系统工程第三章ppt课件

1,第三章 结构模型化技术,第一节 结构模型 第二节 解释结构模型法 第三节 案例分析,2,第一节 结构模型,结构模型，是应用有向连接图来描述系统各要素之间的关系，以表示一个作为要素集合体的系统的模型。,示例,总人口 期望寿命 死亡率 出生率 医疗水平,节点：系统的元素 有向边：要素间所存在的关系（影响，先于，需要，取决于，导致）,4,结构模型的基本性质,结构模型是一种几何模型; 结构模型是一种以定性分析为主的模型; 结构模型还可以用矩阵形式来描述，使定性分析与定量分析相结合； 结构模型介于数学模型形式与逻辑分析形式之间。 结构模型比较适宜于描述以社会科学为对象的系统结构的描述,5,结构模型化技术:建立结构模型的方法论。 采用结构模型化技术的依据 系统结构关系 分解协调思想,结构模型化技术,8,图的有关基本概念,有向连接图 回路 环 树：源点、汇点，没有回路和环 关联树：节点上有加权值W，边上有关联值r,9,（一）邻接矩阵,对于有n个要素的系统（P1，P2，Pn），定义邻接矩阵A： 邻接矩阵与有向图间有着一一对应的关系， 即从邻接矩阵可画出唯一的有向图； 反之，根据有向图可写出唯一的邻接矩阵。,10,P4,例如，由下图所示的有向图，可以写出邻接矩阵A如下：,1 2 3 4 5,11,邻接矩阵示例,汇点,源点,12,邻接矩阵的特性,全零的行所对应的点为汇点（没有线段离开该点），即系统的输出要素； 全零的列所对应的点为源点（没有线段进入该点），即系统的输入要素； 对应于每点的行中1的数目就是离开该点的线段数； 对应于每点的列中1的数目就是进入该点的线段数。 邻接矩阵表示了系统的各要素间的直接关系。若该矩阵中第i行第j列的元素为1，则表明从点Pi到Pj有一长度为1的通路。也可以说，从点Pi可以到达点Pj。实际上，邻接矩阵描述了各点间通过长度为1的通路相互可以到达的情况。,13,14,（二）可达矩阵,可达矩阵（M）表明各点间经长度不大于n1的通路的可达情况。对于点数为n的图，最长的通路不能超过n1。 推移律特性：若Pi可达Pj（Pi有一条路至Pj），Pj可达Pk（Pj有一条路至Pk），则Pi必可达Pk。 这一特性在建立可达矩阵时要用到。,15,（a）可达矩阵通过邻接矩阵运算得到,若在上述矩阵A上加一单位矩阵I，即得：A+I。它描述了各点间经长度为0和1（不大于1）的通路后的可达情况。 (A+I)2描述了各点间经长度不大于2的路的可达情况。这里所做的加法和乘法运算均为布尔运算，即1+1=1，1+0=0+1=1，11=1，10=01=0，依次类推，得到： (A+I) r-2(A+I) r-1=(A+I) r= M, rn-1,缩减可达矩阵,在可达矩阵中存在两个节点相应的行、列元素值分别完全相同，则说明这两个节点构成回路集， 此时，只要选择其中的一个节点即可代表回路集中的其他节点， 这样就可简化可达矩阵，称为缩减可达矩阵。,17,可达矩阵的直接建立,求可达矩阵是建立结构模型的第一步。 对于有n个要素的系统，必须知道n（n1）个矩阵元素，即对n（n1）个元素成对地加以检查才能完全决定可达矩阵。 但是，利用可达矩阵的转移特性，由推断方法可以更有效地决定可达矩阵。这种方法特别适合于由计算机产生可达矩阵。,18,(b) 按推移律特性建立可达矩阵,(1) 关键要素选择 (2) 集的划分 (3) 可达矩阵的推断,19,(1)关键要素的选择,确定要素集之间的关系：4种关系 从全体要素中选择能承上启下的要素，即选择一个既有有向边输入，也有有向边输出的要素Si,20,(2)集的划分,没有回路的上位集A(Si)：Si与A(Si)中的要素有关，而A(Si)中的要素与Si无关 有回路的上位集B(Si)： Si与B(Si)中的要素具有回路的要素集合。即Si到B(Si)、 B(Si)到Si均存在有向边 无关集C(Si)： Si与C(Si)中的要素完全无关 下位集D(Si)： D(Si)中的要素与Si有关，反之无关。,21,要素集之间的关系图,B(Si),A(Si),D(Si),C(Si),s,(3)可达矩阵的推断,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,23,课堂练习企业经营管理系统关系结构模型,1 产量 2 销售量 3 产品开发与技术进步 4 资源投入量 5 市场需求 6 效益 7 上缴利税,24,解释结构模型法的工作程序,成立一个实施解释结构模型法的小组 设定问题 选择构成系统的要素 建立邻接矩阵和可达矩阵 对可达矩阵进行分解之后建立系统的结构模型 根据结构模型建立解释结构模型,25,求取可达矩阵以后，可由可达矩阵寻求系统结构模型。为此需要对可达矩阵给出的各单元间的关系加以划分。 1关系划分：把所有各单元分成可达关系与不可达关系两大类。 上位集(可达集合)： 可达矩阵第ni行中所有矩阵元素为1的列对应的要素集合 先行集： 到达要素ni的要素集合 共同集： 共同集合中的元素一定是入度为0，或入度与出度的差小于等于0,（三）划 分,26,2区域划分 将系统分成若干个相互独立的、没有直接或间接影响的子系统。 这种划分对于很多的系统来说，可以把系统分成若干子系统来研究，特别是在用计算机辅助设计时，这种划分会带来许多方便。,27,3级别划分：将系统中的所有要素划分成不同层次，是在每一区域里进行的。 4是否强连接单元的划分 找同一级中相互可达的要素 5求缩减可达矩阵M、骨架矩阵 6. 做递阶有向图，即系统结构模型图,28,ISM的建立过程,区域划分,级位划分,强连接要素 缩减,去掉自身关系,（块三角）,（区域 块三角）,（区域 下三角）,M,M(P),M(L),M(L),A,D(A),绘图,29,ISM实用化方法原理图,初步分析,规范分析,综合分析,30,ISM的缺陷,推移规律的假定，级与级之间不存在反馈回路 系统各要素逻辑关系的确定，依赖人们的主观经验 实施过程中需要三种角色人员：方法技术专家、参与者、协调人,31,第三节 案例分析,案例一：人口系统 案例二：关于逃课现象的原因分析,32,案例一：人口系统,一个人口系统影响总人口增长问题的解释结构模型 系统要素：总人口、出生率、死亡率、生育能力、政策、期望寿命、医疗保健水平、收入水平、环境污染等,33,34,案例二：关于学生逃课问题的分析,35,一、确定研究对象,大学生逃课现象日益严重，学生对逃课习以为常，老师对逃课视而不见。严重影响了学校的教学质量和学习风气。学校却没有有效的解决措施。 选择对学生的逃课问题进行分析，具有重要的实际意义。对整顿学风、提高教学质量有重大影响。,36,二、系统分析方法与步骤,1、分析学生逃课原因 2、确定影响因素体系（ISM）； 3、进行因素分析。,37,三、应用ISM进行分析,1、经过小组讨论认为，逃课因素很多： 课程太过容易 课程太过难 对课程不感兴趣 不重视课程 更喜欢自学 睡懒觉 贪玩 老师水平差 老师要求不严格 学习风气不好 学校教学管理不严格,38,2、经过分析讨论，得到各因素之间的关系图,Si Sj ，即Si与Sj和Sj和Si互有关系, SiSj， 即Si与Sj和Sj和Si均无关系, Si Sj， 即Si与Sj有关，Sj和Si无关， Si Sj， 即Si与Sj无关，Sj和Si有关，,39,可达矩阵,40,41,练习,1、解释结构模型法是定量技术吗？为什么？ 2、利用解释结构模型法进行分析。建立可达矩阵，并建立解释结构模型。,3. 根据如下邻接矩阵建立系统的解释结构模型。,参考答案 练习2,1. 邻接矩阵,2. 一步可达矩阵:,