第四章 决策支持系统

第四章决策支持系统4.1决策支持系统的原理和结构决策支持系统基本原理决策支持系统结构决策支持系统的统一结构形式智能决策支持系统结构4.1.1决策支持系统基本原理辅助决策方式以数据形式辅助决策：管理信息系统以模型和方法的形式辅助决策：运筹学为寻找事物的发展规律，建立了模型和方法。

由于客观事物千变万化，异常复杂，建立的模型总是略去了一些因素后的简化模型。

模型是否真正反映了客观事物的规律性，是评价它是否有效的关键。以多模型组合形式辅助决策：决策支持系统多模型的组合涉及到大量的数据文件，这些数据文件的共享和消除冗余性以及统一管理，采用数据库更合适。而多模型的组合也需要建立模型库来统一管理以及组合和集成，从而发展成为以多模型组合，连接数据库进行综合决策的形式辅助决策。4.1.1决策支持系统基本原理决策支持系统综合定义数据：数据处理功能，即对数据的存取、数据的检索、产生报表和图形。模型：利用模型，特别是优化模型得出辅助决策信息。对话：能修改模型，从而改变方案达到更大范围内的辅助决策。决策支持系统的进步：模型库系统

模型库管理系统除完成对模型库中模型的管理（增加、删除、修改、查询等）外，还要实现对模型的调用和运行，特别是多模型的组合运行。“模型”、“数据”和“对话”三部件的统一体数据库和模型库的结合

数据库主要用于数据处理，它在决策支持系统中还要支持多模型的组合运行。“对话”部件的综合集成作用

人机对话一般用于模型运行中的交互，决策支持系统中的对话部件的一个主要任务就是完成三部件的综合集成。决策支持系统的综合定义决策支持系统是利用数据库、人机交互进行多模型的有机组合，辅助决策者实现科学决策的综合集成系统。例：旅游业发展总体规划分析目标近期、中期、远期有多少人来本区域旅游？三期中，游客的旅游偏好是什么？游客消费以及旅游业效益如何？设施需要哪些改进和建设？……区位分析产业区位分析市场区位分析交通区位分析资源评价感受评价技术评价综合评价客源市场分析市场域分析游客偏好分析城市居民感应分析市场地域结构确定客源市场总量估算发展指标预测游客量预测旅游收入预测区域背景情况调查、旅游资源调查、客源地调查规划发展战略目标确定旅游域、旅游区组织规划旅游产品开发规划旅游相关产业与服务发展规划……4.1.2决策支持系统结构“三部件”结构形式1980年Spraque提出著名的决策支持系统的三部件结构，它是由三个子系统组成的，即人机交互系统（对话部件）、模型库系统（模型部件）、数据库系统（数据部件）。决策支持系统“三部件”结构4.1.2决策支持系统结构——人机对话部件人机对话部件部件的功能：提供丰富多彩的显示和对话形式：菜单、窗口；命令语言和自然语言；多媒体及可视化技术输入输出转换控制决策支持系统的有效运行：人机交互部件需要将模型部件、数据部件有机综合集成（包括部件接口）形成系统，并使系统有效运行。数据部件包括数据库和数据库管理系统。数据库存储的组织形式：网络模型、层次模型、关系模型。数据库管理系统功能：数据库建立、删除、修改、维护，数据存储、检索、排序、索引、统计等功能。数据库管理语言体系：数据库定义语言（DDL）；数据库操作语言（DML）4.1.2决策支持系统结构——数据部件S1S2S4S3S5S8S6S7L4L3L2L1根片断从属片断兄弟兄弟叶子叶子叶子R1R2S2S1司机保养使用汽车复合链下图表示了司机和汽车之间的联系：一是使用，二是保养，使用和保养分别为两个联系的名字。网状数据模型是以记录类型为节点的网状结构。它同样也是基本层次联系的集合，但和层次结构数据模型不同的是：可以有一个以上节点无双亲；至少有一个节点有多于一个的双亲；两个节点之间可以有两种或多种联系命名为DEP的一个关系命名为DEP的一个关系相当于记录值emdmcmbmam……………e3d3c3b3a3e2d2c2b2a2e1d1c1b1a1EDCBA描述个体列：域(domain)命名相当于数据项类型行:N元组(n-tuple)模型部件由模型库和模型库管理系统组成。模型库的特征模型的表示形式：某种计算机程序模型的动态形式：可以以某种方法运行模型库管理系统模型的静态管理：模型库的建立、删除，模型字典的维护；模型添加、删除、检索、统计等；有关模型的各种计算机程序的维护。模型的动态管理：控制模型的运行；负责模型与数据库部件之间的联系。

4.1.2决策支持系统结构——模型部件模型库管理系统的语言体系：模型管理语言；模型操作语言。模型库管理系统的特定功能

用计算机编制的模型程序分为源程序和目标程序，这两种状态与计算机的编辑功能和语言的编译功能相联，这就有必要把编辑功能和编译功能以特定的形式纳入模型库管理系统中去。4.1.2决策支持系统结构——模型部件1981年R.H.Bonczek等人提出了决策支持系统的三系统结构形式，即它由语言系统（LS）、知识系统（KS）和问题处理系统（PPS）三部分组成，结构图：4.1.2决策支持系统结构提供给决策者的所有语言能力的综合成为语言系统（LS）。一个语言系统既包括检索语言，也包括计算机语言。4.1.2决策支持系统结构——语言系统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。最基本的知识系统（KS）有数据文件或数据库组成。数据库的一条纪录表示一个事实。4.1.2决策支持系统结构——知识系统问题处理系统是针对实际问题提出问题处理的方法、途径；利用语言系统对问题进行形式化描述，写出问题求解过程；利用知识系统提供的知识进行实际问题，最后得出问题的解答，产生辅助决策所需要的信息，支持决策。4.1.2决策支持系统结构——问题处理系统决策支持系统的这种结构形式的特点：强调问题处理系统的重要性强调语言系统把数据、模型、规则统一归为知识系统问题处理系统是决策支持系统的核心。信息收集：信息来自于决策用户或知识系统。问题识别：是完成将实际问题转换成计算机能进行求解的过程。模型生成：重点在于生成决策支持系统总框架模型。问题求解4.1.2决策支持系统结构——问题处理系统4.1.3决策支持系统的统一结构形式对“对话、模型、数据”三部件结构的看法优点：明确了三部件之间关系。便于和其他系统区别。缺点：没有突出DSS的问题处理特性。没有突出语言系统。对“LS、PPS、KS”三系统结构的看法优点：突出了问题处理系统（PPS）的重要性。明确了语言系统（LS）在人机交互中的作用。统一了知识的看法。缺点：忽略了数据库系统、模型库系统的相互关系，这对于开发决策支持系统是不利的。不适合与其他系统的区别。4.1.3决策支持系统的统一结构形式人机交互及问题处理系统（综合部件）模型库管理系统数据库管理系统用户模型库数据库决策支持系统统一结构人机交互与问题处理系统（综合部件），它包含的功能：人机交互控制模型的运行多模型的组合运行数值计算和数据处理4.1.4智能决策支持系统结构IDSS结构和集成结构决策支持系统主要由人机交互与问题处理系统、模型库系统、数据库系统组织。专家系统主要由知识库、推理机和知识库管理系统三者组成。决策支持系统和专家系统集成为智能决策支持系统。IDSS中DSS和ES的结合主要体现：DSS与ES的总体结合KB与MB的结合DB和动态DB的结合智能决策支持系统的集成形式DSS和ES并重的IDSS结构（1）DSS和ES两者之外的集成系统，它具有调用和集成DSS和ES的能力。（2）将DSS人机交互与问题处理系统的功能扩充，即增加对专家系统的调用组合能力。DSS为主体的IDSS结构：以定量分析为主体ES为主体的IDSS结构：以定性分析为主体（1）DSS作为一种推理机形式出现，受ES中的推理机所控制。（2）数学模型作为一种知识出现，即模型是一种过程性知识，体现了另一种结合形式。4.2决策支持系统的开发技术—技术进步决策支持系统的技术进步交互建模的决策支持系统对模型的改变包括：

修改模型中的数据

修改模型方程中的变量数目

改变模型方程的数目组合模型的决策支持系统智能决策支持系统自动生成智能决策支持系统4.2决策支持系统的开发技术—技术进步决策支持系统的关键技术建模技术：一般是先选择适合于实际问题的模型，按该模型的数学结构建立该问题的数学方程，即确定模型的参数。模型库系统：是决策支持系统的核心部件。接口技术：集成“综合”、“模型”、“数据”三大组成部件。知识推理：是专家系统的关键技术。系统综合集成技术：集成“综合、模型、数据、知识”四部件。系统快速原型开发技术4.2决策支持系统的开发技术—关键技术建立模型概述模型是对客观实际系统的特征和变化规律的一种科学抽象。凡是用模型来描述系统的因果关系或相互关系都属于建模。系统建模的主要目的：分析和设计实际系统预测或预报实际系统的未来发展趋势对系统实行最优控制4.2决策支持系统的开发技术—建模技术建立模型的步骤：建立模型的数学结构（1）对大量的样本数据进行功能分析。（2）建立以系统输入、输出变量为组成要素的结构模型。（3）为各输出变量选择适当的模型结构。确定模型的参数（1）确定变量。（2）确定变量的系数和有关常数。（3）完善模型。4.2决策支持系统的开发技术—建模技术验证模型（1）用样本数据验证模型。（2）用测试例子检验模型。4.2决策支持系统的开发技术—建模技术你碰到过的数学模型——“航行问题”用x表示船速，y表示水速，列出方程：答：船速每小时20千米/小时.甲乙两地相距750千米，船从甲到乙顺水航行需30小时，从乙到甲逆水航行需50小时，问船的速度是多少?x=20y=5求解背景年1625183019301960197419871999人口(亿)5102030405060世界人口增长概况中国人口增长概况研究人口变化规律控制人口过快增长

如何预报人口的增长年19081933195319641982199019952000人口(亿)3.04.76.07.210.311.312.013.0指数增长模型——马尔萨斯提出(1798)常用的计算公式x(t)~时刻t的人口基本假设

:人口(相对)增长率r是常数今年人口x0,年增长率rk年后人口随着时间增加，人口按指数规律无限增长指数增长模型的应用及局限性与19世纪以前欧洲一些地区人口统计数据吻合

适用于19世纪后迁往加拿大的欧洲移民后代

可用于短期人口增长预测

不符合19世纪后多数地区人口增长规律

不能预测较长期的人口增长过程19世纪后人口数据人口增长率r不是常数(逐渐下降)阻滞增长模型(Logistic模型)人口增长到一定数量后，增长率下降的原因：资源、环境等因素对人口增长的阻滞作用且阻滞作用随人口数量增加而变大假设r~固有增长率(x很小时)xm~人口容量（资源、环境能容纳的最大数量）r是x的减函数dx/dtx0xmxm/2xmtx0x(t)~S形曲线,x增加先快后慢x0xm/2阻滞增长模型(Logistic模型)参数估计用指数增长模型或阻滞增长模型作人口预报，必须先估计模型参数r或r,xm

利用统计数据用最小二乘法作拟合例：美国人口数据（单位~百万）186018701880……196019701980199031.438.650.2……179.3204.0226.5251.4专家估计阻滞增长模型(Logistic模型)r=0.2557,xm=392.1模型检验用模型计算2000年美国人口，与实际数据比较实际为281.4(百万)模型应用——预报美国2010年的人口加入2000年人口数据后重新估计模型参数阻滞增长模型(Logistic模型)r=0.2490,xm=434.0x(2010)=306.0模型部件和综合部件存取数据库的接口综合部件对模型的接口4.2决策支持系统的开发技术—接口技术DSS总控程序模型字典模型执行程序综合部件是关键，它要真正达到控制模型运行、大量的数据的存取以及多模型的组合运行，实现DSS的系统集成。综合部件完成对模型的组合，实质上要编制一个控制程序来完成对模型组合的控制。该部件称为DSS控制程序。主要功能：模型的调用，包括对数学模型的调用或数据处理模型的调用。各模型以外的数值计算。各模型以外的数据处理。人机交互。对知识推理的调用。4.2决策支持系统的开发技术—系统综合集成技术快速原型方法是根据系统的需求迅速的产生出系统的原型，该原型能表现出系统的功能、行为特性，但不一定符合其全部要求。一种有效的快速原型开发技术是先生成DSS控制流程图，再由流程图生成相应DSS控制程序。4.2决策支持系统的开发技术—系统快速原型开发技术4.3模型库系统模型库模型库和方法库模型库的组织和存储模型库管理系统模型库系统—模型库模型库概念模型是对客观事物的一种抽象描述，人们通过对模型的认识来增加对复杂问题的理解和处理。利用计算机对模型的使用经历了三个阶段：模型程序

模型在计算机中实现主要是编制模型程序。模型程序是利用计算机语言来描述模型的算法过程。

人工算法和计算机算法本质一样，算法的实现相差很大。

计算机程序分为源程序和目标程序。源程序使用计算机语言编写的，便于人阅读和修改。目标程序是机器语言形式，便于计算机操作和运算。模型库系统—模型库模型程序包

为了减少人们重复编制模型程序，出现了模型程序包。由专人编制的各种模型程序组成的程序包。

程序包只适合各模型独立使用，不适合多模型的组合。模型库系统—模型库模型库模型库是将众多的模型按一定的结构形式组织起来，通过模型库管理系统对各个模型进行有效的管理和使用。

模型库比模型程序包具有更强的功能。模型库系统—模型库模型库中模型的种类和表示数学模型：表示形式为：方程形式：建立变量之间的关系。算法形式：用一系列演算步骤表示模型的数学求解过程。程序形式：模型在计算机中的应用是利用计算机语言按模型的算法步骤编制模型程序，在计算机中进行计算。模型库系统—模型库数据处理模型数据处理模型是完成一定任务的数据处理过程。数据处理的特点是处理的数据量很大。数据处理模型完成的基本工作为：对数据的选择、投影、旋转、排序等。图形、图像模型报表模型：报表模型是以程序形式表示的。通过程序描述报表的格式，数据取自数据库，运行报表程序能在打印机上输出各种类型的报表。智能模型模型库系统—模型库

决策支持系统早期的提法是由人机交互系统、数据库系统、模型库系统和方法库系统组成。方法库是其中一个重要组成部分。方法库系统由方法库和方法库管理系统组成。模型库系统—模型库和方法库一、模型库和方法库的比较一个模型有多个不同的方法。多个方法组成一个模型。

模型接近于实际问题，方法接近基础和求解算法，模型是由方法组成的。模型库系统—模型库和方法库二、模型库和方法库的统一模型和方法的统一“一个模型有多个不同的方法”的统一看法；“多个方法组成一个模型”的统一看法省略方法库模型库系统—模型库和方法库模型库中除智能模型外，模型都以程序形式或数据文件表示，程序和数据都以文件存储。而程序又分为源程序和目标程序，这样，一个模型至少有两个文件。如果对模型进行文字说明，包括模型的方程形式以及算法的自然语