第四章决策支持系统

第四章决策支持系统第1页，课件共48页，创作于2023年2月2/四一、决策支持系统的结构1.1“三部件”结构第四章决策支持系统用户人机交互系统模型库管理系统MBMS数据库管理系统DBMS模型库MB数据库DB第2页，课件共48页，创作于2023年2月用户语言系统（LS）问题处理系统(PPS)知识系统(KS)

1981年R.H.Bonczek等人提出了决策支技系统(DSS)的三系统结构形式：3/四一、决策支持系统的结构1.2“三系统”结构形式第四章决策支持系统第3页，课件共48页，创作于2023年2月

语言系统：

提供给决策者的所有语言能力的总和称为语言系统(LS)。

一个语言系统既包含检索语言（它可由用户或由模型来检索数据的语言），也包含计算机语言（它由用户操纵模型计算的语言）。但更强调的是自然语言

4/四一、决策支持系统的结构1.2“三系统”结构形式第四章决策支持系统知识系统：

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)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存贮。

问题处理系统：

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求解，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。第4页，课件共48页，创作于2023年2月问题处理系统问题处理系统是决策支持系统的核心。包含：信息收集信息来自决策用户或知识系统问题识别完成将实际问题转化成计算机能进行求解的过程模型生成生成决策支持系统总体框架模型，决定多模型的组合、数据库的利用以及人机交互。问题求解通过模型和数据的接口技术与多模型组合集成为决策支持系统。经过计算得到支持决策的信息。5/四一、决策支持系统的结构1.2“三系统”结构形式第四章决策支持系统第5页，课件共48页，创作于2023年2月特点：1）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。2）强调语言系统

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

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。一、决策支持系统的结构1.2“三系统”结构形式第四章决策支持系统6/四第6页，课件共48页，创作于2023年2月

对两种观点的讨论对“对话、模型、数据”三部件结构的看法一、决策支持系统的结构1.3两种结构形式的比较第四章决策支持系统7/四优点

①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。

②便于和其他系统的区别。

它和“管理信息系统(MIS)”的区别在于DSS多了模型部件。它和“专家系统(ES)”的区别在于DSS中是以“模型、数据”部件进行数值计算为主体的系统，而ES是以定性知识进行推理为主体的系统。第7页，课件共48页，创作于2023年2月缺点

①没有突出DSS的问题处理特性。问题处理系统是解决决策问题的核心，它虽然用到模型和数据，但对不同的DSS，问题处理是大不相同的。作为该三部件结构，可以理解为DSS的问题处理系统是隐含在人机交互系统中。

②没有突出语言系统。对于DSS所采用的语言，有它特殊的要求，它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DSS的语言系统是也隐含在人机交互系统中。第四章决策支持系统8/四一、决策支持系统的结构GO1.3两种结构形式的比较第8页，课件共48页，创作于2023年2月第四章决策支持系统9/四一、决策支持系统的结构DB&DBMSMB&MBMSKnowledgeManagement用户接口管理自然语言处理输入输出语言系统人机交互系统1.3两种结构形式的比较第9页，课件共48页，创作于2023年2月对“LS、PPS、KS”三系统结构的看法优点

①突出了问题处理系统(PPS)的重要性。在设计和开发DSS时，应该重点考虑决策问题的处理。②明确了语言系统(LS)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要用LS来描述。③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。一、决策支持系统的结构第四章决策支持系统10/四1.3两种结构形式的比较第10页，课件共48页，创作于2023年2月缺点

①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。②不适合与其它系统的区别。如对管理信息系统（MIS）的区别，对专家系统（ES）的区别都不明显。如果把LS看成是数据库语言，把KS看成是数据库，把PPS看成是管理信息处理，则该“LS、PPS、KS”就是MIS。 如果把LS看成是PROLOG，把KS看成知识库，把PPS看成是推理机，则该“LS、PPS、KS”就是ES。这是该结构的致命弱点。一、决策支持系统的结构第四章决策支持系统11/四1.3两种结构形式的比较第11页，课件共48页，创作于2023年2月一、决策支持系统的结构第四章决策支持系统12/四1.4四库三功能结构四库：数据库、模型库、方法库、知识库数据库模型库信息服务决策咨询人机交互三功能：信息服务、科学计算、决策咨询方法库知识库科学计算第12页，课件共48页，创作于2023年2月方法库——基本方法和标准算法库模型库和方法库的比较一个模型可以有多个不同的方法运输问题模型——表上作业法、图上作业法、标号法多个方法组成一个模型预测模型——相关分析+线性回归模型是由方法实现的

模型接近实际问题方法接近求解算法模型和方法的表现形式不同：

模型用数学方程形式表示方法用程序形式表示一、决策支持系统的结构第四章决策支持系统1.4四库三功能结构13/四第13页，课件共48页，创作于2023年2月模型库与方法库的统一模型和方法是同一个问题的两个侧面，从宏观上看，可以把模型和方法统一看成模型。

1、“一个模型有多个不同的方法”的统一看法

一般选取一个方法编制成程序

2、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。被构造成的模型就是组合模型省略方法库

模型库和方法库都存在时，不但增加了各自库管理系统的工作而且也为两库之间的联系增加了困难，

模型和方法在宏观上统一，方法库就可以省略了。一、决策支持系统的结构第四章决策支持系统1.4四库三功能结构14/四第14页，课件共48页，创作于2023年2月

IDSS结构和集成结构

智能决策支持系统(IDSS)是在决策支持系统的基础上集成人工智能的专家系统(ES)而形成的。

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。

一、决策支持系统的结构第四章决策支持系统1.5智能决策支持系统结构15/四第15页，课件共48页，创作于2023年2月人机交互与问题处理系统模型库管理系统数据库管理系统知识库管理系统推理机IDSS结构图一、决策支持系统的结构第四章决策支持系统1.5智能决策支持系统结构16/四数据库模型库知识库第16页，课件共48页，创作于2023年2月数据库DBDSS控制系统模型库MB人机交互与问题处理系统动态DB推理机和解释器知识库KB集成系统DSSES智能决策支持系统集成结构图一、决策支持系统的结构第四章决策支持系统1.5智能决策支持系统结构17/四第17页，课件共48页，创作于2023年2月IDSS中DSS和ES的结合主要体现在三个方面:

1.DSS和ES的总体结合

由集成系统把DSS和ES有机结合起来(即将两者一体化)。

2.KB和MB的结合

模型库中的数学模型和数据处理模型作为知识的一种形式，即过程性知识，加入到知识推理过程中去。

3.DB和动态DB的结合

DSS中的DB可以看成是相对静态的数据库，它为ES中的动态数据库提供初始数据，ES推理结束后，动态DB中的结果再送回到DSS中的DB中去。一、决策支持系统的结构第四章决策支持系统1.5智能决策支持系统结构18/四第18页，课件共48页，创作于2023年2月DSS和ES并重集成系统DSSES一、决策支持系统的结构第四章决策支持系统1.5智能决策支持系统结构19/四IDSS集成形式DSS控制系统MBDBESDSS为主体第19页，课件共48页，创作于2023年2月ES为主体的IDSS结构推理机（广义）

DSS动态DBKB推理机MB动态DBKBDSS作为推理形式的IDSS模型作为知识的IDSS一、决策支持系统的结构第四章决策支持系统1.5智能决策支持系统结构20/四IDSS集成形式第20页，课件共48页，创作于2023年2月基于知识的星型决策支持系统及其面向对象设计一、决策支持系统的结构第四章决策支持系统1.5智能决策支持系统结构21/四实例第21页，课件共48页，创作于2023年2月建模主要体现在2个方面，一是利用模型解释器对一系列数学符号进行解释，从而生成表达式，完成含有参量的数学公式的建模；另一方面，利用模型的复合技术，在已有的基本模型的基础上，分析实际问题，选择多个基本模型作为原始模型，用运算符将其组合成一个复合模型

基于知识的星型决策支持系统及其面向对象设计一、决策支持系统的结构第四章决策支持系统1.5智能决策支持系统结构22/四实例模型库子系统利用面向对象的思想设计模型库子系统，其优点是：（1）利用面向对象的封装机制可以将模型的数据和方法结合在一起，从而更能体现模型整体的思想；（2）利用它的继承性可以从一个或多个模型中构造出新的模型（3）利用它的多态性和重载机制可以实现模型与方法的一对多关系，丰富了模型的功能。第22页，课件共48页，创作于2023年2月基于知识的星型决策支持系统及其面向对象设计一、决策支持系统的结构第四章决策支持系统1.5智能决策支持系统结构23/四实例对话子系统第23页，课件共48页，创作于2023年2月决策支持系统的体系结构：环境、功能、组成部件、部件的布局和有关资源二、决策支持系统的开发技术第四章决策支持系统2.1决策支持系统的体系结构与分析24/四环境DSS的环境是指DSS边界之外的实体和条件集合。功能DSS的功能是指它对环境产生什么影响，应提供什么样的服务，其目标是什么。系统组成实现DSS所需功能的功能模块划分。部件的布局系统部件之间、部件与环境之间的关系和联系。“自治”与“协作”系统部件之间接口的划分。资源构造和运行系统时所消耗的要素第24页，课件共48页，创作于2023年2月二、决策支持系统的开发技术第四章决策支持系统2.1决策支持系统的体系结构与分析25/四实例：防汛指挥决策支持系统建设背景分析，指出建设的必要性防汛指挥决策过程分析防汛指挥决策过程可以划分为四个阶段：

1．情报活动阶段。主要完成气象、水雨情、堤防和水库等工程运行状况、险情、灾情等防汛信息的收集、整理，并为防汛值班人员和防汛会商提供信息服务。

2．预测预报活动阶段。主要完成暴雨预报、洪水预报、工程安全状况分析与预测、洪灾发生发展趋势预测等。由于防汛指挥决策属事先决策，即在洪水到来前必须对防洪工程的运用、防洪对策等作出安排，没有预测预报就没有事前决策，预测预报的结果是决策的依据。预测预报的误差和及时性，决定决策的风险程度。

第25页，课件共48页，创作于2023年2月二、决策支持系统的开发技术第四章决策支持系统2.1决策支持系统的体系结构与分析26/四实例：防汛指挥决策支持系统建设背景分析，指出建设的必要性防汛指挥决策过程分析防汛指挥决策过程可以划分为四个阶段：

3．方案设计活动阶段。根据水、雨、工情和灾情及其发展趋势的预测预报，经过分析归纳，理出防洪决策的具体内容和目标，确定当前决策的“热点”和“焦点”，如是否调整有关水库、蓄滞洪区的运用方案。然后依据决策目标和可使用的防洪手段设计出一组实现决策目标的可行方案，并对每个可行方案的风险、利弊及后果进行评价。这个阶段是防洪工程调度决策的主要工作内容。4．方案选择(决策)阶段。主要由决策层在认清防洪形势的基础上，以洪灾损失最小为目标，通过会商，对上述可行方案进行补充调整，最终选出满意方案予以实施。第26页，课件共48页，创作于2023年2月二、决策支持系统的开发技术第四章决策支持系统2.1决策支持系统的体系结构与分析27/四实例：防汛指挥决策支持系统建设背景分析，指出建设的必要性防汛指挥决策过程分析决策支持系统的基本特征1．系统应以支持防汛指挥决策为出发点和落脚点，开发的系统必须与现行的防洪决策流程、防洪管理的运行机制以及该领域的特点相适应。2．决策支持系统的关键是支持，而不是代替决策或进行决策3．决策支持系统是一个人机交互系统。4．防洪决策多为群体决策，因此会商决策是当前防洪决策的主要方式和关键环节。第27页，课件共48页，创作于2023年2月二、决策支持系统的开发技术第四章决策支持系统2.1决策支持系统的体系结构与分析28/四实例：防汛指挥决策支持系统建设背景分析，指出建设的必要性防汛指挥决策过程分析决策支持系统的基本特征系统的总体结构分为三个层次：用户界面层、系统应用层和系统支撑层。系统的建设内容及功能1．信息接收处理子系统2．气象产品应用于系统3．洪水预报子系统4．防洪调度子系统5．灾情评估子系统6．信息服务子系统7．汛情监视子系统8．会商子系统9．防汛管理子系统10．综合数据库。第28页，课件共48页，创作于2023年2月习题1.说明模型库、知识库、数据库三者中两两之间的接口问题。2.如何集成模型库系统、知识库系统、数据库系统三者为统一整体？第29页，课件共48页，创作于2023年2月二、决策支持系统的开发技术第四章决策支持系统2.2决策支持系统的技术进步与关键技术30/四技术进步的几个阶段1.交互建模的决策支持系统

对模型的改变包括：

(1)修改模型中的数据（如修改模型方程中的系数、常数、约束关系等）。

(2)修改模型方程中的变量数目（即增加变量或减少变量）

(3)改变模型方程的数目（如增加或减少目标函数或约束方程）第30页，课件共48页，创作于2023年2月二、决策支持系统的开发技术第四章决策支持系统2.2决策支持系统的技术进步与关键技术31/四技术进步的几个阶段2.组合模型的决策支持系统模型库系统除能支持单模型的运行外，还能支持组合模型的运行。模型的数据交流可通过共享数据库、共享内存来实现。模型库中的模型除数学模型外还包括数据处理模型、人机交互模型等，如：信息可视化模型。气象预报：美国国家海洋和大气局预报的北克拉罗多的天气数据的三维模型。第31页，课件共48页，创作于2023年2月二、决策支持系统的开发技术第四章决策支持系统2.2决策支持系统的技术进步与关键技术32/四技术进步的几个阶段3.智能决策支持系统（IDSS）

智能决策支持系统是在组合模型决策支持系统的基础上结合专家系统而形成的。专家系统的核心是知识库加推理机，其中知识库是以定性的产生式规则为主体。专家系统是以定性方式辅助决策。智能决策支持系统是将定量辅助决策方式与定性辅助决策方式结合起来，达到定性和定量相结合辅助决策的能力。第32页，课件共48页，创作于2023年2月二、决策支持系统的开发技术第四章决策支持系统2.2决策支持系统的技术进步与关键技术33/四技术进步的几个阶段4.自动生成智能决策支持系统

决策支持系统的控制程序包含模型调用、人机交互、数值计算、数据处理、知识推理等。近年来，系统快速原型开发技术的不断成熟，利用系统快速原型开发技术来自动生成决策支持系统的控制程序，这将是决策支持系统更高的技术阶段。第33页，课件共48页，创作于2023年2月二、决策支持系统的开发技术第四章决策支持系统2.2决策支持系统的技术进步与关键技术34/四关键技术1.建模技术2.模型管理技术3.交互技术4.知识管理技术5.系统综合集成技术6.系统快速原型开发技术对问题的建模、对数据的建模、对求解过程的建模。模型的组织与存储、运行与控制；对建模功能的支持。可视化、自然化、个性化。7.群决策的协同技术

各系统部件之间的集成、部件内容元素之间的集成。问题理解、知识推理、辅助建模、数据挖掘。实时通信、冲突解决、一致性控制、数据访问权限控制等；同步协作与异步协作；第34页，课件共48页，创作于2023年2月三、模型库管理系统第四章决策支持系统3.1模型库35/四模型库的由来（模型应用水平的不断提高）模型程序：即用即编；谁用谁编模型程序包：组装发行；相互独立；没有管理模型库：共享；可重用；可管理；相关模型库的概念模型库——具有一定组织结构的模型集合由模型库管理系统进行管理每个模型都具有辅助决策能力多个模型能有效地组织成系统多个模型的连接需要利用共享的数据库第35页，课件共48页，创作于2023年2月三、模型库管理系统第四章决策支持系统3.1模型库36/四模型库中模型的种类数据处理模型：

对数据库中数据的处理，数据处理模型的基本工作为对数据的选择、投影、旋转、排序等。数学模型：

如规划模型、投入产出模型、层次分析模型、加权分析模型等；人机交互模型：人机交互的输入输出形式智能模型：

主要是专家系统中的各种推理机制。第36页，课件共48页，创作于2023年2月三、模型库管理系统第四章决策支持系统3.1模型库37/四模型库的组织模型注册库：模型的运行方式。本地运行与网络运行；独立方式与服务方式。模型字典库：模型说明、接口和约束描述；模型的分类与索引。模型文件库：可以是实在的，也可以是虚拟的，第37页，课件共48页，创作于2023年2月三、模型库管理系统第四章决策支持系统3.2模型库管理系统38/四模型库管理系统的结构外部数据库构模管理模型库管理系统存取管理内部数据库模型字典库模型注册库运行管理模型文件库模型库数据管理系统第38页，课件共48页，创作于2023年2月三、模型库管理系统第四章决策支持系统3.2模型库管理系统39/四模型库字典库的进化——知识化构模管理模型库管理系统存取管理模型字典库模型注册库模型文件库模型库模型索引模型环境条件模型参数描述模型构造规则模型组合规则运行管理第39页，课件共48页，创作于2023年2月三、模型库管理系统第四章决策支持系统3.2模型库管理系统40/四模型库管理系统的功能构模管理模型库管理系统存取管理模型字典库模型注册库运行管理模型文件库模型库数据管理系统2.模型库的存储管理3.模型库的运行管理4.支持模型组合5.支持数据接口1.模型的表示第40页，课件共48页，创作于2023年2月三、模型库管理系统第四章决策支持系统3.2模型库管理系统41/四模型库管理系统的功能1.模型的表示①模型的程序表示：输入、输出格式和算法在内的完整程序以语句（语句组）形式表示；这需要一套模型管理语言和解释系统②模型的数据表示：把模型认为是输入集到输出集的映射，模型的参数集合决定了这种映射关系②模型的逻辑表示：基于谓词逻辑，把模型分解为基本单元，用谓词表示它们（原子式），其参量即为模型的输入输出变量。第41页，课件共48页，创作于2023年2月三、模型库管理系统第四章决策支持系统3.2模型库管理系统42/四模型库管理系统的功能2.模型库的存储管理模型库的存储管理（与DBMS类似）：模型库的维护（建立、注册、删除、修改）；模型库的查询；模型库的保护（安全，完整，并发控制）3.模型库的运行管理

模型库的运行管理（有别于DBMS）：算法的自动匹配；单独运行（解释运行）；组合运行：顺序、选择、循环；对数据的存取。4.支持模型组合模型之间的控制流定义；信息流定义。5.支持数据接口模型与数据库的数据接口；模型与模型的数据接口第42页，课件共48页，创作于2023年2月三、模型库管理系统第四章决策支持系统3.2模型库管理系统43/四模型库管理系统的语言体系1.模型管理语言MML负责模型库的定义、操纵和控制——静态管理创建模型CREATE_MODEL模型名

MDLINFORMATION[MDLPARAMETERS]查询模型QUERY_MODEL_DATAWITH模型名.......2.模型运行语言负责模型的执行过程——动态管理需求：单模型的调用、运行以及模型的组合运行运行模型

EXECUTE_MODEL模型名第43页，课件共4