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決策專題二多屬性決策分析方法本講內(nèi)容提要:多屬性決策方法模糊綜合評(píng)價(jià)方法層次分析法現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一1第一節(jié)多屬性決策方法社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的決策問(wèn)題,往往涉及多個(gè)不同屬性。一般來(lái)說(shuō),多屬性綜合評(píng)價(jià)有兩個(gè)顯著特點(diǎn),第一,指標(biāo)間不可公度性,即屬性之間沒(méi)有統(tǒng)一量綱,難以用同一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行度量。第二,某些指標(biāo)之間存在一定的矛盾性,某一方案提高了某個(gè)指標(biāo)值,卻可能降低另一指標(biāo)值。因此,克服指標(biāo)間不可公度的困難,協(xié)調(diào)指標(biāo)間的矛盾性,是多屬性綜合評(píng)價(jià)要解決的主要問(wèn)題。現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一2(一)決策矩陣設(shè)有個(gè)備選方案?jìng)€(gè)決策指標(biāo)決策矩陣指標(biāo)1指標(biāo)2方案1x11x12方案2x21x22……現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一3(二)決策矩陣的標(biāo)準(zhǔn)化由于指標(biāo)體系中指標(biāo)不同的量綱,例如,產(chǎn)值的單位為萬(wàn)元,產(chǎn)量的單位為萬(wàn)噸,投資回收期的單位為年等,這給綜合評(píng)價(jià)帶來(lái)許多困難。將不同的量綱的指標(biāo)通過(guò)適當(dāng)?shù)淖儞Q,轉(zhuǎn)化為無(wú)量綱的標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo),稱為決策指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化。決策指標(biāo)根據(jù)指標(biāo)變化方向,大致可以分為兩類,即效益型(正向)指標(biāo)和成本型(逆向)指標(biāo)。效益型指標(biāo)具有越大越優(yōu)的性質(zhì),成本型指標(biāo)具有越小越優(yōu)的性質(zhì)?,F(xiàn)在是4頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一4(1)向量歸一化法

在決策矩陣=()中,令

矩陣稱為向量歸一標(biāo)準(zhǔn)化矩陣。經(jīng)過(guò)歸一化處理后,其指標(biāo)值均滿足,并且正、逆向指標(biāo)的方向沒(méi)有發(fā)生變化,即正向指標(biāo)歸一化變化后,仍是正向指標(biāo),逆向指標(biāo)歸一化變換后,仍是逆向指標(biāo)?,F(xiàn)在是5頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一5(2)線性比例變化法

在中,對(duì)正向指標(biāo),取,則

=

對(duì)于逆向指標(biāo),取=,

稱為線性比例標(biāo)準(zhǔn)化矩陣,經(jīng)過(guò)線性比例變換后,標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)滿足,并且正、逆向指標(biāo)均化為正向指標(biāo),最優(yōu)值為1,最劣值0?,F(xiàn)在是6頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一6(3)極差變化法對(duì)正向指標(biāo),取,

對(duì)逆向指標(biāo),取,,則

矩陣稱為極差變換標(biāo)準(zhǔn)化矩陣。經(jīng)過(guò)極差變換之后,均有,并且正、逆向指標(biāo)均化為正向指標(biāo)?,F(xiàn)在是7頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一7(4)定性指標(biāo)量化處理方法

在多屬性決策指標(biāo)體系中,有些指標(biāo)是定性指標(biāo),只能作為定性描述,例如“可靠性”、“靈敏度”、“員工素質(zhì)”等。對(duì)定性指標(biāo)作量化處理,常用的方法是將這些指標(biāo)依問(wèn)題性質(zhì)劃分為若干級(jí)別,分別賦以不同的量值。一般可劃分為5個(gè)級(jí)別,最優(yōu)值10分,最劣值0分,其余級(jí)別賦以適當(dāng)分值。

定性標(biāo)度很低低一般高很高正向指標(biāo)13579逆向指標(biāo)97531現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一8某航空公司在國(guó)際市場(chǎng)上購(gòu)買飛機(jī),按6個(gè)決策指標(biāo)對(duì)不同型號(hào)的飛機(jī)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),這6個(gè)指標(biāo)是:最大速度、最大范圍、最大負(fù)載、價(jià)格、可靠性、靈敏度?,F(xiàn)在4種型號(hào)的飛機(jī)可供選擇,具體指標(biāo)值見(jiàn)表。

最大速度(馬赫)最大范圍(千米)最大負(fù)載(千克)費(fèi)用(百萬(wàn)元)可靠性靈敏度12.01500200005.5一般很高22.52700180006.5低一般31.82000210004.5高高42.21800200005.0一般一般現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一9決策矩陣現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一10向量歸一化法。標(biāo)準(zhǔn)化矩陣為現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一11極差變換法。標(biāo)準(zhǔn)化矩陣為現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一12線性比例變換法。標(biāo)準(zhǔn)化矩陣為現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一13(三)線性加權(quán)方法線性加權(quán)法根據(jù)實(shí)際情況,確定各決策指標(biāo)的權(quán)重,再對(duì)決策矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,求出個(gè)方案的指標(biāo)綜合值,以此作為各可行方案排序的依據(jù)。應(yīng)該注意的是,線性加權(quán)法對(duì)決策矩陣的標(biāo)準(zhǔn)化處理,應(yīng)當(dāng)使所有的指標(biāo)正向化?,F(xiàn)在是14頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一14設(shè)購(gòu)機(jī)問(wèn)題中,6個(gè)決策指標(biāo)的權(quán)重向量為用線性比例變換法,將決策矩陣標(biāo)準(zhǔn)化,標(biāo)準(zhǔn)化矩陣為:現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一15計(jì)算各方案的綜合指標(biāo)值因此,最優(yōu)方案是即=購(gòu)機(jī)問(wèn)題各方案的排序結(jié)果是?,F(xiàn)在是16頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一16(四)理想解方法理想解法又稱為TOPSIS(TechniqueforOrderPreferencebySimilaritytoIdealSolution)法,這種方法通過(guò)構(gòu)造多屬性問(wèn)題的理想解和負(fù)理想解,并以靠近理想解和遠(yuǎn)離理想解兩個(gè)基準(zhǔn)作為評(píng)價(jià)各可行方案的依據(jù)。所謂理想解,是設(shè)想各指標(biāo)屬性都達(dá)到最滿意的解;所謂負(fù)理想解,也是設(shè)想指標(biāo)屬性都達(dá)到最不滿意的解。

現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一17確定了理想解和負(fù)理想解,還需確定一種測(cè)度方法,表示各方案目標(biāo)值靠近理想解和遠(yuǎn)離理想解的程度。設(shè)方案對(duì)應(yīng)到理想解和負(fù)理想解的距離分別為

。

現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一18計(jì)算加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣,求得分別確定理想解和負(fù)理想解為,={0.1168,0.0659,0.0531,0.0414,0.1347,0.2012},={0.0841,0.0366,0.0455,0.0598,0.0577,0.1118}。

現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一19各方案到理想解和負(fù)理想解的距離分別是

=0.0545,=0.1197,=0.0580,=0.1009,

=0.0983,=0.0439,=0.0920,=0.0458。各方案的相對(duì)貼近度為

=0.643,=0.268,=0.613,=0.312,用理想解法各方案的排序結(jié)果是

現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一20第二節(jié)模糊綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)方案、人才、成果的評(píng)價(jià),人們的考慮的因素很多,而且有些描述很難給出確切的表達(dá),這時(shí)可采用模糊評(píng)價(jià)方法。它可對(duì)人、事、物進(jìn)行比較全面而又定量化的評(píng)價(jià),是提高領(lǐng)導(dǎo)決策能力和管理水平的一種有效方法。模糊的評(píng)級(jí);模糊數(shù)的運(yùn)算;現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一21模糊綜合評(píng)價(jià)的基本步驟:(1)首先要求出模糊評(píng)價(jià)矩陣P,其中Pij表示方案X在第i個(gè)指標(biāo)處于第j級(jí)評(píng)語(yǔ)的隸屬度,當(dāng)對(duì)多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí),還要對(duì)各個(gè)指標(biāo)分別加權(quán),設(shè)第i個(gè)指標(biāo)權(quán)系數(shù)為Wi,則可得權(quán)系數(shù)向量:

A=(W1,W2,…Wn)現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一22(2)利用矩陣的模糊乘法得到綜合模糊評(píng)價(jià)向量B

B=A⊙P(其中⊙為模糊乘法)例如:a=(0.8,0.5,0.3,0.7)b=(0.4,0.7,0.5,0.2)則a⊙b=(0.8∧0.4)∨(0.5∧0.7)…=0.4∨0.5∨0.3∨0.2

=0.5多種模糊算子現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一23對(duì)某品牌電視機(jī)進(jìn)行綜合模糊評(píng)價(jià)設(shè)評(píng)價(jià)指標(biāo)集合:

U={圖像,聲音,價(jià)格};評(píng)語(yǔ)集合:

V={很好,較好,一般,不好};現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一24首先對(duì)圖像進(jìn)行評(píng)價(jià):假設(shè)有30%的人認(rèn)為很好,50%的人認(rèn)為較好,20%的人認(rèn)為一般,沒(méi)有人認(rèn)為不好,這樣得到圖像的評(píng)價(jià)結(jié)果為(0.3,0.5,0.2,0)

同樣對(duì)聲音有:0.4,0.3,0.2,0.1)對(duì)價(jià)格為:(0.1,0.1,0.3,0.5)所以有模糊評(píng)價(jià)矩陣:現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一25設(shè)三個(gè)指標(biāo)的權(quán)系數(shù)向量:

A={圖像評(píng)價(jià),聲音評(píng)價(jià),價(jià)格評(píng)價(jià)}=(0.5,0.3,0.2)所以有綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為:

B=A⊙P=(0.3,0.5,0.2,0.2)歸一化處理:

B=(0.25,0.42,0.17,0.17)

所以綜合而言,電視機(jī)還是比較好的比重大?,F(xiàn)在是26頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一26例:對(duì)科技成果項(xiàng)目的綜合評(píng)價(jià)有甲、乙、丙三項(xiàng)科研成果,現(xiàn)要從中評(píng)選出優(yōu)秀項(xiàng)目。

三個(gè)科研成果的有關(guān)情況表現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一27設(shè)評(píng)價(jià)指標(biāo)集合:

U={科技水平,實(shí)現(xiàn)可能性,經(jīng)濟(jì)效益}評(píng)語(yǔ)集合:

V={高,中,低}評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)系數(shù)向量:

A=(0.2,0.3,0.5)現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一28專家評(píng)價(jià)結(jié)果表現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一29由上表,可得甲、乙、丙三個(gè)項(xiàng)目各自的評(píng)價(jià)矩陣P、Q、R:現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一30求得:歸一化后得:所以項(xiàng)目乙可推薦為優(yōu)秀項(xiàng)目現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一31第三節(jié)層次分析方法定量定性結(jié)合的方法現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一32一、層次分析法的基本用法層次分析法(簡(jiǎn)稱AHP)是20世紀(jì)70年代由美國(guó)數(shù)學(xué)家T.L.Saaty提出的一種定量定性相結(jié)合的評(píng)價(jià)方法。該方法力求避開(kāi)復(fù)雜的數(shù)學(xué)建模方法進(jìn)行復(fù)雜問(wèn)題的決策,其原理是將復(fù)雜的問(wèn)題逐層分解為若干元素,組成一個(gè)相互關(guān)聯(lián)和具有隸屬關(guān)系的層次結(jié)構(gòu)模型,對(duì)各元素進(jìn)行判斷,以獲得各元素的重要性。運(yùn)用AHP,大體上可按下面四個(gè)步驟進(jìn)行:現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一33步驟1:分析系統(tǒng)中各因素間的關(guān)系,建立系統(tǒng)的遞階層次結(jié)構(gòu);步驟2:對(duì)同一層次各元素關(guān)于上一層次中某一準(zhǔn)則的重要性進(jìn)行兩兩比較,構(gòu)造兩兩比較的判斷矩陣;步驟3:由判斷矩陣計(jì)算被比較元素對(duì)該準(zhǔn)則的相對(duì)權(quán)重,并進(jìn)行判斷矩陣一致性檢驗(yàn);步驟4:計(jì)算各層次對(duì)于系統(tǒng)的總排序權(quán)重,并進(jìn)行排序。最后,得到各方案對(duì)于總目標(biāo)的總排序?,F(xiàn)在是34頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一34遞階層次結(jié)構(gòu)的建立

應(yīng)用AHP分析決策問(wèn)題時(shí),首先要把問(wèn)題條理化、層次化,構(gòu)造出一個(gè)有層次的結(jié)構(gòu)模型。在這個(gè)模型下,復(fù)雜問(wèn)題被分解為元素的組成部分,這些元素又按其屬性及關(guān)系形成若干層次,上一層次的元素作為準(zhǔn)則對(duì)下一層次的有關(guān)元素起支配作用。這些層次可以分為三類:

1)最高層(目標(biāo)層):只有一個(gè)元素,一般是分析問(wèn)題的預(yù)定目標(biāo)或理想結(jié)果;

2)中間層(準(zhǔn)則層):包括了為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)所涉及的中間環(huán)節(jié),它可以由若干個(gè)層次組成,包括所需要考慮的準(zhǔn)則、子準(zhǔn)則;

3)最底層(方案層):包括了為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)可供選擇的各種措施、決策方案等?,F(xiàn)在是35頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一35遞階層次結(jié)構(gòu)的層次數(shù)與問(wèn)題的復(fù)雜程度及需要分析的詳盡程度有關(guān),一般地,層次數(shù)不受限制。每一層次中各元素所支配的元素一般不要超過(guò)9個(gè)。因?yàn)橹涞脑剡^(guò)多會(huì)給兩兩比較帶來(lái)困難。遞階層次結(jié)構(gòu)是AHP中最簡(jiǎn)單也是最實(shí)用的層次結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題用遞階層次結(jié)構(gòu)難以表示時(shí),可以采用更復(fù)雜的擴(kuò)展形式,如內(nèi)部依存的遞階層次結(jié)構(gòu)、反饋層次結(jié)構(gòu)等。現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一36購(gòu)房決策問(wèn)題。某顧客要購(gòu)買一套新房,初步調(diào)查后確定三套候選房子A,B,C,問(wèn)題是如何在這三套房里選擇滿意的房子。顧客從房地產(chǎn)公司獲得了這三套房子的資料數(shù)據(jù),包括:住房的地理位置;住房的交通情況;住房附近的商業(yè)、衛(wèi)生和教育情況;住房小區(qū)的綠化、清潔和安靜的自然環(huán)境;建筑結(jié)構(gòu);建筑材料;房子布局;房子設(shè)備;房子面積;房子單價(jià)。這些方面實(shí)際上給出了評(píng)判滿意程度的標(biāo)準(zhǔn),為了簡(jiǎn)化問(wèn)題,把上述方面簡(jiǎn)化成4個(gè)標(biāo)準(zhǔn):房子的地理位置與交通;房子的居住環(huán)境;房子結(jié)構(gòu)、布局與設(shè)施;房子的單價(jià),由此可得到購(gòu)房決策的指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)圖?,F(xiàn)在是37頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一37滿意房子決策問(wèn)題地理位置及交通居住環(huán)境結(jié)構(gòu)布局設(shè)施房子單價(jià)房子B房子A房子C準(zhǔn)則層方案層目標(biāo)層

現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一38構(gòu)造兩兩比較的判斷矩陣

在建立遞階層次結(jié)構(gòu)以后,上下層元素間的隸屬關(guān)系就被確定了。下一步是要確定各層次元素的權(quán)重。對(duì)于大多數(shù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題,特別是比較復(fù)雜的問(wèn)題,元素的權(quán)重不容易直接獲得。需要通過(guò)適當(dāng)?shù)姆椒▽?dǎo)出它們的權(quán)重,AHP利用決策者對(duì)方案兩兩比較給出判斷矩陣的方法導(dǎo)出權(quán)重?,F(xiàn)在是39頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一39記準(zhǔn)則層元素C所支配的下一層次的元素為U1,U2,…,Un。針對(duì)準(zhǔn)則C,決策者比較兩個(gè)元素Ui和Uj那一個(gè)更重要,重要程度如何,并按表定義的比例標(biāo)度對(duì)重要性程度賦值,形成判斷矩陣,其中就是元素Ui與Uj相對(duì)于準(zhǔn)則C的重要性比例標(biāo)度。比例標(biāo)度含義1兩個(gè)元素相比,具有相同的重要性3兩個(gè)元素相比,前者比后者稍(略)重要5兩個(gè)元素相比,前者比后者明顯(較)重要7兩個(gè)元素相比,前者比后者強(qiáng)烈(非常)重要9兩個(gè)元素相比,前者比后者極端(絕對(duì))重要2,4,6,8表示上述相鄰判斷的中間值現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一40判斷矩陣具有如下性質(zhì):

1);2);3)

稱為正互反判斷矩陣。根據(jù)判斷矩陣的互反性,對(duì)于一個(gè)n個(gè)元素構(gòu)成的判斷矩陣只需給出其上(或下)三角的個(gè)判斷數(shù)據(jù)即可。現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一41

基于“地理位置及交通”指標(biāo),通過(guò)分析在這方面,房子A比房子B略好不足,房子A比房子C非常好有余,但是絕對(duì)好不足,認(rèn)為房子B比房子C較好有余,非常好不足,則可以得到如下的判斷矩陣(下三角判斷矩陣的元素由互反性得到):

現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一42權(quán)重向量和一致性指標(biāo)

通過(guò)兩兩比較得到的判斷矩陣A不一定滿足判斷矩陣的互反性條件,從復(fù)雜決策問(wèn)題判斷的本身來(lái)看,由于決策問(wèn)題的復(fù)雜性,決策者判斷的邏輯性可能不一致。對(duì)此,AHP采用一個(gè)數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量A的不一致程度。設(shè)是n階判斷矩陣排序權(quán)重向量(可根據(jù)排序權(quán)重向量來(lái)決定方案的優(yōu)劣),當(dāng)A為一致性判斷矩陣時(shí),有:現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一43現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一44對(duì)于具有一致性的正互反判斷矩陣來(lái)說(shuō),CI=0。由于客觀事物的復(fù)雜性和人們認(rèn)識(shí)的多樣性,以及認(rèn)識(shí)可能產(chǎn)生的片面性跟問(wèn)題的因素多少、規(guī)模大小有關(guān),僅依靠CI值作為A是否具有滿意一致性的標(biāo)準(zhǔn)是不夠的。為此,引進(jìn)平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI,對(duì)于n=1~11,平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI的取值如表:n1234567891011RI000.580.901.121.241.321.411.451.491.51定義CR為一致性比例,,當(dāng)時(shí),則稱判斷矩陣具有滿意的一致性,否則就不具有滿意一致性?,F(xiàn)在是45頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一45現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一46在結(jié)構(gòu)布局設(shè)施下三房子構(gòu)成的判斷矩陣為:在房子單價(jià)下三房子構(gòu)成的判斷矩陣為:。現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一47在四個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)方面,哪個(gè)指標(biāo)更為重要?

可以采用同樣的比較方法得到四個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重向量,設(shè)有判斷矩陣:現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一48基于上述指標(biāo)下各方案的特征向量可總結(jié)為表(設(shè)各判斷矩陣的一致性均可接受),四個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的特征向量可以求得為地理位置交通居住環(huán)境結(jié)構(gòu)布局設(shè)施房子單價(jià)房子A0.5930.1230.0870.265房子B0.3410.3200.2740.655房子C0.0660.5570.6390.080在地理位置交通方面,房子A最優(yōu),房子B和C其次;在居住環(huán)境方面,房子C最優(yōu),房子B和A其次;在結(jié)構(gòu)布局設(shè)施方面,房子C最優(yōu),房子B和A其次;在房子單價(jià)方面,房子B最優(yōu),房子A和C其次。從上述四個(gè)指標(biāo)綜合來(lái)看,哪座房子最優(yōu)?現(xiàn)在是49頁(yè)\一共有54頁(yè)\編輯于星期一49AHP的總排序

計(jì)算同一層次所有因素對(duì)于最高層(總目標(biāo))相對(duì)重要性的排序權(quán)值,稱為層次總排序,這一

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