第二次作业《解释结构模型应用》讲解--实用.doc

大连海事大学

实验报告

《系统工程》

2014～ 2015 学年第一学期

实验名称：基于解释模型在大学生睡眠质量问题的研究学号姓名：马洁茹姚有琳

指导教师：贾红雨

报告时间：2014年9月24日

《系统工程》课程上机实验要求

实验一解释结构模型在大学生睡眠质量问题中的研究

实验名称：基于MATLAB软件或 C/Java/ 其他语言 ISM 算法程序设计( 一)实验目的

系统工程课程介绍了系统结构建模与分析方法——解释结构模型法（Inter pretative Structural Modeling· ISM）是现代系统工程中广泛应用的一种分析方法，能够利用系统要素之间已知的零乱关系，用于分析复杂系统要素间关联

结构，揭示出系统内部结构。 ISM方法具有在矩阵的基础上再进一步运算、推导

来解释系统结构的特点，对于高维多阶矩阵的运算依靠手工运算速度慢、易错，甚至几乎不可能。

本次实验的目的是应用计算机应用软件或者是基于某种语言的程序设计快速

实现解释结构模型 (ISM) 方法的算法，使学生对系统工程解决社会经济等复杂

性、系统性问题需要计算机的支持获得深刻的理解。学会运用 ISM分析实际问题。( 二)实验要求与内容：

1.问题的选择

根据对解释结构模型 ISM 知识的掌握，以及参考所给的教学案例论文，决定选择与我们生活有关的——大学生睡眠质量问题。

2．问题背景

睡眠与我们的生活息息相关，当每天的身体机制在不断运行的过程中身体负荷不断变大，到了夜间就需要休息。但是同一寝室的同学大多休息

时段不同，有些习惯早睡，有些会由于许多原因晚睡。有些睡眠较沉不会

轻易被打扰，有些睡眠较轻容易被鼾声或者其他声响惊醒。学习得知，解

释系统模型是通过对表面分离、凌乱关系的研究，揭示系统内部结构的方

法。因此，我想尝试通过解释模型来对该问题进行研究分析。

3. 用画框图的形式画出ISM的建模步骤。

第一步：找出主要

因素，判断各因素

间直接（相邻）的

关系

第二步：考虑因果

等关系的传递性，

建立可达矩阵

第三步：保留可达

矩阵的主要代表因

素，建立缩减矩阵

第四步：缩减矩阵

的层次化处理

第五步：做出多层

递阶的有向图

第六步：建立解释

结构模型

( 三)问题背景描述

1.用文字说明问题背景；

睡眠与觉醒是人体中枢神经系统中的一种主动节律性活动 , 被形象化地称为人体的生物钟。大学生的睡眠问题与许多因素有

关，诸如：身体健康状况、学习和就业压力、经济来源担忧程度、

恋爱问题、睡眠环境以及睡眠规律性等因素都在影响大学生睡眠

质量。睡眠不佳时，白天可能会出现情绪低落、身体功能（体力

或精神、记忆力、注意力等）受影响、学习效率低下等情况。因

此大学生存在不同程度的睡眠质量问题，高校欲改善大学生睡眠

状况，应该把开展相应的心理、睡眠咨询，引导大学生养成良好

的睡眠习惯，鼓励大学生坚持体育锻炼、增强体质等工作。

以下摘取自中国知网上某高校老师对该问题的调研究：

对象随机化选取 ,x2 检验被用于数据分析 . 结果 1 000 名年龄在18～22 岁的大学生接受调查, 获得有效问卷937份(93.7 ％),男

生255 人(27.2 ％), 女生682 人(72.8 ％) ；大一学生598 人(63.

8％), 大二学生250 人(26.7 ％), 大三学生89 人(9.5 ％ ) ；睡眠

“不

充分”或“很不充分” 的占 29.45 ％, 每天睡眠在 6h 以下的占 15.

8％ , 夜晚 10 点钟以前能开始睡觉的仅占 6.8 ％；影响睡眠质量的因

素中“室友晚睡 , 动静大 , 灯光亮”占 36.9 ％、“压力大 , 过于焦

虑”占 25.3 ％；白天犯困的占 48.7 ％、学习效率降低的占 16.8 ％；

希望学校能够开展健康教育占 78.2 ％；男女生在绝大多数睡眠相关问

题方面差异均有统计学意义；不同年级大学生在一些健康问题方面也

存在显著性意义。

睡眠情况是影响大学生健康相关行为中非常重要的一类 . 睡眠质量的好坏对大学生的身心健康、学习能力、控制负向情绪与社会适应

方面起着非常关键的作用。

( 四) 实验步骤

1.分析影响因素

学生睡眠的质量问题及其相互之间的影响

编号原因描述深层原因

S1地域原因，不适应作息时间8,9

S2学习方面压力过大 3

S3 学习效率低下，兴趣不高5,7,10

S4 睡眠环境的安静程度 1

S5 人际关系紧张导致焦虑 6

S6 经济问题影响 1

S7 恋爱问题影响3，6,9

S8 健康状况 1

S9 性别因素（男女生理和心理情况不一）8

S10 就业、社团事务方等面的影响11

S11 玩手机、上网导致晚睡5,6,10 画出系统初始有向图：

S6

S4

S1S7

S8S9S3

S2

S10S5

S11

2．构造邻接矩阵

0 0 0 0 0 0 0 1 1 00

0 0 1 0 0 0 0 0 0 00

0 0 0 0 1 0 1 0 0 10

1 0 0 0 0 0 0 0 0 00

0 0 0 0 0 1 0 0 0 00

S= 1 0 0 0 0 0 0 0 0 00

0 0 1 0 0 1 0 0 1 00

1 0 0 0 0 0 0 0 0 00

0 0 0 0 0 0 0 1 0 00

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

0 0 0 0 1 1 0 0 0 10

3.求出可达矩阵（程序见附加）

4.可达集、先行集、起始集、共同级列表

Si R（si ）A（si ）C（ si ）B（si ）

1 1,8,9 全部 1 1

2 1,3,5,6,7,8,

9,10,11

31,3,5,6,7,8,2,3,73,7