决策支持系统的知识库与方法库

决策支持系统的知识库与方法库第一页，共四十六页，2022年，8月28日1第5章DSS的方法库和知识库——引言——

为了使系统结构更加清晰，将方法库从模型库中分离出来，单独组织成一个方法库并配以相应的方法库系统，共同构成DSS的另一个组成部分——方法库系统。配备一个内容丰富、性能优越的方法库，可使DSS更富有活力。当DSS向智能方向发展时，知识和推理的研究就显得起来越重要。事实上，也只有当知识和推理技术被成功运用于DSS时，才可能真正达到决策支持所提出的目标。许多非结构化和半结构化问题很复杂，因此除了需要常规DSS的功能以外，还需要问题求解的专门知识。这些专门知识可由ES或其他智能系统提供，所以先进的DSS中需要包含知识库系统。第二页，共四十六页，2022年，8月28日学习目标：◆正确理解方法库在DSS中的作用◆正确认识方法库与数据库的关系◆正确认识知识库在DSS中的作用和地位◆了解推理机制设计原理和方法◆了解常见的几种知识表示方法和知识组织的方式第5章DSS的方法库和知识库第三页，共四十六页，2022年，8月28日教学内容：

决策支持系统的知识库35.2决策支持系统的方法库35.1第5章DSS的方法库和知识库第四页，共四十六页，2022年，8月28日方法库系统5.1.1建立方法库的理论依据5.1.2方法库系统的结构5.1.3方法库系统的逻辑层次及其对应的语言5.1.4方法库系统设计5.1.5方法库管理系统5.1.6方法库与数据库的关系第五页，共四十六页，2022年，8月28日方法库系统为了使系统结构更加清晰，将方法从模型库中分离出来，单独组织成一个方法库（ArithmeticBase）并配以相应的方法库管理系统（ArithmeticBaseManagementSystem），共同构成DSS的另一个组成部分－－方法库系统。方法库系统主要是一个软件系统，它综合了数据库和程序库。它为求解模型提供算法，是模型应用的后援系统。方法指基本算法，例如，数学方法、数理统计方法、经济数学方法等。第六页，共四十六页，2022年，8月28日5.1.1建立方法库系统的理论依据程序库的局限性引入方法库的优点第七页，共四十六页，2022年，8月28日建立方法库系统的理论依据程序库的局限性程序库中的子程序被不同用户调用时，每次都要进行编译、连接；修改程序库中的子程序时，也要相应地修改调用它的用户程序，不灵活；为了使用程序库，用户必须熟悉有关程序设计语言和数据规则，这就限制了程序库的用户只能是应用程序员。第八页，共四十六页，2022年，8月28日建立方法库系统的理论依据引入方法库的优点提供各种通用计算、分析、加工处理的能力；提高模型的运行效率；实现软件资源共享。既考虑应用程序员用户，又考虑了非程序员用户的需要，增加了命令语言接口。第九页，共四十六页，2022年，8月28日5.1.2方法库系统的结构方法的基本概述方法是能完成预定功能的程序单位。方法完成的功能不仅有数值算法，而且也包括控制、组织数据处理以及报告、图形生成等非数学功能。方法作为程序单位，是完全模块化的。方法与外界的信息交换只能通过接口进行。完全模块化的标志之一是，方法接口上有载荷状态报告的参数，指出方法是否被正常地执行了;如属非正常结束，则指出错误类型，这就显著地提高了可靠性。方法在形态上是一种封装程序(CannedProgramm)。方法通过调用而执行。调用方法时，要传送参数。方法从运行逻辑上看，方法是子程序。但方法又是积木块，它能组合成功能更强的方法，直至完成题解。在整体中的地位来看，方法是模块。有人把它称为子模型(Submodel)。第十页，共四十六页，2022年，8月28日方法库系统的结构系统管理员界面程序员界面终端用户界面模型库系统方法库管理系统系统缓冲区操作系统外部数据库内部数据库方法库字典源码库目标码库第十一页，共四十六页，2022年，8月28日方法库系统的结构方法库方法库是方法的汇萃。它应该是方法的可扩充集合。方法库由方法程序库和方法字典组成。方法程序库是存储方法模块的工具，包括存储方法程序的源码库和目标码库以及存放方法本身信息的方法、字典等。方法程序有：排序算法、分类算法、最短路径法、计划评审技术、线性规划、整数规划、动态规划、各种统计算法、各种组合算法等。方法字典则用来对方法库中的程序进行登录和索引。描述方法信息（名称、类型是、使用范围等文字说明）和方法数据抽象（数据存取说明）。按方法的存储方式，方法库可分为层次结构型方法库、关系型方法库、语义网络结构模型方法库和含有人工智能技术的方法库等。第十二页，共四十六页，2022年，8月28日方法库系统的结构方法库基本数学方法统计方法优化方法预测方法计划方法金融方法外推法平滑法拟合法插值法各种初等函数算法判别分析因子分析二元相关分析方差分析法回归分析法线性规划求解方法时间系列法计划评审法（PERT）矩阵运算第十三页，共四十六页，2022年，8月28日方法库系统的结构方法库管理系统是方法库系统的核心，是方法库的控制机构。内部数据库是方法库本身的一个数据，用于存放输入的数据及经过方法加工后的输出数据。用户界面它包括系统管理员界面、程序员界面和终端用户界面。第十四页，共四十六页，2022年，8月28日方法库系统的结构用户利用方法库与数据库求解过程方法库辅助说明方法1方法2方法n数据库新方法组合方法+数据数据结果选择方法辅助学习用户操作第十五页，共四十六页，2022年，8月28日方法库系统的结构执行过程用户根据数据特点和解题要求从方法库中选择一个或若干个方法。选择方法时用户可以得到辅助学习子系统的必要支持，如查阅各类方法的说明书，使用判定表或菜单等。进而根据处理数据的不同特点，从同类型方法中挑选合适的一个。为了解题，通常需要将选出的若干方法加以组合，如将输入、参数转换、某(些)个数学方法、输出(包括报表或图形生成)等方法合成一个符合题意的新方法。在执行方法前，应该访问数据库，向方法输送数据。对于执行方法后获得的结果，如有必要，还可以调用分析结果的方法，加以确认。第十六页，共四十六页，2022年，8月28日5.1.3方法库系统的逻辑层次及其对应的语言参数用户模型用户应用程序员应用级匹配级基础级控制程序合成专用方法方法管理输入语句调用程序数据管理安全保护方法库命令语言解释辅助学习操作系统卡尔斯鲁厄样板系统的三级层次结构第十七页，共四十六页，2022年，8月28日方法库系统的逻辑层次及其对应的语言方法库系统的逻辑层次基础级基础级上提供的方法称为元方法这一级方法构成了方法库的基本集系统管理员负责建立基础的、公用的模块，维护方法库管理系统软件。第十八页，共四十六页，2022年，8月28日方法库系统的逻辑层次及其对应的语言方法库系统的逻辑层次应用级在应用级上，方法库为终端用户提供应用问题的数学模型；早期这种形态的方法库称为模型库。匹配级处于基础级和应用之间把基本方法合成为专用方法，并使数据和加工方法相衔接；向应用程序员提供剪裁应用软件的工具，使方法库适应不同的应用领域。第十九页，共四十六页，2022年，8月28日方法库系统的逻辑层次及其对应的语言方法库语言对应于方法库的3种用户，理想情况是配备3种方法库语言。方法库描述语言面向方法库系统管理员系统管理员可使用方法库描述语言建立方法库的概念模式决定方法的存储结构和存储方式定义方法的完整性和有效性建立方法以及对方法的修改、删除及分类等。建立方法库时，应考虑统一的接口，用来解决各种编程语言接口之间的差异。第二十页，共四十六页，2022年，8月28日方法库系统的逻辑层次及其对应的语言方法库语言方法库操纵语言面向程序员在方法库中，方法的运算主要是方法的链接通过链接运算将几个方法链接起来而称为一个新的方法；链接后的方法还可以继续参加链接运算；链接运算中主要解决方法与方法之间的参数转换及参数传递问题。操纵语言可以是封闭式的，也可以嵌入某一宿主语言中。利用方法库操纵语言，程序员根据需要编制程序输入到系统中，即可进行方法的查找、合成、对方法的数据输入与输出、方法的执行等工作。第二十一页，共四十六页，2022年，8月28日方法库系统的逻辑层次及其对应的语言方法库语言方法库使用语言面向一般用户，如用于决策的领导干部等。用户只需输入一些非过程化的命令形式或提供一些必要的参数，方法库即可进行运算，得到用户所需的决策信息。方法库使用语言是一种自封闭式的语言，要求非过程化程度高，应该具有对话式及批处理两种操作方式。方法库使用语言应该简明易懂。第二十二页，共四十六页，2022年，8月28日5.1.4方法库系统设计方法库系统技术构成方法库系统包括两个子系统一个具有通用模块的基本子系统一个具有面向具体应用模块的用户子系统两个子系统均可分为两层，因些整个系统可分为4个相互联系的层次。第二十三页，共四十六页，2022年，8月28日方法库系统设计方法库系统技术构成0层它具有最基本的功能，因些也称为“方法库操作系统”，其主要部分有：对各解释器提供公共服务的中心控制器。与非方法库系统的连接的基本接口：如文件系统、DBMS等与操作系统功能的连接的接口：如请求与释放系统资源方法库系统的文件管理。第二十四页，共四十六页，2022年，8月28日方法库系统设计方法库系统技术构成1层是与应用无关的部分，需要时才装配进来。包括：实现运用广泛的数据类型或类型产生器的模块方法库系统自身文件的定义说明和处理功能。常驻的数据结构的管理。第二十五页，共四十六页，2022年，8月28日方法库系统设计方法库系统技术构成2层相应于程序库提供的功能。包括：基本程序为实现一些更复杂的用户要求而特别编制的一些程序。相应于一些新命令的用户过程，由用户在已有命令的基础上定义。第二十六页，共四十六页，2022年，8月28日方法库系统设计方法库系统技术构成3层它相应于交互式的用户接口，包括进行语法、语义分析的解释器，并通过中控制器调用2层相应功能。如果从用户角度看，系统可处于不同的运行状态，如命令状态、初始状态、辅助状态和过程状态，每种状态都有相应的解释器。第二十七页，共四十六页，2022年，8月28日方法库系统设计用系统化方法实现方法库构造方法库的主要任务是选择合适的构件，编制少数特别的构件，再把它们组合起来。构件选择要求把所有可用程序存储起来，并建立一个类似数据字典的信息系统。对程序加以说明；编程支持包括传统的编辑器、编译器，还有产生与外部方法接口的自动支持；构件组合需要使用静态联结、动态组装等方法自动生成表格、测试环境等。第二十八页，共四十六页，2022年，8月28日方法库系统设计用系统化方法实现方法库软件支持环境工具库：包括编译器、编辑器、接口产生器、解释器的构造系统；构件库：所有可能成为方法库系统一部分的软件构件；信息系统提供对构件库和工具库的描述，记录库中各部分之间的关系。第二十九页，共四十六页，2022年，8月28日方法库系统设计用系统化方法实现方法库从构件库产生方法库首先通过信息系统了解是否有缺少的程序；编制这些程序，加入构件库中，再把需要的构件加入方法库。库中包含一个方法库中已有的构件目录表，设计者只需交互地填写这些表，并把相应的构件加入系统，并增添相应的表格，产生出来的方法库经过测试就可以使用了。第三十页，共四十六页，2022年，8月28日5.1.5方法库管理系统方法库管理系统组成方法库运行控制程序—方法库的管理程序、方法的存储程序、方法的更新程序、方法的链接程序、运行方法的程序、完整性与安全性保护程序等。语言解释器—用来解释各级界面语言。数据处理程序—用来控制与数据库的通信。模型接口的控制程序公用程序—字典维护程序、方法库维护程序等第三十一页，共四十六页，2022年，8月28日方法库管理系统方法管理方法存储方法更新方法链接程序方法运行安全保护用户界面语言解释器数据处理程序模型库接口控制程序数据库系统模型库系统公用程序方法库入库接口辅助学习系统第三十二页，共四十六页，2022年，8月28日方法库管理系统方法库管理系统的任务方法库管理系统的主要任务是管理方法、合成方法、执行方法、管理数据、数据与方法衔接、安全保护及辅助学习。第三十三页，共四十六页，2022年，8月28日方法库管理系统方法管理方法管理的内容包括:源码的编辑、目标码的生成、方法入库、修改、删除及划组分类。用系统内部语言(KARAMBA采用了PASCAL的系统程序设计语言LIS)编制的方法称为内部方法。其它语言生成的方法称为外部方法。为了充分利用现有软件，应该允许外部方法入库。为此，方法采用统一接口加上方法体的结构。方法的首部规定了统一接口，负责参数传送。对于外部方法，则用内部语言写统一接口以及这个接口向外部方法体目标结构的映射。如下图：统一接口方法体内部方法统一接口方法体外部方法第三十四页，共四十六页，2022年，8月28日方法库管理系统方法管理用源码写成的方法、方法接口(及必要的映射)经过编译连接，生成目标码。为便于将来更新、查阅方法的源码及目标码分别入源码库和目标码库。方法管理的要点之一是要维护方法库的完整性。倘若从库中删除了方法M，则所有直接或间接调用M的方法都将因某一关节失灵而无法运行。不加控制地修改库中方法，也会出现类似的问题。更新、扩充或缩编方法库的时候，避免造成这种情况出现、保证完整性，是首要目标。第三十五页，共四十六页，2022年，8月28日方法库管理系统方法管理删除方法时应注意：首先，要在删除方法时，审查是否破坏了完整性。按照方法在嵌套调用中的地位，把它们划分成元方法和非元方法。所有被别的方法调用作为其组成部分的方法，都是元方法。不被任何方法调用作为组成部分的方法，是非元方法。为了保证方法库的完整性，只允许删除非元方法。其次，要仔细设计修改过程，保证修改后的元方法与调用它的方法之间的衔接。修改方法要区分修改的规模。只改方法体不改接口，调用格式有效。体和接口都改，原有调用格式无效，所有调用者都要重新缩译，花费将显著增加。区分修改规模，有助于控制修改，如禁止修改接口，或将包括接口修改的工作集中起来，批量进行。第三十六页，共四十六页，2022年，8月28日方法库管理系统方法管理为了便于辅助用户选择方法，简化方法库的安全保护，有必要将方法分组分类。首先，按照功能将方法划组。其次，按照应用需求或保密要求，将方法分组划类。各类方法为不同领域的应用提供了标准环境。所有应用的标准环境构成方法库。如图所示：第三十七页，共四十六页，2022年，8月28日方法库管理系统方法管理分组划类方法库标准环境方法组方法第三十八页，共四十六页，2022年，8月28日方法库管理系统方法合成合成指的是两个以上的方法相互补充以组成更高级功能的方法。参与合成的方法要转换、传送参数。方法合成中可采用顺序、选择及循环控制机构。合成后的方法，被称为过程。有些文献中，也称它们为模型算法，相应地，基本方法被称为基本算法。过程也是方法，可以被执行。在一个理想的方法库中，应该允许过程继续参与合成。第三十九页，共四十六页，2022年，8月28日方法库管理系统方法与数据为了满足方法库对数据管理的要求，即多用户并行访问，数据按其逻辑结构向用户开放以及必要的安全保护措施，最好由数据库系统来承担数据管理。这里，需要系统在配置自含数据管理系统和连接数据库系统之间作出抉择。先进的数据库系统，大都提供了Call接口，允许将DML嵌入宿主语言(如方法库的内部语言)，从而建立起方法库和数据库的联系。第四十页，共四十六页，2022年，8月28日方法库管理系统方法库的用户接口方法库的终端用户是专业人员。使用命令语言，调用一个或一系列方法或过程，向被调用的方法提供数据。这样的用户，被称为参数用户。参数用户的接口采用交互会话方式