DOI: https://doi.org/10.3934/math.2025022
تاريخ النشر: 2025-01-01
المؤلف: Yasir Yasin وآخرون
الموضوع الرئيسي: اتخاذ القرار متعدد المعايير
نظرة عامة
تقدم هذه الدراسة إطارًا مبتكرًا لتحسين إدارة النفايات الصلبة (SWM) في سنغافورة، باستخدام نماذج رياضية متقدمة وتقنيات اتخاذ القرار. يتضمن الإطار مجموعة q-rung orthopair fuzzy الدائرية (Cq-ROFS) لجمع البيانات، إلى جانب طرق التكامل تشوك (CI) ووزن الأهداف المدفوع بتغير النسبة اللوغاريتمي (LOPCOW). معززة بمشغلات التجميع مثل المتوسط المرجح لتكامل تشوك الدائري q-rung orthopair fuzzy (Cq-ROFECIWA) والمتوسط الهندسي المرجح لتكامل تشوك الدائري q-rung orthopair fuzzy (Cq-ROFECIWG)، تقيم الدراسة بشكل منهجي بدائل إدارة النفايات الصلبة المختلفة بناءً على معايير تشمل الأثر البيئي، والجدوى الاقتصادية، وقبول الجمهور. تشير النتائج إلى أن هذه المشغلات الجديدة تتفوق على الطرق السابقة، مما يوفر نتائج أكثر موثوقية واستدامة في اتخاذ القرار.
تحدد الدراسة إعادة التدوير والحرق كأكثر بدائل إدارة النفايات الصلبة فعالية بسبب قدراتهما على تقليل النفايات ودعم الجمهور، بينما يعتبر التخلص المفتوح الأقل فعالية بسبب المخاطر البيئية والصحية الكبيرة. الإطار المقترح لاتخاذ القرار قابل للتكيف مع التحديات الحضرية المتطورة، مما يوفر لأصحاب المصلحة أداة قوية لاتخاذ قرارات مستنيرة. لا تؤكد الدراسة فقط فعالية هذه الاستراتيجيات في سياق العالم الحقيقي، بل تقترح أيضًا تطوير كود MATLAB لتسهيل التنفيذ العملي. يتم تشجيع الأبحاث المستقبلية على تحسين هذه المنهجيات واستكشاف قابليتها للتطبيق في بيئات حضرية متنوعة، مما يعزز الفائدة العامة للإطار المقترح.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على التحديات الكبيرة التي تواجهها المناطق الحضرية في إدارة النفايات الصلبة (SWM)، مع التأكيد على آثارها على الصحة العامة، والاستدامة البيئية، والتنمية الاقتصادية. تعتبر سنغافورة، التي تتميز بكثافتها السكانية البالغة 6.03 مليون، مثالًا على التعقيدات المرتبطة بإدارة النفايات الصلبة بشكل فعال. لمعالجة هذه التحديات، تقترح الدراسة نهج LOPCOW، الذي يضمن أن الأوزان المعينة لمعايير مختلفة في إدارة النفايات الصلبة تعكس بدقة أهميتها النسبية.
علاوة على ذلك، تستخدم الدراسة مقياسًا ضبابيًا لتقييم التداخلات بين المعايير المختلفة، وهو أمر أساسي لفهم تفاعلاتها وآثارها على استراتيجية إدارة النفايات الصلبة الشاملة. يسهل هذا النهج تحليلًا دقيقًا لعلاقات المعايير، مما يؤدي إلى اتخاذ قرارات أكثر استنارة. لتجميع رؤى الخبراء، تستخدم الدراسة مشغلات Cq-ROFECIWA وCq-ROFECIWG، التي تتقن التقاط التآزر بين المعايير المتنوعة، مما يعزز عملية التجميع ويمثل بدقة التعقيدات الكامنة في اتخاذ قرارات إدارة النفايات الصلبة.
مناقشة
يوفر قسم المناقشة في ورقة البحث نظرة شاملة على التقدم في نظرية المجموعات الضبابية وتطبيقاتها في اتخاذ القرار متعدد المعايير (MCDM). تم تقديم نظرية المجموعات الضبابية لأول مرة بواسطة لوتفي زاده في عام 1965، وتسمح بدرجات من العضوية تتراوح من 0 إلى 1، مما يعالج بفعالية عدم اليقين وعدم الدقة في المشكلات المعقدة في العالم الحقيقي. لقد تطور هذا المفهوم الأساسي من خلال مجموعة متنوعة من التمديدات، بما في ذلك المجموعات الضبابية الحدسية (IFS)، والمجموعات الضبابية الحدسية ذات القيم الفترية (IVIFS)، والمجموعات الضبابية q-rung orthopair (q-ROFS)، culminating in the introduction of circular q-rung orthopair fuzzy sets (Cq-ROFS) and their aggregation operators. تعزز هذه التطورات تمثيل عدم اليقين وتوفر أطرًا قوية لاتخاذ القرار.
تتوسع هذه القسم أكثر في أهمية مشغلات التجميع، مثل التكامل تشوك وطريقة LOPCOW، في سياقات MCDM. تسهل هذه المشغلات دمج معايير متعددة وآراء الخبراء، مما يحسن عمليات اتخاذ القرار في السيناريوهات المعقدة. تساهم المساهمات الحديثة، بما في ذلك مشغل متوسط هيرونيان للقوة التفاعلية الضبابية T-spherical ومجموعة متنوعة من مشغلات التجميع الهجينة، في إظهار التطور المستمر للمنهجيات التي تهدف إلى تحسين اتخاذ القرار في مجالات مثل إدارة النفايات الصلبة (SWM). تؤكد الورقة على ضرورة وجود تقنيات متقدمة لمعالجة الطبيعة الديناميكية لإدارة النفايات، خاصة في البيئات الحضرية مثل سنغافورة، حيث غالبًا ما تفشل الطرق التقليدية. يتم تسليط الضوء على دمج Cq-ROFS مع التكامل تشوك وطريقة LOPCOW كنهج واعد لتعزيز فعالية واستدامة استراتيجيات إدارة النفايات الصلبة.
القيود
يسلط قسم القيود الضوء على عدة تحديات إدارية مرتبطة بتنفيذ معلومات Cq-ROFS في إدارة النفايات الصلبة (SWM). أولاً، يتطلب الاعتماد على نماذج رياضية متقدمة، مثل التكامل تشوك وتقنيات LOPCOW، إلى جانب مشغلات تجميع محددة مثل Cq-ROFECIWA وCq-ROFECIWG، مستوى عالٍ من الخبرة قد لا يكون متاحًا بسهولة في جميع السياقات. قد تؤدي هذه الفجوة في الكفاءة إلى صعوبات في تدريب الموظفين وتخصيص الموارد بشكل فعال. بالإضافة إلى ذلك، تثير بيانات دراسة الحالة، التي تتعلق بسنغافورة، مخاوف بشأن إمكانية تعميم النتائج على مناطق حضرية أخرى ذات خصائص إدارة نفايات مختلفة.
علاوة على ذلك، تتطلب الطبيعة الديناميكية لإدارة النفايات الصلبة تحديثات مستمرة للنماذج والإجراءات لاستيعاب التغيرات في أنماط توليد النفايات، والمتطلبات التنظيمية، والابتكارات التكنولوجية. يتطلب ذلك التزامًا بالتعلم المستمر والتكيف، مما يمكن أن يكون مكلفًا من حيث الموارد. أخيرًا، قد تواجه تعقيدات تنفيذ أطر اتخاذ القرار متعددة الأوجه مقاومة من أصحاب المصلحة، حيث قد تعقد الممارسات الحالية. إن الاعتراف بهذه القيود أمر ضروري للتطبيق الناجح للمنهجيات المقترحة في سيناريوهات إدارة النفايات الصلبة في العالم الحقيقي.
DOI: https://doi.org/10.3934/math.2025022
Publication Date: 2025-01-01
Author(s): Yasir Yasin et al.
Primary Topic: Multi-Criteria Decision Making
Overview
This research presents an innovative framework for optimizing solid waste management (SWM) in Singapore, utilizing advanced mathematical models and decision-making techniques. The framework incorporates the circular q-rung orthopair fuzzy set (Cq-ROFS) for data collection, alongside the Choquet integral (CI) and logarithmic percentage change-driven objective weighting (LOPCOW) methods. Enhanced by aggregation operators such as circular q-rung orthopair fuzzy Einstein Choquet integral weighted averaging (Cq-ROFECIWA) and circular q-rung orthopair fuzzy Einstein Choquet integral weighted geometric (Cq-ROFECIWG), the study systematically evaluates various SWM alternatives based on criteria including environmental impact, cost-effectiveness, and public acceptance. The findings indicate that these new operators outperform previous methods, providing more reliable and sustainable decision-making outcomes.
The study identifies recycling and incineration as the most effective SWM alternatives due to their waste reduction capabilities and public support, while open dumping is deemed the least effective due to significant environmental and health risks. The proposed decision-making framework is adaptable to evolving urban challenges, offering stakeholders a robust tool for informed decision-making. The research not only validates the effectiveness of these strategies in a real-world context but also suggests the development of MATLAB code to facilitate practical implementation. Future research is encouraged to refine these methodologies and explore their applicability in diverse urban settings, thereby enhancing the overall utility of the proposed framework.
Introduction
The introduction highlights the significant challenges faced by urban areas in solid waste management (SWM), emphasizing its implications for public health, environmental sustainability, and economic development. Singapore, characterized by its dense population of 6.03 million, exemplifies the complexities involved in managing solid waste effectively. To address these challenges, the study proposes the LOPCOW approach, which ensures that the weights assigned to various criteria in SWM accurately reflect their relative importance.
Furthermore, the research employs a fuzzy measure to assess the interdependencies among different criteria, which is essential for understanding their interactions and impacts on the overall SWM strategy. This approach facilitates a nuanced analysis of the criteria’s relationships, leading to more informed decision-making. To synthesize expert insights, the study utilizes the Cq-ROFECIWA and Cq-ROFECIWG operators, which are adept at capturing the synergy between diverse criteria, thereby enhancing the aggregation process and accurately representing the complexities inherent in SWM decision-making.
Discussion
The discussion section of the research paper provides a comprehensive overview of advancements in fuzzy set theory and its applications in multi-criteria decision-making (MCDM). Initially introduced by Lotfi Zadeh in 1965, fuzzy set theory allows for degrees of membership ranging from 0 to 1, effectively addressing uncertainty and imprecision in complex real-world problems. This foundational concept has evolved through various extensions, including intuitionistic fuzzy sets (IFS), interval-valued intuitionistic fuzzy sets (IVIFS), and q-rung orthopair fuzzy sets (q-ROFS), culminating in the introduction of circular q-rung orthopair fuzzy sets (Cq-ROFS) and their aggregation operators. These developments enhance the representation of uncertainty and provide robust frameworks for decision-making.
The section further elaborates on the significance of aggregation operators, such as the Choquet integral and the LOPCOW method, in MCDM contexts. These operators facilitate the integration of multiple criteria and expert opinions, thereby improving decision-making processes in complex scenarios. Recent contributions, including the T-spherical fuzzy interaction power Heronian mean operator and various hybrid aggregation operators, demonstrate the ongoing evolution of methodologies aimed at optimizing decision-making in fields like solid waste management (SWM). The paper emphasizes the necessity for advanced techniques to address the dynamic nature of waste management, particularly in urban environments like Singapore, where traditional methods often fall short. The integration of Cq-ROFS with the Choquet integral and LOPCOW method is highlighted as a promising approach to enhance the effectiveness and sustainability of SWM strategies.
Limitations
The section on limitations highlights several managerial challenges associated with the implementation of Cq-ROFS information in solid waste management (SWM). Firstly, the reliance on advanced mathematical models, such as the Choquet integral and LOPCOW techniques, along with specific aggregation operators like Cq-ROFECIWA and Cq-ROFECIWG, necessitates a high level of expertise that may not be readily available in all contexts. This gap in proficiency could lead to difficulties in training personnel and allocating resources effectively. Additionally, the case study data, which is specific to Singapore, raises concerns about the generalizability of the findings to other urban areas with differing waste management characteristics.
Moreover, the dynamic nature of SWM demands continuous updates to models and procedures to accommodate changes in waste generation patterns, regulatory requirements, and technological innovations. This necessitates a commitment to ongoing learning and adaptation, which can be resource-intensive. Lastly, the complexity of implementing multi-faceted decision-making frameworks may encounter resistance from stakeholders, as it could complicate existing practices. Acknowledging these limitations is essential for the successful application of the proposed methodologies in real-world SWM scenarios.