智能决策支持系统

一、智能决策支持系统的定义决策支持系统（DecisionSupportSystem，简称DSS），是以管理科学、运筹学、控制论、和行为科学为基础，以计算机技术、仿真技术和信息技术为手段，针对半构造化的决策问题，支持决策活动的含有智能作用的人机系统。该系统能够为决策者提供所需的数据、信息和背景资料，协助明确决策目的和进行问题的识别，建立或修改决策模型，提供多个备选方案，并且对多个方案进行评价和优选，通过人机交互功效进行分析、比较和判断，为对的的决策提供必要的支持。它通过与决策者的一系列人机对话过程，为决策者提供多个可靠方案，检查决策者的规定和构想，从而达成支持决策的目的。决策支持系统普通由交互语言系统、问题系统以及数据库、模型库、办法库、知识库管理系统构成。在某些具体的决策支持系统中，也能够没有单独的知识库及其管理系统，但模型库和办法库普通则是必须的。由于应用领域和研究办法不同，造成决策支持系统的构造有多个形式。传统DSS采用多个定量模型,在定量分析和解决中发挥了巨大作用,它也对半构造化和非构造化决策问题提供支持,但由于它通过模型来操纵数据,事实上支持的仅仅是决策过程中构造化和含有明确过程性的部分.随着决策环境日趋复杂,DSS的局限性也日趋突出,具体体现在:系统在决策支持中的作用是被动的,不能根据决策环境的变化提供主动支持,对决策中普遍存在的非构造化问题无法提供支持,以定量数学模型为基础,对决策中常见的定性问题、含糊问题和不拟定性问题缺少对应的支持手段。ADDIN.{F8710A404CA34b3893624ADE14D5F0B0}[1]DSS应含有下列特性ADDIN.{134DACE1F11449ca905116DF03F31987}[2]：系统的重要功效是为管理人员提供决策支持,其目的是协助管理人员进行决策而不是替代他们,是为了提高决策的效能而不是组织的管理效率；传统数据管理技术与有关的模型技术、分析技术相结合；系统应当有很强的灵活性、适应性、便于顾客使用。智能决策支持系统（IDSS）是决策支持系统与人工智能技术相结合的系统[3],他涉及决策支持系统所拥有的组件，涉及数据库系统、模型库系统和人机交互系统，同时集成了最新发展的人工智能技术，如专家系统、多代理以及神经网络和遗传算法等。它是以信息技术为手段,应用管理科学、计算机科学及有关学科的理论和办法,针对半构造化和非构造化的决策问题,通过提供背景材料、协助明确问题、修改完善模型、列举可能方案、进行分析比较等方式,为管理者做出对的决策提供协助的智能型人机交互式信息系统。智能决策支持系统的广义构造以下图所示。二、智能决策支持系统与能量管理的区别能够从下列几个方面来阐明智能决策支持系统与能量管理系统的区别ADDIN.{A079D4A0C45C4eaa809008EE16909EE8}[4]：（1）数据源：决策支持系统的数据源涉及稳态信息和故障信息，而能量管理的数据源只包含稳态信息。（2）对故障信息的运用：决策支持系统运用故障信息进行故障诊疗，而能量管理系统则没有。（3）对系统运行的综合分析：决策支持系统提供考虑安全性和经济性的综合评定报告，而能量管理系统未提供。（4）分析工具：决策支持系统提供稳态信息和故障信息的分析工具，而能量管理系统只提供稳态信息的分析工具。三、智能决策支持系统的几个构造（1）基于多代理的智能决策支持系统下列是应用于智能电网的多代理决策支持系统[5]，电网决策支持系统重要由SCADA及故障信息管理层、网络分析分析层和指挥系统协调层3部分组层，器构造以下图所示SCADA及故障信息数据管理层：实时收集电力系统的数据，监控系统的运行状态。网络分析层：由实时稳态分析、智能电网调度操作票、电网故障诊疗、电网故障恢复、电网故障操作票构成。指挥系统协调层：重要由指挥系统构成，重要功效是协调多个网络分析层软件的调用逻辑及执行次序，以及在有复杂的电网状态变化时，协调调用不同的应用软件，使其以合作的方式完毕复杂的任务。普通来说，智能调度决策支持系统涉及以下能够独立完毕一定功效的智能体单元：运行状态评定智能体：实时的监视系统的运行状况，对现在以及将来的系统状况进行安全评定，根据预测的可能系统状况，协调智能层的其它智能体进行防止性方略跟踪，使系统保持在正常经济、安全的状态。经济运行决策智能体：在正常状况下，根据系统约束条件，在运行规则的指导下，运用对应的算法、模型和知识，综合运用全局系统信息，进行不同优化算法、不同优化模型、不同优化目的之间的优化协调，使得优化决策含有全局可行性，避免优化孤岛的出现。故障诊疗决策智能体：在紧急状况下，自动根据系统运行状况，诊疗故障地点和类型等，制订紧急控制，并告知或协助调度人员进行紧急控制方略。故障恢复决策智能体：在故障状况下，根据系统状况，结合先验知识，采用不同的模型和算法进行系统恢复决策。人机交互智能体：在任何状况下，调度人员或电力专家均能够通过它与决策支持系统进行和谐、协调的交互，方便于完毕特定的任务或进行系统的维护管理等。日常管理智能体：除了完毕调度人员进行的监视、维护、解决异常等日常工作外，还需要进行编写调度日志、操作票、事故报告等一系列工作。模拟培训智能体：进行决策支持系统的培训、模拟、决策跟踪等。系统智能体构造以下图所示下列是应用于沥青混凝土路面施工机群的基于多代理的智能决策支持系统[6],最高层(顶层)为中央智能决策调度支持系统,它负责整个系统的调度决策,实时解决下级决策调度能Agent报告的信息,并作出决策。中间层为功效决策智能Agent层,涉及拌和智能决策调度支持系统、运输智能决策调度支持系统、摊铺智能决策调度支持系统、压路智能决策调度支持系统等,它们负责各自下层的功效Agent,功效Agent层指在路面施工中完毕某种施工任务的施工机械或设备,它们的任务是负责调度其下层的功效Agent,来完毕系统设定的任务,维持生产节拍、确保质量参数、接受中央的指令并把涉及到变化整个系统状态的决策成果告知中央智能决策调度支持系统。下图是系统的构造图下图为决策调度系统原理图。能够看出,IDSS中五个系统(知识库系统、模型库系统、数据库系统、图形库系统及总控系统)间的联系。总控系统控制着其它四个系统的连接与调用,同时负责与外界(信息收发系统、人机接口部分)的信息交换。知识库系统从数据库中获得事实进行推理,从而决定从模型库中调用何种模型进行计算并拟定模型中的某些参数,选定的模型从数据库中获得初始数据进行运算,并将运算成果送回数据库。图形库系统能够从数据库中获得需要的数据绘制多个直观的图形。在总控系统之前是人机接口部分、信息收发系统,人机接口部分是顾客与系统的桥梁,用来做信息传输、人工决策干预、信息查询和成果输出。信息收发系统负责接受各子系统上传的信息和公布调度决策系统的调度指令。(2)基于专家系统的智能决策支持系统[3]专家系统（ES）与决策支持系统（DSS）结合的智能决策支持系统充足发挥了专家系统以知识推理形式解决定性分析问题的特点，又发挥了决策支持系统以模型计算为核心解决定量分析问题的特点，充足做到定性分析和定量分析的有机结合，使得解决问题的能力和范畴得到一种大的发展。专家系统与决策支持系统的具体集成构造以下图所示。IDSS与ES结合重要体现在下列3个方面：（1）DSS与ES的总体结合。由集成系统把DSS与ES有机结合起来。（2）知识库和模型库的结合。模型库中的数学模型和数据解决模型作为知识的一种形式，即过程性知识，加入到知识推理中。也能够把知识库和推理机作为智能模型加入到模型库中。（3）静态数据库和动态数据库的结合。静态数据库为动态数据库提供初始数据，ES推理结束后，动态数据库中的成果再送回到DSS中的静态数据库中。四、决策支持系统的构造构成[7]决策支持系统是智能决策支持系统的基础，智能决策支持系统是在决策支持系统的框架上加入智能技术如多代理技术和专家系统等形成的，IDSS包含了DSS的全部组件，因此理解DSS的构成构造是很有必要的。1、模型库系统模型库系统涉及模型库和模型库管理系统。模型库中的模型有两类，一类是原则模型，它们是按照某些惯用的程序设计语言编程，存于模型库中；另一类是由顾客应用建模语言建立的模型。决策支持系统需要通过人机结合和模型库系统实现模型与决策者之间的交流，使模型能随环境变化和顾客需求得到及时更新，不仅能够解决构造化问题，并且含有对半构造化和非构造化问题的解释能力。模型库系统涉及三个层次：应用级、生成级和工具级。应用级是决策者专用的或共享的模型子系统。生成级由模型库管理系统、顾客接口系统和数据库管理系统、基础库等部分构成，它由DSS的设计人员操作。设计人员通过运用DSS的多个工具来建立和维护各个应用子系统，满足顾客需求。工具级是某些专用或通用的软件，如构造模型的软件、图形工具、文字解决工具和模型化语言等。普通说的模型库，普通是介于应用级和生成级之间的系统。DSS模型库系统由下列部件构成,以下图所示、模型模型是对于现实世界的事物、现象、过程或系统的本质属性进行抽象和简化的描述，即模型反映了客观事物最本质的特性和量的规律，描述了现实世界中有明显影响的因素和互有关系。从现状来看，模型的表达技术重要有实体关系表达、构造化模型表达、框架表达、一阶谓词逻辑、面对对象表达和XML表达等。模型的调度技术重要有类比推理、一阶谓词逻辑、遗传算法、遗传算法、机器学习、基于图形的模型合成、模型描述语言、Agent技术等。其中模型的面对对象表达和XML表达技术以及模型的Agent调度技术含有较大的发展前景。模型的表达形式：1）模型的程序表达模型的程序表达办法合用于描述构造化的计算模型。传统的模型程序表达是指模型以涉及输入、输出格式和算法在内的完整程序形式表达。这种表达形式将解程序和模型联系在一起，使模型难以修改。但是在模型库意义下的程序表达办法是将模型和解程序相分离，并将程序表达的模型分成基本模块，不同模型中的共同部分能够调用相似的模块，以减少冗余。另一种程序表达办法是以语句的形式表达，用通用的高级语言设计出一套建模语言，即模型定义语言。模型中的不同方程、约束条件和目的函数都对应于MDL中对应的语句。2）模型的数据表达模型的数据表达是把模型看作是从输入集到输出集的映射，通过模型的参数集合拟定这种映射关系。模型可描述为由一组参数集合和表达模型构造特性集合的框架。输入数据集在关系框架下进行若干关系运算，得出输出数据集。3）模型的逻辑表达模型表达了它的输入输出之间的运算关系和数据关系，同时还拟定了输入输出之间的逻辑关系。逻辑关系能够描述定量模型的输入输出关系，也能够描述更广泛的模型的对应关系。4）基于面对对象的模型表达办法有学者在1993年提出了面对对象的模型表达法，将由SML定义的模型与办法封装成模型类，通过操作的多态性实现模型与数据集的集成。Lenard类比了构造建模与面对对象的程序设计的共同之处，使用Smalltalk列举了构造建模中的对象类，定义了这些类之间的关系，实现了面对对象的模型集成。、模型库模型库是按照一定的组织构造将众多的模型存储起来，并运用模型库管理系统对模型进行有效的管理和调用的计算机系统。它是决策支持系统的核心部分，事实上用来存储模型的代码，由源代码库、目的代码库两部分构成。模型库的组织与储存（1）模型字典模型字典是模型库的索引，DSS通过查询字典获得对模型的引用。模型字典的组织构造有文本形式、菜单形式和数据形式。其中数据库形式是最惯用的一种。数据库形式的模型字典普通分为3个层次，涉及模型基本信息表、模型描述信息表和模型的数据抽象。基本信息表简朴的统计者模型的序号、名称、简要阐明、使用权限、类型等基本信息。模型的描述信息涉及模型构造、约束条件、参数、变量等。模型的数据抽象指明了模型数据的物理途径链接，与模型库相连。（2）模型库的组织与储存一种基本模型需要四个文献存储，其中涉及：一种描述输入、输出数据的数据阐明文献；一种源程序文献和一种目的程序文献；一种用来对模型进行阐明的文献，重要涉及模型的方程形式以及算法的自然语言描述等。、模型库管理系统模型库管理系统（MBMS）是为操纵和管理模型库的计算机软件系统。它能够生成、调用、维护模型，通过对模型库的管理和控制，确保模型库的安全性和完整性。顾客能够通过模型库管理系统的灵活的访问、更新、生成和运行模型。模型库管理系统应当提供应顾客的功效涉及：（1）基本操作，涉及模型存取和查询，模型初始化，模型选择，模型综合以及适宜的模型输出，模型维护，模型表达，模型抽象，物理和逻辑模型的存储等操作，（2）灵活性，涉及为顾客提供某些控制功效，顾客能根据自己的意愿通过系统提供的自动选择功效或是手动选择模型，还能够引入顾客的主观信息。（3）反馈，指系统能够提供足够的反馈信息，使顾客能够随时理解问题求解的状态。（4）接口，指系统和人机交互界面的接口，方便顾客使用模型。（5）减少冗余，指不同的顾客之间能够共享相似的模型，减少冗余存储。（6）增强一致性，指多个决策人能够使用相似的模型，并减少由于使用不同的数据和不同版本的模型所引发的不一致性。（7）安全性（8）可扩展性（9）某些辅助功效。1、模型库管理系统的功效1）建模管理（1）模型生成：顾客可在文本编辑状态下建立一种模型，或运用矩阵生成器，则只要给出某些数据，系统自动生成线性规划模型。（2）模型连接：进行子类中具体模型的连接，类似于批解决语句。（3）模型重构：当模型的基本构造发生变化后，对模型重新定义2）模型的运行管理模型的运行管理涉及模型程序的输入和编译、模型的运行控制、模型对数据的存取。模型程序的输入和编译过程就是所谓的建模过程，需要运用计算机语言进行程序的编写和设计，通过编译系统将源程序编译成目的程序。运行控制是模型程序的调用过程。3）模型的维护管理模型的维护管理重要是指对模型进行查询、添加、删除、修改等工作。4）模型的组合管理2、模型管理系统的语言体系（1）模型管理语言（2）模型运行语言、模型库的设计1、建立模型的准则1）模型的近似性2）模型的简易性3）模型的动态性4）模型的可操作性5）模型的顾客和谐性2、建立模型的环节1）建模准备阶段理解问题的实际背景，要搞清解决的问题，明确建立模型的问题。2）建立阶段根据决策的目的对问题进行必要的简化，对收集的信息进行筛选，拟定系统的参数，提出适宜的假设条件，拟定模型的描述方式。3）模型的求解与分析阶段根据模型的类型，运用经验、知识、数学方程、定理证明、逻辑运算、计算机求解、推理、仿真等办法对模型进行求解，并对成果进行分析，给出预测。4）模型检查与修改阶段对模型的求解进行分析、检查和评价。5）模型应用阶段、建模技术1）建模（1）建模语言:建模语言是一种类似于程序设计语言的含有完整逻辑的人工建模语言（2）数据表达：将模型看作黑箱，通过模型的输入输出描述模型，而将实际的模型隐藏在这些输入输出的背后。（3）程序表达：建模者通过编写模型的程序算法程序，并且添加输入、输出规定就构成了基本的程序式模型，(4)图形化建模：模型以图形的方式体现出来2）模型库与数据库的结合模型库与数据库的关系是：决策支持系统是以多模型组合形式辅助决策，模型的运行总是需要调用数据，并且多模型的组合将涉及大量的数据，模型与数据库的结合的有效途径就是解决好模型库中模型存取数据库中数据的接口。3)人机对话系统与模型库的交互2、数据库系统3、办法库系统办法是能完毕预定功效的程序单位。办法完毕的功效不仅有数值算法，并且也涉及控制、组织数据解决以及报告、图形生成等非数学功效。办法库系统重要是一种软件系统，它综合了数据库和程序库。一种完整的办法库系统应当由两部分构成，办法库和办法库管理系统。办法要被检索、被执行，执行办法时要提供办法所加载的数据，管理办法就是要管理数据。办法库要为模型库提供支持，因此办法库要设立不同的顾客构造。、办法库的构造1）办法库的逻辑分层办法库系统在逻辑上能够分为三个层次：基础级、应用级、匹配级。基础级为系统提供最基本的办法程序，并称其为元算法。元算法构成了办法库的基本集。系统管理员负责建立基础的、公用的模块，维护办法库管理系统软件。在应用级上，办法库为终端顾客提供应用问题的数学模型，在应用级上规定办法库管理系统根据顾客具体规定提供一种或几个模型的组合来为顾客的问题进行计算并把成果通过人机交互的方式提供应顾客，方便顾客进行决策。匹配级位于基础级和应用级之间，它能够对办法实现组合，把基本的办法通过一定规则和合成，成为专门的新算法，并使数据和加工过的新算法相衔接，向程序员提供裁剪应用软件的工具，使办法库适应不同的应用领域。对于办法库以上三个逻辑层次上的不同顾客需要，办法库应提供三方面的办法库语言。（1）办法库的描述语言描述语言重要面对办法库的系统管理员。系统管理员能够使用办法库描述语言建立办法库的概念模式，决定办法库的存储构造和存储方式，定义办法的完整性和有效性以及对办法的修改、删除和分类。为了允许不同语言编写办法程序，并送入同一办法库去，在设计和建立办法库时应当考虑一种统一的接口，用来解决多个语言接口之间的差别，方便于办法库的扩充和办法的合成。（2）办法库的操纵语言操作语言重要是面对程序员。与数据库系统相比，由于办法库的操作对象是办法而不是数据，因而办法库的操作运算与数据库不同。在办法库中，办法的运算重要是办法的链接，通过链接运算将几个办法链接起来而成为一种新的办法。在办法的链接运算中，重要问题是办法与办法之间的参数转换及参数传递。（3）办法库的使用语言使用语言重要面对普通顾客。规定系统提供一种对话环境，顾客只需输入某些非过程化的命令形式或提供某些必要的参数，办法库系统即可根据这些参数自动地调用办法及数据进行运算，向顾客提供所需的数据或决策信息。2）系统的构造办法库系统应包含一种含有通用模块的基本子系统和一种含有面对具体应用模块的顾客子系统。基本子系统是一种含有扩展性的子系统，办法库系统起初建立时，会涉及一种含有一定办法程序和模块的基本集，在这个基础上增加含有特定应用的功效模块。基本子系统和顾客子系统都能够再具体划分为两个层次，因此整个办法库系统分为4个层次，分层的重要根据是面对应用程序。0层是核心，而其它3层则含有应用的性质。（1）0层0层含有办法库最基本的功效，重要部分有：（1）对多个解释器提供公共服务的中心控制器。（2）对非办法库系统的接口，如文献系统、数据管理系统等。（3）与操作系统功效的接口。（4）办法库系统文献、办法程序的管理。（2）1层1层涉及与应用无关的部分，需要时装配进来，这些模块涉及：（1）实现运用广泛的数据类型和类型产生器的模块。（2）办法库系统本身文献的定义阐明和解决功效。这些文献涉及的信息有：中间成果、目录、数据字典等。（3）常驻的数据构造管理。（3）2层此层应含有程序库提供的功效。（1）基本程序。（2）为实现更为复杂的顾客规定特别编制的某些程序。（3）对应于某些新命令的顾客过程，由顾客在已有的命令基础上定义。（4）3层此层对应于交互式的顾客接口，涉及进行语法、语义分析的解释器，并通过中心控制调用2层对应的功效。3）办法字典办法字典用来对办法库中的程序进行登录和索引。、办法库管理系统办法库管理系统是对办法库进行管理维护的系统，它首要功效是对办法库中的办法进行管理，涉及建立、更新、检索和删除。另外，由于办法库与模型库和数据库有着亲密的联系，办法需要通过模型来调用，三者之间要协调运行统一。一种完备的办法库管理系统，应涉及办法基本管理程序子系统、语言解释器、办法库运行控制子系统、数据库接口和模型库接口。4、人机交互系统人机交互系统是提供决策者与计算机进行通信和交互的硬件和软件的总称，是连接决策者与计算机系统的中间纽带。人机交互系统是人与计算机之间传递数据、信息、知识的接口。在DSS的使用过程中，决策者要对DSS的各个子系统进行操作和控制。在DSS中，人机交互系统的作用是把顾客与DSS的各个子系统和多个输入、输出设备联系在一起。首先决策者向顾客提出任务规定、输出信息；另首先系统向决策者输出决策方案和多个辅助决策信息，并在必要时向决策者索取为完毕任务所需要的补充信息。5决策分析办法决策即选择最佳的行动方案，是对将来的行动方向、目的、方案、原则和办法所做的决定，是论证、分析、抉择的全过程。决策分析就是对多个所需决策的问题提出一套在进行决策时所必要的推理办法、逻辑环节和科学手段，并根据所能获得的信息对多个替代方案在多个不同的客观状态下，进行科学的分析和定量的计算，以此供决策人员在决策过程中对要采用的替代方案做出合理的抉择。决策分析的环节以下图所示、层次分析法层次分析法是一种定性和定量相结合的、系统化的、层次化的分析办法。层次分析法的基本环节（1）建立层次构造模型该模型普通分为三层，最上层为目的层，最下层为方案层，中间是准则层或指标层。下图为机场选址决策层次构造模型。2、构造判断矩阵设某层有n个因素，要比较他们对上一层某一准则的影响程度，拟定在该层中相对于某一准则所占的比重（即把n个因素对上层某一目的的影响程度排序）。上述比较是两两因素之间进行比较，比较时取1-9标度，如图建立判断矩阵，能够使得判断思维数学化，从而简化了问题分析，对问题进行定量分析成为可能。3、层次单排序及一致性检查由于客观事物的复杂性和认识的多样性，建立的判断矩阵往往会出现不一致性。为了确保应用分析法得到结论合理，还需要对构造的判断矩阵进行一致性检查。4、拟定某层全部因素对于总目的相对重要性的排序权值过程，称为层次总排序，从最高层到最低层逐级进行。、含糊综合评价含糊综合评价法是一种基于含糊数学的综合评标办法。该综合评价法根据含糊数学的附属度理论把定性评价转化为定量评价，即用含糊数学对受到多个因素制约的事物或对象做出一种总体的评价。它含有成果清晰，系统性强的特点，能较好地解决含糊的、难以量化的问题，适合多个非拟定性问题的解决。普通环节：1、含糊综合评价指标的构建含糊综合评价指标体系是进行综合评价的基础，评价指标的选用与否适宜，将直接影响综合评价的精确性。进行评价指标的构建应广泛涉猎与该评价指标系统行业资料或者有关的法律法规。2、采用构建好权重向量通过专家经验法或者AHP层次分析法构建好权重向量。3、构建评价矩阵建立适合的附属函数从而构建好评价矩阵。4、评价矩阵和权重的合成采用适合的合成因子对其进行合成，并对成果向量进行解释。、粗糙集粗糙集理论，是继概率论、