李聯(lián)輝,王 麗,雷 婷,丁少虎
(北方民族大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,寧夏 銀川 750021)
作為制造企業(yè)原材料采購(gòu)決策的一項(xiàng)重要內(nèi)容,供應(yīng)商排序是構(gòu)建供應(yīng)鏈合作伙伴關(guān)系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。大多數(shù)工業(yè)企業(yè)的采購(gòu)成本占到產(chǎn)品總成本的50%~90%[1],合理選擇供應(yīng)商將直接影響企業(yè)的成本和競(jìng)爭(zhēng)力。
由于市場(chǎng)的不確定性、合作企業(yè)間信息的不對(duì)稱性及其他隨機(jī)因素的影響,制造企業(yè)在對(duì)供應(yīng)商進(jìn)行排序的過(guò)程中存在著很大風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí),綠色供應(yīng)鏈概念的提出和發(fā)展,使得在進(jìn)行供應(yīng)商排序時(shí)還應(yīng)考慮環(huán)境、資源等因素[2]。
Figure 1 Indicator system of vendors sequencing圖1 供應(yīng)商排序指標(biāo)體系
目前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者在供應(yīng)商排序這一熱點(diǎn)問(wèn)題上進(jìn)行了大量研究,文獻(xiàn)[3]采用模糊多目標(biāo)整數(shù)規(guī)劃模型,綜合成本最小、質(zhì)量最好和交貨可靠等目標(biāo),考慮采購(gòu)方需求、制造商能力、配額柔性等約束來(lái)解決供應(yīng)商選擇問(wèn)題;文獻(xiàn)[4]以貝葉斯網(wǎng)絡(luò)和所有權(quán)總成本方法分析為工具進(jìn)行供應(yīng)商選擇,并通過(guò)汽車行業(yè)應(yīng)用進(jìn)行驗(yàn)證;文獻(xiàn)[5]提出一種基于模糊TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution)和多選擇目標(biāo)規(guī)劃的集成方法來(lái)選擇最佳供應(yīng)商;文獻(xiàn)[6]采用兩階段隨機(jī)規(guī)劃模型和機(jī)會(huì)約束規(guī)劃模型確定供應(yīng)商的最小集,并考慮數(shù)量折扣下的最優(yōu)訂購(gòu)批量;文獻(xiàn)[7]提出一種基于遺傳算法的新型兩級(jí)啟發(fā)式算法的供應(yīng)商選擇模型,并進(jìn)行了數(shù)值分析;文獻(xiàn)[8]依據(jù)質(zhì)量功能展開(kāi)提出了一種模糊多目標(biāo)群決策方法,采用模糊加權(quán)平均方法來(lái)計(jì)算供應(yīng)商評(píng)估標(biāo)準(zhǔn);文獻(xiàn)[9]采用多目標(biāo)整數(shù)線性規(guī)劃模型來(lái)解決庫(kù)存量、供應(yīng)商選擇及承運(yùn)人選擇的聯(lián)合決策問(wèn)題;文獻(xiàn)[10]提出一種集成質(zhì)量功能展開(kāi)和數(shù)據(jù)包絡(luò)分析等方法的模糊多目標(biāo)群決策框架;文獻(xiàn)[11]提出一種屬性權(quán)重信息完全未知,且屬性值以區(qū)間數(shù)形式給出的多屬性綠色供應(yīng)商選擇決策方法;文獻(xiàn)[12]提出一種整數(shù)規(guī)劃和仿真相結(jié)合的混合方法來(lái)求解多目標(biāo)供應(yīng)鏈生產(chǎn)-分銷計(jì)劃模型。在評(píng)價(jià)指標(biāo)體系方面,較具代表性的有文獻(xiàn)[13]提供的23項(xiàng)供應(yīng)商績(jī)效評(píng)價(jià)準(zhǔn)則,以及文獻(xiàn)[14]概括的13、18、60項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)?,F(xiàn)有研究大多針對(duì)某些具有顯著特征的企業(yè),通用性較差,且較少考慮到環(huán)境因素。
考慮供應(yīng)鏈的綠色內(nèi)涵,在已有成果[1 - 14]基礎(chǔ)上構(gòu)建由質(zhì)量、成本、交貨、合作、潛力和環(huán)境六個(gè)準(zhǔn)則層面的二十余項(xiàng)指標(biāo)組成的供應(yīng)商排序指標(biāo)體系,能較全面地反映供應(yīng)商的實(shí)際情況。如圖1所示,矩形框表示定量指標(biāo),橢圓框表示定性指標(biāo),詳細(xì)定義和計(jì)算方法可參照文獻(xiàn)[13-15]??梢钥闯?,供應(yīng)商排序指標(biāo)數(shù)量眾多、協(xié)調(diào)關(guān)系復(fù)雜,且存在定量計(jì)算方法繁多、定性評(píng)價(jià)效果不佳的問(wèn)題,逐個(gè)計(jì)算的工作量很大且整體把握困難。
因此,本文構(gòu)造了一種基于SVM(Support Vector Machine)和TFN-RS(Trapezoidal Fuzzy Number-Rough Set)的改進(jìn)TOPSIS方法來(lái)進(jìn)行供應(yīng)商排序決策,根據(jù)候選供應(yīng)商的主要數(shù)據(jù)信息,應(yīng)用基于支持向量機(jī)的分類模型對(duì)其進(jìn)行初步篩選,以縮小候選供應(yīng)商數(shù)量;通過(guò)專家對(duì)準(zhǔn)則下屬指標(biāo)進(jìn)行考察和掌握,利用專家的智慧和經(jīng)驗(yàn)對(duì)準(zhǔn)則進(jìn)行梯形模糊數(shù)評(píng)分,設(shè)計(jì)了一種TFN-RS來(lái)計(jì)算供應(yīng)商在準(zhǔn)則上的分值;運(yùn)用CRITIC(Criteria Importance Though Intercrieria Correlation)對(duì)各準(zhǔn)則進(jìn)行賦權(quán),通過(guò)相對(duì)熵替代歐氏距離的改進(jìn)TOPSIS對(duì)各供應(yīng)商進(jìn)行排序。
在線性可分的情況下,SVM[16]的基本思想可描述為:假設(shè)有樣本x1,x2,…,xl,這里xi∈Ru(i=1,2,…,l),l為樣本數(shù),u為維數(shù)。用yi∈{ +1,-1}表示類別,定義超平面ω·xi+f=0將樣本x1,x2,…,xl分成兩類,分類結(jié)果如下:
(1)
其中,ω∈Ru為可調(diào)的權(quán)值向量,f為超平面的偏置量,ω·xi表示ω∈Ru與xi∈Ru的向量?jī)?nèi)積。
SVM最優(yōu)分類超平面如圖2所示。
Figure 2 Optimal separating hyperplane of SVM圖2 SVM最優(yōu)分類超平面
為使分類超平面對(duì)所有樣本都能正確分類,必須使其兩側(cè)的分類間隔2/‖ω‖最大,求解最優(yōu)超平面可以看成求解二次規(guī)劃的問(wèn)題。對(duì)于訓(xùn)練樣本集,找到權(quán)值ω和偏移f的最優(yōu)值,使權(quán)值代價(jià)函數(shù)最小,即:minφ(ω)= ‖ω‖2/2=ωTω/2,且滿足約束條件:yi(ω·xi+f)-1≥0,i=1,2,…,l。這里,優(yōu)化函數(shù)為二次型,約束條件為線性,屬于典型的二次規(guī)劃問(wèn)題,可用Lagrange方法求解。引入Lagrange乘子ξi≥0(i=1,2,…,l),可得:
(2)
Γ的極值點(diǎn)為鞍點(diǎn),取Γ對(duì)ω和f的最小值ω=ω*,f=f*,以及對(duì)ξ的最大值ξ=ξ*。對(duì)Γ求導(dǎo)后求解二次規(guī)劃可以確定最優(yōu)超平面??梢钥吹?,只有ξ=0的樣本對(duì)ω*起作用并決定分類結(jié)果,這樣的樣本被定義為支持向量。ξ*和ω*可顯式求得,即:
(3)
選取一個(gè)支持向量樣本xi:f*=yi-ω·xi,對(duì)于任一輸入樣本x,計(jì)算分類函數(shù):
d(x)=ω*·x+f*=Γ(ω,f,ξ)=
(4)
根據(jù)分類函數(shù)d(x)的符號(hào)來(lái)確定樣本x的歸屬,如果樣本是線性不可分的,則可以通過(guò)核函數(shù)定義的非線性變換,將線性不可分問(wèn)題轉(zhuǎn)換為線性可分問(wèn)題[17]。
根據(jù)RS理論[18],論域U為對(duì)象的非空有限集合,Y是U中任一對(duì)象;U中所有對(duì)象都屬于p個(gè)劃分,即S1,S2,…,Sp。如果這p個(gè)劃分有S1 專家評(píng)分法的數(shù)理統(tǒng)計(jì)特性能最大程度地利用專家的智慧和經(jīng)驗(yàn),但專家對(duì)多個(gè)供應(yīng)商在某準(zhǔn)則上的相對(duì)優(yōu)劣評(píng)分依賴于個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和主觀判斷,用精確數(shù)值來(lái)表達(dá)顯然是不合理的。模糊數(shù)與精確數(shù)相比更能反映出專家評(píng)分的內(nèi)在不確定性。同時(shí),梯形模糊數(shù)的隸屬度函數(shù)比三角模糊數(shù)更復(fù)雜,更能刻畫出專家評(píng)分的不確定性。專家在對(duì)供應(yīng)商的某一準(zhǔn)則上評(píng)分時(shí)帶有明顯的不分明性,而粗糙集理論中的粗糙數(shù)和粗糙邊界區(qū)間能將這種不分明性描述為集合邊界區(qū)域而不是隸屬函數(shù)形式[18],能更好地反映專家的真實(shí)評(píng)判和兼顧多個(gè)專家的意見(jiàn)。因此,本文設(shè)計(jì)一種TFN-RS方法來(lái)計(jì)算供應(yīng)商在各準(zhǔn)則上的分值。 (5) 用同樣方法求得n個(gè)供應(yīng)商在其它準(zhǔn)則上的TFN準(zhǔn)則值后,可得TFN準(zhǔn)則值矩陣為Z=(zi,j)n×m,這里m表示準(zhǔn)則個(gè)數(shù),有m=6。 在供應(yīng)商排序決策中,經(jīng)初篩后的供應(yīng)商有n個(gè),排序準(zhǔn)則有m個(gè)(m=6),用式(6)所示重心公式可將TFN準(zhǔn)則值矩陣Z=(zi,j)n×m轉(zhuǎn)化為實(shí)數(shù)形式W=(wi,j)n×m。 (6) 設(shè)各準(zhǔn)則的權(quán)重向量為θ=[θ1,θ2,…,θm]T,常見(jiàn)的賦權(quán)方法[19]包括: (1) Entropy法。根據(jù)Entropy理論,準(zhǔn)則j(j=1,2,…,m)的Entropy值為: (7) Entropyj越大表明所有供應(yīng)商在準(zhǔn)則j上評(píng)分值差異越小,一般認(rèn)為當(dāng)各供應(yīng)商在某準(zhǔn)則上評(píng)分值差異較大時(shí),該準(zhǔn)則較為重要,那么準(zhǔn)則j的權(quán)重為: (8) (2) 標(biāo)準(zhǔn)差法。用σj表示準(zhǔn)則j的標(biāo)準(zhǔn)差,則準(zhǔn)則j的權(quán)重為: (9) (3) CRITIC法。賦權(quán)時(shí)應(yīng)綜合考慮準(zhǔn)則間的對(duì)比強(qiáng)度和沖突性,前者表示各對(duì)象在同一準(zhǔn)則上取值差距的大小,以標(biāo)準(zhǔn)差的形式來(lái)表現(xiàn);后者以兩準(zhǔn)則間的相關(guān)性為基礎(chǔ),若具有較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系,則兩準(zhǔn)則間沖突性較低。兩準(zhǔn)則k、j的相關(guān)系數(shù)為: Cork,j= (10) 進(jìn)一步地,準(zhǔn)則j與其余準(zhǔn)則的沖突性可表示為: (11) 因此,準(zhǔn)則j的權(quán)重為: (12) 其中,Infj=σj·Conj。Infj能同時(shí)包含兩準(zhǔn)則間的對(duì)比強(qiáng)度和沖突性內(nèi)涵,可表示準(zhǔn)則j包含的信息量。 相比熵權(quán)法和標(biāo)準(zhǔn)差法,CRITIC法綜合考慮了準(zhǔn)則值的波動(dòng)性和準(zhǔn)則間的沖突性,能更完整地反映準(zhǔn)則間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,因此本文選用CRITIC法來(lái)對(duì)m個(gè)準(zhǔn)則進(jìn)行賦權(quán)。 RE(ΘA,ΘB)= (13) 這里,RE(ΘA,ΘB)≥0;當(dāng)且僅當(dāng)ΘA=ΘB時(shí),RE(ΘA,ΘB)=0。 (14) 由式(14)可知,當(dāng)ek=e+時(shí),RECk=1;當(dāng)ek=e-時(shí),RECk=0;當(dāng)ek≠e+且ek≠e-時(shí),若ek趨向于e+,則RE(ek,e+)趨向于0,這時(shí)RECk趨向于1??梢?jiàn),相對(duì)熵替代歐氏距離的改進(jìn)TOPSIS與TOPSIS原理相同,且能解決其不足。依次計(jì)算出各供應(yīng)商的加權(quán)準(zhǔn)則值向量e1,e2,…,en與理想點(diǎn)的貼近度后,按從大到小排列即得到排序決策結(jié)果。 隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈,制造企業(yè)越來(lái)越將力量集中于自身核心業(yè)務(wù),而由外部供應(yīng)商提供大量零組件。軸承主要由滾子、套圈、密封圈、保持架、防塵蓋等零件構(gòu)成,以某軸承制造企業(yè)為例,滾球、密封圈等零組件主要由外部供應(yīng)商提供。根據(jù)圖1所示指標(biāo)體系,由決策者選取若干項(xiàng)重要指標(biāo)作為標(biāo)準(zhǔn),并確定輸入向量,按式(2)推導(dǎo)過(guò)程求解方程,以確定分類函數(shù)d(x),限于篇幅不再給出詳細(xì)指標(biāo)數(shù)據(jù)。采用支持向量機(jī)分類模型進(jìn)行供應(yīng)商初篩的過(guò)程為:若d(x)=ω*·x+f*≥0,x通過(guò)初篩;若d(x)=ω*·x+f*<0,x被淘汰。在Matlab中利用SVM工具箱對(duì)14家滾球供應(yīng)商進(jìn)行數(shù)據(jù)樣本分類,有4家滾球供應(yīng)商通過(guò)初篩:Vendor1、Vendor2、Vendor3和Vendor4,需對(duì)這4家滾球供應(yīng)商進(jìn)行排序以獲得最優(yōu)供應(yīng)商。 Table 1 TFN scoring matrix of the three vendorson the criteria I2by Expert1表1 專家Expert1給出的4家供應(yīng)商在準(zhǔn)則I2上的TFN評(píng)分矩陣1,2 Table 2 TFN scoring matrix of the three vendorson the criteria I2by Expert2表2 專家Expert2給出的4家供應(yīng)商在準(zhǔn)則I2上的TFN評(píng)分矩陣2,2 Table 3 TFN scoring matrix of the three vendorson the criteria I2 by Expert3表3 專家Expert3給出的4家供應(yīng)商在準(zhǔn)則I2上的TFN評(píng)分矩陣3,2 Table 4 TFN scoring matrix of the three vendorson the criteria I2 by Expert4表4 專家Expert4給出的4家供應(yīng)商在準(zhǔn)則I2上的TFN評(píng)分矩陣4,2 其中, 將α1,2、α2,2、α3,2和α4,2重組為: 其中, rn_α2= 再將矩陣rn_α2分解為矩陣rn_α2,Lower和矩陣rn_α2,Upper,對(duì)應(yīng)于最大特征值的特征向量分別為val_α2,Lower=[0.71,0.44,0.45,0.30]T,val_α2,Upper=[0.65,0.49,0.47,0.34]T,進(jìn)而求得val_α2={0.68,0.47,0.46,0.32}。同理求得val_β2={0.73,0.51,0.66,0.58},val_χ2={0.82,0.67,0.73,0.69},val_δ2={0.95,0.77,0.83,0.75},從而得到4個(gè)供應(yīng)商在準(zhǔn)則I2上的TFN分值依次為z1,2=(0.68,0.73,0.82,0.95),z2,2=(0.47,0.51,0.67,0.77),z3,2=(0.46,0.66,0.73,0.83),z4,2=(0.32,0.58,0.69,0.75)。分別求得4家供應(yīng)商在其他5項(xiàng)準(zhǔn)則I1,I3,I4,I5,I6上的TFN分值后,可得TFN準(zhǔn)則值矩陣Z=(zi,j)4×6如表5所示。 根據(jù)式(6),將Z=(zi,j)4×6轉(zhuǎn)化為實(shí)數(shù)形式W=(wi,j)4×6: 通過(guò)CRITIC法求得的權(quán)重向量為θ=[0.31,0.15,0.14,0.10,0.20,0.10]T,則加權(quán)準(zhǔn)則值矩陣E=(ei,j)4×6為: 則有正理想點(diǎn)e+={0.25,0.12,0.12,0.07,0.14,0.06},負(fù)理想點(diǎn)e-={0.10,0.09,0.09,0.05,0.08, Table 5 TFN criteria value matrix of four vendors表5 4家供應(yīng)商的TFN準(zhǔn)則值矩陣Z=(zi,j)4×6 0.04}。以Vendor1的加權(quán)指標(biāo)值向量e1=(0.14,0.12,0.11,0.05,0.12,0.04)為例,其與e+和e-的相對(duì)熵分別為RE(e1,e+) =0.05和RE(e1,e-)=0.02,從而與理想點(diǎn)的相對(duì)熵貼近度為REC1=0.29。同理Vendor2、Vendor3和Vendor4與理想點(diǎn)的相對(duì)熵貼近度分別為REC2=0.86,REC3=0.27,REC4=0.82。因此,Vendor2為該軸承制造企業(yè)的最優(yōu)滾球供應(yīng)商。 為提高核心競(jìng)爭(zhēng)力、降低生產(chǎn)成本及建立長(zhǎng)期穩(wěn)定的戰(zhàn)略合作關(guān)系,制造企業(yè)需從外部零件供應(yīng)商中挑選出最優(yōu)供應(yīng)商。供應(yīng)商排序指標(biāo)體系復(fù)雜、指標(biāo)計(jì)算方法多樣化等因素導(dǎo)致了供應(yīng)商排序決策較為困難?;诖?,本文首先根據(jù)候選供應(yīng)商的主要數(shù)據(jù)信息,應(yīng)用基于SVM的分類模型對(duì)其進(jìn)行初步篩選,以縮小候選供應(yīng)商數(shù)量;利用專家的智慧和經(jīng)驗(yàn)對(duì)準(zhǔn)則下屬指標(biāo)進(jìn)行整體考察和全局掌握,通過(guò)TFN的方式表達(dá)專家對(duì)各供應(yīng)商的評(píng)分傾向,然后運(yùn)用CRITIC法對(duì)各準(zhǔn)則進(jìn)行賦權(quán),通過(guò)相對(duì)熵替代歐氏距離的改進(jìn)TOPSIS對(duì)各供應(yīng)商進(jìn)行排序決策。本文方法與現(xiàn)有方法相比,無(wú)須考量指標(biāo)的具體值,而充分利用專家的智慧和經(jīng)驗(yàn)對(duì)準(zhǔn)則進(jìn)行宏觀把握,能夠化繁為簡(jiǎn)地為制造企業(yè)的供應(yīng)商排序決策提供一種較為科學(xué)合理的方法。另外,不同專家的判別能力并不一致,如何對(duì)專家進(jìn)行區(qū)分以更充分地利用其智慧和經(jīng)驗(yàn),將是下一步的研究?jī)?nèi)容。 參考文獻(xiàn): [1] Boer L D,Labro E,Morlacchi P.A review of methods supporting supplier selection[J].European Journal of Purchasing & Supply Management,2001,7(2):75-89. 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3.4 用相對(duì)熵改進(jìn)的TOPSIS實(shí)現(xiàn)供應(yīng)商排序
4 應(yīng)用實(shí)例
5 結(jié)束語(yǔ)