科技大学系统工程学科三十余年发展-王红卫

从决策方法、决策支持到复杂系统工程—华中科技大学系统工程学科三十余年发展2012年10月王红卫教授汇报提纲1、学科历史沿革2、决策理论与方法3、决策支持与决策支持系统4、复杂系统工程1、学科历史沿革—学科建立1978年，陈珽先生等老一辈学者建立了华中科技大学系统工程专业，是国内最早成立系统工程专业的单位之一在国内首批招收系统工程硕士研究生20余人全国首批硕士学位和博士学位授予学科点，并设有博士后流动站学科建立1、学科历史沿革—学科发展1988年，系统工程研究所成立1994年，系统工程学科被批准为湖北省重点学科2000年，成功申报系统科学理学博士点，是国内高校中最早具有系统科学理学与系统工程工学两个博士点的单位2002年，被评为国家级重点学科学科发展陈珽费奇多类型动员预案发展历程国家科技进步二等奖主攻方向决策与优化以水电系统作为主要研究对象主攻方向决策理论与方法、决策支持以社会经济与大型工程系统为主要研究对象系统科学理论系统分析与集成理学博士点授予权主攻方向复杂系统应用研究复杂系统理论研究复杂系统的动力学行为分析扩展群集行为的分析与控制水资源系统为中心的复杂工程系统扩展以应急决策系统为主的复杂社会系统985工程二期项目“基于网格的高性能计算与复杂系统仿真平台国家发改委“国家国民经济动员仿真演练研究中心”平台建设211工程三期项目“复杂系统信息处理、控制与决策”系统工程专业建立197819882007200320122001系统工程国家重点学科控制科学与工程国家一级重点学科1、学科历史沿革—学科发展水电部科技进步一等奖系统工程研究对象特点人+控制系统1、学科历史沿革—学科方向凝练决策很重要催生研究对象—各类系统环境系统企业系统教育系统社会系统科技系统经济系统…建模与仿真决策科学运筹学控制论对学科的理解—开始阶段1、学科历史沿革—学科方向凝练决策理论和方法催生研究对象—各类系统环境系统企业系统教育系统社会系统科技系统经济系统…建模与仿真决策科学运筹学控制论对学科的理解—决策支持及系统网络信息技术信息检测信息处理信息管理信息共享决策支持与决策支持系统1、学科历史沿革—学科方向凝练理论研究复杂系统复杂系统动力学行为分析、优化与决策应用研究动态性多主体性涌现性复杂系统共性问题工程系统社会系统真实复杂系统自然系统对学科的理解—复杂系统工程1、学科历史沿革—学科方向凝练汇报提纲1、学科历史沿革2、决策理论与方法3、决策支持与决策支持系统4、复杂系统工程2决策理论与方法【背景及特色】社会经济系统存在大量的多目标群决策、不确定性决策问题，同时由于多主体自利性而产生博弈和冲突问题，围绕社会经济系统中的控制与决策问题，研究和探讨相关的理论、方法和应用，可为决策者选择最优或满意的系统方案提供支持个人决策随机、模糊、灰色等决策个体理性及方案优化多目标决策多人单向决策（无利益冲突）双向双边决策（有利益冲突）行为决策多向多边决策群体理性与决策民主化决策的认知性与复杂性个人谋略与机制设计委员会决策与社会选择协商/谈判/仲裁（地位平等）演化博弈与计算社会选择描述性决策信息的不确定、不完全与不对称；行为的完全理性、有限理性及非理性；环境的动态与随机主从博弈及拍卖（地位不平等）2决策理论与方法-内容体系【内容体系】冲突分析与博弈群决策与社会选择不确定性决策及多目标决策2决策理论与方法-研究工作协商谈判及拍卖机制工作演进提出了多目标决策问题的对话式求解及敏感性分析方法，研究了信息不确定条件下决策者偏好和愿望的表达理论创新提出了Stackelberg主从博弈的仿射型诱导策略的的求解方法，并用隐函数法设计连续诱导策略设计了Bayesian-Nash激励相容机制，给出事间与事后理性的鲁棒协商机制的设计方法提出了激励相容表决程序的防操纵性判据，建立了防操纵性社会选择规则设计的基本准则2决策理论与方法-研究成果陈珽，决策分析，北京：科学出版社，1987陈珽先生潜心研究决策理论，编著的《决策分析》是国内最早系统地介绍此学科方向的学术专著，影响了几代人在该领域的研究。2决策理论与方法-研究成果1987年陈琳教授发表在ManagementScience上的有关教育规划方面论文是第一篇中国大陆学者在该杂志发表的研究论文2决策理论与方法-研究成果1996年罗云峰教授在经济学领域的顶级杂志JournalofEconomicTheory发表上有关社会选择理论的研究论文2决策理论与方法-研究成果水电部重点科研项目《河流最优开发的研究》，为河流开发提供了理论依据，获水电部科技进步一等奖（1988）成果“三峡工程经济评价研究”获国家科委科技进步一等奖(1992)，为三峡工程建设的科学决策提供了有效支持汇报提纲1、学科历史沿革2、决策理论与方法3、决策支持与决策支持系统4、复杂系统工程DSS产生只能帮助管理者对信息作表面上的组织和管理，而不能把信息的内在规律更深刻地挖掘出来为管理决策服务。面对复杂问题时，难以实现模型的组合和交互，辅助决策的有效性降低。2决策支持与决策支持系统-产生背景【电子数据处理与管理信息系统】【管理科学/运筹学】可以针对管理者面临的半结构化和非结构化决策问题，综合利用大量数据，有机组合众多模型，通过人机交互，辅助各级管理者实现科学决策2决策支持与决策支持系统-内容体系【内容体系】集中式决策支持系统模型管理建模支持信息管理分布式、多人决策支持系统分布式决策支持组织决策支持与MAS基于Web决策支持基于网格决策支持模式内容应用领域宏观经济分析教育规划决策大型水利工程矿产资源管理与决策其它领域定性与定量相结合的综合集成研讨厅分布式决策支持建模支持与模型管理组织决策支持工作演进提出了基于框架和算子的建模支持和模型表示方法提出了解释结构建模算法和可变系统结构建模方法理论贡献定性与定量相结合的综合集成框架及研讨厅采用D-S信度来描述模型的不确定性，构造了用于模型选择的评价函数，设计了分布式环境下模型聚结与选择的黑板结构模型建立了基于MAS的组织决策的过程模型，提出了基于agent的交互性和社会性的组织模型及组织协作和冲突消解策略通过Web、网格环境下的网络环境构造了分布式式组织决策的模型管理与资源调度平台2决策支持与决策支持系统-研究工作2决策理论与方法-成果应用大型水电工程：将建模模型与决策支持的理论方法运用到三峡工程管理实践中，建立了三峡工程散装水泥/粉煤灰实时调度指挥系统，在三峡工程的建设中发挥了重要作用轨道交通工程：将建模支持和决策的理论和方法应用于数字轨道工程建设管理，建立了数字轨道工程集成建设控制系统，在武汉地铁建设过程中发挥了重要作用宏观经济分析与决策：采用定性与定量相结合的综合集成框架及研讨厅体系，设计和开发了宏观经济智能决策支持系统MEIDSS，对宏观经济进行预测、监测、建模分析及评价，支持国家宏观经济管理的优化决策【应用领域】三峡工程散装水泥/粉煤灰实时调度指挥系统，2000年获国家科技进步二等奖2决策支持与决策支持系统-应用成果数字轨道交通工程集成建设关键技术及应用，2006年获国家科技进步二等奖2决策支持与决策支持系统-应用成果汇报提纲1、学科历史沿革2、决策理论与方法3、决策支持与决策支持系统4、复杂系统工程理论研究复杂系统复杂系统动力学行为分析、优化与决策应用研究动态性多主体性涌现性复杂系统共性问题工程系统社会系统真实复杂系统自然系统4、复杂系统工程—学科方向【问题背景】复杂系统的模型与行为的研究是从20世纪末以来出现的科学研究的新热点，除稳定性之外，复杂系统还有许多其他丰富的动态特性时间状态指数稳定性周期性分叉时间状态参数状态94.1复杂系统的动力学行为分析【主要成果1】：复杂系统的稳定性系统地建立了非线性随机系统的新颖的拟单调流方法；提出了复杂系统稳定性的拟合比较逼近方法。Xi(t)拟合函数（1）拟合函数（2）4.1复杂系统的动力学行为分析【意义】：无需Lyapunov函数V正定或扩散算子LV负定对强非线性系统的分析仍然有效避免了构造李雅普诺夫泛函没有一般规律可循的难题可以通过比较待定的拟合函数而确定结果的优劣【主要成果2】：复杂系统多稳定性（多吸引子）提出了研究复杂系统多吸引子的吸引区域分割方法4.1复杂系统的动力学行为分析【意义】：避免了对不同吸引子构造不同李雅普诺夫函数的难题能方便地得到各个吸引子的吸引区域的估计能方便地得到各个吸引子的指数收敛率的估计【主要成果3】：基于多吸引子的神经网络联想记忆提出了基于多吸引子的联想记忆的偏差算子方法4.1复杂系统的动力学行为分析网络系统多吸引子回忆模式初始状态唯一吸引子回忆模式外部输入网络系统【意义】：将模式间最大Hamming距离从提高到伪模式极少兼顾记忆容量与容错能力mnn非线性系统动力学行为及应用湖北省自然科学一等奖(2008)复杂系统的渐进理论与应用研究教育部自然科学一等奖(2009)4.1复杂系统的动力学行为分析4.2复杂系统群集行为的分析与控制复杂系统的全局群集行为电力网络卫星姿态协调无人机编队【问题背景】候鸟萤火虫人群鼓掌局部的控制策略【问题背景】复杂系统群集行为的分析与控制的研究成为网络科学研究的新热点，主要的群集行为包括：一致性（consensus）,蜂拥（swarm）和涡旋（torus）等等。同步性蜂拥涡旋4.2复杂系统群集行为的分析与控制【主要成果1】：蜂拥控制算法提出了基于牵制控制的蜂拥控制算法提出了具有保持网络连通性的蜂拥控制算法4.2复杂系统群集行为的分析与控制【意义】：解决了只有部分自主体能感应到引导信息的情况下的蜂拥控制问题；解决了网络拓扑无法始终保持连通情况下的的蜂拥控制问题【主要成果2】：复杂切换网络的同步建立了一般化的复杂切换网络模型，提出了复杂切换网络鲁棒同步的判别准则及网络受攻击下的同步判别准则。同步误差收敛于0节点与网络拓扑具有不同切换规律4.2复杂系统群集行为的分析与控制【意义】：解决了网络和节点具有不同切换率下的复杂网络同步问题；揭示了不可靠通信网络对网络同步性能的影响4.2复杂系统群集行为的分析与控制HoushengSu,XiaofanWang,GuanrongChenandZongliLin,AdaptiveSecond-orderConsensusofNetworkedMobileAgentswithNonlinearDynamics,Automatica,2011,47(2):368-375WangYan-Wu,WangHua,XiaoJiang-Wen.Synchronizationofcomplexdynamicalnetworksunderrecoverableattack.Automatica,2010,46(1):197-203Su,Housheng,Wang,Xiaofan.PinningControlofComplexNetworkedSystems:Synchronization,ConsensusandFlockingofNetworkedSystemsviaPinning.Springer,2012.【主要论文及著作】复杂社会系统是典型的人机结合系统，其主要特征37复杂社会系统普遍存在于社会经济生产生活的各个领域，包括复杂的供应链系统、生产系统、管理系统等，以应急决策系统为主的复杂社会系统成为复杂系统研究的重要内容多主体性动态性不确定性?4.3以应急决策系统为主的复杂社会系统-背景国民经济动员是为维护国家安全应对战争和突发事件的需要，有计划地提高国民经济应变能力，将国民经济由平时状态转入战时状态所进行的一系列活动，涉及武器装备、军需物资等生产、调度、配置、运输等环节的快速、合理动经济动员内容广泛、规模大、涉及面广，组织管理复杂，对快速反应要求高；国民经济动员决策仿真系统是典型的复杂社会系统。4.3以应急决策系统为主的复杂社会系统【主要工作1】：国民经济动员仿真演练系统国民经济动员仿真演练科学问题仿真概念建模