Solving unstructured classification problems with multicriteria decision aiding

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Automação). Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 201

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

A novel sorting method topsis-sort: an applicaiton for tehran environmental quality evaluation

Many real-life problems are multi-objective by nature that requires evaluation of more than one criterion, therefore MCDM has become an important issue. In recent years, many MCDM methods have been developed; the existing approaches have been improved and extended. Multi criteria decision analysis has been regarded as a suitable set of methods to perform sustainability evaluations. Among numerous MCDM methods developed to solve real-life decision problems, Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS) continues to work satisfactorily in diverse application areas. In this paper, a novel sorting method (TOPSIS-Sort) based on the classic TOPSIS method is presented. In the TOPSIS-Sort approach an outranking relation is used for sorting purposes. The proposed approach uses characteristic profiles for defining the classes and outranking relation as the preference model. Application of the proposed approach is demonstrated by classifying 22 districts of Tehran into five classes (but none of the districts fits into Classes 4 and 5), representing areas with different levels of environmental quality. An analysis and assessment of the environmental conditions in Tehran helps to identify the districts with the poor environmental quality. Priority should be given to these areas to maintain and improve the quality of environment. The results obtained by the TOPSIS-Sort give credence to its success, because the results of sorting con firm our and specialists’ evaluation of the districts. This research provides appropriate results with respect to the development of sorting models in the form of outranking relations. The model, proposed by this study, is applicable to the other outranking methods such as ELECTRE, PROMETHEE, etc

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

An algorithm for ordinal sorting based on ELECTRE with categories defined by examples

Abstract This work proposes a Progressive Assisted Sorting Algorithm (PASA) based on a multicriteria evaluation ELECTRE-type method. The purpose of the PASA is to aid a decision maker to progressively sort a set of alternatives into a set of categories, which we considered are ordered (ordinal sorting), following a consistency principle. We consider the principle that if an alternative outranks (is as good as) a second one, then it must belong to the same category or to a better category. The set of alternatives already sorted by the decision maker will implicitly define the categories, and will constrain the range of categories where other alternatives may be sorted. We show how the same idea may be used in an aggregation/disaggregation approach, considering some parameters of ELECTRE are not fixed a priori, but are constrained only by the examples provided. In this context, we establish a "convex-shape property" stating that the range of possible categories for an alternative is always an interval of categories. A discussion contrasting this approach with ELECTRE TRI is included in the conclusions

A theoretical look at ELECTRE TRI-nB and related sorting models

ELECTRE TRI is a set of methods designed to sort alternatives evaluated on several attributes into ordered categories. The original ELECTRE TRI-B method uses one limiting profile per category. A more recent method, ELECTRE TRI-nB, allows one to use several limiting profiles for each category. We investigate the properties of ELECTRE TRI-nB. When the number of limiting profiles used to define each category is not restricted, ELECTRE TRI-nB is easy to characterize axiomatically and is found to be equivalent to several other methods proposed in the literature. We extend this result in various directions.Comment: 40 page