張 笛,戴紅軍,劉曉瑞
(1.南京信息工程大學(xué) 商學(xué)院, 江蘇 南京210044; 2.淮南師范學(xué)院 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院,安徽 淮南 232038; 3.南京航空航天大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院,江蘇 南京 211106)
雙邊匹配是指對(duì)兩互不相交集合中不可分的離散資源進(jìn)行配對(duì)或分配問題,具有廣泛的應(yīng)用背景。現(xiàn)實(shí)生活中雙邊匹配問題普遍存在,例如:婚姻市場(chǎng)中的男女婚姻匹配問題[1]、人才市場(chǎng)中的人崗匹配問題[2]、金融市場(chǎng)中的風(fēng)險(xiǎn)投資匹配問題[3]、商品市場(chǎng)中的供需交易匹配問題[4]以及服務(wù)市場(chǎng)中的知識(shí)服務(wù)匹配問題[5,6]等。因此,研究雙邊匹配問題具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
基于偏好序的雙邊匹配方法及其拓展研究一直是學(xué)者們的關(guān)注重點(diǎn),眾多學(xué)者從匹配的穩(wěn)定性、滿意性、抗操縱性和帕累托有效性等視角開展研究。概括起來(lái),這些研究主要包括兩個(gè)方面,一方面研究是建立在期望效用理論基礎(chǔ)上的,即假設(shè)匹配主體的行為是完全理性的,并且這方面的研究已取得豐碩的成果[1,2,7~11]。在穩(wěn)定匹配算法研究上[1,2,7]:Dogan等[1]、Azevedo等[2]以及Diebold等[9]學(xué)者在一對(duì)一穩(wěn)定匹配的Gale-Shapley算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一系列的拓展研究,并將雙邊匹配理論引入市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)實(shí)踐;為解決穩(wěn)定匹配算法單邊最優(yōu)解的缺陷問題:樊治平等[8]提出一種考慮穩(wěn)定匹配條件的雙邊滿意匹配方法;梁海明等[19]構(gòu)建基于認(rèn)可差異和認(rèn)可容忍的滿意穩(wěn)定、滿意弱穩(wěn)定和滿意強(qiáng)穩(wěn)定的匹配優(yōu)化模型。在匹配的抗操縱性和帕累托有效性研究上:姜艷萍等[10]提出一種抗操作和抗自虧的雙邊匹配方法;Erdil等[11]研究了無(wú)差異偏好序下雙邊匹配的帕累托有效性問題。另一方面研究是考慮匹配主體的行為是有限理性的,大量實(shí)驗(yàn)研究表明,在雙邊匹配中,匹配主體并非總是追求效用最大化,而表現(xiàn)出參照依賴、損失規(guī)避和失望規(guī)避等心理行為特征,這方面研究主要是基于前景理論和失望理論等。目前,可以看到相關(guān)研究成果[12~15]:針對(duì)具有主體期望的雙邊匹配問題,樂琦等[12,13]分別提出基于累積前景理論的雙邊匹配方法、基于TODIM的雙邊匹配方法;李銘洋等[14]考慮匹配主體失望規(guī)避心理行為的雙邊匹配問題,構(gòu)建基于失望理論的匹配優(yōu)化模型;Fan等[15]將文獻(xiàn)[14]的方法拓展至不確定偏好序情形。
已有研究豐富、發(fā)展和完善了雙邊匹配理論,然而,由于匹配環(huán)境的不確定性和人類思維的模糊性,在實(shí)際匹配中,匹配主體會(huì)給出模糊偏好信息。近年來(lái),直覺模糊偏好信息下的雙邊匹配問題,引起了學(xué)者們的關(guān)注[16~19]:林楊等[16]提出一種兼具穩(wěn)定性和滿意性的雙邊匹配方法;樂琦[17,18]針對(duì)考慮匹配意愿的雙邊匹配問題,構(gòu)建基于直覺模糊得分函數(shù)的匹配優(yōu)化模型;Yue等[19]將文獻(xiàn)[17,18]的方法拓展至區(qū)間直覺模糊偏好情形。上述文獻(xiàn)為解決直覺模糊偏好信息下的雙邊匹配問題提供了思路和方法支撐。在雙邊匹配中,匹配主體的心理感知是不可忽視的重要因素,后悔理論[20]表明匹配主體不僅關(guān)注當(dāng)前的匹配結(jié)果,而且關(guān)注如果選擇其他匹配主體可能獲得的匹配結(jié)果,并且盡量避免選擇會(huì)使其感到后悔的匹配主體,即匹配主體是后悔規(guī)避的。需要指出的是,1)考慮匹配主體后悔規(guī)避心理行為的直覺模糊雙邊匹配方法的研究尚未報(bào)道; 2)雙邊主體的匹配意愿與匹配結(jié)果的滿意程度密切相關(guān)[14],以往這方面的研究很少被關(guān)注。鑒于此,本文針對(duì)直覺模糊偏好信息的雙邊匹配問題,提出一種考慮匹配主體后悔規(guī)避心理行為和匹配意愿的雙邊匹配方法。
首先給出本文需要使用的基礎(chǔ)知識(shí)。
定義1[21]設(shè)H是給定的論域,稱A={
定義2[21]設(shè)ρ1=<μ1,v1>,ρ2=<μ2,v2>是兩直覺模糊數(shù),則設(shè)ρ1和設(shè)ρ2的距離測(cè)度為
在雙邊匹配問題中,設(shè)X方主體集為X={X1,X2,…,Xm},其中Xi表示X方中的第i個(gè)匹配主體,i∈I={1,2,…,m},m≥2;Y方主體集Y={Y1,Y2,…,Yn},其中Yj表示Y方中的第個(gè)匹配主體,j∈J={1,2,…,n},n≥2。
定義3[8,15]設(shè)μ:X∪Y→X∪Y映射,若n≥m≥2,對(duì)?Xi∈X,Yj∈Y,滿足下列條件:(i)μ(Xi)∈Y,μ(Yj)∈X∪{Yj};(ii)μ(Xi)=Yj,μ(Yj)=Xi,稱Xi和Yj在μ中匹配,記為(Xi,Yj),其中μ(Yj)=Yj表示Yj在μ中未匹配。若?(Xi,Yj)∈μ,滿足μ(Xi)≠Yj′,Yj′∈Y,Yj′≠Yj,μ(Yj)≠Xi′,Xi′∈X,Xi′≠Xi,稱μ是一對(duì)一雙邊匹配。
考慮直覺模糊偏好信息下的一對(duì)一雙邊匹配問題,下面給出雙邊匹配的基本設(shè)置。
本文需要解決的問題是:在考慮雙邊主體后悔規(guī)避心理行為和匹配意愿情形下,依據(jù)雙邊主體的直覺模糊偏好向量Ti(i∈I)和Lj(j∈J),建立雙邊匹配模型,獲得雙邊匹配方案。
為解決上述雙邊匹配問題,本文依據(jù)后悔理論的思想,通過一方主體對(duì)另一方主體進(jìn)行兩兩比較,計(jì)算每個(gè)主體的后悔值和欣喜值,進(jìn)而計(jì)算每個(gè)主體相對(duì)于其他所有主體的總體后悔欣喜值,構(gòu)建匹配滿意度計(jì)算規(guī)則。下面構(gòu)造效用函數(shù)和后悔-欣喜函數(shù)。
首先將雙邊主體的直覺模糊偏好信息轉(zhuǎn)化為效用值,基于直覺模糊數(shù)的距離測(cè)度和貼近度的思想,構(gòu)造如下的效用函數(shù)。
其中,x=<μ,v>是直覺模糊數(shù),x+=<1,0>,x-=<0,1>。f∈[0,1],當(dāng)x趨近于x+時(shí),f趨近于1,當(dāng)x趨近于x-時(shí),f趨近于0。特別地,當(dāng)x=x+時(shí),f=1,當(dāng)x=x-時(shí),f=0。
設(shè)u(Tij)是直覺模糊偏好信息Tij的效用值,其計(jì)算公式為
(1)
其中,u(Tij)∈[0,1],當(dāng)Tij趨近于x+時(shí),u(Tij)趨近于1,當(dāng)Tij趨近于x-時(shí),u(Tij)趨近于0。特別地,當(dāng)Tij=x+時(shí),u(Tij)=1,當(dāng)Tij=x-時(shí),u(Tij)=0。
設(shè)u(Lij)是直覺模糊偏好信息Lij的效用值,其計(jì)算公式為
(2)
其中,u(Lij)∈[0,1],當(dāng)Lij趨近于x+時(shí),u(Lij)趨近于1,當(dāng)Lij趨近于x-時(shí),趨近于0。特別地,當(dāng)Lij=x+時(shí),u(Lij)=1,當(dāng)Lij=x-時(shí),u(Lij)=0。
由于雙邊主體對(duì)于后悔和欣喜都是風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避的,考慮單調(diào)遞增的凹函數(shù)作為后悔-欣喜函數(shù)[20]。本文采用指數(shù)函數(shù)作為后悔-欣喜函數(shù)。R(Δu)=1-exp(-δΔu),其中,R(Δu)是關(guān)于Δu的單調(diào)遞增凹函數(shù),Δu表示效用值的差值,R(0)=0。當(dāng)R(Δu)≥0時(shí),R(Δu)表示欣喜,當(dāng)R(Δu)<0時(shí),R(Δu)表示后悔,當(dāng)Δu>0時(shí),有|R(-Δu)|>R(Δu)成立,即雙邊主體是后悔規(guī)避的。參數(shù)δ(δ>0)是后悔規(guī)避系數(shù),且δ越大,表明雙邊主體的后悔規(guī)避程度越大[20]。
設(shè)主體Xi和主體Yj匹配相對(duì)于和主體Yk匹配的后悔值為Fi(Yj,Yk),其計(jì)算公式為
(3)
設(shè)主體Xi和主體Yj匹配相對(duì)于和主體Yk匹配的欣喜值為Gi(Yj,Yk),其計(jì)算公式為
(4)
其中,δi是主體Xi的后悔規(guī)避系數(shù),且δi越大,表明主體Xi的后悔規(guī)避程度越大。
主體Xi和主體Yj匹配相對(duì)于和Y方中其他主體匹配的總體后悔欣喜值為
(5)
其中,Vij表示主體Xi和主體Yj匹配關(guān)于后悔和欣喜的總體心理感知,且Vij越大,表明主體Xi對(duì)主體Yj的滿意度越大。
(6)
(7)
主體Yj和主體Xi匹配相對(duì)于和X方中其他主體匹配的總體后悔欣喜值為
(8)
設(shè)主體Xi對(duì)主體Yj的匹配滿意度為αij,主體Yj對(duì)主體Xi的匹配滿意度為βij,其計(jì)算公式分別為
(9)
(10)
為了便于下文的討論,在雙邊匹配滿意度的基礎(chǔ)上給出雙邊匹配差異度的定義。
設(shè)xij為0-1變量,其中xij=0表示Xi和Yj不匹配,xij=1表示Xi和Yj匹配。
在本節(jié)中,首先建立雙邊匹配多目標(biāo)優(yōu)化模型;然后考慮雙邊主體的匹配意愿,將多目標(biāo)優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)規(guī)劃模型進(jìn)行求解;最后提出一種改進(jìn)的匹配意愿系數(shù)確定方法。
以最大化每方主體的匹配滿意度為目標(biāo),建立雙邊匹配多目標(biāo)優(yōu)化模型:
(11)
(12)
(15)
在上述模型中:式(11)表示最大化X方對(duì)Y方主體的滿意度;式(12)表示最大化Y方對(duì)X方主體的滿意度;式(13)表示每個(gè)X方主體至多與Y方中的一個(gè)主體匹配;式(14)表示每個(gè)方主體Y至多與X方中一個(gè)主體匹配;式(15)表示雙邊匹配數(shù)量約束。
模型(11)~(15)目標(biāo)函數(shù)的量綱量級(jí)相同,使用線性加權(quán)法將其轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)規(guī)劃模型:
(16)
其中,ωX和ωY分別是目標(biāo)函數(shù)Z1和Z2的權(quán)重系數(shù),滿足ωX+ωY=1,0<ωX,ωY<1。
基于優(yōu)化模型的雙邊滿意匹配方法獲得的匹配解大多是部分最優(yōu)解,即在獲得的雙邊匹配對(duì)中可能會(huì)出現(xiàn)一方匹配主體的滿意度較高,而另一方匹配主體的滿意度較低的不公平匹配現(xiàn)象[17,18,22]。為解決該問題,樂琦[17,18]考慮雙邊主體的匹配意愿,構(gòu)建基于匹配意愿的雙邊滿意匹配優(yōu)化模型;王中興等[22]基于匹配滿意度的互補(bǔ)性和一致性,建立基于調(diào)節(jié)參數(shù)的組合優(yōu)化模型。
考慮雙邊主體的匹配意愿[17,18]將模型(16)~(19)擴(kuò)展為如下的線性規(guī)劃模型:
(20)
文獻(xiàn)[17,18,22]提出的方法對(duì)解決基于優(yōu)化模型的雙邊滿意匹配方法部分最優(yōu)解的不足問題提供了可借鑒的思路和方法支撐。文獻(xiàn)[22]方法中調(diào)節(jié)參數(shù)的確定帶有主觀性,在實(shí)際應(yīng)用中可操性不強(qiáng)。文獻(xiàn)[17,18]分別提出基于得分差異度的匹配意愿系數(shù)確定方法,獲得規(guī)范化的匹配意愿系數(shù)分別為式(24)和式(25)所示:
(24)
(25)
注1文獻(xiàn)[17,18]構(gòu)建基于直覺模糊得分函數(shù)的匹配優(yōu)化模型,該得分函數(shù)相當(dāng)于本文中的滿意度函數(shù),式(24)~(25)中的滿意度對(duì)應(yīng)于文獻(xiàn)[17,18]中的得分值。
從式(24)和式(25)可以看出:1)雙邊主體的匹配意愿系數(shù)wij僅與匹配差異度γij相關(guān),且與γij呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;2)當(dāng)γi′j′=γij,i′≠i,j′≠j,i′,i′∈I,j′,j∈J時(shí),則wi′j′=wij,即匹配差異度相同的雙邊主體對(duì)應(yīng)的匹配意愿系數(shù)相同。結(jié)論1)和2)與實(shí)際匹配情況不一致,下面通過一個(gè)例子來(lái)說明。
例1設(shè)X方主體集為{X1,X2,X3},Y方主體集為{Y1,Y2,Y3},雙邊滿意度矩陣如下所示:
1)SIFT,該算法用于檢測(cè)斑點(diǎn);2)SURF,該算法用于檢測(cè)斑點(diǎn);3)ORB:該算法代表帶方向的 FAST 算法與具有旋轉(zhuǎn)不變性的 BRIEF 算法。
其中,αij是Xi對(duì)Yj的滿意度,βij是Yj對(duì)Xi的滿意度,i,j=1,2,3。
依據(jù)式(24)和式(25)計(jì)算獲得雙邊主體的匹配差異度和匹配意愿系數(shù)為
從雙邊主體的滿意度矩陣和匹配差異度矩陣可以看出:1)X1和Y2彼此間的滿意度均為最高(α12=β12=1.00),X1和Y1彼此間的滿意度均較高(α11=β11=0.80),X1和Y3彼此間的滿意度均為最低(α13=β13=0.40)。因此,X1和Y2相匹配的意愿最高,X1和Y1相匹配的意愿次之,X1和Y3相匹配的意愿最低。根據(jù)式(24)和式(25)的計(jì)算結(jié)果,則上述雙邊主體對(duì)應(yīng)的匹配意愿系數(shù)皆相同(w12=w11=w13=0.126[17],w12=w11=w13=0.148[18]);2)X3和Y3彼此間的滿意度均較高(α33=0.90>α13=0.4,β33=1.00>β13=0.4),因此,X3和Y3相匹配的意愿高于X1和Y3相匹配的意愿,根據(jù)式(24)和式(25)的計(jì)算結(jié)果,后者的匹配意愿系數(shù)大于前者的匹配意愿系數(shù)(w13>w33[17,18])。顯然,1)和2)與實(shí)際匹配情況不一致。
社會(huì)交換理論表明雙邊匹配實(shí)質(zhì)上是一種資源的交換行為,匹配成功的條件不僅取決于于匹配雙方具備相近的滿意度,而且取決于匹配雙方彼此間的滿意度大小。雙邊主體匹配意愿的含義是:匹配雙方彼此間的滿意度越高,且匹配差異度越小,雙方相匹配的意愿就越高,反之,雙方相匹配的意愿就越低。因此,雙邊主體的匹配意愿系數(shù)不僅與匹配差異度有關(guān),且與滿意度密切相關(guān)。下面給出一種新的匹配意愿系數(shù)確定方法。
考慮雙邊主體的匹配滿意度和匹配差異度,構(gòu)建如下的匹配意愿系數(shù)優(yōu)化模型:
(26)
為求解上述模型,構(gòu)造如下的拉格朗日函數(shù):
(27)
對(duì)拉格朗日函數(shù)關(guān)于ωij,i∈I,j∈J和λ求偏導(dǎo),并令其為零,則
求解上述方程組,獲得最優(yōu)解,其中
(28)
(29)
依據(jù)式(29)可以得出:1)雙邊主體的匹配意愿系數(shù)wij和雙邊滿意度(αij+βij)以及匹配差異度γij相關(guān),且與(αij+βij)呈正相關(guān)關(guān)系,γij與呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;2)當(dāng)雙邊主體的匹配差異度相等時(shí),雙邊滿意度越大,雙邊主體的匹配意愿系數(shù)也越大,反之亦然。
為了說明本文匹配意愿系數(shù)確定方法的合理性,下面使用本文方法對(duì)例1進(jìn)行求解,獲得雙邊主體的匹配差異度和匹配意愿系數(shù)如下所示:
由上知:w12=0.174>w11=0.139>w13=0.070,且w33=0.150>w13=0.070,這X1與Y2和相匹配的意愿最高,X1與Y1相匹配的意愿次之,X1與Y3相匹配的意愿最低以及X3與Y3相匹配的意愿高于X1與Y3相匹配的意愿的實(shí)際情況相一致。
綜上所述,考慮后悔規(guī)避與匹配意愿的直覺模糊雙邊匹配方法的計(jì)算步驟如下:
步驟1依據(jù)式(1)~(2)將雙邊主體的直覺模糊偏好信息轉(zhuǎn)化為效用值;
步驟2依據(jù)式(3)~(5)和式(6)~(8)計(jì)算雙邊主體的總體后悔欣喜值;
步驟3依據(jù)式(9)~(10)計(jì)算雙邊主體的匹配滿意度;
步驟4依據(jù)式(29)計(jì)算雙邊主體的匹配意愿系數(shù);
步驟5建立雙邊匹配模型(11)~(15),將其擴(kuò)展為模型(20)~(23);
步驟6通過求解模型(20)~(23),獲得雙邊匹配方案。
考慮服務(wù)外包供需匹配問題。CS服務(wù)外包網(wǎng)是專門從事為服務(wù)外包發(fā)包企業(yè)和接包企業(yè)提供信息和撮合服務(wù)的第三方非營(yíng)利性平臺(tái)。某季度,CS收到4家企業(yè)X1,X2,X3,X4關(guān)于業(yè)務(wù)流程外包(BPO)的發(fā)包信息和5家企業(yè)Y1,Y2,Y3,Y4,Y5關(guān)于業(yè)務(wù)流程外包的接包信息。發(fā)包企業(yè)的外包專家小組依據(jù)服務(wù)質(zhì)量、服務(wù)價(jià)格、服務(wù)響應(yīng)和管理能力等對(duì)接包企業(yè)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),采用投票方式和統(tǒng)計(jì)分析方法給出5家接包企業(yè)的直覺模糊偏好信息,如表1所示。接包企業(yè)的接包專家小組依據(jù)服務(wù)內(nèi)容、服務(wù)技術(shù)水平、服務(wù)方式和企業(yè)信譽(yù)等對(duì)發(fā)包企業(yè)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),采用投票方式和統(tǒng)計(jì)分析方法給出4家發(fā)包企業(yè)的直覺模糊偏好信息,如表2所示。CS依據(jù)發(fā)包企業(yè)和接包企業(yè)的偏好信息對(duì)雙方進(jìn)行優(yōu)化匹配。
表1 發(fā)包企業(yè)給出的關(guān)于接包企業(yè)的直覺模糊偏好信息
表2 接包企業(yè)給出的關(guān)于發(fā)包企業(yè)的直覺模糊偏好信息
為解決上述雙邊匹配問題,采用前文提出的方法,下面給出計(jì)算過程和結(jié)果。
首先依據(jù)式(1)~(2)將雙邊主體的直覺模糊偏好信息轉(zhuǎn)化為效用值,獲得雙邊主體的效用值矩陣分別為
依據(jù)式(9)~(10)計(jì)算雙邊主體的滿意度,獲得雙邊主體的滿意度矩陣分別為
建立雙邊匹配多目標(biāo)優(yōu)化模型(11)~(15),依據(jù)式(29)計(jì)算雙邊主體的匹配意愿系數(shù),采用等權(quán)重線性加權(quán)法(為了便于下文作對(duì)比,取ωX=ωY=1)將多目標(biāo)優(yōu)化模型(11)~(15)擴(kuò)展為單目標(biāo)規(guī)劃模型(20)~(23),并使用軟件LINGO 11.0求解,可得Z*=0.4564,x11=x22=x35=x44=1,其余xij=0。
即發(fā)包企業(yè)X1和接包企業(yè)Y1匹配,發(fā)包企業(yè)X2和接包企業(yè)Y2匹配,發(fā)包企業(yè)X3和接包企業(yè)Y5匹配,發(fā)包企業(yè)X4和接包企業(yè)Y4匹配,接包企業(yè)Y3未匹配。
為了說明本文方法的合理性,下面采用文獻(xiàn)[17,18]的方法對(duì)上述雙邊匹配問題進(jìn)行求解,獲得的雙邊匹配結(jié)果如表3所示。從表3可以看出:文獻(xiàn)[17,18]的雙邊匹配結(jié)果相同,本文的雙邊匹配方案與文獻(xiàn)[17,18]的方案不完全一致,且對(duì)應(yīng)的單邊匹配滿意度(目標(biāo)函數(shù)值Z1和Z2)、匹配差異度(g)皆優(yōu)于文獻(xiàn)[17,18]的結(jié)果。產(chǎn)生這種差異的主要原因在于:文獻(xiàn)[17,18]構(gòu)建基于得分函數(shù)的匹配滿意度,建立基于期望效用理論的雙邊匹配模型,忽略了直覺模糊偏好中的猶豫度信息和雙邊主體的有限理性行為;本文構(gòu)建基于直覺模糊距離測(cè)度的效用函數(shù)以及考慮雙邊主體的后悔規(guī)避心理行為,建立基于后悔理論的雙邊匹配模型,因此,挖掘和利用了直覺模糊偏好中的猶豫度信息以及匹配主體關(guān)于后悔和欣喜的心理感知。
表3 不同雙邊匹配方法的對(duì)比
本文針對(duì)直覺模糊偏好信息的雙邊匹配問題,考慮匹配主體的后悔規(guī)避心理行為和匹配意愿,基于直覺模糊距離測(cè)度和貼近度的思想構(gòu)造效用函數(shù),依據(jù)后悔理論,通過一方主體將另一方主體進(jìn)行兩兩比較,獲得每個(gè)主體的總體后悔欣喜值,建立雙邊匹配多目標(biāo)優(yōu)化模型,為解決現(xiàn)有匹配意愿系數(shù)確定方法的不足問題,提出一種改進(jìn)的匹配意愿確定方法,考慮雙邊主體的匹配意愿,將多目標(biāo)優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)規(guī)劃模型進(jìn)行求解。本文為解決考慮匹配主體心理行為的雙邊匹配問題,提供了一種新的思路和方法。進(jìn)一步的工作是研究考慮匹配主體參照依賴和損失規(guī)避心理行為的直覺模糊雙邊匹配問題。