Hierarchical outranking methods for multi-criteria decision aiding

Els mètodes d’Ajut a la Decisió Multi-Criteri assisteixen en la pressa de decisions implicant múltiples criteris conflictius. Existeixen dos enfocaments principals per resoldre aquest tipus de problemes: els mètodes basats en utilitat i d’outranking, cadascun amb les seves fortaleses i debilitats. Els mètodes outranking estan basats en models d’elecció social combinats amb tècniques d’intel·ligència artificial (com gestió de dades categòriques o d’incertesa). Son eines per una avaluació i comparació realista d’alternatives, basant-se en les necessitats i coneixements del prenedor de la decisió. Una de les debilitats dels mètodes outranking és la no consideració de jerarquies de criteris, que permeten una organització natural del problema, distingint diferents nivells de generalitat que modelen les relacions taxonòmiques implícites entre criteris. En aquesta tesi ens enfoquem en el desenvolupament d’eines d’outranking jeràrquiques i la seva aplicació en casos d’estudi reals per problemes de classificació i rànquing.Los métodos de Ayuda a la Decisión Multi-Criterio asisten en la toma de decisiones involucrando múltiples criterios conflictivos. Existen dos enfoques principales para resolver éste tipo de problemas: los métodos basados en utilidad y de outranking, cada uno con sus fortalezas y debilidades. Los métodos outranking están basados en modelos de elección social combinados con técnicas de Inteligencia Artificial (como gestión de datos categóricos o de incertidumbre). Son herramientas para una evaluación y comparación realista de alternativas, basándose en las necesidades y conocimientos del tomador de decisión. Una de las debilidades de los métodos outranking es la no consideración de jerarquías de criterios, que permiten una organización natural del problema, distinguiendo distintos niveles de generalidad que modelan las relaciones taxonómicas implícitas entre criterios. En ésta tesis nos enfocamos en el desarrollo de herramientas de outranking jerárquicas y su aplicación en casos de estudio reales para problemas de clasificación y ranking.Multi-Criteria Decision Aiding (MCDA) methods support complex decision making involving multiple and conflictive criteria. MCDA distinguishes two main approaches to deal with this type of problems: utility-based and outranking methods, each with its own strengths and weaknesses. Outranking methods are based on social choice models combined with Artificial Intelligence techniques (such as the management of categorical data or uncertainty). They are recognized as providing tools for a realistic assessment and comparison of a set of alternatives, based on the decision maker’s knowledge and needs. One of the main weaknesses of the outranking methods is the lack of consideration of hierarchies of criteria, which enables the decision maker to naturally organize the problem, distinguishing different levels of generality that model the implicit taxonomical relations between the criteria. In this thesis we focus on developing hierarchical outranking tools and their application to real-world case studies for ranking and sorting problems

Enhancing the ELECTRE decision support method with semantic data

Prendre una decisió quan les opcions es defineixen mitjançant un conjunt divers de criteris no és fàcil. Aqueta tesi es centra en ampliar la metodologia ELECTRE, que és el mètode del tipus "outranking" més utilitzat. En aquesta tesi ens centrem en problemes de decisió que involucren informació no numèrica, tal com els criteris semàntics multivaluats, que poden prendre com a valors els conceptes d'una ontologia de domini determinada. Primer proposo una nova manera de manipular els criteris semàntics per evitar l'agregació de les puntuacions numèriques abans del procediment de classificació. Aquest mètode, anomenat ELECTRE-SEM, segueix els mateixos principis que el clàssic ELECTRE però, en aquest cas, els índexs de concordança i discordança es defineixen en termes de la comparació per parelles de les puntuacions que indiquen l'interès de l'usuari sobre diferents conceptes de l'ontologia. En segon lloc, proposo crear un perfil d'usuari semàntic mitjançant el emmagatzemant de puntuacions de preferències a l'ontologia. Es vincula una puntuació d'interès numèrica als conceptes més específics, això permet distingir millor les preferències de l'usuari, i també s'incorpora un procediment d'agregació per inferir les preferències de l'usuari considerant les relacions taxonòmiques entre conceptes. La metodologia proposada s'ha aplicat en dos casos d’estudi: l'avaluació de plantes de generació d'energia i la recomanació d'activitats turístiques a Tarragona.Tomar una decisión cuando las opciones se definen sobre un conjunto diverso de criterios no es fácil. Esta tesis se centra en ampliar la metodología ELECTRE, que es el método del tipo "outranking" más utilizado. En esta tesis nos centramos en problemas de decisión que involucren información no numérica, tal como los criterios semánticos multi-valuados, que pueden tomar como valores los conceptos de una ontología de dominio determinada. Primero propongo una nueva forma de manejar los criterios semánticos para evitar la agregación de puntuaciones numéricas antes del procedimiento de clasificación. Este método, llamado ELECTRE-SEM, sigue los mismos principios que el clásico ELECTRE, pero en este caso los índices de concordancia y discordancia se definen en términos de la comparación por pares de unas puntuaciones que indican el interés del usuario sobre distintos conceptos de la ontología. En segundo lugar, propongo crear un perfil de usuario semántico mediante el almacenamiento de puntuaciones de preferencias en la ontología. Se asocian puntuaciones numéricas a los conceptos más específicos, lo cual permite distinguir mejor las preferencias del usuario, y se incorpora un proceso de agregación para inferir las preferencias del usuario mediante las relaciones taxonómicas entre conceptos. La metodología propuesta ha sido aplicada en dos casos de estudio: la evaluación de las plantas de generación de energía y la recomendación de actividades turísticas en Tarragona.Reach a decision when options are defined on a set of diverse criteria is not easy. This thesis is focused on improving the methodology ELECTRE, which is the most used outranking-based method. In this dissertation, we focus on decision problems involving non-numerical information, such as multi-valued semantic criteria, which may take as values the concepts of a given domain ontology. First, I propose a new way of handling semantic criteria to avoid the aggregation of the numerical scores before the ranking procedure. This method, called ELECTRE-SEM, follows the same principles than the classic ELECTRE but in this case the concordance and discordance indices are defined in terms of the pairwise comparison of the interest scores. Second, I also propose to create a semantic user profile by storing preference scores into the ontology. The numerical interest score attached to the most specific concepts permits to distinguish better the preferences of the user, improving the quality of the decision by the incorporation of an aggregation methodology to infer the user's preferences by considering taxonomic relations between concepts. The proposed methodology has been applied in two case studies: the assessment of power generation plants and the recommendation of touristic activities in Tarragona

A comparative study on decision-making methodology

Decision making (DM), the process of determining and selecting alternative decisions based on information and the preferences of decision makers (DMs), plays a significant role in our daily personal and professional lives. Many DM methods have been developed to assist DMs in their unique type of decision process. In this thesis, DM methods associated with two types of DM processes are studied: Decision-making under uncertainty (DMUU) and Multi-criteria decision making (MCDM). DMUU is making a decision when there are many unknowns or uncertainties about the kinds of states of nature (a complete description of the external factors) that could occur in the future to alter the outcome of a decision. DMUU has two subcategories: decision-making under strict uncertainty (DMUSU) and decision-making under risk (DMUR). Five classic DMUSU methods are Laplace’s insufficient reason principle, Wald’s Maximin, Savage’s Minimax regret, Hurwicz’s pessimism-optimism index criterion and Starr’s domain criterion. Furthermore, based on a review of the relation between a two-player game in game theory and DMUSU, Nash equilibrium is considered a method for approaching DMUSU as well. The well-known DMUR DM methods are expected monetary value, expected opportunity loss, most probable states of nature and expected utility. MCDM is a sub-discipline of operations research, where DMs evaluate multiple conflicting criteria in order to find a compromise solution subject to all the criteria. Numerous MCDM methods exist nowadays. The Analytic Hierarchy Process (AHP), the ELimination et Choix Traduisant la REalité (ELECTRE), the Preference Ranking Organization METHod for Enrichment Evaluations (PROMETHEE) and the Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS) are the most employed of all the various MCDM methods. This PhD work focuses on presenting a comparative study of DM methods theoretically and evaluating the performance of different methods on a single decision problem. This contribution can guide DMs in gathering the relative objective and subjective information, structuring the decision problem and selecting the right DM method to make the decision that suits not only their subjective preferences, but also the objective facts. The case study used here is the selection of a sewer network construction plan. It is a representative and complex practical decision problem that requires the quality, life-cycle maintenance and performance of the selected sewer system to meet long-term planning for future climate changes and urban development. La prise de décision (DM), un processus de détermination et de sélection de décisions alternatives en fonction des informations et des préférences des décideurs (DM), apparaît largement dans notre vie personnelle et professionnelle quotidienne. Un grand nombre de méthodes DM ont été développées pour aider les DM dans leur type unique de processus de décision. Dans cette thèse, les méthodes DM associées à deux types de processus DM sont étudiées : la prise de décision sous incertitude (DMUU) et la prise de décision multicritère (MCDM). La DMUU doit prendre la décision lorsqu'il existe de nombreuses inconnues ou incertitudes sur le type d'états de la nature (une description complète des facteurs externes) qui pourraient se produire à l'avenir pour modifier le résultat d'une décision. La DMUU comprend deux sous-catégories : la prise de décision sous incertitude stricte (DMUSU) et la prise de décision sous risque (DMUR). Cinq méthodes classiques de DM pour DMUSU sont le principe de raison insuffisante de Laplace, le Waldimin Maximin, le regret Savage Minimax, le critère d'index pessimisme-optimisme de Hurwitz et le critère de domaine de Starr. En outre, l'examen de la relation entre un jeu à deux joueurs dans la théorie des jeux et l'équilibre DMUSU et Nash Equilibrium est également considéré comme l'une des méthodes pour résoudre le DMUSU. Les méthodes DM bien connues de DMUR sont la valeur monétaire attendue, la perte d'opportunité attendue, les états de nature les plus probables et l'utilité attendue. Le MCDM est une sous-discipline de la recherche opérationnelle, où les DM évaluent plusieurs critères conflictuels afin de trouver la solution compromise soumise à tous les critères. Un certain nombre de méthodes DM pour MCDM sont présentes de nos jours. Le processus de hiérarchie analytique (AHP), l'élimination et le choix traduisant la réalité (ELECTRE), les méthodes d'organisation du classement des préférences pour les évaluations d'enrichissement (PROMETHEE) et la technique de préférence par ordre de similitude et de solution idéale (TOPSIS) sont les plus choisies et utilisées des méthodes parmi toutes les différentes méthodes MCDM. Ce travail de thèse se concentre sur la présentation théorique d'une étude comparative des méthodes DM et l'évaluation des performances de différentes méthodes avec un problème de décision particulier. Cette contribution peut guider les DM à rassembler les informations relatives objectives et subjectives, à structurer le problème de décision et à sélectionner la bonne méthode de DM pour prendre la décision qui convient non seulement à leurs préférences subjectives, mais aussi aux faits objectifs. L'étude de cas utilisée ici est la sélection du plan de construction du réseau d'égouts. Il s'agit d'un problème de décision pratique représentatif et complexe qui nécessite la qualité, l'entretien du cycle de vie et les performances du réseau d'égouts sélectionné pour répondre à la planification à long terme des futurs changements climatiques et du développement urbain

Group-oriented, hierarchical and multiple criteria evaluation of urban transportation projects

PURPOSE: Different approaches have been proposed to assess various transportation projects, processes, and systems. Two major streams of transportation projects assessment include Multiple Criteria Analysis (MCA) and Cost-Benefit Analysis (CBA). In many cases the decision process concerning the selection of a concrete transportation project for implementation has a participatory character and involves group – oriented analysis. In this paper, based on the combined methodologies of MCA and GDM (Group Decision Making), we propose a generic paradigm of the assessment of urban transportation projects considered for implementation in a certain metropolitan area.DESIGN/METHODOLOGY/APPROACH: Our approach allows to evaluate transportation projects using different criteria formulated at different levels of the hierarchical analysis - operational, tactical, and strategic. The important component of our approach is the team-based decision-making process that helps to categorize and rank the projects. This process involves interaction between many entities (bodies) and requires searching for combined preferences generated through compromise-oriented exchange of viewpoints.FINDINGS: The proposed methodology is designed to assist the group decision maker (Gr-DM) in planning and developing the transportation infrastructure, enhancing the transportation services, and improving the operations of a transportation system. The proposed approach is tested in Poznan, Poland as a real-world case study.PRACTICAL IMPLICATIONS: Methodology can be applied by municipal authorities (councils, commissions) while defining annual financial budget and the portfolio of the municipal investments.ORIGINALITY/VALUE: New paradigm is presented and discussed.peer-reviewe

A multicriteria methodology for estimating consumer acceptance of alternative powertrain technologies

A multicriteria methodology for estimating consumer acceptance of vehicles with alternative powertrain technologies is presented. The approach is based on the non-compensatory ELECTRE TRI method and compares hybrid, plug-in hybrid, and electric vehicles to conventional models. Criteria considered are ownership costs and restrictions to vehicle use, which apply mainly to electric vehicles. The methodology is applied to a case study of 94 vehicles of different market segments and alternative powertrains. The analysis is carried out per segment and considers two driver profiles, city and all-purpose, and a baseline scenario for all cases. Output is tested for statistical significance, with powertrain technology as disaggregating factor, and a sensitivity analysis on the base scenario is also carried out, as well as a comparison with results derived by a compensatory multicriteria method (TOPSIS). Results show that conventional vehicles are the top choice for the small vehicles segment, due to lower purchase prices and higher use flexibility. For medium sized vehicles, all powertrain technologies are competitive for city drivers, whereas for all-purpose drivers, use restrictions for electric vehicles make these less attractive. The baseline scenario and sensitivity analysis highlight that opting for an electric vehicle depends strongly on the driver's use flexibility needs. As such, an electric vehicle can be either very attractive or outright unusable, regardless of financial considerations. It is also seen that plug-in hybrids do not present any significant advantage, as compared to other, non-electric choices, due to their higher purchase prices.info:eu-repo/semantics/publishedVersion"Transport Policy" - Ano 2020, vol. 85, p. 18-3

Une méthode de tri multicritère multi-périodes pour la sélection de projet en contexte d'incertitude

RÉSUMÉ: Dans les dernières années, le gouvernement du Québec a souligné l'importance de la prise de décision dans un contexte de développement durable et de lutte contre les changements climatiques. L'évaluation des projets dans ce contexte devrait prendre en considération l'équilibre entre les critères économiques, sociaux et environnementaux à court, moyen et long terme. De plus, ces évaluations peuvent être imprécises et tâchées d'incertitude. Les problèmes de décision dans ce contexte sont complexes et caractérisés par les trois aspects suivants, à savoir l'aspect multicritère, l'aspect temporel et l'incertitude. Or, la plupart des méthodes multicritères sont statiques et seules quelques rares méthodes traitent l'aspect temporel des évaluations. En effet, des recherches récentes ont développé des méthodes multicritères multi-périodes de rangement mais au meilleur de notre connaissance, aucune méthode de tri multicritère multi-périodes ne fut développée à date. L'objectif de ce mémoire est de proposer une méthode de tri multicritère multi-périodes dans un contexte d'incertitude pour l'évaluation de la durabilité des projets. La méthode proposée est constituée de deux phases d'agrégation multicritère et d'agrégation multi-périodes. La première phase consiste à conduire les simulations Monte Carlo et à appliquer la méthode SMAA-Tri pour affecter à chaque période le projet à une des catégories prédéfinies. Ensuite, la phase d'agrégation multi-périodes propose d'agréger les résultats obtenus dans chaque période pour arriver à une affectation à la fois multicritère et multi-périodes. La méthode proposée a été appliquée dans le contexte d'aménagement forestier durable. Un projet d'aménagement spécifique qui consiste à implanter un plan de protection spécifique pour l'habitat du caribou a été trié selon un ensemble de critères évalués sur l'horizon de régénération de la forêt de 150 ans. L'incertitude a été simulée par 10000 simulations Monte Carlo à chacune des 30 périodes. Les résultats de cette application démontrent que la méthode proposée permet de généraliser la méthode SMAA Tri au contexte multi-périodes et aboutit à des résultats intéressants. -- Mot(s) clé(s) en français : Sélection de projet, Méthodes de tri multicritère, évaluations multi-périodes, Monte Carlo, incertitude, développement durable. -- ABSTRACT: In the last years, the government of Quebec emphasized sustainable and robust decision making in the context of climate change. Projects evaluation in this context must take into consideration the balance between economic, social and environmental criteria, over the short, medium and long term. Furthermore, decision criteria may be imprecise or uncertain. Decision-making problems in this context are complex and characterized by multi-criteria, temporal and uncertainty aspects. Yet, the majority of the multi-criteria methods are static and only few methods deal with temporal evaluations. In fact, recent studies proposed multi-criteria multi-period ranking methods but to the best of our knowledge, there is no multi-criteria multi-period sorting method proposed yet. The general objective of this research is to propose a multi-criteria multi-period sorting method in the context of uncertainty to be used for sustainability evaluations of projects. The proposed method is composed of two phases, the multi-criteria aggregation phase, and the multi-period aggregation phase. The aggregation phase consists of conducting the Monte-Carlo Simulations and applying the SMAA-TRI method at each period in order to sort the project in one of the predefined categories. Then, the multi-period aggregation proposes to aggregate the results obtained at each period in order to get a global sorting result. The proposed method is applied in the context of sustainable forest management. A particular project of forest management, that aims to implement a specific protection plan for the caribou habitat, is sorted according to a set of criteria evaluated over the regeneration forest horizon of 150 years. Uncertainty has been simulated with 10 000 Monte-Carlo simulations over 30 periods. The results of this application show that the proposed method generalizes the SMAA-TRI method to the multi-period context and provides interesting results. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Project selection, multi-criteria sorting methods, multi-period evaluations, Monte Carlo, uncertainty, sustainable development