DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-07896-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40596323
تاريخ النشر: 2025-07-01
المؤلف: Muhammad Haris Saeed وآخرون
الموضوع الرئيسي: اتخاذ القرار متعدد المعايير
نظرة عامة
تقدم ورقة البحث إطار عمل جديد لمجموعة فوزي المعلمة (FPFHSS) يهدف إلى تعزيز اتخاذ القرار وتقييم الأداء في مرافق معالجة مياه الصرف الصحي، مع التركيز على الاستدامة البيئية. يقدم هذا التحليل المتعدد العوامل للاستدامة خوارزمية تسمح بتقسيم السمات إلى سمات فرعية، مما يسهل عملية التقييم بشكل أكثر تفصيلاً. من خلال تحويل هذه السمات الفرعية إلى أرقام فوزية، تطور الدراسة تقنيات متخصصة تعتمد على هيكل FPFHSS، بما في ذلك تقنية تفضيل الترتيب المشابه للحل المثالي (TOPSIS) وتحسين متعدد الأهداف على أساس تحليل النسبة (MULTIMOORA). يتم إثبات فعالية هذا الإطار من خلال أربع دراسات حالة تحاكي سيناريوهات مختلفة للتنمية الحضرية، مع تضمين 19 عاملاً شبه واقعي يتعلق بالأبعاد البيئية والاجتماعية والتقنية والاقتصادية.
في الختام، يوفر أداة FPFHSS نهجًا شاملاً لتقييم الأداء من أجل التنمية الحضرية المستدامة، خاصة في سياق أنظمة معالجة مياه الصرف الصحي. يسمح هيكله الفريد من نوعه بتفكيك السمات المعقدة إلى مكونات قابلة للإدارة، بينما تعالج المعلمة الفوزية بشكل فعال عدم اليقين وعدم الدقة في البيانات. على الرغم من أن المنهجية تواجه تحديات مثل جودة البيانات والذاتية في تخصيص الأوزان، إلا أنها تحمل وعدًا بتطبيقات مستقبلية في تقييم المخاطر والنمذجة عبر مجالات مختلفة، بما في ذلك العلوم الطبية والمراقبة البيئية. تؤكد الدراسة على أهمية اتخاذ قرارات مستنيرة في جهود الاستدامة الحضرية، مع تسليط الضوء على مرونة وفائدة إطار FPFHSS.
مقدمة
المساهمة الرئيسية في هذه المقالة البحثية هي تطوير نظام قائم على نظرية المجموعات الفوضوية مصمم لتقييم أداء مشاريع الترميم البيئي، مثل مرافق معالجة مياه الصرف الصحي. يستخدم هذا النظام المعلمة الفوضوية للتعبير عن البدائل ضمن فترة من 0 إلى 1، مما يدير عدم اليقين بشكل فعال. يعزز الإطار المقترح اتخاذ القرار من خلال دمج مبرر وعامل تجنب المخاطر المناسب للبيئات المعقدة. يتم تقديم مجموعة فوضوية معلمة جديدة (FPFHSS) لمعالجة المعايير متعددة الأبعاد وغير المتجانسة، مما يسمح بتمثيل متجانس لعوامل اتخاذ القرار من خلال العضوية الفوضية.
تؤكد المنهجية الموضحة في هذه الدراسة على الاستدامة وتعمل أيضًا كنظام دعم قرار متعدد الاستخدامات وتقييم أداء لمبادرات الترميم البيئي. تدمج الاعتبارات الاجتماعية والسياسية والبيئية والاقتصادية في مراحل التخطيط والتطوير لمشاريع معالجة مياه الصرف الصحي. تشمل المساهمات الرئيسية الدمج الرائد لـ FPFHSS مع تقنيات اتخاذ القرار متعددة المعايير (MCDM) المعروفة، وهي TOPSIS وMULTI-MOORA، التي لم يتم استكشافها سابقًا في هذا السياق. بالإضافة إلى ذلك، تقدم البحث هيكل FPFHSS جديد يقوم بتفكيك سمات القرار إلى سمات فرعية مرتبطة بفترات فوضوية، مما يسهل تحليلًا تفصيليًا لعوامل القرار المعقدة. تستخدم المنهجية أيضًا تقنية الانتروبيا لتخصيص أوزان مستندة إلى البيانات للمعايير، مما يقلل من الذاتية ويعزز الموثوقية في اتخاذ القرار، خاصة في السيناريوهات التي يكون فيها حكم الخبراء محدودًا أو غير مؤكد.
طرق
تتناول المنهجية المقترحة في هذا البحث تعقيدات إدارة النفايات بكفاءة واستدامة من خلال دمج مجموعة فوزية مفضلة (FPFHSS) مع تقنيات اتخاذ القرار متعددة المعايير (MCDM)، وتحديدًا TOPSIS وMULTIMOORA، المعززة بطريقة الانتروبيا لتحديد الأوزان الموضوعية. يقوم هذا النهج المبتكر بتفكيك سمات القرار إلى سمات فرعية ويحول البيانات إلى متغيرات فوضية، مما يدير عدم اليقين في قرارات إدارة النفايات بشكل فعال. يتم التحقق من صحة المنهجية من خلال أربع سيناريوهات عملية تبرز قابليتها للتكيف ودقتها.
في الحالة الأولى، يتم استخدام تقنية الانتروبيا لحساب الأوزان، مما يوفر تقييمًا غير متحيز قائم على البيانات لأهمية المعايير، خاصة في غياب المعلومات الواضحة. تضمن هذه الطريقة الموضوعية، وتقوم بتطبيع الأوزان، وتقليل العبء المعرفي على صانعي القرار، وتستمد الأوزان من البيانات المتاحة بدلاً من حكم الخبراء. تركز الحالة الثانية على قدرة طريقة FPFHSS على تحقيق التوازن بين العوامل الاجتماعية والتقنية والبيئية والاقتصادية، مما يضمن اتخاذ قرار شامل. تعطي الحالة الثالثة الأولوية للاستدامة البيئية من خلال تخصيص أوزان أعلى للعوامل البيئية، مما يتماشى مع أهداف حماية البيئة في اختيار النباتات. أخيرًا، تتيح الحالة الرابعة إعطاء الأولوية للعوامل التقنية والاقتصادية لتعظيم الاستدامة والفائدة على المدى الطويل. بشكل عام، تقدم الدراسة إطار عمل قوي يجسر الفجوة بين المفاهيم النظرية وتحديات MCDM العملية، مما يساهم بشكل كبير في تخطيط البنية التحتية المستدامة واتخاذ القرار البيئي.
نتائج
يقدم قسم النتائج في ورقة البحث إطار عمل شامل لاتخاذ القرار في إدارة النفايات يدمج العوامل الاجتماعية والتقنية والبيئية والاقتصادية. تشمل المنهجية تعريف البدائل والمعايير، والتشاور مع صانعي القرار، واستخدام طريقة المعلمة الفوضوية لتقييم هذه البدائل بناءً على الأوزان المعينة. تشمل التحليل أربعة بدائل (Alt 1، Alt 2، Alt 3، وAlt 4) عبر أربعة سيناريوهات (الحالات 1 إلى 4)، مع تصنيفات متسقة عبر عدة طرق لاتخاذ القرار متعددة المعايير، بما في ذلك FPFHSS وTOPSIS وMULTIMOORA. من الجدير بالذكر أن Alt 3 يظهر كأفضل خيار في جميع الحالات، مما يدل على قوته وموثوقيته كبديل مفضل.
في الحالة 1، يتم استخدام طريقة الانتروبيا لتخصيص الأوزان، مما يقلل من التحيز ويضمن أن المعايير الأكثر إبلاغًا تؤثر على عملية اتخاذ القرار. تستكشف الحالات اللاحقة استراتيجيات وزن مختلفة، مثل الوزن المتساوي في الحالة 2 وإعطاء الأولوية للعوامل البيئية في الحالة 3، مما يكشف عن تصنيفات متباينة ولكن يبرز أداء Alt 3 المتفوق باستمرار. تؤكد النتائج على فعالية الإطار المقترح في التكيف مع السيناريوهات المختلفة مع الحفاظ على التركيز على الاستدامة والكفاءة. تؤكد البحث على أهمية نهج منهجي يستوعب عدم اليقين والمعايير المتضاربة، مما يعزز في النهاية اتخاذ قرارات أفضل في ممارسات إدارة النفايات.
مناقشة
في قسم المناقشة من ورقة البحث، يستعرض المؤلفون تقنيات اتخاذ القرار متعددة المعايير (MCDM) المختلفة، مع تسليط الضوء على مزاياها وقيودها الفريدة في معالجة سيناريوهات القرار المعقدة. تم استخدام تقنيات مثل TODIM وAHP وTOPSIS عبر تطبيقات متنوعة، بما في ذلك التحليل النفسي، وتقييم الطاقة، واختيار الموردين. يؤكد المؤلفون على الحاجة إلى تحسين المنهجيات التي يمكن أن تتعامل بشكل فعال مع عدم اليقين وتدمج معايير متعددة، خاصة في المجالات التي تركز على الاستدامة مثل معالجة مياه الصرف الصحي الذكية. يحددون فجوة بحثية كبيرة في تطبيق الأطر المتقدمة، مثل مجموعة فوزية المعلمة (FPFHSS)، التي لم يتم استكشافها بشكل موسع في سياقات اتخاذ القرار العملية.
يقترح المؤلفون إطار عمل جديد لـ MCDM يدمج FPFHSS مع تقنيات هجينة مثل TOPSIS وMULTIMOORA، المعززة بتوزيع الأوزان القائم على الانتروبيا وتحليل المحاكاة. تم تصميم هذا الإطار للتنقل عبر تعقيدات اتخاذ القرار في البيئات التي تتميز بتفضيلات أصحاب المصلحة الديناميكية والبيانات غير المؤكدة. يتم التحقق من صحة المنهجية المقترحة من خلال عدة سيناريوهات اتخاذ القرار، مما يظهر قابليتها للتكيف مع أولويات أصحاب المصلحة المتنوعة، بما في ذلك الاعتبارات البيئية والاقتصادية. من خلال تطبيق هذا الإطار على اختيار مرافق معالجة مياه الصرف الصحي الذكية، تهدف الدراسة إلى ربط التقدم النظري بالتطبيقات العملية، مما يوفر في النهاية أداة دعم قرار قوية لتخطيط البنية التحتية المستدامة.
القيود
تقدم الدراسة عدة قيود قد تؤثر على صحة وملاءمة نتائجها. تشمل التحديات الرئيسية قضايا تتعلق بتوافر البيانات وجودتها، مما يمكن أن يؤثر على موثوقية النتائج. بالإضافة إلى ذلك، قد تؤدي الذاتية المتضمنة في تخصيص الأوزان والحساسية لاختيار المعلمات إلى إدخال تحيزات. تعقد التعقيدات الحسابية والموارد المطلوبة لمنهجية FPFHSS تنفيذها، بينما تظل الحاجة إلى تحسين طرق المشاركة المجتمعية فجوة حرجة.
علاوة على ذلك، لم يتم فحص فعالية المنهجية عبر سياقات ثقافية وجغرافية متنوعة بشكل شامل، مما يثير القلق بشأن قابليتها للتعميم. يبدو أيضًا أنها غير مجهزة بشكل كافٍ للتعامل مع التغيرات الديناميكية في العوامل البيئية. تتطلب العناصر المؤثرة الأخرى، مثل المشهد السياسي والاقتصادي الأوسع وطبيعة ممارسات إدارة النفايات المتطورة، اعتبارًا دقيقًا. تؤكد هذه القيود على أهمية التحسين المستمر والتكيف للاستراتيجية المقترحة للتنقل بفعالية عبر هذه التحديات.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-07896-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40596323
Publication Date: 2025-07-01
Author(s): Muhammad Haris Saeed et al.
Primary Topic: Multi-Criteria Decision Making
Overview
The research paper presents a novel Fuzzy Parameterized Fuzzy Hypersoft Set (FPFHSS) framework aimed at enhancing decision-making and performance evaluation in wastewater treatment facilities, with a focus on environmental sustainability. This multi-factorial sustainability analysis introduces an algorithm that allows for the division of attributes into sub-attributes, facilitating a more detailed evaluation process. By parameterizing these sub-attributes into fuzzy numbers, the study develops specialized techniques based on the FPFHSS structure, including the Technique of Ordered Preference Similar to Ideal Solution (TOPSIS) and Multi-Objective Optimization on the basis of a Ratio Analysis (MULTIMOORA). The effectiveness of this framework is demonstrated through four case studies that simulate various urban development scenarios, incorporating 19 pseudo-realistic factors related to environmental, social, technical, and economic dimensions.
In conclusion, the FPFHSS tool provides a comprehensive approach to performance evaluation for sustainable urban development, particularly in the context of wastewater treatment systems. Its unique hypersoft structure allows for the breakdown of complex attributes into manageable components, while the fuzzy parameterization effectively addresses uncertainty and imprecision in data. Although the methodology faces challenges such as data quality and subjectivity in weight assignment, it holds promise for future applications in risk assessment and modeling across various fields, including medical science and environmental monitoring. The study emphasizes the importance of informed decision-making in urban sustainability efforts, highlighting the versatility and utility of the FPFHSS framework.
Introduction
The primary contribution of this research article is the development of a fuzzy set theory-based system designed to evaluate the performance of environmental remediation projects, such as wastewater treatment facilities. This system utilizes fuzzy parameterization to express alternatives within an interval from 0 to 1, thereby effectively managing uncertainty. The proposed framework enhances decision-making by incorporating a rationale and risk aversion factor suitable for complex environments. A novel fuzzy parameterized fuzzy hypersoft set (FPFHSS) is introduced to address multidimensional and heterogeneous criteria, allowing for a homogeneous representation of decision-making factors through fuzzy membership.
The methodology outlined in this study not only emphasizes sustainability but also serves as a versatile decision support and performance evaluation system for environmental remediation initiatives. It integrates social, political, environmental, and economic considerations into the planning and development stages of wastewater treatment projects. Key contributions include the pioneering integration of FPFHSS with established multi-criteria decision-making (MCDM) techniques, namely TOPSIS and MULTI-MOORA, which have not been previously explored in this context. Additionally, the research presents a novel FPFHSS structure that decomposes decision attributes into sub-attributes mapped to fuzzy intervals, facilitating a detailed analysis of complex decision factors. The methodology also employs an entropy technique to assign data-driven weights to criteria, thereby reducing subjectivity and enhancing reliability in decision-making, particularly in scenarios where expert judgment is limited or uncertain.
Methods
The proposed methodology in this research addresses the complexities of efficient and sustainable waste management by integrating Fuzzy Preference Fuzzy Hybrid Soft Set (FPFHSS) with Multi-Criteria Decision-Making (MCDM) techniques, specifically TOPSIS and MULTIMOORA, enhanced by the entropy method for objective weight determination. This innovative approach decomposes decision attributes into sub-attributes and converts data into fuzzy variables, effectively managing uncertainties in waste management decisions. The methodology is validated through four practical scenarios that highlight its adaptability and precision.
In the first case, the entropy technique is employed to calculate weights, providing an unbiased, data-driven evaluation of criteria relevance, particularly in the absence of explicit information. This method ensures objectivity, normalizes weights, reduces cognitive load on decision-makers, and derives weights from available data rather than expert judgment. The second case emphasizes the FPFHSS method’s ability to balance social, technical, environmental, and economic factors, ensuring comprehensive decision-making. The third case prioritizes environmental sustainability by assigning higher weights to ecological factors, aligning plant selection with environmental protection goals. Lastly, the fourth case allows for the prioritization of technical and economic factors to maximize sustainability and long-term utility. Overall, the study presents a robust framework that bridges theoretical constructs with practical MCDM challenges, contributing significantly to sustainable infrastructure planning and environmental decision-making.
Results
The results section of the research paper presents a comprehensive decision-making framework for waste management that integrates social, technical, environmental, and economic factors. The methodology involves defining alternatives and criteria, consulting with decision-makers, and employing a fuzzy parameterization method to evaluate these alternatives based on assigned weights. The analysis encompasses four alternatives (Alt 1, Alt 2, Alt 3, and Alt 4) across four scenarios (Cases 1 to 4), with consistent rankings across multiple multi-criteria decision-making methods, including FPFHSS, TOPSIS, and MULTIMOORA. Notably, Alt 3 emerges as the top choice in all cases, indicating its robustness and reliability as a preferred alternative.
In Case 1, the entropy method is utilized to assign weights, minimizing bias and ensuring that more informative criteria influence the decision-making process. The subsequent cases explore different weighting strategies, such as equal weighting in Case 2 and prioritization of environmental factors in Case 3, revealing varying rankings but consistently highlighting Alt 3’s superior performance. The findings underscore the effectiveness of the proposed framework in adapting to different scenarios while maintaining a focus on sustainability and efficiency. The research emphasizes the importance of a systematic approach that accommodates uncertainties and conflicting criteria, ultimately promoting better decision-making in waste management practices.
Discussion
In the discussion section of the research paper, the authors review various multi-criteria decision-making (MCDM) techniques, highlighting their unique advantages and limitations in addressing complex decision scenarios. Techniques such as TODIM, AHP, and TOPSIS have been employed across diverse applications, including psychological analysis, energy evaluation, and supplier selection. The authors emphasize the need for improved methodologies that can effectively handle uncertainty and incorporate multiple criteria, particularly in sustainability-focused domains like smart wastewater treatment. They identify a significant research gap in the application of advanced frameworks, such as the Fuzzy Parameterized Fuzzy Hypersoft Set (FPFHSS), which has not been extensively explored in practical decision-making contexts.
The authors propose a novel MCDM framework that integrates FPFHSS with hybrid techniques like TOPSIS and MULTIMOORA, enhanced by entropy-based weighting and simulation analysis. This framework is designed to navigate the complexities of decision-making in environments characterized by dynamic stakeholder preferences and uncertain data. The proposed methodology is validated through multiple decision-making scenarios, demonstrating its adaptability to varying stakeholder priorities, including environmental and economic considerations. By applying this framework to the selection of smart wastewater treatment facilities, the study aims to bridge theoretical advancements with practical applications, ultimately providing a robust decision-support tool for sustainable infrastructure planning.
Limitations
The study presents several limitations that may impact the validity and applicability of its findings. Key challenges include issues related to data availability and quality, which can affect the reliability of results. Additionally, the subjectivity involved in weight assignment and the sensitivity to parameter selection may introduce biases. The computational complexity and resource demands of the FPFHSS methodology further complicate its implementation, while the need for enhanced community engagement methods remains a critical gap.
Moreover, the methodology’s effectiveness across diverse cultural and geographical contexts has not been thoroughly examined, raising concerns about its generalizability. It also appears insufficiently equipped to address dynamic changes in environmental factors. Other influential elements, such as the broader political and economic landscape and the evolving nature of waste management practices, require careful consideration. These limitations underscore the importance of ongoing refinement and adaptation of the proposed strategy to effectively navigate these challenges.