系统工程第三章系统模型与模型化
系统模型与系统建模方法
系统模型与系统建模方法在信息系统领域，系统模型是描述系统各个组成部分及其之间关系的抽象表示。
而系统建模方法是指使用一套规范化的方法论和技术，以图、表、图形界面等方式，对系统进行描述、分析和设计的过程。
系统模型和系统建模方法是系统工程学的重要核心内容，有助于理清系统内部结构和相互关系，为系统设计和优化提供指导。
一、系统模型系统模型是对系统进行概念化和抽象化的表示，它可以是一个图形、图表、符号等，以直观、简洁、形象的方式反映系统的实质内容和内部关系。
常用的系统模型包括输入-输出模型、流程图、数据流图等。
下面分别介绍几种常见的系统模型：1.输入-输出模型：这种模型通过输入和输出来表示系统的功能和性能特征。
输入是系统接受的外部信息，输出是系统对外部环境的作用反馈，通过对输入和输出的研究和分析，可以推导出系统的功能和性能。
这种模型适用于描述关注系统的外部特性，而对内部结构关注较少的情况。
2.流程图：流程图是一种图形化的方式，通过表示系统处理过程中各个阶段和活动之间的关系，来描述系统的内部流程和交互情况。
流程图通常包括起始节点、中间过程、决策节点和结束节点等，通过这些节点之间的连接和条件逻辑，可以清晰地表示系统的工作流程。
3.数据流图：数据流图是表示系统中数据传输和处理的一种模型，它通过用箭头和圆圈等符号表示数据的流动和处理过程来描述系统的信息流。
数据流图常常包括数据流、处理过程和数据存储等组成部分，通过不同部分之间的连接和传输关系，可以描述系统的数据传递和处理过程。
系统建模方法是系统工程学的核心方法论，它通过一套规范化的流程和技术，辅助工程师对系统进行描述、分析和设计。
系统建模方法通常包括以下几个方面：1.需求分析方法：需求分析是系统工程的第一步，它通过对用户需求的调查、采集和整理，明确系统的功能和性能需求，为系统的后续设计和实施提供指导。
需求分析的方法包括面谈、问卷调查、头脑风暴等，通过这些方法可以充分了解用户的需求，从而为系统设计提供合理的需求基础。
系统工程第三章系统建模方法
聚集性
节点倾向于形成紧密的集群或 社区。
鲁棒性与脆弱性
网络对随机攻击具有鲁棒性， 但对针对性攻击表现出脆弱性。
复杂网络的建模过程
确定网络节点与边 构建网络拓扑结构
分析网络特性 建立网络动态模型
识别系统中的实体作为节点，确定实体间的相互作用或关系作 为边。
根据节点和边的定义，构建网络的拓扑结构，包括节点的连接 关系和边的权重等。
目的
系统建模的主要目的是为了更好地理 解和分析系统的结构和行为，预测系 统的性能，以及为系统的优化设计和 控制提供决策支持。
系统建模的基本原则
准确性原则
模型应能准确地反映实际系统的本质特征和 主要行为。
可操作性原则
模型应具有可操作性和可计算性，以便进行 数值仿真和实验验证。
简明性原则
模型应尽可能地简单明了，避免不必要的复 杂性和冗余信息。
数据流图
使用数据流图描述系统中数据的流动和处理过程， 清晰地表达系统功能和数据之间的关系。
3
数据字典
对数据流图中的每个元素进行详细定义和描述， 形成数据字典，为系统分析和设计提供准确的数 据基础。
结构化设计方法
模块化设计
01
将系统划分为若干个功能模块，每个模块完成特定的功能，模
块之间通过接口进行通信。
多态是指允许使用父类类 型的指针或引用来引用子 类的对象，并可以在运行 时确定实际调用的子类对 象的方法。
面向对象的建模过程
识别对象
从问题领域中识别出实体和概念，将它们抽 象为对象。
定义类
根据对象的共同特征定义类，包括类的属性 和方法。
建立类之间的关系
通过继承、关联、聚合等方式建立类之间的 关系，形成类的层次结构。
系统工程导论 第三章 系统模型
第3章系统模型考生必做六件事1.记笔记2.下载课件3.及时复习课件和笔记4.落课的话及时看重播5.按时完成作业和随堂考6.记得给老师打分噢！《系统工程导论》第3章系统模型（重点）P61-P100第三章，大纲考核知识点和考核目标：（一）系统模型概述理解：模型的概念和分类、模型的构建3.1 系统模型概述P62-P66《系统工程导论》3.1.1模型的概念和分类（理解）P62-P641. 模型的概念模型：对现实世界某些属性的抽象。
而系统工程最常用的是数学模型，即分析模型。
Y=aX+bYX系统模型具有以下三个特征：（1）它是对现实世界部分的抽象或模仿。
（2）它由与分析问题有关的因素构成。
（3）它表明了有关因素间的相互关系。
3.1.1模型的概念和分类（理解）P62-P64在构造模型时，要兼顾它的现实性和易处理性。
3.1.1模型的概念和分类（理解）P62-P642. 模型的分类模型的分类图形与实物模型➢实物模型有城市规划模型和作战沙盘➢图形模型包括：1.不严格图：图画、草图、框图，没有严格的规定，用来表示那些还不太清楚的问题。
2.严格图：图论图、逻辑图、工程图。
有严格确定的结构形式和规范。
分析模型数学关系式表达变量间关系，应用在自然科学和工程技术仿真模型用“伪实验”预测行动的各种后果，实验对象不是真实世界而是仿真模型。
通常指计算机仿真。
3.1.1模型的概念和分类（理解）P62-P642. 模型的分类模型的分类博弈模型“人的行为导向”。
人的试验规则和计算机试验程序构成了博弈模型判断模型会议讨论，它的缺陷较多，影响处理问题的质量。
德尔菲法（专家调查法）。
3.1.1模型的概念和分类（理解）P62-P64例题单项选择题：系统工程人员常常用（）表示那些还不太清楚的问题，如描述效能原理、系统组态和宏观过程等。
A.框图B.图论图C.逻辑图D.工程图3.1.1模型的概念和分类（理解）P62-P64答案解析答案：A解析：P62图画、草图和框图为不严格图，即没有严格确定的规范，作图者常常需要附加文字说明。
计算机科学与技术专业课_系统工程导论(第三章p140)
系统工程导论(第三章)
17
其中，
1 aij = Si对Sj有影响
0
Si对Sj无影响
因为邻近矩阵是布尔矩阵，所以运算法则为： A、B都是( n * n )布尔矩阵，则A、B的逻辑和： A ∪ B = C
系统工程导论(第三章) 18
Cij = aij ∪ bij = max{ aij，bij }
即: aij 与 bij中最大的一个， 只要两个中有一个是1，Cij就是1； aij，bij全为0时， Cij为0。
系统工程导论(第三章) 21
邻接矩阵A的性质： ①邻接矩阵和系统结构模型一一对应，有了图，邻接 矩阵唯一确定了，反之亦然；
②邻接矩阵A转置后得出的矩阵AT，是结构模型所有 箭头反过来之后的图所对应的邻接矩阵；
系统工程导论(第三章)
22
③邻接矩阵中若有一列元素（如第i列）全是另， 则Si是系统的源点； 若有一行元素（如第k行）全是另， 则Si是系统的汇点； ④若从Si出发，经K段支路到达S，则Si与Sj之间 “长度”为K的通路存在。
作为厂长的工作需要，上图结构已经能满足，但对于 车间管理人员，这一结构是不能满足的，还需把车间中的 每个工段作为一个单独实体。
系统工程导论(第三章)
10
二.构模的基本步骤 ①明确构模的目的和要求； ②对系统进行一般语言描述； ③确定模型的结构； ④弄清系统中的主要因素及其相互关系； ⑤估计模型中的参数； ⑥实验研究； ⑦必要修改。
第三章
系统模型与仿真
第一节 系统模型 模型在系统工程中占有相当重要的地位，了解什么 是模型，模型的作用，模型的分类等，这些对于构造和 使用模型相当重要。
系统工程导论(第三章)
1
一.模型的定义 模型是实际系统的理想化的抽象化的或简化的一种 表示，描绘了现实世界的某些主要特点。
《系统工程》结构模型
•
25
西南交大物流学院
SWJTU
1.区域划分
• 系统要素Si的可达集R（Si） 、先行集A（Si） 、共同集C （Si） 之间的关系如图所示：
26
西南交大物流起始集B（S）和终止集E（S）。系统要素集合S的起始集是在S中 只影响（到达）其他要素而不受其他要素影响（不被其他要素到 达）的要素所构成的集合，记为B（S）。 B（S）中的要素在有 向图中只有箭线流出，而无箭线流入，是系统的输入要素。其定 义式为： B（S）= { Si | Si ∈S， C（Si）= A（Si）， i= 1，2，…，n } 如在于前有向图所对应的可达矩阵中， B（S）={S3，S7}。 当Si为S的起始集（终止集）要素时，相当于使前图中的阴影部分 C（Si）覆盖到了整个 A（Si）（ R（Si））区域。 这样，要区分系统要素集合S是否可分割，只要研究系统起始集B （S）中的要素及其可达集（或系统终止集E（Si）中的要素及其 先行集要素 ）能否分割（是否相对独立）就行了。
两两判断认为：S2影响S1，S3影响S4，S4影响S5，S7影 响S2，S4和S6相互影响。这样，该系统的基本结构可用 要素集合S和二元关系集合Rb来表达，其中： • S = {S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7}
Rb = {（S2，S1），（S3，S4），（S4，S5），
（S7，S2），（S4，S6），（S6，S4）}
（3）选择模型方法；
（4）确定模型结构； （5）估计模型参数； （6）对模型进行实验研究； （7）对模型进行必要修正。
8
西南交大物流学院
SWJTU
二.解释结构模型（ISM）
（一）系统结构模型化基础
1.概念
结构→结构模型→结构模型化→结构分析
《系统工程》系统模型与模型化
作用2：模型提供了脱离具体内容的逻辑演绎和计算的 基础，这会导致对科学规律、理论、原理的发现。
作用3：利用模型可以进行“思想”试验。
总之，模型研究具有经济、方便、快捷和可重复的特 点。
3.1 系统模型与模型化概述—模型化的本质、作用及地位（2）
模型的概念：模型是现实系统的理想化抽象或简洁表示，描 绘了现实系统的某些主要特点，是为了客观地研究系统而发 展起来的。
构建模型时，要兼顾现实性和易处理性。考虑到现实性，模 型必须包含现实系统的主要因素；考虑到易处理性，模型要 采取理想化的办法，即合理简化。
3.1 系统模型与模型化概述—模型与模型化的定义（2）
系统模型是一个系统某一方面本质属性的描述，它以 某种确定的形式（如：文字、符号、图表、数学公式 等）提供关于该系统的知识。
注：对同一个系统根据不同的研究目的，可以建立 不同的系统模型；另一方面，同一种模型也可以代 表多个系统。例如：y = k x ( k为常数 )
几何上：代表一条通过原点的直线 代数上：代表比例关系 设 k = 2π ， x 代表直径，则 y 表示圆周长 设k 表示弹性刚度， x 表示伸长量，则 y 表示弹簧力大小 设 k = a 表示加速度， x = m 代表质量，则 y 表示物体所受外力的大小
3.1 系统模型与模型化概述—模型的分类（1）
系统种类繁多，作为系统的描述—系统模型的种类也是很多的。 系统模型的第一种分类方法分为物理模型、文字模型、数学模 型三大类。
系统模型
物理模型
文字模型
数学模型
现实 比 相 实体 例 似 系模 模 模 统型 型 型
网 图 逻解 络 表 辑析 模 模 模模 型 型 型型
第3章 SM模型化解析
课程名称系统工程计划学时 2授课章节第三章系统模型和模型化（1）教学目的和要求：在本讲中，使学生了解系统模型和模型化的概念，建模的基本步骤和方法。
教学基本内容：1.系统模型的概念2.系统模型的分类3.系统模型化的基本步骤4.系统模型化的基本方法教学重点和难点：系统模型化的概念系统模型化的基本方法授课方式、方法和手段：多媒体教学为主，结合板书，同时加以作业和答疑作业与思考题：1.系统模型的概念2.系统模型化的基本步骤1第三章系统模型与模型化第一节系统模型与模型化概述一、系统模型的定义系统模型是一个系统某一方面本质属性的描述，它以某种确定的形式提供关于该系统的知识。
模型的特征：（1）是现实世界部分的抽象或模仿；（2）反映了系统本质或特征的主要因素构成；（3）集中体现了主要因素之间的关系。
模型化就是为了描述系统的构成和行为，对实体系统的各种因素进行适当筛选后，用一定方式（数学、图像等）表达系统实体的方法。
二、模型化的本质、作用及地位（见下图）1.本质：利用模型与原型之间某方面的相似关系，在研究过程中用模型来代替原型，通过对于模型的研究得到关于原型的一些信息。
2.作用：①模型本身是人们对客体系统一定程度研究结果的表达。
这种表达是简洁的、形式化的。
②模型提供了脱离具体内容的逻辑演绎和计算的基础，这会导致对科学规律、理论、原理的发现。
③利用模型可以进行“思想”试验。
3.地位：模型的本质决定了它的作用的局限性。
它不能代替以客观系统内容的研究，只有在和对客体系统相配合时，模型的作用才能充分发挥。
三、系统模型的分类2四、构造模型的一般原则1.建立方框图2.考虑信息相关性3.考虑准确性4.考虑结集性五、建模的基本步骤①明确建模的目的和要求。
以便使模型满足实际要求，不致产生太大偏差；②对系统进行一般语言描述。
因为系统的语言描述是进一步确定模型结构的基础；③弄清系统中的主要因素（变量）及其相互关系（结构关系和函数关系）。
系统工程答案
第三章 系统模型与模型化21. 给定描述系统基本结构的有向图，如图3-16a 、b 所示。
要求：（1）写出系统要素集合S 及S 上的二元关系集合Rb 。
（2）建立邻接矩阵A 、可达矩阵M 及缩减矩阵M ’。
解：ａ）(1) 51234{S ,,,,}S S S S S =55551212334234{(S ,),(,),(,),(,),(,),(,),(,S )}b R S S S S S S S S S S S S =（2）0100100100000100000001110A ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦= 1100101100001100001001111A I ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥+=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦231111101110()()001100001001110A I A I M ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥+==+=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦具有强连接要素用一个要素来代替得'M M =b) (1) {1,2,3,4,5,6}S ={(1,3),(1,5),(2,4),(4,2),(4,6),(5,2),(5,1)}b R =2S 34Sa)b)图3-16 题21图(2)001010000100000000010001110000000000A⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦101010010100001000010101110010000001A I⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥+=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦2111010010101001000()010101111110000001A I⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥+=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦3411111111111001000()()0000001010101010111A I A I M⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥+==+=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦11110101'00100001M⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦22. 请依据图3-171P9解：V表示行要素直接影响列要素，A表示列要素直接影响行要素，X表示行列两要素相互影响。
《系统工程》第三章系统模型与模型化知识点
第三章系统模型与模型化1、模型是实现系统的理想化抽象或简洁表示，描绘了现实系统的某些主要特点，是为了客观地研究系统而发展起来的。
模型的三个特点：（1）它是现实世界部分的抽象或模仿（2）它是由那些与分析的问题有关的因素构成的（3）它表明了有关因素间的互相关系2、模型的作用与地位 P36作用：（1）模型本身是人们对客体系统一定程度研究结果的表达。
这种表达是简洁的、形式化的。
（2）模型提供了脱离具体内容的逻辑演绎和计算的基础，这会导致对科学规律、理论、原理的发现。
（3）利用模型可以进行“思想”试验。
3、模型的分类P364、构造模型的一般原则书P37：（1）建立方框图（2）考虑信息相关性（3）考虑准确性（4）考虑集结性课件：1.现实性 2.简洁性 3.适应性 4.强壮性5、建模的基本步骤P38（1）明确建模的目的和要求，以便使模型满足实际要求，不致产生太大偏差。
（2）对系统进行一般语言描述。
（3）弄清系统中的主要因素（变量）及其相互关系（结构关系和函数关系），以便使模型准确地表示现实系统。
（4）确定模型的结构（5）估计模型的参数（6）实验研究（7）必要修改课件：1.形成问题 2.选定变量 3.变量关系的确定4.确定模型的数学结构及参数辨识5.模型真实性检验6、模型的简化方法 P40（1）减少变量，减去次要变量（2）改变变量性质（3）合并变量（集结）（4）改变函数关系（5）改变约束条件7、系统结构模型化------计算题P41-54结构模型是定性表示系统构成要素以及它们之间存在着的本质上相互依赖，相互制约和关联情况的模型。
邻接矩阵（A）是表示系统要素间基本二元关系或直接联系情况的方阵。
邻接矩阵A的元素a ij可以定义如下：a ij= 1 S i R S j R表示S i与S j有关系0 S i R S j R表示S i与S j没关系可达矩阵R是指用矩阵形式来描述有向连接图各节点之间，经过一定长度的通路后可以到达的程度。
系统工程(3.1)--系统模型与模型化—解释结构模型
“要素对 (Si,Sj) 是否属于 S 上的二元关系集合 Rb” 。
• 系统结构模型化技术是以各种创造性技术为基础的系统 整体结构的决定技术。它们通过探寻系统构成要素、定 义要素间关联的意义、给出要素间以二元关系为基础的 具体关系，并且将其整理成图、矩阵等较为直观、易于 理解和便于处理的形式，逐步建立起复杂系统的结构模 型。
• 常用的系统结构模型化技术有：关联树法、解释结构模 型化技术、系统动力学等，其中解释结构模型 (ISM) 技 术是最基本和最具特色的系统结构模型化技术。
是一种以定性分析为主的模型，可以分析系统的要素选择 得 是 否 合 理 ，还可以分析系 统 要 素 及 其 相 互 关 系 变 化 时 对系统总体的影响等问题。
二、解释结构模型（ ISM)
ISM 是结构化模型技术的一种方法 1. 背景：美国 J. 华费尔特教授于 1973 年在进行复
杂的社会经济系统的研究中开发的一种方法。 2. 其特点是把复杂的系统分解为若干子系统（要
系统结构模型化技术
系统结构的基本表达方式
1 系统结构的集合表达 设系统由 n （ n>=2 ）个要素 (s1,s2,…sn) 组成，其集合
为 S, 则： S={s1,s2,…sn} 系统要素的二元关系
Rij=(Si,Sj) Rij 通常有影响关系、因果关系、包含关系、隶属关系以及各种
素），利用人们的实践经验和知识，以及电子计 算机的帮助，最终将系统构造成一个多级递阶的 结构模型。
第三讲 系统工程模型和模型化
建模的主要方法
1.推理法 （1）对象：比较简单的白箱系统； （2）方法：利用自然科学的各种定理、定律（如物理、化 学、数学、电学的定理、定律）和社会科学的各种规 律（如经济规律），经过一定的分析和推理，可以得 到S的数学模型。 生产优化安排的数学模型 某化工厂生产A、B两种产品，已知：生产A产品一公斤 需耗煤9T，电力4000度和3个劳动日，可获利700元；生产B 产品一公斤需耗煤4T，电力5000度和10个劳动日,可获利 1200元。因条件限制，这个厂只能得到煤360T，电力20万 度和劳动力300个，问：如何安排生产（即生产A、B产品各 多少？）才能获利最多，请建立解决此问题的数学模型。
• 尽量使用标准模型 在建立一个实际系统的模型 时，应该首先大量调阅模型库中的标准模型，如 果其中某些可供借鉴，不妨先试用一下。如能满 足要求，就应该使用标准模型，或者尽可能向标 准模型靠拢。这样有利于比较分析，有利于 节省 费用和时间
建模的主要方法
针对不同的系统对象，可用以下方法建造系统的数学模型：
建模的主要方法
设生产A、B产品各为x1，x2公斤，则此问题变为求x1，x2 满足下列条件:
9 x1+4 x2 ≦360 4 x1+5 x2 ≦200 3 x1+10 x2 ≦300
(1)
x1≧0, x2≧0
使得总获利最大： max 7 x1+12 x2
(2)
显然(1)为约束条件，(2)为目标函数，这是一个典型的 线性规划模型。
4. 系统建模方法
• 系统模型的要求 • 建模的原则
• 建模的主要方法
系统模型的要求
• 真实性 要求建立的模型能够很好地反映系统 的客观实际，应把系统本质特征和关系反映进 去，而把非本质的东西去掉，但又不影响反映 本质的真实程度。也就是说，系统模型应有足 够的精度，以保证它的真实性。精度要求不仅 与研究对象有关，而且与所处的时间、状态和 条件有关。因此，为满足真实性要求，对同一 对象在不同情况下可以提出不同的精度要求。
(完整版)系统工程第四版习题解答
系统工程第四版习题解答第三章系统模型与模型化21. 给定描绘系统基本构造的有向图，如图3-16a、 b 所示。
要求：（1）写出系统因素会合及上的二元关系会合。
（2）成立毗邻矩阵、可达矩阵及减少矩阵。
解：（ 2） 3-16a：规范方法：0 1 0 0 1 1 1 1 1 10 0 1 0 0 0 1 1 1 0A 0 0 0 1 0 ， M 0 0 1 1 0 ， M M0 0 0 0 0 0 0 0 1 00 1 1 1 0 0 1 1 1 1①地区区分R(S i ) A(S i ) C (S i ) E( S i )1 1，2， 3， 4， 5 1 12 2， 3， 4 1， 2， 5 23 3，4 1，2， 3，5 34 4 1， 2， 3， 4，5 4 45 2，3， 4， 5 1， 5 5所以系统没法区分为两个或两个以上互相独立的地区，即(S)P {1,2,3,4,5} 。
1 2 3 4 51 1 1 1 1 12 0 1 1 1 0M (P)30 0 1 1 04 0 0 0 1 05 0 1 1 1 1②级位区分因素会合R( S i ) A(S i ) C (S i ) E(S i ) (P2 )1 1,2,3,4,5 1 12 2,3,4 1,2,5 2P L0 3 3,4 1,2,3,5 3 L1 { 4}4 4 1,2,3,4,5 4 45 2,3,4,5 1,5 51 1,2,3,5 1 1P L0 L1 2 2,3 1,2,5 2L2 { 3} 3 3 1,2,3,5 3 35 2,3,5 1,5 51 1,2,5 1 1P L0 L1 L2 2 2 1,2,5 2 2 L3 { 2}5 2,5 1,5 5P L0 L1 L2 1 1,5 1 1L4 { 5} L3 5 5 1,5 5 5P L0 L1 L21 1 1 1 1 L5 {1} L3 L4(P) L1 , L2 , L3 , L4 , L5 { 4}, {3}, { 2}, { 5}, {1}4 3 25 1L1 4 1 0 0 0 0M (L) L2 3 1 1 0 0 0 L3 2 1 1 1 0 0 L4 5 1 1 1 1 0 L5 1 1 1 1 1 1③提取骨架矩阵4 3 25 1L1 4 1 0 0 0 0M ( L ) L2 3 1 1 0 0 0L3 2 0 1 1 0 0L4 5 0 0 1 1 0L5 1 0 0 0 1 14 3 25 1L1 4 0 0 0 0 0A M (L ) I L2 3 1 0 0 0 0 L3 2 0 1 0 0 0 L4 5 0 0 1 0 0 L5 1 0 0 0 1 0④绘制多级递阶有向图43251 适用方法：1 2 3 4 51 1 1 1 1 1减少矩阵 M M 2 0 1 1 1 03 0 0 1 1 04 0 0 0 1 05 0 1 1 1 1 4 3 2 5 1L1 4 1 0 0 0 0L2 3 1 1 0 0 0 M ( L)2 1 1 1 0 0L3L 4 5 1 1 1 1 0L5 1 1 1 1 1 1432513-16b：规范方法：第一级第二级第三级第四级第五级第一级第二级第三级第四级第五级0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 A1 0 0 0 1 ， M1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 1①地区区分R(S i )A(S i )C (S i )E( S i )1 1,2,3,4,5,6 1,5 1,52 2,4,6 1,2,4,5 2,43 3 1,3,5 3 34 2,4,6 1,2,4,5 2,4 5 1,2,3,4,5,61,5 1,5 661,2,4,5,666A( S 3 ) A(S 6 ) {1,3,5}{ 1,2,4,5,6} {1,5}所以系统没法区分为两个或两个以上互相独立的地区，即(S)P {1,2,3,4,5,6} 。
系统工程(3.2)--系统模型与模型化—解释结构模型习题
2,3,5
P L0 L1 L2
1 2
1,2,5 2
5
2,5
P L0 L1 L2
1
1,5
L3
5
5
P L0 L1 L2
1
1
L3 L4
A(Si )
1 1,2,5 1,2,3,5 1,2,3,4,5 1,5
1 1,2,5 1,2,3,5 1,5
1 1,2,5 1,5
1
1,5
1
(P) L1, L2 , L3 , L4 , L5 {4},{3},{2},{5},{1}
8 0 0 0 0 0 0 0 1 1
9 0 0 0 0 0 0 0 0 1
9814 6 2 357
9 1 0 0 0 0 0 0 0 0
8 1 1 0 0 0 0 0 0 0
1 1 1 1 0 0 0 0 0 0
4 M (L) 6
1 1
1 1
0 0
1 0
0 1
0 0
0 0
0 0
0 0
2 1 1 0 1 0 1 0 0 0
第三章 系统模型与模型化—解释结构模型
一、简答 1.简 述 模 型 化 的 作 用 答：① 模型本身是人们对客观系统一定程度研究结果的表达。这种表达是简
洁的、形式化的。 ② 模型提供了脱离具体内容的逻辑演绎和计算的基础，这会导致对科
学规律、理论、原理的发现。 ③ 利用模型可以进行“思想”试验。 总之，模型研究具有经济、方便、快速和可重复的特点，它使得人们可
③提取骨架矩阵
C(Si )
2 4 4
C(Si )
1 3，6
5 3，6
7 1 3，6 3，6 7 1
E(Si )
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（二）ISM实用化方法
设定 问题 、形 成意 识模
型
找出 影响 要素
要素 关系 分析 （关 系图
）
建立可 达矩阵 (M)和缩
减 矩阵 （M/）
矩阵 层次 化处
理 (ML/)
绘制 多级 递阶 有向
图
建立 解释 结构 模型
分析 报告
比较/ F 学习
试验； ➢ 经过了分析人员对客体的抽象，因而必须再拿到
现实中去检验。
概述
2.模型的分类与模型化的基本方法
模型的分类：
A——概念模型A1（思维或意识模型A11; 字句模型
A12; 描述模型A13）
符号模型A2（图表模型A21;数学模型A22） 仿真模型A3 形象模型A4（物理模型A41;图像模型A42） 类比模型A5
……
二.解释结构模型（ISM）
（一）系统结构模型化基础
1.概念
结构→结构模型→结构模型化→结构分析
2.系统结构表达及分析方法 理解系统结构的概念（构成系统诸要素间的
关联方式或关系）及其有向图（节点与有向弧） 和矩阵（可达矩阵等）这两种常用的表达方式。
系统结构的基本表达方式
系统结构的基本表达方式
➢ ISM的实施：一般来说，需要三种角色的人员 参加，即掌握建模方法的专家、协调人和参与 者。
方法
协
参
技术
调
与
专家
人
者
（四） ISM的实施及应用
➢ 应用实例：讨论人口控制综合策略问题
经小组讨论得出影响人口增长的诸多因素：
(1)社会保障
(8)社会思想习惯
(2)老年服务
(9)营养水平
(3)生育欲望
(10)污染
初步分析
规范分析
综合分析
图2 ISM实用化方法原理图
（二）ISM实用化方法
（二）ISM实用化方法
（二）ISM实用化方法
（二）ISM实用化方法
Байду номын сангаас
（二）ISM实用化方法
（二）ISM实用化方法
（三）ISM规范化方法
（三）ISM规范化方法
（三）ISM规范化方法
（三）ISM规范化方法
（三）ISM规范化方法
3 系统模型与模型化
概述 解释结构模型（ISM） 状态空间模型（SSM）
一.概述
1.基本概念及意义
模型——对现实系统抽象表达的结果。 应能反映（抽象或模仿）出系统 某个方面的组成部分（要素） 及其相互关系。
概述
模型化——构建系统模型的过程及方法。 要注意兼顾到现实性和易处理性。
意义及特点： ➢ 对系统问题进行规范研究的基础和标志； ➢ 经济、方便、快速、可重复，“思想”或“政策”
概述
5.模型的简化
（1）减少变量； （2）改变变量性质 ； （3）合并变量； （4）改变函数关系； （5）改变约束条件。
几种典型的系统模型
1. ISM（Interpretative Structural Modeling） 2. SS （State Space） 3. SD （System Dynamics） 4. CA （Conflict Analysis）
概述——模型的分类与模型化的基本方法
B——分析模型B1[通常用数学关系式表达]
仿真模型B2[主要基于“计算机导向”] 博弈模型B3[主要基于“人的行为导向”] 判断模型B4[基于专家调查的判断]
C——结构模型C1
数学模型C2 仿真模型C3
概述——模型的分类与模型化的基本方法
D——实体模型D1（实物模型D11;模拟模型D12）
(4)平均寿命
(11)国民收入
(5)医疗保健水平 (12)出生率
(6)生育能力
(13)死亡率
(7)计划生育政策 (14)总人口
（四） ISM的实施及应用
通过小组成员的经验分析，并经过多次小组讨论，确 定各因素间的关系：
S14
S12
S13
S3
S6 S7
S4
S1
S2
S8
S11
S5
S10
S9
（四） ISM的实施及应用
概述
3.建模的一般原则
（1）建立方框图； （2）考虑信息相关性 ； （3）考虑准确性； （4）考虑结集性。
概述
4.建模的基本步骤
（1）明确建模目的和要求； （2）弄清系统或子系统中的主要因素及其相互关系 ； （3）选择模型方法； （4）确定模型结构； （5）估计模型参数； （6）模型试运行； （7）对模型进行实验研究； （8）对模型进行必要修正。
由此建立可达矩阵，再进行划分，建立结构模型如下 图所示：
总人口
出生率
生育欲望
老年 服务
●
社会 保障
●
●
生育 能力
死亡率
计生 政策
平均 寿命
社会 思想 习惯
●
国民 收入
●
●
保污营 健染养
（四） ISM的实施及应用
➢ ISM的缺陷
推移律的假定可能会影响分析的正确性；
（通过可达矩阵来）确定系统各要素间逻辑关系的确 定，依赖人们的经验；
系统结构的基本表达方式
系统结构的基本表达方式
系统结构的基本表达方式
系统结构的基本表达方式
系统结构的基本表达方式
系统结构的基本表达方式
系统结构的基本表达方式
系统结构的基本表达方式
系统结构的基本表达方式
系统结构的基本表达方式
系统结构模型化基础
比较有代表性的系统结构分析方法有：关 联树（如问题树、目标树、决策树）法、解释 结构模型化（ISM）方法、系统动力学（SD） 结构模型化方法等。
1 5
（三）ISM规范化方法
（三）ISM规范化方法
（三）ISM规范化方法
（三）ISM规范化方法
（三）ISM规范化方法
（三）ISM规范化方法
（三）ISM规范化方法
（三）ISM规范化方法
（三）ISM规范化方法
（三）ISM规范化方法
（三）ISM规范化方法
（三）ISM规范化方法
（四） ISM的实施及应用
实施ISM的三种人员，也会影响方法的应用效果。
三. 状态空间模型（ SSM ）
（数学）模型建模概论
机理法建模 （人口预测模型） 拟合法建模 两类系统及其相应状态空间系统方程 离散系统 连续系统
抽象模型或符号模型D2（数学模型D21;
结构模型D22； 仿真模型D23; ……）
概述——模型的分类与模型化的基本方法
模型化的基本方法： ❖ 机理法或分析方法（A22,B1,B3,C2,D21） ❖ 实验方法：拟合法——“理论”导向
经验法——“数据”导向 （A22,B1,C2,D21） 模拟法——“计算机”或“实物”导向 （A3,A4,B2,C3,D1,D23） ❖ 专家法或老手法（A21,B4,C1,D22） ❖ ……