第8章-系统预测

系统工程SystemsEngineering2020/4/22北京物资学院信息学院1本章主要内容2020/4/22北京物资学院信息学院28.1概述8.2定性预测8.3定量预测8.4时间序列分析预测8.5灰色预测第8章系统预测2020/4/22北京物资学院信息学院38.1概述8.2定性预测8.3定量预测8.4时间序列分析预测8.5灰色预测8.1概述系统预测是系统工程理论的重要组成部分，它把系统作为预测对象，分析系统发展变化的规律性，预测系统未来发展变化趋势，为系统规划设计、经营管理和决策提供科学依据。预测技术所遵循的理论包括两个方面：（1）预测对象本身所处学科领域的理论用以辨别事物发展的客观规律，指导预测方法的选择和结果的分析检验，例如，天气预报和经济预报可能采用完全不同的预测模型；（2）预测方法本身的理论主要是数理统计学的一些有关理论，近来也出现了一些智能预测的理论和方法等。2020/4/22北京物资学院信息学院48.1概述8.1.1系统预测的概念1.系统预测的概念所谓系统预测，就是根据系统发展变化的实际情况和历史数据、资料，运用现代的科学理论方法，以及对系统的各种经验、判断和知识，对系统在未来一段时期内的可能变化情况，进行推测、统计和分析，并得到有价值的系统预测结论。2020/4/22北京物资学院信息学院58.1概述8.1.1系统预测的概念2.系统预测的途径系统预测一般有三种途径：一是因果分析，通过研究事物的形成原因来预测事物未来发展变化的必然结果；二是类比分析，如将正在发展的事物同历史上的事件相类比，来预测事物的未来发展；三是统计分析，运用一些数学方法，通过对历史数据资料进行分析，找到事物发展的必然规律，预测未来的发展趋势。2020/4/22北京物资学院信息学院68.1概述8.1.1系统预测的概念3.系统预测的原则预测需要遵循以下原则：（1）整体性原则系统是由相互联系、相互制约、相互作用的若干部分组成的具有特定功能的有机整体。预测人员不能孤立地研究某个时间点，而应将系统作为一个发展的整体来预测未来的状态。（2）关联性原则系统内部各要素之间存在着某种相互作用、相互依赖的特定关系。对于一个系统来说，各种要素错综复杂，预测者应该对要素间的相互联系作全面的分析，找到其中的包含关系、因果关系、隶属关系等，进行科学的预测。2020/4/22北京物资学院信息学院78.1概述8.1.1系统预测的概念（3）动态性原则系统的发展不仅受到内部各个因素的制约，同时还受到有关外部环境的影响。因此，预测人员要时刻关注系统内外环境要素的变化，采用相应的方法，及时调整相关的系统参量，以适应外界变化的要求。（4）反馈性原则预测是为了更好地指导当前的工作，因此要不断地反馈，对预测进行修正，为决策提供可靠的依据。2020/4/22北京物资学院信息学院88.1概述8.1.2系统预测的步骤1.明确预测目的（1）预测目的：明确为什么预测（2）预测对象：对什么事物进行预测（3）预测期间：预测的时期是什么2020/4/22北京物资学院信息学院9明确预测目的收集、整理资料和数据建立预测模型模型参数估计模型检验（是否合理）预测实施与结果分析是否8.1概述8.1.2系统预测的步骤2.收集、整理资料和数据（1）收集资料：①纵向资料②横向资料（2）整理资料：①把有关的历史资料、统计数据、试验数据等尽可能收集齐全，在此基础上进一步分析、整理，去伪存真，填平补齐，形成合格的数据样本；②进行调查、访问，以取得第一手的数据资料。2020/4/22北京物资学院信息学院10明确预测目的收集、整理资料和数据建立预测模型模型参数估计模型检验（是否合理）预测实施与结果分析是否8.1概述8.1.2系统预测的步骤3.建立预测模型根据科学理论指导以及所选择的预测方法，用各种有关变量来真实表达预测对象的关系，从而建立起预测用的数学模型。必要时可对数据样本进行适当处理，以符合模型本身的要求。2020/4/22北京物资学院信息学院11明确预测目的收集、整理资料和数据建立预测模型模型参数估计模型检验（是否合理）预测实施与结果分析是否8.1概述8.1.2系统预测的步骤4.模型参数估计按照各自模型的性质和可能的样本数据，采取科学的统计方法，对模型中的参数进行统计，最终识别和确认所选用的模型形式和结构。2020/4/22北京物资学院信息学院12明确预测目的收集、整理资料和数据建立预测模型模型参数估计模型检验（是否合理）预测实施与结果分析是否8.1概述8.1.2系统预测的步骤5.模型检验检验包括对模型的合理性及有效性验证。模型检验具体有两个方面：（1）对有关假设的检验（2）模型精度即预测误差的检验2020/4/22北京物资学院信息学院13明确预测目的收集、整理资料和数据建立预测模型模型参数估计模型检验（是否合理）预测实施与结果分析是否8.1概述8.1.2系统预测的步骤6.预测实施与结果分析运用通过检验的预测模型，使用有关数据，就可进行预测，并对预测结果进一步进行有关理论、经验方面的分析。此外必要时还可对不同方法模型同时预测的结果加以分析对比，以做出更加可信的判断，为系统决策提供科学依据。2020/4/22北京物资学院信息学院14明确预测目的收集、整理资料和数据建立预测模型模型参数估计模型检验（是否合理）预测实施与结果分析是否第8章系统预测2020/4/22北京物资学院信息学院158.1概述8.2定性预测8.3定量预测8.4时间序列分析预测8.5灰色预测8.2定性预测8.2.1定性预测概述由于预测对象、时间、范围、性质等的不同，现有预测方法可以形成不同的预测分类方法，最基本的可以分为定性预测与定量预测。定性（Qualitative）预测方法主要是依据人们对系统过去和现在的经验、判断和直觉，如市场调查、专家打分、主观评价等做出预测。定性预测是一种直观预测，主要根据预测者掌握的实际情况、经验水平和对系统发展的判断能力来预测某个事件或某些事件集合发生的可能性。2020/4/22北京物资学院信息学院168.2定性预测8.2.2德尔菲法德尔菲法是一种定性预测方法，一般适用于长期预测。它是美国兰德公司于1964年发明，以专家为索取信息的对象，依靠专家的知识和经验进行预测的一种方法。德尔菲法是系统分析方法在价值判断领域内的一种有益的延伸，它突破了传统的数量分析限制，为更合理有效地进行决策提供支撑和依据。2020/4/22北京物资学院信息学院178.2定性预测8.2.2德尔菲法德尔菲法一般的过程为：选择熟悉与所预测问题相关的领域的专家10到15人（对于重大预测问题，可适当增加人数），采用通信往来的方式与专家们建立联系，将预测问题的目标和任务告诉专家并提供所掌握的初步资料和数据，然后将专家关于预测分析的意见进行整理、综合、归纳，再以第一轮预测结果的形式匿名反映至各位专家进行第二轮征求意见，供他们分析判断，提出新的论证结果，如此经过多轮反复论证调查，各专家的意见逐轮趋向一致，结论的可信性也大大增加。2020/4/22北京物资学院信息学院188.2定性预测8.2.2德尔菲法1.函询调查它是以匿名的方式通过几轮书面形式来征求专家的意见，并对每一轮意见进行汇总整理，作为参考资料再次发给每位专家，供他们分析判断，提出新的论证。如此多次反复函询、归纳、修改，直到意见趋于一致。2020/4/22北京物资学院信息学院198.2定性预测8.2.2德尔菲法2.专家选择专家的选择是德尔菲法预测成功的关键。（1）应邀参加预测的专家必须有很广泛的知识，对于某个预测主题，拟选定的专家应在该领域从事十年以上工作。（2）根据预测任务的性质，可以从部门的内外挑选专家。（3）预测专家的人数，视具体预测问题的规模而定，一般以10～50人为宜。在专家选择的过程中，不仅要注意选择精通技术、有一定声望、有代表性的专家，同时还需要选择边缘学科、社会学和经济学方面的专家。2020/4/22北京物资学院信息学院208.2定性预测8.2.2德尔菲法3.调查表的设计（1）调查表的设计调查表要简化，一般根据实际预测问题的要求编制。（2）一般调查表都应该有前言，用以说明预测的目的和任务，以及专家的回答在预测中的作用，同时还要对德尔菲法做出充分说明。（3）在调查表的问题设计上，要避免出现组合事件，使专家难以做出回答。问题的数量要限制，问题要集中、有针对性，以便使各个事件构成一个有机整体。调查单位或领导小组意见不应该强加于调查表中。通常调查表分为目标-手段调查表、事件完成时间调查表、肯定式回答调查表、推断式回答调查表等类型。2020/4/22北京物资学院信息学院218.2定性预测8.2.2德尔菲法4.预测程序（1）提出要求，明确预测目标。将所要预测的问题和必要的材料，以通信的方式邮寄给10～50名专家，征求专家的意见。（2）专家接到书面材料后，根据自己的知识经验，对被预测事物的未来发展趋势提出自己的预测，并说明理由，再以书面答复。（3）把所有专家的意见综合整理，进行归纳，再匿名邮寄给专家，供他们分析判断，进一步征求他们的意见。（4）专家就各种预测意见及其依据和理由进行分析，再次预测。（5）再次进行综合整理并反馈给专家，如此反复多轮，直到专家意见趋于一致，最后得出预测结果。2020/4/22北京物资学院信息学院228.2定性预测8.2.2德尔菲法5.预测结果统计分析对各位专家的估计或预测数进行统计。经实验证实，德尔菲法的专家意见，其概率分布通常符合或接近正态分布。这是对专家意见数据统计处理的理论依据。一般采用平均数或中位数统计出量化结果。（1）如果数据分布的偏态比较大，一般使用中位数以免受个别偏大偏小的判断值的影响；（2）如果数据分布的偏态比较小，一般使用平均数，以便考虑到每个判断值的影响。2020/4/22北京物资学院信息学院238.2定性预测8.2.2德尔菲法德尔菲法的优点（1）它克服了专家会议中常见的随大流或由某些权威一言定调的缺点，专家与专家之间互不见面，各专家的发表意见完全独立，消除了心理影响。（2）为保证预测结果的可靠性，德尔菲法一般要经过多轮，并且在下一轮开始时让专家充分参考本轮甚至以前各轮的预测分析结果，不仅能保证过程和结果的客观性和公正性，而且能逐渐消弭个别固持已见的结论。（3）德尔菲法本质上是一类定性预测的方法，但其非常注重定性向定量的转化工作，方法不仅具有定性的优点，同时也具有部分的定量优点。2020/4/22北京物资学院信息学院248.2定性预测8.2.3主观概率法为了进一步消除德尔菲法中“随大流”的倾向，可以不要求专家对某一事件的发生做出肯定或否定的回答，而只要求每位专家对某一事件发生的程度做出概率性的估计。这就是主观概率法。主观概率法是不仅要求专家凭借个人的经验能力估计事件发生的概率，而且要求估计是有根据的。由于不同的专家对同一事件在相同情况下可能提出的概率是不同的，所以在处理结果时，主观概率法是以若干专家的主观概率的平均值作为某一事件发生的概率估计。2020/4/22北京物资学院信息学院258.2定性预测8.2.4交叉概率法交叉概率法是1968年由海沃德（Hayward）和戈尔登（T.J.Gordon）首次提出的，是对在交互影响因素作用下的事物进行预测的一种定性技术。交叉概率法是根据专家经验确定不同事件之间相互影响关系的一种研究程序，并用以修正专家的主观概率，从而对事物的发展做出较为客观的评价。2020/4/22北京物资学院信息学院26第8章系统预测2020/4/22北京物资学院信息学院278.1概述8.2定性预测8.3定量预测8.4时间序列分析预测8.5灰色预测8.3定量预测定量预测的最大特点是要依靠大量的历史数据资料作为预测的依据。定量预测技术是基于数理统计的预测方法，是建立在统计学、数学、系统论、控制力、信息论、运筹学、计量经济学等学科基础上，运用数学模型进行预测的方法。2020/4/22北京物资学院信息学院288.3定量预测常见的定量预测方法：2020/4/22北京物资学院信息学院29定量预测方法时间序列分析因果关系分析指数平滑Box-Jenki