3 基于模型的决策支持系统

–只要对分析研究的对象有深入的了解和丰富 的知识，并且对外部环境的影响以及内部各 要素之间的相互关系有较深的理解，再运用 建模者的想象力、技巧和创造性，就能创造 出各种所需的模型。
–模型分类：按照模型的表现可以分为物理模型、 数学模型、结构模型和仿真模型。
• 物理模型，又称实体模型，是根据形状相似性和规律 相似性而建立起的一种模仿实体事物的模型。 • 数学模型，它是用数学语言描述的一类模型。数学模 型可以用数学方程、代数来描述，也可用几何、拓扑、 数理逻辑、表格等描述。数学模型描述的是系统的行 为和特征而不是系统的实际结构。 • 结构模型，主要反映系统的结构特点和因果关系的模 型。结构模型中的一类重要模型是图模型，结构模型 是研究复杂系统的有效手段。 • 仿真模型，是通过在计算机上运行仿真程序模仿系统 运行的模型，物理模型、数学模型和结构模型一般能 转变为仿真模型
根据模型的功能和用途可把这些模型分为若干模型群体，即模型群。 (1) 预测模型群。如回归预测方法、随机时间序列预测、概率预测等 ，这类模型可用来预测生产经营规模、市场趋势、新产品发展方向，辅 助决策者制定行业技术发展政策和制定战略规划等。 (2) 系统结构模型群。主要用来分析社会经济系统以及其他系统的结 构，反映系统各要素之间的主要联系和关联作用，它们主要从宏观和结 构上来描述和刻画系统的运行规律。这些模型主要有：系统结构模型、 层次分析、投入产出模型、系统动力学模型等。 (3) 规划模型。如线性规划模型、非线性规划模型、排队论模型和目 标规划模型等，这类模型适用于作业场所的布局、作业顺序的安排、生 产能力与资源的匹配、工艺过程的计算安排等方面。 (4) 优化模型。它是系统优化的主要手段和方法。包括：线性规划、 动态规划、搜索论、梯度法、多目标规划、概率分析法、价值分析法、 决策树法等。这类模型可用于运输计划编制、投资效益分析、产品性能 结构设计、物质分配、优选工艺过程、生产计划管理中。
（4-2） 四库结构 由原决策支持的两库结构或 三库结构与专家系统结合， 就构成了三库或四库结构的 智能决策支持系统。
规 则 库
用户
用户接口 模 型 库 数 据 库 方 法 库
IDSS 的四库结构
（5） 五库结构 在Belew四库框架的基础上，1988年， 姚卿达等提出了一个基于五库的框 架结构，图2.8所示。可以看出：五 库结构是上述两种四库结构的综合。 框架中的信息词典子系统，是为了 对库统一管理、控制和使用而提出 的。信息词典可以看成是5库的描述 库，包括：①5库的信息元素、信息 表示、信息结构、使用控制、约束 条件的描述；②系统的模型及模型 的方法的描述；③各子模块相互关 系的描述；④系统的管理及相互调 用和控制；⑤元数据管理等。
• 数学式法
–模型可用数学式子来描述，即用约束条件、 目标函数等代数式来反映模型中变量之间的 关系，如指派问题的数学模型：
n n Min(Z) i cij xij 1 j 1 n xij 1 i 1 n xij 1 j 1 xij 0 或 1
(5) 评判模型。专家评判法、模糊评判法、分配模型、主因素分析法 、层次分析法、计划评审PERT技术、加权分析法等。这类模型可用于 经济效益分析、投资效益分析、多方案的比较、多因素评判中。 (6) 数量经济模型。主要是以经济活动为核心的计量经济模型和经济 控制论模型，同时要考虑某些社会因素和环境因素，并对这些因素进 行外生处理。生产函数模型和消费需求模型都属这一模型群。 (7) 不确定模型。现实生活中有许多系统存在着不确定因素和不确定 概念，针对描述或解决这些系统的模型是不确定模型。如：模糊数学 模型、灰色模型和随机模型。
• 子程序表示法
–模型是一个具有输入、输出和完整算法的程 序，也可能是由主程序调用的子程序。每一 个模型程序带有进入和返回链机构，这使它 能被当作执行模块而用在其它程序中。模型 程序有两种方式提供：源程序（经过编译才 能执行）和目标程序（可直接运行）。程序 间所需的数据值和参数值可通过变量表、共 用数据区或文件传递。 –主要有两个缺点：一是解程序和模型联系在 一起，使模型难于修改；另一个是存储上和 计算上的冗余。
用户接口
文本库
数据库
信 息 词 典
方法库
模型库
知识库
图 2.8
五库框架结构
（6）由问题处理系统构成DSS
用户 语言系统 问题处理系统 知识系统
LS
PPS
KS
模型库系统 数据库系统
由 PPS 组成的 IDSS 框架
这种IDSS由语言系统、问题处理系统和知识系统组成,。 语言系统是人机对话的交界面，最理想的情况是能够接 收自然语言的能力，但目前接收自然语言的语言系统还 远不成熟。PPS在IDSS中的地位非常重要，它根据语言系 统转换后的用户要求，用知识库的知识、数据仓库和数 据库中的数据完成任务求解，再把求解结果返回给用户， 而在这过程中产生的新知识送入知识系统进行整理、推 导形成新知识存放起来，以备后面使用。
1985年，R．K．Belew提出了一个基 于四库框架的IDSS，图2.6所示。 （4-1） 四库结构 Belew认为，一个DSS是建立在信息 结构的基础上的，随着信息结构增加 以及信息的不断精炼，可把加工过的 用户 信息依次存储于文本库—数据库—模 型库—规则库中。在各个库中，文本 用户接口 库中存放的是原始资料，信息的结构 化程序最低；随着对问题了解的深入， 文 数 模 规 本 据 型 则 识别出问题的关键元素，就可更加以 库 库 库 库 结构化的形式描述问题，并将这样的 图 2.6 Belew 的 IDSS 的四库结构 信息存放于数据库中；同样，对问题 进一步理解，可用更结构化的形式— 模型来描述，并存放于模型库中；最 后，在模型描述的基础上，以一种最 结构化和最精炼的形式—规则，对问 题进行描述，存储于规则库中。
• 3.3 实现方式
专用 DSS
DSS 生成器
DSS 工具 通用编程软件 工具
图 2.10
DSS 实现的技术层次
用户需求的DSS有三种：专用DSS，DSS生成器，DSS工具。 实现DSS也有三种方法：由DSS生成器生成专用DSS，由DSS工具 设计专用DSS或DSS生成器，用一般通用编程软件工具(如C++)建 立专用DSS、DSS生成器或DSS工具。 由于专用DSS的特性取决于任务或问题的特性、用户解决问题 的方法及面临的环境问题，因此有很大局限性，灵活性和适应 性较差。DSS生成器不是针对某一问题或环境建立的，因此其 适应性和灵活性增强，但是，用DSS生成器直接解决问题，系 统操纵复杂，无针对具体问题的特点，效率低下，一般都是由 DSS生成器生成专用DSS才使用。DSS工具可用来建立专用DSS 和DSS生成器，即DSS工具有更大的灵活性，但用DSS工具直接 生成专用DSS比用DSS生成器生成专用DSS的效率低。一般情况 下，DSS工具是用来建立DSS生成器的。用通用编程软件工具 完成专用DSS和DSS生成器效率更低且非常复杂，一般不用通 用编程软件工具而用DSS工具来完成，但是通用编程软件工具 具有更多的灵活性，DSS工具也只能用通用编程软件工具来完 成。以上的相互关系可用上图表示。
• 模型表示的关系方法
–从数据变换的观点看，一个模型可视为由一 组输入变量和一组输出变量及相互关系组成 的 ， 即 模 型 M 可 表 示 Y=M(X) ， 其 中 ， X={X1,X2,… ， Xn} 为 一 模 型 输 入 集 ； Y={Y1,Y2,…，Ym}为模型输出集。因此，模型 M可用X与Y之间功能上的相关性的虚关系表 示，即：
• (1) 宏命令模型表示简单、易于实现，适用于熟悉建模和 算法的知识专家。 • (2) 模型、方法没有实现独立存放，使得模型的修改相当 困难，而且模型运算的方法也较单一。对一个模型的运算 只能采用一种方法，否则将增加了系统的冗余量。 • (3) 模型中的重要组成部分，变量转换关系、约束条件不 能得到较好地表示。
3
• 决策支持系统是以模型为核心且由模 型驱动的。 • 起源 • 优缺点 • 系统表现形式
3.2 DSS的结构
1980年Sprague就提出了二库框架，被 认为是DSS的基本结构，图2.4所示。 系统分为数据管理子系统、模型管理 子系统、用户接口子系统三部分。数 据管理子系统包括数据库和相应管理 工具，数据库中包含有与实际问题相 用户 关的数据、模型参数数据等。 模型管理子系统含有财务、统计、管 用户接口 理科学等方面具有分析能力的模型和 模型管理系 数据管理系 统与模型库 统与数据库 模型库。另外，还有一个管理软件， 完成模型的新建、修改、删除、链接 图 2.4 Sprague 的二库框架 组成复合模型等功能。用户接口子系 统是DSS与用户之间的界面。通过这 个子系统，用户可以同系统通讯，向 系统发布命令。
(8) 推理模型。用于事故原因的推理分析、景物分析识别、分类等方 面的模型，如演绎推理模型、归纳推理模型、类比推理模型、文法分 析模型等。
(9) 拟实验模型。如博奕论、系统模拟法、库存模型、排队论、因素 分析法、灵敏度分析法等模型。这些模型可以用于市场预测、产品设 计、运输计划、设备更新、物资管理、分析企业活动过程等方面。
• DSS生成器
– 由DSS工具或软件工具开发，其目的是快速 而方便地开发专用DSS的能力。
• DSS工具
– 用于开发DSS的基础技术，开发专用DSS和 DSS生成器的基础软件或硬件单元。DSS工 具一般分为两部分：
• （1）语言类：提供一套开发语言。当开发具体 的决策支持系统时，开发者要自行设计总体结构， 确定语言部分，并用这些语言具体编写系统的各 个部分程序。 • (2 ) 外壳类。提供一个框架。开发者根据需求 添加内容。
, j=1,2 ,...,n , i=1,2 ,...,n
用数学式表示模型便于理解和交流，但是这种形式有时 不利于模型的重构和与知识推理混用。
• 宏命令表示法(语句表示法)