（计算机应用技术专业论文）多粒度建模及在燃料分析系统中的应用.pdf

安徽大学2 0 0 6 届硕士学位论文摘要 摘要 随着科学技木的迅猛发展及信息化斋求程度的h 盏加深，软州的，l 产规模r 益增大，应用需求不断变化，软件工程得到很大的发展。软件设计的各种难题随 着各种建模思想的提出而逐渐得到改善。 本文简要介绍了目前最通用的5 种建模方法： 认知科学在建模中引入人类感知、思维信息处理过程和知觉信息的表达处 理。 数学模型是对于一个特定的对象为了一个特定目标，根据特有的内在规律， 做出一些必要的简化假设，运用适当的数学工具，得到的一个数学结构，用它来 解释特定现象，预测对象的未来状况，提供处理对象的优化决策和控制，设计满 足某种需要的产品。 对象描述是人类研究对象的属性和行为而了解对象，通过对属性和行为的描 述来实现对现实世界对象的建模。 数据结构是研究非数值计算机问题的程序设计中计算机操作对象以及操作 对象之间的关系和运算操作等。 数据建模提供了一种表示数据实体日j 关系的精确的语言和语法，并用来定义 数据实体和数据实体间的关系，这种定义的方法能够用来保存底层的业务数据， 并提出了统一建模语言u m l 进行统一建模。 以上各种建模方法均有各自的优缺点，但对于关系复杂、动态变化的数据和 因管理模式而异、具有多种多样用户需求的火电厂燃料信息分析系统，根据现有 分析系统的现状可以看出，以上建模方法不能很好的解决问题。 2 0 世纪9 0 年代，张钹、张铃教授提出了商空间理论。根据这种方法，一个 问题用三元组( x ，t ，f ) 来描述，其中x 是论域，t 是论域的结构，f 是论域 的属性。通过该三元组不仅可以描述论域中的元素，元素之间的不同结构( 关联 关系) ，而且可以定义多种不同的属性函数，运算等。在解决和处理大量复杂信 息问题时，由于人类能力的有限，需把大量复杂信息按其各自的特征和性能划分 成数个较简单的信息块，以方便处理，每个如此划分的信息块就被 认为是一个粒 度。理论证明对系统建立合理的分层商空间结构，能有效地降低求解的复杂性； 安徽大学2 0 0 6 届硕士学位论文摘要 建立不同粒度之间的保假原理，这些原理大大降低了分析海量信息的复杂性，为 动态数据挖掘打下了坚实的基础。 本文初次尝试将商空间粒度计算理论和软件工程的建模理论相结合。提出 多粒度建模思想，根据用户需求，对软件进行多粒度建模，不同的问题从不同 的粒度空间来解决，使软件设计更加人性化，更能符合人们对复杂系统的认识过 程。基于多粒度建模思想，可以将信息分析系统自上而下总体上可分为三层：用 户层、实现层、数据层：其中用户层是与用户进行数据交互的窗口，也是系统 基础数据的来源。实现层是系统最重要的部分，从用户层得到的数据将在这里 进行各种粒度的变换，因此实现用户不同的需求。它功能完备、设置灵活，有 别于一般的分析系统，商空间的粒度思想贯穿其中，降低了系统的复杂度，更 好的把握动态数据，是系统的关键。数据层提供强大的数据支持，多种表结构， 视图使系统的运算简单快捷，另外陷阱库的设计增加了系统的安全性可靠性。 作者将多粒度建模思想应用到火电厂燃料分析系统( r l m i s ) 的设计实现 中。经过多个电厂一段时间的使用表明，该系统能够更好的分析煤炭数据，满足不 同职位管理者的需求，较好地适应了多变的燃料供应市场，具有灵活、便利的特 性及软件可持续发展的特点，更利于进一步的智能分析，简化了运算复杂度，降低 了时间复杂度。 在火电厂燃料分析系统中对所得多粒度、多侧面的数据进行了进一步的智 能分析，本文提出了基于多侧面算法m i d a 的煤炭价格走势预测和基于核覆盖 的煤炭供应商评测模型，其中多侧面算法m i d a 的煤炭价格走势预测能够改进 实际问题的解决情况，对价格走势的预测也有一定的准确率，可以应用到实际之 中，对于电厂的竞价上网和成本计算都有很好的指导意义而煤炭供应商评测可 以提供最优合作伙伴的选择，可以更好的保障煤炭的质量和价格，更符合电厂锅 炉设计标准，使煤炭的性价比达到最好，是电厂节约燃料成本应首先考虑的问题。 关键字：多粒度建模；商空间：燃料分析系统；煤价预测；测评模型 n 安徽大学2 0 0 6 届硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft e c h n o l o g y ，t h ei n c r e a s eo fm f o r m a t i z a t i o n r e q u i r e m e n td e g r e e ，t h ei n c r e a s ea u g m e n to fp r o d u c es c a l e so fs o f t w a r ea n dt h e c o n s t a n tc h a n g eo fa p p l i c a t i o nr e q u i r e m e n t s ，s o f t w a r ee n g i n e e r i n ga r ed e v e l o p e d m a n yp r o b l e m so fs o f t w a r ed e s i g na r ei m p r o v e db yp u t t i n gf o r w a r dm a n ym o d e l i n g i d e a s i nt h i sd i s s e r t a t i o n , f i v eg e n e r a lm o d e l i n gi d e a sa r ei n t r o d u c e db r i e f l y ： i nc o g n i t i v es c i e n c e ，h u m a na p p e r c e p t i o n 、t h o u g h ti n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ta n d a p p e r c e p t i o ni n f o r m a t i o ne x p r e s s i o nd i s p o s a la r ei n t r o d u c e di n t om o d e l i n g f o rag i v e no b j e c t , m a t h e m a t i cm o d e lm a k e so u ts o m ee s s e n t i a ls i m p l es u p p o s e s b a s e do np r o p e ri n h e r e n tr u l et or e a c ha l lg i v e nt a r g e t , a n dg e t sh o l do fo n e m a t h e m a t i cs t r u c t n r et oe x p l a i ne s p e c i a lp h e n o m e n au s i n gp r o p e rm a t h e m a t i ct o o l s ， t h e nf o r e c a s t st h ef u t u r eo fo b j e c t s ，o p t i m i z e sd e c i s i o n - m a k i n g ，c o n t r o l so b j e c t sa n d d e v i s e sp r o d u c t sw h i c hs a t i s f yc e r t a i nn e e d o b j e c td e s c r i p t i o ni st h a th u m a nr e a l i z eo b j e c t sb yr e s e a r c h i n ga t t r i b u t e sa n d a c t i o n so f o b j e c t sa n dm o d e l i n gr e a lw o r l db yd e s c r i b i n ga t t r i b u t e sa n da c t i o n s d a t as t r u c t u r er e s e a r c h e s o p e r a t i o no b j e c t s a n dt h e i r r e l a t i o n s h i p s i n n o n - n u m e r i c a lp r o g r a m m i n g d a t am o d e l i n gs u p p o r t sak i n do fl a n g u a g ea n ds y n t a xt op r e c i s e l yd e s c r i b e r e l a t i o n s h i p sa m o n gd a t ae n t i t i e s ，a n dt od e f i n ed a t ae n t i t i e sa n dr e l a t i o n s h i p sa m o n g d a t ae n t i t i e s t h eb o t t o mb u s i n e s sd a t ac a nb ec o n s e r v e db yt h i sm e t h o d ，a n du m li s b r o u g h tf o r w a r dt om o d e l i n g t h e s em o d e l i n gm e t h o d sh a v et h e i ra d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e sr e s p e c t i v e l y b u tt h e ya r en o ts u i t a b l et od e v i s er l m i sa c c o r d i n gt op r e s e n ta n a l y s i ss y s t e m , b e c a u s er l m i sh a sc o m p l e xr e l a t i o n s h i p ，d y n a m i cd a t aa n dv a r i o u su s e rd e m a n d s c h a n g e dw i t hm a n a g ep a t t e r n i n1 9 9 s ，q u o t i e n ts p a c et h e o r yi sp u tf o r w a r db yp r o f e s s o rz h a n gb oa n d z h a n gl i n g i nt h i st h e o r y , ap r o b l e mi sd e s c r i b e db yt r i p l e t ( x , t ，0 xd e n o t e st h e i l l 安徽大学2 0 0 6 属硕士学位论文 a b s u a c t p r o b l e md o m a i n ti st h es t r u c t u r eo f d o m a i n f ( ) i n d i c a t e st h ea t t r i b u t e so f d o m a i nx e l e m e n t so ft h ep r o b l e md o m a i n ，d i f f e r e n ts t r u c t u r e sa m o n ge l e m e n t sa r ed e s c r i b e d b yt h i st r i p l e t ，a n dv a r i o u sa t t r i b u t e sf u n c t i o n s ，o p e r a t i o na r ed e f i n e d w h e nw es o l v e a n dh a n d l ec o m p l e xi n f o r m a t i o np r o b l e m s ，b e c a u s eo f l i m i to f h u m a na b i l i t y , c o m p l e x i n f o r m a t i o np r o b l e m sa r ed i v i d e di n t om a n ys i m p l e ri n f o r m a t i o nb l o c k sb a s e do ne a c h c h a r a c t e ra n dp e r f o r m a n c e e a c hs i m p l e ri n f o r m a t i o nb l o c ki s r e g a r d e da so n e g r a n u l a r i t y i ti sp r o v e db yt h e o r yt h a ts o l u t i o nc o m p l e x i t yi se f f e c t i v e l yr e d u c e db y b u i l d i n gh i e r a r c h i c a lq u o t i e n ts p a c es t r u c t u r e i n r e a s o n ；r e s e r v i n gf a l s ep r i n c i p l e a m o n gd i f f e r e n tg r a n u l a r i t i e si s b u i l tt or e d u c ec o m p l e x i t yo fa n a l y z i n gh u g e i n f o r m a t i o n i ti st h es t a b l eb a s et od y n a m i cd a t am i n i n g i nt h i s d i s s e r t a t i o n , q u o t i e n ts p a c eg r a n u l ec o m p u t i n gt h e o r ya n ds o f t w a r e e n g i n e e r i n ga r ec o m b i n e df i r s t l y , t h e nm u l t i g r a n u l a rm o d e l i n gt h e o r yi sp u tf o r w a r d s o t h v a r ei sd e v i s e db ym u l t i - g r a n u l a rm o d e l i n gb a s e do nu s e rd e m a n d s ，s od i f f e r e n t p r o b l e m s a r es o l v e df r o md i f f e r e n tg r a n u l a rs p a c e s o f t w a r ed e s i g ni sm o r 弓 h u m a n i z e da n da c c o r dw i t l lh u m a nc o g n i t i v ep r o c e s so fc o m p l e xs y s t e m b a s eo n m u l t i - g r a n u l a rm o d e l i n gt h e o r y , i n f o r m a t i o na n a l y s i ss y s t e mc a nb ed i v i d e di n t ot h r e e l e v e l s ：u s e rl e v e l ，r e a l i z a t i o nl e v e l ，d a t al e v e l u s e rl e v e li saw i n d o wt h a tu s e r s i n t e r a c tw i t hd a t a 1 1 1 a ti st h es o u r c eo fb a s i cd a t a r e a l i z a t i o nl e v e li st h ef o r e m o s t l e v e lt h a td a t ag o t t e nf r o mu s e rl e v e la r ec h a n g e di n t od i f f e r e n tg r a n u l a r i t i e s ，a n dt h e n v a r i o u sd e m a n d sa r er e a l i z e d i ti st h ek e yo fs y s t e mb e c a u s ei t sf u n c t i o ni s s e l f - c o n t a i n e d ，s e t t i n gi sf l e x i b l ea n di ti sd i f f e r e n tf r o mn o r m a la n a l y s i ss y s t e m s y s t e mc o m p l e x i t yi sr e d u c e db e c a u s eo fq u o t i e n ts p a c eg r a n u l ei d e a d a t al e v e lh a s s t r o n gd a t a , k i n d so ft a b l es t r u c t u r e s v i e w sm a k eo p e r a t i o n se a s i e r i na d d i t i o n , s y s t e ms a f e t ya n ds e c u r i t yi se n h a n c e db yd e v i s i n gt r a pb a s e m u l t i - g r a n u l a rm o d e l i n gt h e o r yi sa p p l i e dt ot h ed e v i c eo fr l m i s b yu s i n gi n m a n yp o w e rf a c t o r i e sap e r i o do ft i m e ，i ti sp r o v e dt h a tr l m i sa n a l y z e sc o a ld a t a b e t t e r , s a t i s f i e sd i f f e r e n tm a n a g e ra td i f f e r e n tp l a c e ，a d a p t st oc h a n g e f u lf u e ls u p p l y m a r k e tb e t t e r r l m i si sf l e x i b l e c o n v e n i e n ta n ds u s t a i n a b l e r l m i sb a s e do n m u l t i - g r a n u l a rm o d e l i n gt h e o r yi si nf a v o ro fn e x ti n t e l l i g e n ta n a l y s i s s o ，o p e r a t i o n c o m p l e x i t yi sp r e d i g e s t e da n dt i m ec o m p l e x i t yi sr e d u c e d i v 安徽大学2 0 0 6 届硕士学位论丈 a b s t r a c t i nr l m i s ，t od oi n t e l l i g e n ta n a l y s i sf o rm u l t i p l eg r a n u l a r i t i e s ，c o a lp r i c et i d e f o r e c a s tb a s e do nm u l t i s i d ei n c r e a s eb y d e g r e e sa l g o r i t h m ( m i d a ) a n dc o a l s u p p l i e re v a l u a t i n gm o d e la r ep u tf o r w a r d p r o b l e ms o l u t i o ni si m p r o v e db yc o a lp r i c e t i d ef o r e c a s tw l t hh j i g ha c c u r a c y i tc o m m e n d a b l yi n s t r u c t sp o w e rp l a n tp r i c e c o m p e t i t i o na n dc o s ta c c o u n t i n g c o a ls u p p l i e re v a l u a t i n gm o d e lc a nc h o o s et h eb e s t c o o p e r a t i v ep a r t n e r , e n s u r et h eq u a l i t ya n dp r i c eo fc o a lb e t t e r , s ot h a tc o a la r em o r e s u i tt os t a n d a r do fp o w e rp l a n tb o i l e rd e v i c ea n dr a t i oo f q u a l i t yt op r i c ei st h eb e s t i t i st h ep r i m a li s s u et h a tp o w e rp l a n ts h o u l dt h i n ko v e rt oe c o n o m i z ef u e lc o s t k e yw o r d s ：m u l t i - g r a n u l a rm o d e l i n g ：q u o t i e n ts p a c e ：f u e la n a l y s i ss y s t e m tc o a l p r i c ef o r e c a s t ：e s t i m a t em o d e l v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导1 、进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，泠了文中特；j 加以标注和致诫的地= 寿p ，论文中不包台其 他人已经发表或撰写过的研究成皋，坞不包含为获得窍徽天秀或其他教育机捣 的掌位或证书焉使嗣过的材料。与我一同王作的同意对森研究所做的任何贾靛均 已在论文年作了明确的说明笋表示谢意。 + 学位论文作者签名：带，f 丧 签字日期：加6年4 月5 0 目 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解礴籀丸夫；争有关铱留、使用学位论文的规定， 有权保留并商国冢有关部门或机构送芡论文的复印件加磁盘。允许论支被查阅和 借阋。率入授权乎微袁断以将学位论支的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇镳学位论文。 ( 保密魄学位论文在解蛮后适用本授权书) 学位论文作者签名：诺， 毫 签字目期：”6 年母只3 d 日 学位论文作者毕业去向 工作单位 通讯地址 导师签名 签字日期 电话 邮编 漾话 铲6 年喈琏e 目 安徽大学2 0 0 6 届硕士学位论文第一章建模的综述 第一章建模的综述 随着计算机技术的迅猛发展及信息化需求程度的r 益加深，软佴的生产规模 也日益增大，如何在合理的时间内，开发出高质量的软件是一个急需解决的问题。 同时，人们对软件的设计开发及维护管理也有了更高的要求，其中包括缩短软件 开发周期，提高软件质量，保障软件的可持续发展等。这些难题随着各种建模思 想的提出而逐渐得到改善，包括在建模中引入了研究人类感知和思维信息处理过 程的认知科学，和知觉信息的表达处理，提出了一系列模型，如包括过滤模型和 衰减模型的知觉选择模型、反应选择模型、中枢能量模型等。 数学模型就是对于一个特定的对象为了一个特定目标，根据特有的内在规 律，做出一些必要的简化假设，运用适当的数学工具，得到的一个数学结构，用 它来解释特定现象的现实性态，预测对象的未来状况，提供处理对象的优化 决策和控制，设计满足某种需要的产品，它提供了机理分析法、数据分析法、仿 真和其他多种方法进行建模。 对象描述则是人类研究对象的属性和行为而了解对象，通过对属性和行为的 描述来实现对现实世界对象的建模。不同的对象可以具有类似的属性，并能展示 出相似的行为。 数据结构是当计算机处理对象是非数值计算问题时而建立的一种描述模型， 研究非数值计算机问题的程序设计中计算机操作对象以及操作对象之间的关系 和运算操作等，用类计算机语言描述进行建模。 数据建模提供了一种表示数据实体间关系的精确的语言和语法，并用来定义 数据实体和数据实体间的关系，这种定义的方法能够用来保存底层的业务数据， 并提出了统一建模语言u m l 进行统一建模。 以上各种建模方法均有各自的优缺点，但对于关系复杂、动态变化的数据和 因管理模式而异、具有多种多样用户需求的火电厂燃料信息分析系统，根据现有 分析系统的现状可以看出，以上建模方法不能很好的解决问题，因此本文初次尝 试将多粒度的商空间思想引入软件工程的建模中，提出了多粒度建模思想。据此 设计出火电厂燃料分析系统( r i m i s ) 。实践表明，该系统能够更好的分析煤炭 数据，满足不同职位管理者的需求，较好地适应了多变的燃料供应市场，具有灵 安徽大学2 0 0 6 届硕士学位论文 多粒度建模及在燃科分析系统中的应用 活、便利的软件可持续发展的特点，更有利于进一步的智能分析，简化了运算复 杂度，降低了时间复杂度。 下面分别介绍目前软件建模的多种方法： 1 1 认知科学 认知科学是研究人脑的认知过程和机制，包括从感觉的输入到复杂问题求 解，从人类个体到人类社会的智能活动，以及人类智能和机器智能的性质。2 0 世纪7 0 年代兴起的认知科学本身是一门交叉科学，涉及现代一心理学、信息科学、 神经科学、数学、科学语言学、人类学乃至自然哲学等学科【”。 认知科学又称为思维科学，目标是揭示人脑认知过程的机制，用计算机程 序实现这一机制并加以认证。认知科学与哲学认识论的对象是相同的，都是人 的精神世界，但研究的层次不同：哲学层次的研究比较抽象概括，认知科学的 每个观点都必须经受住实验的证明，否则就不是科学。认知科学研究的实际上 就是用科学方法回答“人是什么”的问题，对这一问题的科学解释将促进人文学 科的科学化，促成自然科学和人文社会科学融合成统一的科学。生命现象错综 复杂，许多问题还没有得到很好的说明，而能从中学习的内容也是大量的、多方面， 而如何从中提取最重要、最核心的问题就是人类人工智能所要研究的问题了。 1 1 1 认知科学的发展现状 自上个世纪九十年代，西方国家纷纷将认知科学及相关领域的研究列入国 家重点科学发展战略。1 9 9 2 年美国国立卫生院、美国自然科学基金会联合推出 “人类脑计划”，研究人脑的高级功能；1 9 9 6 年日本推出“脑科学时代”计划；此 外“国际人类前沿科学计划”是多国合作的一个重要计划，其主要研究内容就是 认知科学。在新世纪开始，美国又推出了一个重要计划“聚合四大技术，提 高人类素质”( c o n v e r g e n tt e c h n o l o g yf o ri m p r o v i n gh u m a np e r f o r m a n c e ) ，它 将纳米技术、生物技术、信息技术和认知科学看作是2 l 世纪四大前沿技术，并 将认知科学视为最优先发展领域 2 翔。 我国也开展了各种研究，如中国科学院生物物理所的“脑与认知科学研究中 心”，北京大学的认知神经科学实验室，中国科技大学研究生院脑认知开放实验 室等，但在国内这一领域的研究仍处于初级阶段，研究相对薄弱，需加强这一 领域的研究。 2 安徽大学2 0 0 6 届硕士学位论文 第一章建模的综述 1 1 2 认知科学的建模思想 认知本来是心理学中的一个普通术语，人们对客观世界的知觉、记忆、思 维等一系列的认知过程，可以看成是信息的产生、接收和传送的过程。计算机 虽然是无生命的机器，但所表现出束的功能和人的认知过程却是类似的，都是 信息加工系统：输入信息，进行编码，存储记忆，做出决策，输出结果【4 1 。因 此，我们把计算机当成实验工具，检验信息加工模型，来模拟了人的认知活动。 认知科学把人看成是一个信息加工系统，认为一个模式，只要能和其他模 式相区别，就可以看成是一个符号，将人脑的信息处理转化为对符号的处理， 从而可以得到多个模型，如：知觉选择模型、过滤模型、衰减模型、反应选择 模型、中枢能量模型等基本的模型，随着认知科学的继续发展，还提出了联结 主义模型【卯、双层智能模型【6 j 等在基本的认知科学模型的基础上进一步发展得 到。 认知科学模型能够体现人脑的基本特性，是人脑功能的一种抽象和简化。 它的提出和发展为探索人脑的信息处理机制提供了一条新途径。但认知科学中 思维记忆已有的结构模型最大的弱点就是静态固化而缺乏灵活性和动态特性。 虽是知识表示中最有前途的网络结构等所采用的分叉结构带来的“歧路亡羊”问 题，有时均会无可避免的造成指数爆炸。两两互联的结构使信息间的逻辑关系 如：信息的组类、信息的重要度等问题在结构中十分不明确。这些缺点决定了认 知科学的建模方法在数据关系复杂、动态变化的信息分析系统中不能很好的应 用。 1 2 数学建模 数学建模是一门新发展的学科，2 0 世纪7 0 年代初诞生于美英等现代化工业 国家。由于新技术特别是计算机技术发展迅速，大量的实际问题需要用计算机来 解决，而计算机与实际问题之间需要数学模型来沟通，所以数学模型在短短几十 年内得到飞快发展，得到越来越多的重视，应用也越来越广 现在数学模型还没有一个统一的准确定义，站在不同的角度就可以有不同的 定义。但简单的说，数学模型就是对实际问题的一种数学表述，是对于一个特定 的对象为了一个特定目标，根据特有的内在规律，做出一些必要的简化和假设， 3 ， 安徽大学2 0 0 6 届硕士学位论文 多粒度建模及在燃料分析系统中的应用 运用适当的数学工具，得到一个数学结构，用它来解释特定现象的现实性态，预 测对象的未来状况，提供处理对象的优化决策和控制，设计满足某种需要的产品 等【”。数学结构可以是数学符号、数学关系式、数学命题、图示图表等。数学建 模就是建立数学模型，建立数学模型的过程就是数学建模的过程。数学模型是一 种数学的思考方法，是运用数学的语言和方法，通过抽象、简化建立能近似刻画 并“解决”实际问题的一种强有力的数学手段。 1 2 1 数学模型的发展与重要意义 数学作为一门研究现实世界数量关系和空间形式的科学，在它产生和发展的 历史长河中，一直与人们的生产活动及许多学科的需要密切相关。2 0 世纪以来， 科学技术得到了飞速的发展，数学在这个发展过程中发挥了它不可替代的作用， 同时，它自身也得到了空前的发展。第二次世界大战末期，美国为了研究弹道导 弹飞行轨迹的问题，迫切需要一种计算工具来代替人工计算。计算机就是在这样 的情况下应运而生，所以说计算机的产生是数学建模的产物嗍。随着计算机的迅 速发展和普及，大大增强了数学解决实际问题的能力。 数学模型主要是使用数学知识来解决实际问题。在实践中，能够直接运用数 学方法解决实际问题的情形是很少见的，应用数学知识解决实际问题的第一步必 须要从实际问题中的看起来杂乱无章的现象里抽象出恰当的数学关系，即组建这 个问题的数学模型，这个过程就是数学建模。数学建模不仅应用所学知识解决各 专业问题及为各种实际问题提供方法，更主要是用数学的思维、数学的观点、数 学的语言描述实际问题、并想办法解决实际问题。目前数学建模应用到多个软 件设计中，如；热力系统通用软件开发，坦克武器系统的仿真，相干光通信系 统仿真技术研究等多个应用领域f 9 1 0 , 】。 1 2 2 数学建模思想 现实对象与数学模型有如下图所示关系： 4 安徽大学2 0 0 6 届硕士学位论文第一章建模的综述 验 证 墼堂堕宣塑垄 塑登 鑫卜 图1 1 现实对象与数学模型 f 追1 1p r a c t i c a lo b j e c ta n d m a t h e m a t i cm o d e l 一般数学建模的步骤可用如下框图来表明： 实际问题 模型准备+ 模型假设模型构成+ 模型求解 h 应用+ 一检验评价+ 一 模型分析 图1 2 数学建模的步骤 f i g1 2 t h e p r o c e d u r e o f m a l h e m a t i c m o d e | i n g 数学建模是运用数学的语言和方法，通过抽象、简化建立能近似刻画实际 问题的模型来解决实际问题，是基于实体的建模。但有的实际问题不仅复杂还需 要进一步的引申，相同的对象会拥有不同的行为。特别是需要进一步进行智能分 析时，对同一样本数据的多种要求是数学模型不提供的，因此，对于火电厂燃料 分析系统的多用户、多需求、数据智能分析的要求，是数学建模无法实现的。 1 3 数据结构 般来说，用计算机解决一个实际问题时，先对具体问题抽象，建立起实际 问题的求解模型，然后设计出相应的算法，编写程序并上机调试，最终使实际问 题得到解决。当人们用计算机处理的是数值计算问题时，所用的求解模型可以用 数学方程描述，所涉及的运算对象一般是整型、实型或逻辑型等一些简单的数据 安徽大学2 0 0 6 届硕士学位论文多牲度建模及在燃料分析系统中的应用 类型。但随着计算机应用领域的不断扩大，计算机处理的对象更多是非数值计算 问题，他们的数学模型无法用数学方程进行描述，此时就必须建立相应的数据结 构来进行描述：分析问题中所用到的数掘是如何组织的，研究数据之日j 的关系如 何，进而为解决这些问题设计出合适的数据结构。所以说数掘结构是当计算机处 理对象是非数值计算问题时而建立模型的一种描述，研究非数值计算问题的程序 设计中计算机的操作对象以及操作对象之间的关系和运算操作掣1 2 1 。 数据类型是具有相同性质的计算机数据的集合及在这个数据上的一组运算， 是和数据结构密切相关的概念。在用高级程序语言编写的程序中，每个变量、常 量或表达式都有一个它所属的确定的数据类型。类型明显或隐含地规定了程序执 行期间变量或表达式的所有可能取值的范围，以及在这些值上允许进行的操作。 高级语言中的数据类型可分为两类：一类是非结构的原子类型，它是不可分解的。 另一类是结构类型。结构类型是由若干成分按某种结构组成的，因此是可以分解 的，并且它的成分可以是非结构的，也可以是结构的。 抽象数据类型( a b s t r a c td a t at y p e ，a d t ) 是指基于一切逻辑关系的数据类 型以及定义在这个类型之上的一组操作。抽象数据类型的定义取决于客观存在的 一组逻辑特性，而与其在计算机内的表示和实现的方法无关，即不论其内部结构 如何变化，只要他的数学特性不变，都不影响其外部使用。在某种意义上讲，抽 象数据类型和数据类型实质上是一个概念。不仅限于各种不同的计算机处理器中 已定义并实现的数据类型，还包括设计软件系统时用户自己定义的复杂数据类 型。所定义的数据类型的抽象层次越高，含有该抽象数据类型的软件复用程度就 越高。 抽象数据类型由元素、结构和操作3 部分组成。例如，线性表的抽象数据类 型可描述如下： a d t l i n e a r _ l i s t 数据元素a i 属于同一数据对象，i _ 1 2 一，n 卿 逻辑结构a i 存在次序关系( a i ，a i + 1 ) ，a l 无前驱，a i i 无后继 操作设l 为l i n e a rl i s t 类型的线性表， i n i t l i s t ( l ) ；* 建立一个空的线性表+ ， l e n g t h ( l ) ；，求线性表l 的长度+ ， 6 安徽大学2 0 0 6 届硕士学位论文 第一章建模的综述 g e t e l e m ( l ，i ) ；取线性表l 的第i 个元素+ i n s e r t ( l ，i ，x ) ；p 在线性表l 中第i 个元素之前插入一个新的元 素x + d e l e t e ( l ，i ) ；幸删除线性表l 中的第i 个元素+ ， 上面介绍的是抽象数据类型线性表的定义。可见，抽象数据类型实际上就是 数据类型的进一步抽象。即把数据类型和数掘类型上的操作捆在一起，进行封装。 数据结构建模是基于抽象数据类型的建模，对于不同对象，根掘系统的需 要，用一个抽象数据类型描述该对象，用定义的类型模拟现实对象的行为。该思 想应用到实际领域的各方面：虚拟弹体爆炸过程的模型 1 3 l 、空间基础数据结构模 型1 1 4 】等。 但数据结构基于抽象数据类型的建模，与数学建模相同，强调的是结构的 聚合、抽象和继承，而没有很好的考虑对象的行为操作，因此不能满足多种行为 的需求。 1 4 对象描述 对象的描述是面向对象分析的核心内容，可以用于描述类模型的建立、对 象的层次位置、相互关系、数据成员、方法等【1 5 】。利用对象描述可以完整合理地 描述问题域中的对象，得到正确有效的分析结果。 在现实世界的任何地方都会看到它们对象：人、动物、植物、小汽车、 飞机、建筑物、计算机等等。人类根据对象进行思考。人们拥有抽象的神奇能力， 这使人们可以把屏幕图像( 例如人，飞机、树木和山峰) 看成是对象，而不是单 个的颜色点( 叫做像素表示“图形元素”) 。如果愿意，也可以根据海滩、森 林和房屋进行思考，而不是根据沙粒、树木和砖块。 一般对象分成两种范畴一活动的对象和不活动的对象。活动的对象在某 些意义上说是“活着的”，它们四处移动，能够做一些事情。另一方面，不能活动 的对象似乎根本什么都不做。凭借自身的能力，它们无法移动。但不管怎样，所 有这些对象确实具有一些共同之处。它们都具有属性，像尺寸、形状、颜色和重 量，它们都展示行为。 7 安徽大学2 0 0 6 届硕士学位论文多粒度建模及在燃料分析系统中的应用 相比数学建模基于实体的建模与数据结构基于抽象数据类型的建模，强调 的是结构的聚合、抽象和继承，对象描述除了考虑结构特性外，还要讨论行为的 聚合和继承，将有关对象的静态结构动态行为都封装在一个对象描述中【1 6 】。 对象描述通常破视为具有相似结构和行为的对象实例的描述，在抽象数据 类型a d t 中称为类型，在面向对象程序设计语言中称为类。面向对象的对象描 述是对现实世界的对象进行建模。人类通过研究对象的属性和观察对象的行为而 了解对象，通过对属性和行为的描述来实现对现实世界对象的建模。不同的对象 可以具有类似的属性，并能展示出相似的行为。 计算机的不断发展为计算机及网络应用提供了大量技术先进、功能强大的 应用软件系统，同时也带来了一系列软件设计中的问题：规模庞大，过于复杂， 不易集成等。作为解决上述问题的一种方案，面向对象的程序设计思想2 0 多年 来得到了很大的发展，广泛应用到多个领域的软件设计中，但面对对象分析的结 果因分析人员的不同而具有很大的随意性，只有努力得到好的分析结果，才能使 下一步的工作建立在对问题域正确合理的抽象之上。这一缺点决定对象描述的建 模方法不一定适用于所有的开发人员，它要求开发人员能够把握系统的方方面 面。而信息系统的智能分析需求是不断变化的，需要对象不同程度的重新组合， 这一特点决定了对象描述不能很好的适用于火电厂燃料分析系统。 1 5 数据建模 数据建模是对信息系统中客观事物及其联系的数据描述，它是复杂的数据 关系之间的一个整体逻辑结构图。数据模型不但提供了整个组织用以收集数据 的基础，还精确地记录了业务的需求，支持信息系统的不断发展完善”嘲。 如果把信息分析系统比作一座公寓，那么它底层的数据模型就像是公寓的 设计蓝图。和建筑的设计蓝图一样，软件的数据模型也决定了软件的灵活性、 可扩充性、健壮性等内在的特性。数据建模提供了一种表示数据实体间关系的精 确的语言和语法，并用来定义数据实体和数据实体间的关系，这种定义的方法能 够用来保存底层的业务数据。 1 5 1 数据的定义 数据是对事实的描述，信息的定义同数据不一样，信息是对数据的有效解 8 安徽大学2 0 0 6 届硕士学位论文 第一章建模的综述 释。因为数据的最终目的就是为了提供有效的信息，所以必须通过建模达到将数 据转换为信息的目的。虽然以前数据是用数掘库中的文本和数值来表示的，但是 目前数据的表现形式已经扩展到图片、声音、虚拟三维对象，以及由这些对象组 合而成的复杂多媒体对象。数据特点不断进化发展的过程提出了挑战究竟怎 样才能有效地使用技术，让数据发挥最大的能力。 除了数据本身，人们对数据关注的范围也发生了改变。人们想要收集的数 据越来越多，同时他们也需要处理这些数据，以便提供累计、趋势、由逻辑驱动 的优先顺序、来源，以及根据数据对其他重要内容生成数据映射等。 目前人们认为，应该尽可能的以最基本、最不可分割、最基础的可复用组 件的方法来收集和储存数据。只有这样，才能为创建新定义的信息提供条件。人 们常常需要组合这些基本的数据元素，设计合适的储存和处理工具来成功地完成 这项任务。 发现这些数据元素的过程决定了当前它们之间的关联方式及定义方式，从 而在将来可以识别和使用这些数据，这个过程就称为数据建模。 1 5 2 数据建模 数据建模是一种技巧，它可以记录信息、形状、尺寸、内容，还有在业务 处理流