专家与决策支持系统第三章

1、专家与决策支持系统第三章3.1 决策支持系统结构的分析 用户用户人机交互系统人机交互系统模型库管理系统模型库管理系统MBMS数据库管理系统数据库管理系统DBMS模型库模型库MB数据库数据库DB1980年年Spraque提提出著名的决策支出著名的决策支持系统的三部件持系统的三部件结构。结构。（一）对话部件（一）对话部件1. 提供丰富多采的显示和对话形式提供丰富多采的显示和对话形式2. 输入输出转换输入输出转换3. 控制决策支持的有效运行控制决策支持的有效运行（二）数据部件（二）数据部件1. 数据库存贮的组织形式数据库存贮的组织形式2. 数据库管理系统功能数据库管理系统功能3. 数据库管理语言体系

2、数据库管理语言体系数据库管理系统.建数据库（1）确定库结构（2）数据输入.数据库操作（1）查询和统计.数据更新：增加、删除、修改.数据库维护（1）修改库结构（2）数据恢复.数据库安全.数据通信 关系型 网状型 层次型数据库（三）模型部件（三）模型部件1. 模型库的特征模型库的特征模型的表示形式：程序形式（计算机内）模型的表示形式：程序形式（计算机内）模型的动态形式：运行程序模型的动态形式：运行程序2. 模型库管理系统模型库管理系统静态管理（类似数据库的管理）静态管理（类似数据库的管理）动态管理（运行控制）动态管理（运行控制）3. 模型库管理系统的语言体系模型库管理系统的语言体系管理语言管理语言

3、操纵语言操纵语言4. 模型库管理系统的特定功能模型库管理系统的特定功能模型程序的编辑和编译模型程序的编辑和编译用户用户语言系统语言系统（LS）问题处理系统问题处理系统(PPS)知识系统知识系统(KS) 1981年年R.H.Bonczek等人提出了决策支技系统等人提出了决策支技系统(DSS)的三系统结构形式：的三系统结构形式：1. 语言系统：语言系统： 语言系统的功能是把自然语言转化为机器能够理语言系统的功能是把自然语言转化为机器能够理解的形式，以及把机器对问题的解答或者系统内部的解的形式，以及把机器对问题的解答或者系统内部的其他信息转化为自然语言的相应形式向用户输出。其他信息转化为自然语言的相

4、应形式向用户输出。 一个语言系统既包含数据库语言（它可由用户或一个语言系统既包含数据库语言（它可由用户或由模型来检索数据的语言），也包含数值计算语言由模型来检索数据的语言），也包含数值计算语言（它由用户操纵模型计算的语言）。（它由用户操纵模型计算的语言）。 2. 问题处理系统：问题处理系统： 问题处理系统是对描述的决策问题进行识别、分问题处理系统是对描述的决策问题进行识别、分析和求解问题的过程。析和求解问题的过程。 语言系统用于对问题、答案的形式化描述；语言系统用于对问题、答案的形式化描述； 知识系统用于对问题的分析和求解；知识系统用于对问题的分析和求解；3. 知识系统：知识系统： 知识系统是

5、问题领域的知识。知识系统是问题领域的知识。 它包含问题领域中的大量事实和相关知识。最基本的它包含问题领域中的大量事实和相关知识。最基本的知识系统知识系统(KS)是由数据文件或数据库组成。数据库的是由数据文件或数据库组成。数据库的一条记录表示一个事实。它是按一定的组织方式进行一条记录表示一个事实。它是按一定的组织方式进行存贮。存贮。特点：特点：1. 强调问题处理系统的重要性强调问题处理系统的重要性 问题的解决首先需要对问题进行形式化描述，再问题的解决首先需要对问题进行形式化描述，再对问题求解提出方法和途径，在问题求解时利用知对问题求解提出方法和途径，在问题求解时利用知识系统中的知识。识系统中的知

6、识。2. 强调语言系统强调语言系统 决策支持系统需要它特有的语言系统。决策支持系统需要它特有的语言系统。3. 把数据、模型、规则统一归为知识系统把数据、模型、规则统一归为知识系统 数据是事实性知识，模型是过程性知识，规则是数据是事实性知识，模型是过程性知识，规则是产生式知识。它们统一构成知识系统。产生式知识。它们统一构成知识系统。 由于三系统中包含知识系统，不少人将它看成智能由于三系统中包含知识系统，不少人将它看成智能系统，把决策支持系统属于人工智能范畴。系统，把决策支持系统属于人工智能范畴。 三库结构形式是具有数据库、模型库和方法库的三个三库结构形式是具有数据库、模型库和方法库的三个库及相应

7、的管理系统。库及相应的管理系统。 它属于早期的它属于早期的DSS结构形式。结构形式。三库结构形式其结构图三库结构形式其结构图 用户人机交互系统模型库管理系统数据库管理系统模型库数据库方法库管理系统方法库 决策支持系统的三库结构形式是把模型与方法分离的决策支持系统的三库结构形式是把模型与方法分离的系统结构形式。系统结构形式。 对模型与方法的看法有不同的理解。对模型与方法的看法有不同的理解。 1、“模型与方法模型与方法”的第一种理解的第一种理解 用数学结构表示模型，用求解算法表示方法。用数学结构表示模型，用求解算法表示方法。 例如：例如： 线性规划模型表示成目标方程和约束方程。线性规划模型表示成目

8、标方程和约束方程。 线性规划方法是单纯形法。线性规划方法是单纯形法。 2、“模型和方法模型和方法”的第二种理解的第二种理解 把模型理解为算法加上数据。把模型理解为算法加上数据。 这时方法库称为算法库更合适，存放按算法编制的这时方法库称为算法库更合适，存放按算法编制的程序。程序。 在模型库中存放的是一个索引，该索引包括算法程在模型库中存放的是一个索引，该索引包括算法程序文件的地址和它所需数据的地址。序文件的地址和它所需数据的地址。 3、“模型和方法模型和方法”的第三种理解的第三种理解 将模型库和方法库合一：将模型库和方法库合一： 模型和方法是同一个问题的两个侧面，从宏观上看，模型和方法是同一个问

9、题的两个侧面，从宏观上看，可以把模型和方法统一看成模型。可以把模型和方法统一看成模型。 模型库与方法库的区别模型库与方法库的区别方法库方法库基本方法和标准算法库基本方法和标准算法库模型库和方法库的比较模型库和方法库的比较1、一个模型可以有多个不同的方法、一个模型可以有多个不同的方法预测问题预测问题灰色预测、线性回归、神经网络灰色预测、线性回归、神经网络2、多个方法组成一个模型、多个方法组成一个模型预测模型预测模型相关分析相关分析+线性回归线性回归模型库与方法库的区别模型库与方法库的区别3、模型是由方法实现的、模型是由方法实现的 模型接近实际问题：模型接近实际问题： 用线性规划模型解决工农业中的

10、优化问题用线性规划模型解决工农业中的优化问题 方法接近求解算法：方法接近求解算法： 求出具体解求出具体解4、模型和方法的表现形式不同：、模型和方法的表现形式不同： 模型用数学方程形式表示：模型用数学方程形式表示： 便于人们理解便于人们理解 方法用程序形式表示：方法用程序形式表示： 便于计算机求解便于计算机求解模型库与方法库的统一模型库与方法库的统一1、“一个模型有多个不同的方法一个模型有多个不同的方法”的统一看法的统一看法 一般选取一个方法编制成程序一般选取一个方法编制成程序 例如：预测问题有三个不同的计算方法，它们是等价的。例如：预测问题有三个不同的计算方法，它们是等价的。 2、模型可以是基

11、础的，也可以是组合的。、模型可以是基础的，也可以是组合的。 构成模型的基础方法看成是基础模型。构成模型的基础方法看成是基础模型。 被构造成的模型就是组合模型被构造成的模型就是组合模型 例如：预测模型由相关分析方法和多元回归方法组成。例如：预测模型由相关分析方法和多元回归方法组成。 它们分别称为基础模型，它们的组合称之为组合模型。它们分别称为基础模型，它们的组合称之为组合模型。 省略方法库省略方法库 模型库和方法库都存在时，不但增加了各自库管理系模型库和方法库都存在时，不但增加了各自库管理系统的开发工作而且也为两库之间的联系增加了困难。统的开发工作而且也为两库之间的联系增加了困难。 模型和方法的

12、统一，三库结构就变成了三部件结构模型和方法的统一，三库结构就变成了三部件结构（省略了方法库）（省略了方法库） 。模型库与方法库的统一模型库与方法库的统一 为了提高决策支持系统功能，不少研制者在为了提高决策支持系统功能，不少研制者在DSS三三库结构的基础上增加知识库提高智能效果。比较典型库结构的基础上增加知识库提高智能效果。比较典型的结构是四库三功能结构形式。的结构是四库三功能结构形式。四库三功能结构图四库三功能结构图 人机界面人机界面信息服务信息服务科学计算科学计算决策咨询决策咨询用户用户数据库数据库模型库模型库方法库方法库知识库知识库功能功能（1）信息服务）信息服务 信息服务分为外部服务和内

13、部服务两类。信息服务分为外部服务和内部服务两类。 外部服务是指为决策者提供所需要的信息，也可以作外部服务是指为决策者提供所需要的信息，也可以作为其他系统的信息资源。为其他系统的信息资源。 内部服务是为其他功能的实现提供基础数据。内部服务是为其他功能的实现提供基础数据。 （2）科学计算）科学计算 科学计算是以信息服务为基础，科学计算既包括科学计算是以信息服务为基础，科学计算既包括模型库和方法库的数值计算，也包括辅助决策时所需模型库和方法库的数值计算，也包括辅助决策时所需要的其它数值计算。要的其它数值计算。 DSS的科学计算中还需要注意用户的干预和选择，的科学计算中还需要注意用户的干预和选择，提高

14、科学计算效果。提高科学计算效果。 （3）决策咨询）决策咨询 在科学计算的基础上，增加知识和推理的功能后，在科学计算的基础上，增加知识和推理的功能后，就可以对决策起进一步的支持作用。就可以对决策起进一步的支持作用。 知识和推理给系统增加了智能的效果，该系统可以知识和推理给系统增加了智能的效果，该系统可以看成是一种初级的智能看成是一种初级的智能DSS。 决策支持系统的结构比较决策支持系统的结构比较 决策支持系统有多种结构形式，但主要是两种基本决策支持系统有多种结构形式，但主要是两种基本结构形式：结构形式： （1）以）以“对话（人机交互）、模型、数据对话（人机交互）、模型、数据”三部件三部件组成组成

15、DSS。 （2）以）以“语言系统（语言系统（LS）、问题处理系统（）、问题处理系统（PPS）、）、知识系统（知识系统（KS）”三系统组成三系统组成DSS。 （1） “对话、模型、数据对话、模型、数据”三部件结构的优点三部件结构的优点 明确了三部件之间关系，即它们之间的接口关系和集成明确了三部件之间关系，即它们之间的接口关系和集成关系，便于决策支持系统的设计和关键技术的解决。关系，便于决策支持系统的设计和关键技术的解决。 便于和其他系统的区别。便于和其他系统的区别。 它和它和“管理信息系统管理信息系统(MIS)”的区别在于的区别在于DSS多了模型部件。多了模型部件。 它和它和“专家系统专家系统(

16、ES)”的区别在于的区别在于DSS中是以中是以“模型、数据模型、数据”部件进行数值计算为主体的系统，而部件进行数值计算为主体的系统，而ES是以定性知识进行是以定性知识进行推理为主体的系统。推理为主体的系统。（2）“对话、模型、数据对话、模型、数据”三部件结构的缺点三部件结构的缺点 没有突出没有突出DSS的问题处理特性。的问题处理特性。 问题处理系统是解决决策问题的核心，它虽然用到模问题处理系统是解决决策问题的核心，它虽然用到模型和数据，但对不同的型和数据，但对不同的DSS，问题处理是大不相同的。，问题处理是大不相同的。 没有突出语言系统。没有突出语言系统。 DSS所采用的语言包含数据库语言和高

17、级语言的双重功所采用的语言包含数据库语言和高级语言的双重功能。作为该三部件结构，可以理解为问题处理系统和能。作为该三部件结构，可以理解为问题处理系统和语言系统都隐含在人机交互系统中语言系统都隐含在人机交互系统中。(1)对对“LS、PPS、KS”三系统结构的优点三系统结构的优点 突出了问题处理系统突出了问题处理系统(PPS)的重要性。的重要性。 在设计和开发在设计和开发DSS时，应该重点考虑决策问题的处理。时，应该重点考虑决策问题的处理。 明确了语言系统明确了语言系统(LS)在人机交互中的作用。人机交在人机交互中的作用。人机交互是要通过语言系统来完成的。决策问题的形式化也互是要通过语言系统来完成

18、的。决策问题的形式化也要用要用LS来描述。来描述。 统一了知识的看法。统一了知识的看法。 将数据、模型、规则看成是知识不同表现形式。将数据、模型、规则看成是知识不同表现形式。(2)“LS、PPS、KS”三系统结构的缺点三系统结构的缺点 忽略了数据库系统、模型库系统的相互关系忽略了数据库系统、模型库系统的相互关系 对于开发决策支持系统是不利的。对于开发决策支持系统是不利的。 不适合与其它系统的区别。不适合与其它系统的区别。 如果把如果把LS看成是数据库语言，把看成是数据库语言，把KS看成是数据库，把看成是数据库，把PPS看成是管理信息处理，则该看成是管理信息处理，则该“LS、PPS、KS”就是就

19、是MIS。 如果把如果把LS看成是看成是PROLOG，把，把KS看成知识库，把看成知识库，把PPS看看成是推理机，则该成是推理机，则该“LS、PPS、KS”就是就是ES。 这是该结构的致命弱点。这是该结构的致命弱点。决策支持系统的统一结构形式决策支持系统的统一结构形式 三部件结构中的最大弱点，在于三部件结构中的最大弱点，在于“人机交互人机交互”部件太部件太简化。该部件应该是三系统中问题处理系统和语言系简化。该部件应该是三系统中问题处理系统和语言系统的综合部件。统的综合部件。 把把“人机交互部件人机交互部件”改为改为“人机交互与问题综合系人机交互与问题综合系统统”即即“综合部件综合部件”更合适一

20、些。更合适一些。 它具有对决策问题综合它具有对决策问题综合“多模型组合运行，大量数多模型组合运行，大量数据库的存取，人机交互据库的存取，人机交互”为一个整体，形成实际决策为一个整体，形成实际决策支持系统。支持系统。人机交互及问题综合系统人机交互及问题综合系统（综合部件）（综合部件）模型库管理系统模型库管理系统数据库管理系统数据库管理系统模型库模型库数据库数据库 用户用户 “人机交互与问题综合系统（综合部件）人机交互与问题综合系统（综合部件）”可理解为对实际可理解为对实际决策问题的集成处理与人机交互。它包含的功能有：决策问题的集成处理与人机交互。它包含的功能有：人机交互人机交互控制模型的运行控制

21、模型的运行多模型的组合运行多模型的组合运行数值计算数值计算数据处理数据处理 决策支持系统的语言系统的功能要求比较高，即它决策支持系统的语言系统的功能要求比较高，即它应具有：调用模型运行能力、数据库存取能力、数值应具有：调用模型运行能力、数据库存取能力、数值运算能力、数据处理能力、人机交互能力等五种综合运算能力、数据处理能力、人机交互能力等五种综合能力，我们称它为决策支持系统语言（能力，我们称它为决策支持系统语言（DSS语言）。语言）。 DSS语言应是两类语言（数值计算语言和数据库语语言应是两类语言（数值计算语言和数据库语言）的综合。言）的综合。1.人机交互系统人机交互系统2.问题综合系统问题综

22、合系统3.决策支持系统的综合部件决策支持系统的综合部件1、人机交互系统、人机交互系统 人机交互的三个元素：人机交互的三个元素： 交互设备交互设备 计算机系统的输入输出设备计算机系统的输入输出设备 交互软件交互软件 展示各种交互功能的核心展示各种交互功能的核心 人的因素人的因素 用户操作模型用户操作模型人机交互方式人机交互方式 人机交互方式有多种形式人机交互方式有多种形式 菜单菜单 填表填表 命令语言命令语言 屏幕显示屏幕显示 窗口窗口 报表输出报表输出复杂报表的示意图复杂报表的示意图表 名 称日期和页数数 据 项 栏 目记录栏目框 架 和 数 据（含 数 据 项 表 达 式）文 字 说 明（含

23、 统 计 数 据）多媒体表现与多媒体查询多媒体表现与多媒体查询（一）多媒体数据特征（一）多媒体数据特征 复合性：多个媒体的复合复合性：多个媒体的复合 多样性多样性 数据形式与数据操纵的多样性数据形式与数据操纵的多样性 （图形、视频、声音等）（图形、视频、声音等） 数据量大：点阵数据数据量大：点阵数据 关系复杂关系复杂 （二）多媒体信息系统（二）多媒体信息系统多媒体查询多媒体查询 基于内容的检索基于内容的检索 1.静止图象检索静止图象检索 根据特征检索（检索特征包括：颜色、纹理、形状）根据特征检索（检索特征包括：颜色、纹理、形状） 相似性检索（基于样本图象的相似性检索）相似性检索（基于样本图象的

24、相似性检索） 浏览检索浏览检索 2.视频检索视频检索 镜头分割镜头分割 镜头分析与描述镜头分析与描述 镜头的高层组织镜头的高层组织多媒体内容检索的应用多媒体内容检索的应用 1.图象数据库检索图象数据库检索 大容量图象数据库的检索，如医疗图象、地球遥感、大容量图象数据库的检索，如医疗图象、地球遥感、面孔图象等图象数据库的检索。面孔图象等图象数据库的检索。 2.新闻节目的组织新闻节目的组织 根据不同的主题将新闻报道进行组织和划分，便利根据不同的主题将新闻报道进行组织和划分，便利新闻资料的制作和检索。新闻资料的制作和检索。 3.体育节目的编辑体育节目的编辑 根据需要检索足球射门、慢动作重放、比分改变

25、、根据需要检索足球射门、慢动作重放、比分改变、球场换人等镜头。球场换人等镜头。2、问题综合系统、问题综合系统 综合部件：包括问题综合系统和人机交互系统综合部件：包括问题综合系统和人机交互系统人机交互系统：主要实现人机对话和对人机交互系统：主要实现人机对话和对DSS的控制。的控制。问题综合系统：用问题综合系统：用DSS语言描述决策问题（形式化），语言描述决策问题（形式化），实现对实现对DSS问题的分析和求解。问题的分析和求解。问题综合系统实质是：按决策问题需求，综合模型部件问题综合系统实质是：按决策问题需求，综合模型部件中的模型和数据部件中的数据以及有关的人机对话，中的模型和数据部件中的数据以及有关的人机对话，形成形成DSS方案，编制方案，编制DSS程序，在计算机上运行，求程序，在计算机上运行，求出出DSS的解。的解。决策支持系统的综合部件决策支持系统的综合部件（1）决策支持系统语