决策支持系统理论与实践第4章.pptx

第4章 决策支持系统的核心组件,10/11/2014,决策支持系统理论与实践,,4.1决策支持系统的体系结构与组成,,4.2模型库系统,,4.3数据库系统,,4.5人机交互系统,目 录,,4.4方法库系统,4.1.1基于多库的体系结构及组成,基于多库的体系结构 1980年Sprague和Carlson提出了决策支持系统的三部件架构模型,4.1决策支持系统的体系结构与组成,4.1.1基于多库的体系结构及组成,基于多库的体系结构 1985年Dolk提出了模型库算法的独立性原则，将Sprague的两库系统（数据库与模型库）扩展为三库系统（数据库、模型库与方法库）,4.1决策支持系统的体系结构与组成,4.1.1基于多库的体系结构及组成,基于多库的体系结构 上世纪90年代以后，在两库或三库系统的基础上，又有学者将ES（Expert System，专家系统）与DSS结合,4.1决策支持系统的体系结构与组成,4.1.1基于多库的体系结构及组成,基于多库的体系结构的组成 1） 数据库子系统 2）模型库子系统 3）方法库子系统 4）人机对话子系统,4.1决策支持系统的体系结构与组成,4.1.2基于知识的体系结构及组成,基于知识的体系结构 1981年Bonczed提出了基于知识的体系结构，它由语言系统（LS）、问题处理系统（PPS）、知识系统（KS）三部分构成，该结构也称为“三系统”结构。

4.1决策支持系统的体系结构与组成,4.1.2基于知识的体系结构及组成,基于知识的体系结构的组成 1）语言系统 提供给决策者的所有语言能力的总和称为语言系统 2）知识系统 知识系统包含问题领域中的大量事实和相关知识 3）问题处理系统,4.1决策支持系统的体系结构与组成,模型库系统包括模型库和模型库管理系统，是决策支持系统的核心，是重要的部分也是复杂的系统 模型库中的模型有两类，一类是标准模型；另一类是由用户应用建模语言建立的模型 模型库系统包括三个层次：应用级、生成级和工具级4.2模型库系统,模型库系统的结构图,4.2模型库系统,4.2.1模型,模型的概念 模型是对于现实世界的事物、现象、过程或系统的本质属性进行抽象和简化的描述 模型的特点 1）易操作性 2）可压缩时间 3）可降低实验费用,4.2模型库系统,4.2.1模型,模型的分类 按照求解问题的不同对象分类 模型可以分为战略模型、战术模型和操作模型； 按照模型的表现，模型可以分为物理模型、定量模型、仿真模型等4.2模型库系统,4.2.1模型,模型的分类 按模型描述问题的形式分类 数学模型 物理模型 仿真模型 结构模型,4.2模型库系统,4.2.1模型,模型的分类 按照数据的稳定性分类 静态模型：为情景的简单快照，假设所有事件都发生在同一时间内，即相关的数据与时间无关，是稳定的常数。

动态模型：描述系统从一种状态转换成另一种状态的变化过程和行为，即用于分析与操作时间有关的系统特征变化情况4.2模型库系统,4.2.1模型,模型的分类 按偏重数学还是偏重逻辑分类 抽象决策模型：抽象决策模型致力于用数学方法预测各种可能的结果通常划分为：确定性模型、随机性模型、模拟仿真模型和特殊领域模型 概念模型：通过知识推理形式，对问题前后情况类推，达到人类专家解决问题的能力4.2模型库系统,4.2.1模型,模型的表示形式 模型的表示趋向于将模型分解成基本单元，再由基本单元组合成模型对应于不同的管理模式，基本单元采用不同的存储方式 目前主要有以下三种：模型的程序表示、数据表示、逻辑表示4.2模型库系统,4.2.1模型,模型的表示形式 模型的程序表示 适用于描述结构化的计算模型 传统的模型程序表示是指模型以包括输入、输出格式和算法在内的完整程序形式表示 后来提出了模型库系统的概念在模型库意义下的程序表示方法是将模型和解程序相分离，并将程序表示的模型分解成基本模块，不同模型中的共同部分可以调用相同的模块，以减少冗余4.2模型库系统,4.2.1模型,模型的表示形式 模型的程序表示 根据模型程序模块的组合关系和所起作用不同，可以把模型程序分为：零件型的模型程序模块，部件型的模型程序模块(或称部件型模型)，框架型模型程序模块(或称框架型模型)。

另一种目前流行的程序表示方法是以语句的形式表示，用通用的高级语言设计出一套建模语言，即模型定义语言模型中的不同方程、约束条件和目标函数都对应于MDL中相应的语句4.2模型库系统,4.2.1模型,模型的表示形式 模型的数据表示 模型的数据表示是把模型看做是从输入集到输出集的映射，通过模型的参数集合确定这种映射关系 其优点是可以引用发展得比较成熟的关系数据库管理技术实现模型的管理模型可描述为由一组参数集合和表示模型结构特征的数据集合的框架输入数据集在关系框架下进行若干关系运算，得出输出数据集4.2模型库系统,4.2.1模型,模型的表示形式 模型的数据表示 一般的数据抽象由3个数据库组成：参考数据库，用户数据库和模型数据库其中，参考数据库存有一般性的参数和时间序列数据，而用户数据库是由方程组成的数据库在模型数据库中存入优化问题的方程有些困难，即对方程类型的模式要有适当的说明 适当的数学规划解程序可以用相应的接口命令加入系统，产生优化模型的特征4.2模型库系统,4.2.1模型,模型的表示形式 模型的逻辑表示 模型不仅表示了它的输入输出之间运算关系和数据转换关系，同时还确定了输入输出之间的逻辑关系。

逻辑关系既可以描述定量模型的输入输出关系，也可以描述更广泛的模型的对应关系 模型的逻辑表示目前主要采用谓词逻辑、语义网络、逻辑树和关系框架等几种表达知识的基本方法，所以逻辑表示又称为基于知识的表示方法4.2模型库系统,4.2.1模型,模型的表示形式 基于面向对象的模型表示方法 DSS的核心是模型管理子系统，而模型表示又是模型管理的关键技术模型表示方法恰当与否直接影响模型定义、模型操纵和模型求解等具体功能 面向对象表示大大提高了模型的可重用性、建模的灵活性与模型库管理的效率，成为目前模型表示领域的研究热点4.2模型库系统,4.2.1模型,模型的组织、规范与共享 随着决策问题的复杂，模型技术的研究内容也变得非常广泛，主要内容包括： 1）模型的组织 2）模型的规范化 3）模型的共享,4.2模型库系统,4.2.2模型库,模型库的概念 模型库是按照一定组织结构将众多模型存储起来，并利用模型库管理系统对模型进行有效地管理和调用的计算机系统 它是决策支持系统中的核心部分，实际上用来存储模型的代码，由源码库、目标代码库两部分组成 从利用计算机开始研究使用模型以来，模型经历了模型程序，模型程序包和模型库管理系统三个阶段。

4.2模型库系统,4.2.2模型库,模型库的分类 按照模型建立和适用的特点，可以把模型库分为： 1）通用模型库 这类模型库的模型建立和编制均由用户完成4.2模型库系统,4.2.2模型库,模型库的分类 2）专用模型库 这类模型库是专为某些决策或决策者设计的，用户并不创建模型，而是引用库中已有的模型4.2模型库系统,4.2.2模型库,模型库的分类 3）智能模型库 由模型的基本组件、问题识别器和形式化机制等组成用户只需给出对问题的陈述，系统就能自动识别问题，进行模型的形式化和模型的建立和分析4.2模型库系统,4.2.2模型库,模型库的组织与存储 模型字典 模型字典是模型库的索引，DSS通过查询字典获得对模型的引用模型字典的组织结构有文本形式、菜单形式和数据库形式 其中数据库形式是最常用的一种数据库形式的模型字典一般分为三个层次，包括模型基本信息表、模型描述信息表和模型的数据抽象4.2模型库系统,4.2.2模型库,模型库的组织与存储 模型库的组织与存储 模型库中除智能模型外，模型都是以程序形式和数据文件表示，程序和数据都是以文件形式存储于计算机内 若模型数量较少，模型文件存放在计算机外存中，由操作系统对数据文件和程序文件进行统一存储和管理。

若模型数量较多，则需要建立一个模型字典和模型文件库4.2模型库系统,4.2.3模型库管理系统,模型库管理系统基本概念 模型库管理系统（MBMS）是为操纵和管理模型库的计算机软件系统 模型库管理系统可以生成、调用、维护模型，通过对模型库的管理和控制，保证模型库的安全性和完整性 用户可以通过模型库管理系统灵活地访问、更新、生成和运行模型4.2模型库系统,4.2.3模型库管理系统,模型库管理系统基本概念 模型库管理系统应该提供给用户的功能包括： 基本操作；灵活性；反馈；接口；减少冗余；增强一致性；安全性；可扩展性；一些辅助功能4.2模型库系统,4.2.3模型库管理系统,模型库管理系统的功能 模型库管理系统的功能主要包括两个方面： 一是静态管理功能，称为模型的维护管理，主要有创建、删除、修改、查询模型以及维护模型字典和模型文件的一致性； 二是模型的动态管理功能，有建模管理、模型的运行管理和组合管理，主要控制模型的运行并负责模型部件和数据部件之间的交互4.2模型库系统,4.2.3模型库管理系统,模型库管理系统的功能 1）建模管理：为用户构造和产生模型的支持机构 模型生成 模型的连接 模型的重构,4.2模型库系统,4.2.3模型库管理系统,模型库管理系统的功能 2）模型的运行管理 模型程序的输入和编译 模型的运行控制 模型对数据的存取,4.2模型库系统,4.2.3模型库管理系统,模型库管理系统的功能 3）模型的维护管理 模型的维护功能主要是指对模型进行查询、添加、删除、修改等工作。

4）模型的组合管理 在解决一个大型复杂的决策问题时，单一的简单模型往往无法完全描述问题，同时为了避免对中间结构的不必要的人工干预，模型库管理系统会根据问题需要将几个模型有机组合成一个具有更强描述能力，解决对应问题的决策模型4.2模型库系统,4.2.3模型库管理系统,模型库管理系统语言体系 1）模型管理语言 模型管理语言要求完成对模型的存储管理以及对模型的查询和维护 模型库的组织由模型字典库和模型文件库组成对模型存储的管理就要同时完成对字典库和文件库的管理 对字典库的管理类似于对数据库的管理，不同点在于数据项中的内容不是数据而是模型文件名，对模型文件名的处理涉及到文件的存取路径和文件本身的处理4.2模型库系统,4.2.3模型库管理系统,模型库管理系统语言体系 2）模型运行语言 模型运行语言要求完成对单模型的调用、运行以及支持模型的组合运行 对单模型的调用运行用命令来完成对模型的组合运行则要求用语句编制成程序来运行这种语言要比一般计算机语言有更高的要求 要求语言既有数值计算能力，又有数据库处理能力目前的计算机语言还没有哪一种能达到这样的要求4.2模型库系统,4.2.3模型库管理系统,模型库管理系统语言体系 3）数据接口语言 模型对数据库操作需要接口。

完成接口任务是由接口语言 DIL 来实现的 一般模型程序是由数值计算语言来编写的，不具有数据库操作功能，只有通过模型程序和接口语言相联结才能达到模型操作数据库的能力 目前市场上已有接口语言软件，如ODBC、ADO等，它们实现了数值计算语言对各种数据库语言的接口4.2模型库系统,4.2.4模型库的设计,建立模型的准则 1）模型的近似性 2）模型的简易性 3）模型的动态性 4）模型的可操作性 5）模型的用户友好性,4.2模型库系统,4.2.4模型库的设计,建立模型的步骤 建立系统模型的过程又称为模型化 模型化的手段和方法主要有两种： （1）通过分析系统本身的运动规律，根据事物的运行机理来建模； （2）通过处理系统的实验或统计数据，根据关于系统已有的知识和经验来建模4.2模型库系统,4.2.4模型库的设计,建立模型的步骤 建立模型的一般步骤如下： 1）建模准备阶段 2）建立阶段 3）模型求解与分析阶段 4）模型检验与修改阶段 5）模型应用阶段,4.2模型库系统,4.2.4模型库的设计,建模技。