专家与决策支持系统——第四章

第四章决策支持系统第四章决策支持系统4.1决策支持系统的原理和结构4.2模型库系统4.3决策支持系统的开发技术4.4决策支持系统的设计与开发4.5决策支持系统实例4.1决策支持系统的原理和结构4.1.1决策支持系统基本原理4.1.2决策支持系统两类基本结构4.1.3决策支持系统的统一结构形式4.1.1决策支持系统基本原理一、辅助决策方式二、决策支持系统的特色l.以数据形式辅助决策如，分析企业的经营情况（销售、产量、利润、客户、纳税数据等）。MIS是进行大量数据处理以数据形式辅助决策的。从这一点上讲，DSS与MIS相同。一、辅助决策方式2.以模型和方法的形式辅助决策模型是对现实系统的抽象。运筹学的研究在于建立模型和方法实现辅助决策。3.以多模型组合形式辅助决策如，模型软件包决策支持系统正是按这种形式的辅助决策方式的需要建立起来的。二、决策支持系统的特色强调“数据”、“模型”和“对话”结合起来解决半结构化和非结构化问题。对“数据”的要求是数据处理功能,即对数据的存取、数据的检索、产生报表和图形。对“模型”的要求是利用模型,特别是优化模型得出辅助决策信息。对“对话”的要求是能修改模型,从而改变方案达到更大范围内的辅助决策。DSS三部件结构的进步点在于：1.模型库系统（模型库管理系统+模型库）在MIS中：使用的模型数量较少,不必建立模型库。在运筹学中：单模型辅助决策,一般模型软件包就可以满足要求,不必建立模型库系统。DSS将众多的模型按一定的结构形式组织起来便利于多模型的管理、单模型的运行、模型的组合运行。2.“模型”、“数据”和“对话”三部件的统一体(1)数据库和模型库的结合数据库主要用于数据处理,在决策支持系统中支持多模型的组合运行。对于单模型的运行,通常不需要数据库,每个模型用自己的数据文件就可以，如FORTRAN,PASCAL,C等。运筹学的单模型运行正适合于用高级语言编制程序和运行。对于多模型的组合运行，共享数据需放在数据库中。DSS在运筹学的基础上发展起来,将模型库系统和数据库系统有机结合。(2)“对话”部件的综合集成作用人机对话一般用于模型运行中的交互,显示辅助决策信息和交互信息,输入需要的数据或者控制信息。对于DSS的对话部件,一个主要的任务就是完成三部件的综合集成，识别问题，分解问题，达到更强的辅助决策能力。决策支持系统综合定义：决策支持系统是利用数据库、人机交互进行多模型的有机组合,辅助决策者实现科学决策的综合集成系统。4.1.2决策支持系统两类基本结构一、“三部件”结构形式二、“三系统”结构形式数据部件它由三个子系统组成，即人机交互系统(对话部件)、模型库系统(模型部件)、数据库系统(数据部件)。此种结构可以看作在MIS的对话部件和数据部件的基础上增加了模型部件而形成的。一、“三部件”结构形式人机交互系统用户数据库管理系统DBMS模型库管理系统MBMS数据库(DB)模型库(MB)对话部件模型部件DSS的“三部件”结构形式各组成部分的功能和技术(一)人机对话部件用户通过“人机交互系统”控制实际DSS的运行。人机对话部件包括的功能:（1）提供丰富多彩的显示和对话形式（2）输入输出转换（3）控制决策支持的有效运行(二)数据部件1.数据库存储的组织形式数据库用来存储大量数据,一般组织成易于进行大量数据操作的形式,典型的数据组织模型有网络模型、层次模型、关系模型等形式。2.数据库管理系统功能数据库建立、删除、修改、维护,数据存储、检索、排序、索引、统计等功能。关系型网状型层次型3.数据库管理语言体系数据库管理系统语言体系一般由两部分构成：(1)数据库定义语言(DDL)：用于定义数据的结构，比如创建、修改或者删除数据库对象；如，CREATETABLE，DROPTABLE等。(2)数据库操作语言(DML)：提供对数据库中的数据进行操作,包括数据库的建立、维护；数据字典的建立和维护；数据查询、检索以及数据处理等手段。如，SELECT、INSERT、DELETE等。（三）模型部件1.模型库的特征模型不同于数据,模型的2种形式:(l)模型的静态形式:总是以某种计算机程序形式表示的,如数据、语句,子程序,对象等。这种物理形式在模型库中具体为:模型名称及相关的计算机程序,模型功能的分类,模型的输入输出数据,控制参数等属性。它可以类似于数据的形式表示出来。(2)模型的动态形式:它可以以某种方法运行,进行输入、输出、计算等处理。这种形式的属性是无法或很难以类似于数据组织的形式来描述的。2.模型库管理系统静态管理功能和动态(运行)管理功能。(l)模型库的静态管理。包括：①模型库的建立、删除,模型字典的维护。②模型添加、删除、检索、统计等功能。③模型的各种计算机程序的维护,如源程序、执行程序等的管理和维护。(2)模型的动态管理。包括:①控制模型的运行。模型不但可以单独运行,还可以组合运行。能够提供顺序、选择、循环等三种基本的运行控制机制。②负责模型与数据库部件之间的联系。同数据库管理系统进行数据交换。3.模型库管理系统的语言体系模型库管理系统语言体系包括两个方面：(1)模型管理语言(MML)：完成对模型的存储管理和对模型的查询、维护。(2)模型的运行语言(MRL)：完成对单模型的调用、运行以及支持模型的组合运行。对单模型的调用运行用命令来完成；对模型的组合运行则要求模型运行语言编制成程序来运行。二、三系统结构形式（一）基本结构1981年R.H.Bonezek等人提出了决策支持系统(DSS)的三系统结构形式,即由语言系统(LS)、知识系统(KS)和问题处理系统(PPS)三个部分组成。该结构的最大特点在于知识系统，包含了人工智能的成分。用户语言系统问题处理系统知识系统三系统结构图1.语言系统提供给决策者的所有语言能力的总和称为语言系统(LS)。一个语言系统既包含检索语言,也包含计算机语言。决策者利用语言系统的语句、命令、表达式等来描述决策问题,编制程序在计算机上运行,得出辅助决策信息。2.知识系统知识系统是问题领域的知识。最基本的知识系统由数据文件或数据库组成。数据库的一条记录表示一个事实。更广泛的知识是对问题领域的规律性描述。用定量方式表示为数学模型，数学模型一般用方程、方法等形式描述客观规律性。这种形式的知识称为过程性知识。用定性方式描述,一般表现产生式规则。除了数理逻辑中的公式、微积分公式等这种精确知识外,一般表现为经验知识。它们是非精确知识。3.问题处理系统问题处理系统是对描述的决策问题进行识别、分析和求解问题的过程。问题处理系统必须具有明确的识别问题的能力，它能把问题的陈述转化为相应可执行的操作方案，什么时候执行什么，什么时候得到问题的解答。具有问题分析能力。这是一个在模型、知识、数据和用户之间反复交互的过程。（二）“三系统”结构形式特点1.强调问题处理系统的重要性不同的决策问题需要进行的问题处理是不相同的。如何解决实际问题就是问题处理系统的关键所在。问题的解决首先需要对问题进行形式化描述,包括数据、知识的表示，组织、存取和利用；再对问题的求解提出方法和途径,使之能够得到问题的解答。在问题求解时要利用知识系统中的知识。2.强调语言系统利用计算机对问题求解、支持决策是需要通过计算机语言来完成的。计算机语言种类很多,目前计算机语言仍属于上下文无关文法,它离自然语言相差较远。为了有效地进行问题求解,一般在计算机的输入和输出方面采取简化的自然语言以及有效的人机交互环境来帮助人的理解和使用。可以认为,语言系统是利用计算机语言来形式化描述问题处理系统和知识系统的,它使决策支持系统能在计算机上实现。3.把数据、模型、规则统一归为知识系统从知识的广义角度看,数据是事实型知识,模型是过程性知识,规则是产生式知识。这些知识都为解决决策问题提供服务。可把数据、模型、规则统一看成是为问题处理系统服务的知识。（三）问题处理系统问题处理系统是DSS的核心。它的功能包含：信息收集、问题识别、模型生成、问题求解等。1.信息收集信息收集是问题处理的基础。信息来源——用户、知识系统。来自用户的信息借助于语言系统经过编译技术转换成问题处理系统所需要的内部信息。来自知识系统的信息是对数据的存取和对模型的调用,为问题处理系统服务。2.问题识别完成将实际问题转换成计算机能进行求解的过程。这要通过对问题的分解、分析,建立问题求解的总框架模型。这种总框架模型包括各组成部分的目标、功能、数据和求解要求。它们一定是能够在计算机上得到解决的,或者是把它们变换成计算机能够求解的。3.模型生成模型生成重点在于根据问题识别的总框架模型,生成决策支持系统总框架模型:决定各组成部分是建立新模型,还是选择已有的成熟模型；多模型如何组合；需要利用哪些数据；是采用数值计算模型还是采用知识推理模型。4.问题求解总模型连接所需的基本模型、所需要的数据。通过它们之间的接口技术和系统集成技术把它们组成一个有机整体,进行问题求解,得到支持决策的信息反馈给决策用户。4.1.3决策支持系统的统一结构形式一、对两种观点的讨论二、DSS的统一形式一、对两种观点的讨论1.对“对话、模型、数据”三部件结构的看法优点：①明确了三部件之间的接口关系和集成关系,便于决策支持系统的设计和关键技术的解决。②便于和其它系统区别。和管理信息系统(MIS)的区别在于DSS多了模型部件。和专家系统(ES)的区别在于DSS是以模型、数据部件进行数值计算为主体的系统,而ES是以定性知识进行推理为主体的系统。缺点：①没有突出DSS的问题处理特性。问题处理系统是解决决策问题的核心,它虽然用到模型和数据,但对不同的DSS,问题处理是大不相同的。作为该三部件结构,可以理解为DSS的问题处理系统隐含在人机交互系统中。②没有突出语言系统。DSS所采用的语言有特殊的要求,它包含数据库语言和高级语言的双重功能。作为该三部件结构,可以理解为DSS的语言系统也隐含在人机交互系统中。2.对LS、PPS、KS三系统结构的看法优点：①突出了问题处理系统的重要性。在设计和开发DSS时,应重点考虑决策问题的处理。②明确了语言系统在人机交互中的作用。人机交互是要通过语言系统来完成的。决策问题的形式化也要用LS来描述。③统一了知识的看法。将数据、模型、规则看成是知识的不同表现形式。缺点：①忽略了数据库系统、模型库系统的相互关系,这对于开发决策支持系统是不利的。②不适合与其它系统的区别。如对管理信息系统的区别,对专家系统的区别都不明显。如果把LS看成是数据库语言,把KS看成是数据库,把PPS看成是管理信息处理,则该“LS,PPS,KS”就是MIS。如果把LS看成是LISP或PROLOG,把KS看成是知识库,把PPS看成是推理机,则该“LS,PPS,KS”就是ES。这样,从宏观上看不便于它们之间的区别。这是该结构的致命弱点。二、DSS的统一形式人机交互系统用户数据库管理系统DBMS模型库管理系统MBMS数据库(DB)模型库(MB)DSS的“三部件”结构形式人机交互及问题处理系统（综合部件）DSS统一结构形式1.人机交互与问题处理系统(综合部件)的功能：人机交互控制模型的运行多模型的组合运行数值计算和数据处理组合多模型辅助决策→分别运行各自开发的模型,模型间的数值计算和数据处理只能由人在计算机外进行。2.DSS语言调用模型运行能力、数据库存取能力、数值运算能力、数据处理能力、人机交互能力等五种综合能力——决策支持系统语言(DSS语言)。DSS语言应是数值计算语言和数据处理语言的综合。4.2模型库系统4.2.1模型库4.2.2模型库与方法库4.2.3模型库的组织和存储4.2.4模型库管理系统模型库管理系统构模管理存取管理运行管理模型库（模型字典库+模型文件库）外部数据库内部数据库模型库系统的结构4.2.1模型库一、模型库的概念和特点二、模型库中模型的种类和表示三、模型库技术发展的三个阶段一、模型库的概念和特点概念：模型库是将众多的模型按一定的结构形式组