第11章-智能决策支持系统

第四章

决策支持系统决策支持系统应用案例某纺织厂开发的一个用于配棉计算的决策支持系统，我们知道不同的棉花有不同的强度，不同的耐磨性，不同的吸水性，还有不同的价格和运输费用，致使每种产品要求的棉纱也有不同的特性。实际上一根成品纱是由几十根不同的纱混纺而成的。那么应当用什么棉、多少支纱来混纺，才能达到强度、耐磨性、吸水性和成本最低的要求目标，这可以用线性规划建立一组包含几十个变量、几十个方程的数学模型，决策支持系统用来进行这种计算，使每年节省资金多达几十万元。本章内容第一节决策和决策科学第二节决策支持系统的定义、分类与系统结构第三节智能决策支持系统第四节Agent和Multi-Agent系统2023/2/631.1决策和决策科学决策：为达到一定目的而进行的有意识、有选择的活动。

在一定的人力、设备、材料、技术、资金和时间因素的制约下，人们为实现特定目标，可从多种可供选择的策略中做出决断，以求得最优或较好效果的过程就是决策过程。决策支持系统:以信息技术为手段，应用决策科学及有关学科的理论与方法，以人机交互方式辅助决策者解决半结构化和非结构化的决策问题的信息系统。智能决策支持系统(IDSS)：决策支持系统(DSS)+人工智能(AI)将人工智能中的知识表示与知识处理的思想引入到DSS。

2023/2/641.1决策和决策科学2023/2/65情报指进行“情报”（数据）的收集和处理、研究决策环境、分析和确定影响决策的因素或条件的一系列活动；设计指发现、制订和分析各种可能的行动方案；抉择指从可行方案中选择一个特定的方案，对它进行方案评价与审核，并付诸实施。1.1决策和决策科学决策过程模型的四个阶段2023/2/66情报活动阶段调查环境，并定义要决策的事件和条件。制定决策目标，要进行数据、信息的收集和调查研究工作。设计活动阶段识别限制性因素，找出更多的备选方案。选择活动阶段从各种可能的备选方案中，针对决策目标，选出最合理的方案。实施活动阶段选定方案后，即可付之实施。在实施过程中还要收集实施过程中的情报。1.2决策的科学化决策的科学化正在向以下一些方向发展：2023/2/67用信息系统支持和辅助决策定性决策向定量与定性相结合决策的方向发展用计算机进行定量分析必须与人的创造性形象思维相结合。单目标决策向多目标综合决策发展战略决策向更远的未来决策发展决策是对未来实践的方向、原则、目标和方法等所作的决定。1.3决策问题的类型2023/2/68结构化决策简单、直接、有固定的规律可循可依据一定的通用模型和决策规则实现其决策过程的基本自动化。非结构化决策复杂、没有固定规律可循。决策者根据掌握的情况和数据临时做出决定。半结构化决策介于上述两类之间。可适当建立模型，但无法确定最优方案。1.3决策问题的类型不同结构化程度的决策问题：2023/2/69

结构化

非结构化战略性决策问题战术性决策问题业务性决策问题决策问题的结构化程度并不是一成不变的。管理信息系统主要解决结构化的决策问题，而决策支持系统则以支持半结构化和非结构化问题为目标。厂址选择作业计划库存补充资金分配计划作业调度奖金分配管理体制确定广告部署选择销售对象决策支持系统应用案例一个小型的海运决策支持系统。最初，美国冶金公司的子公司负责运输公司的油、煤以及成品，后来它也向市场开放。这个海运估价系统计算财务上和技术上的运输细目。财务计算包括船时的成本、燃料、工时、折旧、各种货物的运费率以及口岸开销。技术细目包括船仓的容量、速度、口岸距离、燃料和水的消耗以及装载模型等。管理者需要知道在已知调度计划和运费率的情况下，为使利润最大应指定哪个船只?还有满足要求，利润最好，船速应是多少?由马来西亚到美国西海岸，船的装载模型应当怎样?本章内容第一节决策和决策科学第二节决策支持系统第三节智能决策支持系统第四节Agent和Multi-Agent系统2023/2/611DSS的两种基本结构形式是三库结构和基于知识的结构。2023/2/612三库结构2决策支持系统2决策支持系统的系统结构2023/2/613DSS的决策支持过程是一个人机交互的启发式过程，该过程往往要分解成若干阶段，一个阶段完成后用户获得阶段的结果及某些启示，然后进入下一阶段的人机会话，如此反复，直至用户形成决策意见，确定问题的解。DSS在三库结构基础上，再引入基于知识管理的功能就构成了四库结构的智能决策支持系统。按照DSS功能还可分为专用DSS、DSS工具和DSS生成器。专用决策支持系统(specialdecisionsupportsystems，SDSS)是指专门针对某种问题的决策支持系统，如专用于电站投资的决策支持系统，专用于某地区货运汽车调度的决策支持系统等。决策支持系统工具(decisionsupportsystemtools，DSST)是指一些工具，如某种语言、操作系统、某种数据库软件等。决策支持系统生成器(decisionsupportsystemgenerator，DSSG)是通用决策支持系统。库情报分析方案评价选择实施报告查询结果内外接口处理器方法,模型库DSS决策支持系统一般结构本章内容第一节决策和决策科学第二节决策支持系统的定义、分类与系统结构第三节智能决策支持系统第四节Agent和Multi-Agent系统2023/2/6183.1智能决策支持系统的基本概念人工智能有多个分支领域，包含专家系统（ES）和人工神经网络（ArtificialNeuralNetwork，ANN）专家系统：以计算机为工具，利用专家知识及知识推理等技术来理解与求解问题的知识系统。将ES+DSS结合形成IDSS,在结构上增设了知识库、推理机与问题处理系统，人机对话部分还加入了自然语言处理功能。人工神经网络：采用物理可实现的器件或计算机来模拟生物体中神经网络的某些结构与功能。神经网络属于基于案例学习的模型，它模拟人的神经元结构，构造人工神经元，吸取了生物神经网络的部分优点。2023/2/6193.2智能决策支持系统的结构人工智能技术应用于DSS的程度与范围不同，可以构成不同结构的IDSS，但都以含有知识库或知识处理系统为标志，较完整和典型的IDSS结构是在传统三库DSS的基础上增设知识库与推理机，在人机对话子系统加入自然语言处理系统形成智能人机接口，与四库之间插入问题处理系统而构成的四库系统结构。2023/2/620四库DSS的基本结构3.2智能决策支持系统的结构（一）智能人机接口决策者可以使用自然语言来提出决策问题，由自然语言处理功能通过语法、语义结构分析等方法转换成系统能理解的形式。（二）问题处理系统问题处理系统处于IDSS的中心位置，是联系人与机器及所存储的求解资源的桥梁，主要由问题分析器与问题求解器两部分组成。其工作流程如图所示。2023/2/6213.2智能决策支持系统的结构（三）知识库子系统与推理机知识库子系统是有关规则、因果关系及经验等知识的获取、解释、表示、推理以及管理与维护的系统。2023/2/622知识库子系统1．知识库管理系统。一是回答对知识库知识增、删、改等知识维护的请求，二是回答决策过程中问题分析与判断所需知识的请求。2．知识库。知识库中存储的是那些既不能用数据表示也不能用模型方法描述的专家知识和经验。3．推理机。推理是指从已知事实推出新事实（结论）的过程，推理机是一组程序，它针对用户问题去处理知识库（规则和事实）。3.3人工智能及其应用人工智能是机器模仿人类而获得智能。其最为主要的应用领域有专家系统、机器学习、人工神经网络、智能代理，以及比较新的数据挖掘和知识发现等。IDSS中结合应用比较多的要数专家系统和人工神经网络。专家系统是利用专家的某些领域知识求解特定问题的计算机信息系统。例：计算机打印故障诊断帮助系统2023/2/623检查指示检查结果提问3.3人工智能及其应用专家系统有很多优点，但同样也有其不足之处。2023/2/624人工神经网络具有良好的自组织、自学习和自适应能力，因而特别适用于处理复杂问题或开放系统，这正好可以能弥补专家系统的不足。人工神经元模仿自然神经元，用一个加权和处理单元表示，多个输入乘上不同的权值再求和，然后经过传递函数转换产生一个输出。将一群人工神经元的输入输出联接起来，通过一定量案例数据的学习训练即构成了人工神经网络。知识获取困难；对于动态和复杂的系统，由于其推理规则是固定的，难以适应变化的情况；专家系统不能从过去处理过的事例中继续地学习。1233.4知识库2023/2/625产生式规则法是一种因果关系的表示方法，一般用一系列结构化的IF—THEN规则语句表达某种知识。框架表示法模仿人类通过框架结构记忆和认识事物的方式来表示知识，每种事物都可以用一组特征属性来表述，这组属性构成一个框架。语义网是一种以节点表示事物单元，描述节点之间关系的图形化知识表示方法，例如，客户订单中的需求品种、数量和要货时间，计划中的生产产品、数量和时间两组节点，具有依据和派生的关系。规则:IF-THEN结构例:IF-INCOME＞＄45000PrintNAMEANDADDRESSGH如年限<4问其他借款AB如年收入>50000问汽车支出否EXITBC如汽车支出<10%年入问抵押支付,否则EXITCD如抵押支付<20%年入问准予贷款,否则EXITD准予信贷线DE如有D问雇用年限EF如年限>=4,给信贷线10000,否则转GF给线10000HF如其他借款<5%年入转F,否则转II给线3000规则汽车框架摩托车框架马达框架IS-A运输设备轮子4

马达汽/柴油

运动转,移动IS-A运输设备轮子2

马达汽油

运动转,移动IS-A机器

燃料汽/柴油,电功率马力用途运输,动力知识框架

汽车(马达,轮子,运动)家用轿车运动车DodgeCaravan3门FordEscort4门蓝色Porche9442门红MazdaMiata2门绿IS-A语义网络本章内容第一节决策和决策科学第二节决策支持系统的定义、分类与系统结构第三节智能决策支持系统第四节Agent和Multi-Agent系统2023/2/6294.1智能体（Agent）2023/2/630Agent（智能体，智能代理）的概念Agent是处在某个环境中的计算机系统，它能接受另一个主体（用户、计算机程序、系统或机器等）的委托并为之提供帮助或服务，能够在目标任务的驱动下，主动采取包括学习、通讯、社交等各种手段来感知，并适应其外在环境的动态变化而作出相应的行动，以实现其设计目标。Agent特性代理能力自治能力社交能力学习和适应性合作能力移动性Agent环境动作输出传感器输入4.2Multi-Agent系统Multi-Agent中多个Agent通过协调各自的行为来完成共同的协作目标。目前主要使用对策论来研究Multi-Agent的协调与协作问题。2023/2/631购买商Agent各Agent的资料库管理Agent销售商1Agent销售商2Agent伙伴间的商务谈判和交流注册注册注册寻找伙伴伙伴信息…………基于Multi-Agent的网上谈判支持系统的结构本章小结

2023/2/632决策的概念决策问题类型决策支持系统结构ES，IDSS复习思考题4.1请为IDSS做简要的特征描述。4.2请简述IDSS中人机对话子系统的作用。4.3模型库、数据库、方法库与知识库等子系统是IDSS的四个部件，请描述它们的相互关系。4.4传统DSS与智能DSS都是人机系统，但二者中机器方所起的作用有所不同，请指出它们的区别。4.5用文字描述IDSS中问题处理系统的工作流程。2023/2/63311.1IDSS具有更友好的人机接口和专门的领域知识，具有知识的推理能力和学习能力等……11.2人机对话子系统是IDSS用户和计算机的接口，在操作者、模型库、数据库和方法库之间起着传送、转换命令和数据的重要作用。在四库系统的智能人机接口接受用自然语言或接近自然语言的方式表达的决策问题及决策目标，这较大程度地改变了人机界面的性能。……11.3模型库储存和管理决策模型，选择和