解的欧氏距离分别为。由此，求得本文方法的方案间评价结果的区分度为0．8436，而基于文献［20］的方法得到的区分度为0．8142。显然说明了由于本文针对权重的精细化求取，不仅保持了较好的评价结论一致性，更在一定程度体现了基于方案间区分度的优越性。

4结语

烟叶“可用性”的提出深刻影响了现代卷烟产业，使得人们对烟叶质量的理解有了全新的认识。本文借鉴多方学者的相关研究成果并基于对朱尊权院士所提出的烟叶“可用性”评价概念的理解，尝试构建了“可用性”观点下的三层架构烟叶质量综合评价指标体系，并考虑通过对各指标权重的计算调整来达到对特定需求环境下烟叶“可用性”的动态合理理解与把握。然而，目前针对烟叶“可用性”的实施应用很大程度上依然停留在定性化分析。对此，我们创新性地基于粗糙集智能方法从定量化的角度对本文所提出的烟叶“可用性”观点进行了扩展建模实现，将经典粗糙集模型中的等价划分关系扩展到ε－上、下近似相似划分关系，较好解决了具有较大复杂性和不确定性的烟叶质量综合评价定量化分析，且其中指标层的各指标客观权重求取实现了不依赖主观先验信息而纯粹依靠指标数据计算的方式来获取，达到了合理的评价分析自动化。

作者：谭旭 毛太田 邹凯 单位：深圳信息职业技术学院 软件学院 湘潭大学 公共管理学院