ahp lesson 2

12
Lesson The Analytic Hierarchy Process (AHP) 2 In this Exercise Construct hierarchical representation of a problem. Construct Pairwise Matrices. Normalize the Pairwise Matrices. Calculate Priority Vectors. Synthesize Weights and calculate overall rankings of Alternatives. Use specialized software DecisionMaker. Duration : 100 minutes The Problem In the first exercise about AHP method, a simple multicriteria decision making problem is examined and solved step by step. The problem to be solved is the selection of the cell phone that best covers the needs of Alexandros, a student of International Hellenic University. Alexandros some weeks now is thinking to buy a new cell phone. After an extensive market research he has finally concluded in three different models that more or less fulfill his needs. It is difficult for him thought to make the final decision as all of them are top models, so he decides to come to you and ask your help. He knows you are an expert in decision making as recently you have learned that AHP method. Now you will have to apply your knowledge and guide your friend to the best decision. Part A Doing all the calculations The solution 1. An important part of the AHP methodology is to model the problem correctly. So you asked Alexandros to tell you some more details about his preferences. The most important feature for Alexandros is the Camera. He likes to take pictures so there is a need not just for high resolution (8 megapixels and beyond), but also there is demand for the same image processing capabilities found in current digital still and video cameras. Another important aspect is the battery timing, as it is essential for a busy guy like him. Charging of the cell phone device is a liability and he cannot perform this job often. At the end he told you how much fascinated he is by touch screen cell phones. Touch screen cell phones have usually large screen with high resolution, and give a wonderful feeling that you are able to connect to the world literally at a touch of a finger.

Upload: konstantinos-paraskevopoulos

Post on 05-Mar-2015

45 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: AHP Lesson 2

L e s s o n   The Analytic Hierarchy Process (AHP) 

2 In this Exercise   • Construct hierarchical representation of a problem.  • Construct Pairwise Matrices.   • Normalize the Pairwise Matrices.  • Calculate Priority Vectors.  • Synthesize Weights and calculate overall rankings of Alternatives. 

• Use specialized software DecisionMaker.  

  Duration : 100 minutes  

The Problem  In the first exercise about AHP method, a simple multicriteria decision making problem is examined 

and solved step by step. The problem to be solved is the selection of the cell phone that best covers 

the needs of Alexandros, a student of International Hellenic University.    

Alexandros some weeks now is thinking to buy a new cell phone. After an extensive market research 

he has finally concluded in three different models that more or less fulfill his needs. It is difficult for 

him thought to make the final decision as all of them are top models, so he decides to come to you 

and ask your help. He knows you are an expert in decision making as recently you have learned that 

AHP method. Now you will have to apply your knowledge and guide your friend to the best decision.  

 

Part A  

Doing all the calculations   

The solution  

1. An  important part of  the AHP methodology  is  to model  the problem  correctly.  So  you  asked 

Alexandros to tell you some more details about his preferences. The most important feature for 

Alexandros is the Camera. He likes to take pictures so there is a need not just for high resolution 

(8 megapixels and beyond), but also there is demand for the same image processing capabilities 

found in current digital still and video cameras. Another important aspect is the battery timing, 

as  it  is essential  for a busy guy  like him. Charging of the cell phone device  is a  liability and he 

cannot perform this job often. At the end he told you how much fascinated he is by touch screen 

cell phones. Touch screen cell phones have usually large screen with high resolution, and give a 

wonderful  feeling  that  you  are  able  to  connect  to  the world  literally  at  a  touch  of  a  finger. 

Page 2: AHP Lesson 2

The Analytic Hierarchy Process (AHP) 

Alexandros also told you that he has concluded among three different models, that all of them 

have those features more or less.  

Now that you know a  little bit more things about the problem you can start applying the AHP 

methodology  to  solve  it.  First  step  as  mentioned  above  is  to  model  the  problem  into  a 

hierarchical structure. Quickly you construct the following hierarchy that shows clearly, what is 

the Goal, the Criteria and the Alternatives of Alexandros’ problem.  

 

Picture 1: The AHP hierarchy  for Alexandros’ buying decision. The Goal  is blue, the Criteria are 

yellow and the Alternatives are green. All the Alternatives three different models of cell phones 

are shown below the lowest level of each criterion.   

 

2. The  second  step  in AHP  is  to  define  the  relative  importance  of  the  Criteria.  This  is  done  by 

comparing each possible pair of Criteria and  ranking  them on  the  following scale  : Comparing 

Criterion I and Criterion j, give a value aij with the following meaning:  

 

  Description  

1  Element   and   are equally important  

3  Element   is weakly more important than   

5  Element   is strongly more important than   

7  Element   is very strongly more important than   

9  Element   is absolutely more important than   

 Table 1: Pairwise comparison values. 

2 International Hellenic University Paraskevopoulos Konstantinos  

 

Page 3: AHP Lesson 2

The Analytic Hierarchy Process (AHP) 

 is assumed to be at least as important as  , and   is set to 1, and if   is m, then    . 

Now it is time to ask Alexandros to compare in pairs and rate all the Criteria with respect to the 

Goal  of  the  problem. Alexandros  after  some  thinking,  comes  up with  some  ratings  that  you 

organized in the following matrix :  

 

Battery 

Camera 

Touch screen

 

Battery  1  1/4  3 

Camera  4  1  7 

Touch screen  1/3  1/7  1 

 

Table 2 : Preferences of the Alternatives 

in favor of node Buy a new cell phone.  

 

Next  due  to AHP method  you will  have  to make  some  calculations  to  determine  the  overall 

weight that Alexandros  is assgnining to each Criterion. There are two methods to do that. The 

first  one  is  to  find  the  Normalized  Ratings Matrix  and  the  other  one  a  little  bit more  time 

consuming  is  to  find  the  eigenvector.  Here  we  will  work  with  the  first method  so  we  will 

calculate the Normalized Ratings Matrix.  

3. Normalize the priority matrix by dividing each element by the sum of the column it appears in. 

For instance   entry would end up as :  

11 4 0.333

0.187 

The other entries become:  

  

 

Battery 

Camera 

Touch screen

 

Average 

Battery  0.188 0.179 0.273   0.213 

Camera  0.750 0.718 0.636   0.701 

Touch screen  0.063 0.103 0.091   0.085 

Sum=1

3 International Hellenic University Paraskevopoulos Konstantinos  

 

Page 4: AHP Lesson 2

The Analytic Hierarchy Process (AHP) 

Table 3 : Weights on Criteria. 

That means that 70% of the Criterion weight is on Camera, about 20% is on Battery and 8% is on 

Touch screen. It is clearly that Alexandros prefers the Camera over the Battery timing and touch 

screen.    

4. The next step  is to evaluate all the cell phone models on each of the cell phones features. For 

example Alexandros told you that the Battery efficiency of Model A is much bigger than that of 

Model  B  and  the  Battery  of  Model  C  is  slightly  bigger  than  Model  B.  You  value  those 

characteristics with the following matrix :  

 

Mod

el A 

Mod

el B 

Mod

el C 

Model A  1  4  3 

Model B   1/4  1  1/2 

Model C  1/3  2  1 

 Table 4: Battery scores from each model. 

Again you normalize the scoring table dividing each element by the sums of the columns, and 

average across rows to get the relative weights of each model regards to Battery. You end up 

with the following table :  

  

 

Mod

el A 

Mod

el B 

Mod

el C 

Average 

Model A  0.632 0.571 0.667   0.623 

Model B  0.158 0.143 0.111   0.137 

Model C  0.210 0.286 0.222   0.239 

Sum=1

 Table 5: Relative Battery scores from each model. 

This means that Model A has the strongest battery as the weight is 62%, followed by 24% of 

Model C and 13% of Model B.  

Going through a similar process with Camera and Touch screen we get the following matrices :  

4 International Hellenic University Paraskevopoulos Konstantinos  

 

Page 5: AHP Lesson 2

The Analytic Hierarchy Process (AHP) 

 

Mod

el A 

Mod

el B 

Mod

el C 

Model A  1  5  3 

Model B   1/5  1  1/4 

Model C  1/3  4  1 

 

Table 6: Camera scores from each model. 

 

 Mod

el A 

Mod

el B 

Mod

el C 

Average 

Model A  0.652 0.500 0.706   0.619 

Model B  0.130 0.100 0.059   0.096 

Model C  0.217 0.400 0.235   0.284 

Sum=1

 

Table 7: Relative Camera scores from each model. 

 

 

Mod

el A 

Mod

el B 

Mod

el C 

Model A  1  0.333 0.143

Model B   3.000 1  0.500

Model C  7.000 2.000 1 

 

Table 8: Touch screen ratings from each model. 

 

5 International Hellenic University Paraskevopoulos Konstantinos  

 

Page 6: AHP Lesson 2

The Analytic Hierarchy Process (AHP) 

 

Mod

el A 

Mod

el B 

Mod

el C 

Average 

Model A  0.091 0.100 0.087   0.093 

Model B  0.273 0.300 0.304   0.292 

Model C  0.636 0.600 0.609   0.615 

Sum=1

 

Table 9: Relative Touch screen scores from each model. 

5. We can now place all the overall weights on the hierarchy model from picture 1 and get a more 

clear picture of how much each element in the model counts in the final decision.  

   

6. We can now get a final value for each cell phone model :  

The value for Model A is :  

(0.623*0.213)+(0.619*0.701)+(0.093*0.085)=0.133+0.434+0.008=0.575 

 

The value for Model B is:  

(0.137*0.213)+(0.096*0.701)+(0.292*0.085)=0.029+0.068+0.025=0.122  

 

The value for Model C is:  

(0.239*0.213)+(0.284*0.701)+(0.615*0.085)=0.051+0.199+0.052=0.303 

 

6 International Hellenic University Paraskevopoulos Konstantinos  

 

Page 7: AHP Lesson 2

The Analytic Hierarchy Process (AHP) 

The winner  is Model A cell phone, as  it fits 57.5% the needs of Alexandros comparing with the 

other two models.  

    

7 International Hellenic University Paraskevopoulos Konstantinos  

 

Page 8: AHP Lesson 2

The Analytic Hierarchy Process (AHP) 

Part B  

Using specialized software.   

In this part the solution to the problem “Select a new cell phone” is given using specialized software 

named Decision Maker.  

 

1. Run the program (Java Runtime Environment needed). 

2. Since now you are opening the program the tree canvas area should be empty. Select the node 

Goal and from the left menu click “Edit node…”. The dialog “Edit node” will show.  

3. In  the Node name  text  field  type “Buy cell phone”.  If you  like  type a  short description of  the 

node in the field “Node Description”, as it is shown in the following capture:  

 

4. In  the  following  steps we will  build 

the  hierarchy  of  the  problem  as 

presented  in  Part  A. With  the  root 

node  selected  click  the  button 

“Insert new node” on the  left menu. 

The dialog “Add new problem node” 

will  come  up  as  shown  in  the 

following capture. This dialog allows 

to insert a new node in the problem’s hierarchy, as well as to set the properties of this new node 

8 International Hellenic University Paraskevopoulos Konstantinos  

 

Page 9: AHP Lesson 2

The Analytic Hierarchy Process (AHP) 

such as node name, node type  (Goal, Criteria, Alternative), and the  information type that this 

node will hold (either Qualitative or Quantitative information).   

5. In the text field “New node name”, type “Battery”.  

6. In the field “New node type”, select Criteria (only the value Criteria is available for now as it is 

forbidden to insert an Alternative node in the root node).  

7. In  the  field  “Information  type”,  select  the  value Qualitative  as  the  “Battery”  criterion  holds 

Qualitative information.  

8. Click Ok to insert the node, and double click the root node to show the new inserted node.  

9. Repeat the steps 4‐7 to  insert the nodes “Camera” and “Touch screen”  in the root node. Now 

the hierarchy structure should look like the one in the following capture. Take a moment to see 

the comments in that capture and what the differences in the appearance of the nodes mean.   

 

 

 

10. Now it is time to insert in the hierarchy the Alternative nodes as shown in Part A of this exercise. 

Select a leaf node from the hierarchy then click the button “Insert new node” placed on the left 

side  of  the window.  The  familiar  dialog  “Insert  new  node”  appears.  Type  “Model A”  for  the 

name of the node select Alternative  for the type and  for the  information type  leave as  is the 

value “Parent node type” 

11. Click Ok. You  just entered  in your hierarchy, the  first Alternative node with  the name “Model 

A”. Note  that Alternative nodes are colored with orange, and  they also have slightly different 

graphic.     

12. Repeat the previous step to  insert the Alternative nodes “Model B” and “Model C”. Your tree 

hierarchy should now look like the one in the following capture.  

9 International Hellenic University Paraskevopoulos Konstantinos  

 

Page 10: AHP Lesson 2

The Analytic Hierarchy Process (AHP) 

 

13. Click the button “Next”,  located almost at the top of the window. It will open the  interface for 

the pairwise comparisons of the Criteria nodes as shown in the following picture. 

Click the Next button to take you in step 2 of the solution process.  

 

14. Remember what Alexandros  told  you  about  his  preferences  and make  the  correct  ratings  as 

shown in the following capture:  

 

You can notice that while making the selections for the pairwise comparisons, two numbers are 

changing at the top of the selection tool. Those are two indices named “Consistency Index” and 

10 International Hellenic University Paraskevopoulos Konstantinos  

 

Page 11: AHP Lesson 2

The Analytic Hierarchy Process (AHP) 

“Consistency Ratio”. We will  talk  about  those  two  indices  in  the next  exercise. Now  keep  in 

mind  that  if  those  indices  are  colored  red  then  you  should  rethink  your  ratings  as  they  are 

inconsistent.  

15.  When  finished with  the  selections  click on  the  “Show Calculations” button at  the  left of  the 

window. The dialog “AHP Calculations” will open showing to you all the calculations that you did 

in the first part of the exercise when the pairwise comparisons were made. Check to see if you 

are correct!  

 

 

16. Close  the dialog “AHP Calculations” and click again on “Next” button. The necessary  tools  to 

make the pair wise comparisons for the Alternative nodes are shown.  

17. Rate  the Alternatives as you did  in  the  first part of  the exercise. When done with  the  ratings 

your screen should look like the following capture:  

11 International Hellenic University Paraskevopoulos Konstantinos  

 

Page 12: AHP Lesson 2

The Analytic Hierarchy Process (AHP) 

International Hellenic University Paraskevopoulos Konstantinos  

   

 

18. Check the calculations if you want by clicking on the button “Show Calculations” on the left side 

of the window.  

19. When  done  with  the  ratings  of  the 

Alternatives click “Next” button once 

more. Next  step  screen will  show  as 

you can see in the following capture.  

20. Here  are  the  final  rankings  of  the 

Alternatives. Model A  is  the winner. 

You  can  see  also  the  score  of  each 

Alternative  in  respect  to  its  last 

Criterion.   

21. You can  click also  if you want at  the 

“Show  Graphs”  button  and  see 

graphic  representation  of  your 

ratings as shown in the picture.  

22. Save the problem in a file named Exercise_2.xml.  

 

12