第2章 论文研究的理论基础
人工神经网络（artificial neural network，缩写ANN），简称神经网络（neural network，缩写NN），是一种模仿人的大脑或生物神经网络的结构和功能的一种经验模型。一般情况下人工神经网络改变内部结构是在以外界信息为依据的情况下，是一种自适应系统。现代神经网络是用输入和输出间复杂的关系进行求得数据，解决问题的一种模式，是一种非线性统计性数据建模工具。
神经网络是一种运算模型，由很多的节点或神经元和之间相互关联组成。而在这种运算模型中人工神经网络的记忆是由激励函数（activation function）和权重（weight）组成，激励函数是指每个神经元代表一种特定的输出函数；权重是指每两个神经元之间的连接都赋予一定的该连接信号的加权值。
它的构筑理念是受到人的大脑神经网络功能的运作启发而发明创造的。人工神经网络通常是运用数学统计学类型的学习方法进行优化，所以人工神经网络也是数学统计学方法的一种计算与运用，以统计学的标准数学方法为依据，我们可以把局部结构空间用大量的函数来表达，另一方面利用统计学的方法，人工神经网络能够像人一样具有简单的决定能力和判断能力，这种方法比起逻辑学的推理演算更具有一定的优势。
神经网络的特点是：神经网络将所有相关的信息或知识储存在神经元或整个神经网络系统中。它具有将所有信息联想的特征，具有高速运算及很强的适应的能力，自我学习和组织的潜力。另外，它还具有一定的容错能力，能够处理那些有错误或不完整的数据。基于上述人工神经网络具有的特征，所以可构建基于人工神经网络的多指标综合评价方法。人工神经网络解决有关神经网络等方案这一类问题的方式与层次分析法和模糊理论分析法孑然不同。
人工神经网络的使用性主要在于它是一个能够自我学习，能够自我总结归纳的系统，也就是说它能够利用原有已知数据的实验运用来自我学习和自我归纳总结。人工神经网络通过对某一部分情况的对照相互比较，它能够推理出一个可以自动辨别的系统。而人工神经网络的推理功能，是建立在逻辑算法的基础上，而这个基础是需要有一个推理算法则的集合。
6.模糊综合评判法
在客观世界中存在很多的不确定性，这种不确定性表现在两个方面：一是随机性－事件能否发生，在什么时间发生，发生在什么地点等不确定性；二是模糊性－事物本身是处于什么状态而发生的不确定性。
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在客观世界中，存在着许许多多的模糊概念及模糊现象。一个概念和与其相反的概念两者之间无法划出一条明确清晰的界限，它们是随着量的变化，当量达到一定的临界点，就会产生质变。例如“少年”和“青年”、“运行期”和“达产期”、“善良与邪恶”等没有准确清晰界限的一些对立概念都是所说的模糊概念。而这些所有涉及模糊概念的所产生的现象则被称为模糊现象。现实生活中的绝大多数现象，存在着临界状态，并非非此即彼，存在着许许多多的，甚至无穷多的中间状态。
总之，模糊性是某一事件本身壮态所存在一定的不确定性，或者说是指某些事物或者概念的界定界限的不清楚，而这种界限的不清楚，则不是由于人的主观认识不能达到实际客观存在的事物所造成的，而是这个事物本身的客观属性，是这个事物从量变到质变，再有质量到量变的中间过渡过程质的结果。
模糊综合评价是利用模糊数学的一些相关概念，对实际的模糊综合评价相关问题提供一些有关联的评价方法。即模糊数学是模糊综合评价的基础，利用模糊关系构成的一些有关原理，将一些临界不清晰及无法定量的一类因素进行定量，从多方面的因素对被评价事物归属等级所存在的状况进行综合性的、有效的一种评价方法。
模糊数学利用数学的原理及计算为依托，将数学的应用范围，从精确计算的现象转化至模糊现象的范围内，去处理一些复杂的、模糊的系统问题。模糊数学决不是把数学变得模糊，而是用精确的数学方法来计算、整理那些无法用数学所表述的模糊事物及现象。从某种角度上来说，模糊数学是将形式化思维和复杂系统联系起来，在两者之间架起的一座桥梁，通过模糊数学可以把精确数学的计算方法及运用等所有一系列成果，转化并应用到一些不清晰、复杂的系统里去。
模糊数学着重研究事物的一些不确定性的这一类的问题，其研究对象所具有的特点是：“内涵明确，外延不明确”。我们都了解，一个事物一般都需要用很多个指标来描述它原有的本质和特征，而且人们对这一事物的评价又是会很简单直接明了的说出它的好与不好、坏与不坏，而通常是采用模糊语言作出含糊其辞的不同程度的评价表述。由于评价出这个事物好坏之间，所存在的相互关系是模糊不清的，没有绝对的做出一条清晰的界限，因此具有模糊性。显而易见，对于这类模糊评价的问题，利用一般的其他方法评价是不合理性、不适用的。
应用模糊集合论方法对需要做出决策活动所关联的一些有关的人或事及方案等，进行多因素和多目标的评价和判断，就是模糊综合评判。而模糊综合评判的基本原理
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是：应先明确并确定被评判对象的多因素、多指标及评价等级；再对每一个因素确定它的权重和每个因素之间的隶属度向量，并获得模糊评判矩阵；然后对此模糊评判矩阵中各因素的权向量进行归一化运算，最后得出最终模糊评判的结果。
根据上述对模糊评判方法的介绍，得出模糊评判方法的优点有两点。第一点是模糊数学模型较为简单，很容易被人们所掌握并运用；第二点是对于解决那些对多因素、多层次的不清晰、较复杂的问题评判效果比较好，是其它评判方法及模型难以替代的方法。
根据上述六种方案比选的方法简单介绍，结合本篇论文的实际情况，以选择方案比选方法的原理为依据，本论文决定采用层次分析法，对本论文所论述的项目进行定性、定量分析论证。
采用层析分析法做为此次比选方案的分析方法的主要原因如下： 1．层次分析法是本篇论文作者较为熟悉、熟练的一种比选方法。
2．层次分析法做为分析方法的一种，主要使用于方案比选的案例中较多，是大家所公认、所熟知的。
3．本项目的目标是唯一的，存在着多因素及多方案。是与层次分析法的基本框架构造相符的。
4．本项目的目标、多因素和多方案是清晰的，所以不适用模糊综合评判法。
2.3 层次分析法的特点及应用步骤
层次分析法是美国的著名的运筹学家T.L.Satty等人在20世纪70年代提出的一种定性与定量相结合的多准则决策方法。它是一种强有力的系统分析-运筹学方法，对多因素、多准则、多方案的综合评价及趋势预测相当有效。
AHP从本质上讲是一种科学的思维方式。将科学性与艺术性有机的结合在一起去处理定性与定量相结合的问题，可以将决策者的主观思维判断政策及方法、经验导入层次化的模型，并加以量化处理的一种十分有效的系统分析和科学决策方法。它在运用和操作中简化了系统的分析和相关的计算，使相关决策者保持了思维过程的一致性。它将个人的思维通过数学的方式来表达和进行处理，这是一种科学和艺术的结合体，是一种非常有效的系统分析和科学决策的方法。
层次分析法为多因素、多准则、多方案的复杂的社会、经济、科学和管理领域中的问题，提供了一种既简洁有实用的决策方法。通过这种决策方法使我们解决了很多
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方案比选的问题，其主要特点：
1．面对具有层次结构的整体问题综合评价，采取逐层分解，变为多个单准则评价问题，在多个单准则评价的基础上进行综合。
2．为解决定性因素的处理及可比性问题，以重要性比较为统一处理格式，并将比较结果按重要程度以1-9级进行量化标度。
3．检验与调整比较链上的传递性。
4．对汇集全部比较信息的矩阵集，使用线性代数理论与方法加以处理。 在现实生活和工作中经常会遇到各种各样的复杂设计问题，而面对这个复杂的设计问题将会有多个解决的设计方案，在无法确定使用哪种设计方案的情况下，这时就需要用层次分析法来解决很多一部分这个复杂的、多方案的设计问题。而本论文设计方案比选所涉的影响因素、制约条件较为复杂，方案的选取又较多，正符合层次分析法的特点。完全可以将第三章所分析的影响因素及设计方案，利用层次分析法的方法将其分为目标层、准则层和方案层，再将其转变为数字化，利用量化处理的方式，简单快捷的得出最优方案。
根据层次分析法的原理，我们进一步来分析使用操作层次分析法的步骤，只有掌握了层次分析法的步骤，才会在使用时能够得心应手，不会扭曲层次分析法的原理和特点，不会让使用者进入一个误区。层次分析法都应按照以下几个具体基本步骤来完成。
1．建立研究问题的递阶层次结构。对于一般的问题来说，构建问题的层次结构模型是AHP法中最重要的一步，而构建好的层次结构模型对于解决这个复杂的问题更是极为重要，它将决定每一步的分析，直至最后的结果的有效程度。
2．建立两两比较判断矩阵。在此步骤中，是通过人的主观判断思维，将每两两元素之间的“重要性”赋予一定的数值，构建成比较判断的矩阵，即将人的主观思维转为数量化。所以层次分析中，判断矩阵给层次分析提供了最基本的依据及基本的信息。
3．计算权向量并做一次性检验。它是对上述已构建的矩阵是否保持判断思维的一致性进行检验。当根据实际问题建立起来的判断矩阵满足一致性，说明矩阵是合理的。反之，不满足一致性说明矩阵有问题存在，就要更改判断矩阵，直至满足一致性为止。
4．计算组合权向量并做一次性检验。组合权向量是通过各准则对目标的权向量和各方案对每一准则的权向量计算各方案对目标的权向量。
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第3章 项目备选设计方案及其比较
第3章 项目备选设计方案及其比较
3.1 设计方案比选的影响因素分析
3.1.1 施工取材
材料分析指项目建设期内所需的原材料是否便于取材？不同的材料取材地点不同他所带来的成本是否会增加，增加的成本有多大？所取材料是否能满足防汛抗洪的要求？同等部位所用的原材料不同，但所起到的效果相同，哪个造价低，哪个便于施工？不同的材料使用在同等位置，所受当地气候的影响哪个更加耐久等？这一系列的对材料的要求，在项目设计中都是应考虑的主要因素。材料的选用直接影响着质量、资金及运行期后的管理，他是整个项目的根本，是项目建设的前提，是项目的基础，它将质量、资金及运行期后的管理联系在一起，它给受益人的需求提供最坚实的保障。
3.1.2 天气及季节
在北方一年四季分明，一年内总共有八个月的施工时间，在这八个月内农忙耕作的时间大部分分部工程是无法施工的，而实际的施工期最多也就四个月，这四个月还要受到天气的影响。如果在正常的施工过程中，恶劣的天气较为频繁，将大大影响施工的进度。而在施工过程中和项目建成后运行期内，随着季节的变化，像混凝土工程需要使用不同程度的养护及保养措施。所以说，天气及季节很大程度的直接影响本项目的施工及运行，它是不可预见、不可抗力的，只有在选材时尽量减小天气及季节的制约。
3.1.3 资金的投入
一个项目的可行性，是看他的经济效益、社会效益和生态效益这三方面是否都满足。就是在满足投资回收期的前提下，怎么能用最少的资金而发挥水库最大的能效性，这是很关键的。水库的运行时间是有限的，如果水库在发挥相同的能效下，投入的资金越多，投资回收期越长，这样既浪费资金也浪费时间，既而大大缩短了达产期。
因本项目是属于国家农、林、水基础设施建设，每年的资金投入是固定的。这就要求在保证施工的质量相同、建后水库产能相同、运行期相同的情况下，怎么样将投入资金最小化、节约化，就可将其剩余资金用于更多的其他附属设施建设，更加完善
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