管理信息系統(tǒng) 第11章 決策支持系統(tǒng)

主講人：XX郵箱：第十一章

決策支持系統(tǒng)本章內(nèi)容第一節(jié)決策和決策科學(xué)第二節(jié)決策支持系統(tǒng)的定義、分類與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第三節(jié)智能決策支持系統(tǒng)第四節(jié)Agent和Multi-Agent系統(tǒng)2023/9/14第十一章決策支持系統(tǒng)21.1決策和決策科學(xué)智能決策支持系統(tǒng)(IDSS)是決策支持系統(tǒng)(DSS)與人工智能(AI)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,它將人工智能中的知識表示與知識處理的思想引入到DSS，其獨特的研究方法和廣泛的發(fā)展前途引起了國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的極大重視。決策是人們?yōu)檫_到一定目的而進行的有意識、有選擇的活動。在一定的人力、設(shè)備、材料、技術(shù)、資金和時間因素的制約下，人們?yōu)榱藢崿F(xiàn)特定目標，可從多種可供選擇的策略中做出決斷，以求得最優(yōu)或較好效果的過程就是決策過程。決策科學(xué)先驅(qū)西蒙（H.A.Simon）教授在著名的決策過程模型論著中指出：以決策者為主體的管理決策過程經(jīng)歷情報（intelligence）、設(shè)計（design）和抉擇（choice）三個階段。2023/9/143情報指進行“情報”（數(shù)據(jù)）的收集和處理、研究決策環(huán)境、分析和確定影響決策的因素或條件的一系列活動；設(shè)計指發(fā)現(xiàn)、制訂和分析各種可能的行動方案；抉擇指從可行方案中選擇一個特定的方案，對它進行方案評價與審核，并付諸實施。第十一章決策支持系統(tǒng)1.1決策和決策科學(xué)現(xiàn)在我們把決策過程的四個階段列為情報活動階段、設(shè)計活動階段、選擇活動階段和實施活動階段，并稱之為決策過程模型的四個階段。2023/9/144情報活動階段調(diào)查環(huán)境，并定義要決策的事件和條件，獲取決策所需要的有關(guān)信息。在決策目標的制定過程中，自始至終都需要進行數(shù)據(jù)、信息的收集和調(diào)查研究工作。設(shè)計活動階段識別限制性因素，并把注意力放到如何克服這些限制因素上去，就可能找出更多的備選方案。在制定方案的過程中，尋求和辨認限制性因素是沒有終結(jié)的。選擇活動階段從各種可能的備選方案中，針對決策目標，選出最合理的方案。通常這個階段包括方案論證和決策形成兩個步驟。實施活動階段選定方案后，即可付之實施。在實施過程中還要收集實施過程中的情報。根據(jù)這些情報來進一步做出繼續(xù)實施、停止實施或修改后繼續(xù)實施的決定。第十一章決策支持系統(tǒng)1.2決策的科學(xué)化傳統(tǒng)的決策依靠決策者個人經(jīng)驗，憑直覺判斷，因而決策被認為是一種藝術(shù)和技巧。決策的科學(xué)化是現(xiàn)實管理提出的要求，而信息技術(shù)、管理科學(xué)和數(shù)學(xué)的發(fā)展，為它提供了實現(xiàn)的可能性。目前，決策科學(xué)化正在向以下一些方向發(fā)展：2023/9/14第十一章決策支持系統(tǒng)5用信息系統(tǒng)支持和輔助決策將計算機用于企業(yè)管理的重點逐漸由事務(wù)性處理轉(zhuǎn)向企業(yè)的管理、控制、計劃和分析等高層次決策制定方面，國內(nèi)外相繼出現(xiàn)了多種高功能的通用和專用決策支持系統(tǒng)。定性決策向定量與定性相結(jié)合決策的方向發(fā)展在現(xiàn)代科學(xué)中的系統(tǒng)工程學(xué)、仿真技術(shù)、計算機理論、預(yù)測學(xué)，特別是運籌學(xué)、布爾代數(shù)、模糊數(shù)學(xué)等引進決策活動，為決策的定量化奠定了基礎(chǔ)。決策的本質(zhì)是人的主觀認識能力，用計算機進行定量分析必須與人的創(chuàng)造性形象思維相結(jié)合。單目標決策向多目標綜合決策發(fā)展決策活動的目標本身也構(gòu)成一個難以確定的龐大系統(tǒng)。現(xiàn)代決策活動的目標不是單一的，這不僅指以經(jīng)濟利益為核心的目標是多目標，而且還包括更多的社會的和非經(jīng)濟領(lǐng)域的（環(huán)境等）目標。戰(zhàn)略決策向更遠的未來決策發(fā)展決策是對未來實踐的方向、原則、目標和方法等所作的決定，所以決策從本質(zhì)上說乃是對應(yīng)于未來的。為了避免遠期可能出現(xiàn)的破壞造成的虧損抵消甚至超過近期的利益，要求戰(zhàn)略決策在時域上向更遙遠的未來延伸。1.3決策問題的類型西蒙教授提出按問題的結(jié)構(gòu)化程度不同可將決策劃分為三種類型：結(jié)構(gòu)化決策、半結(jié)構(gòu)化決策和非結(jié)構(gòu)化決策。2023/9/14第十一章決策支持系統(tǒng)6結(jié)構(gòu)化決策結(jié)構(gòu)化決策問題相對比較簡單、直接、其決策過程和決策方法有固定的規(guī)律可以遵循，能用明確的語言和模型加以描述，并可依據(jù)一定的通用模型和決策規(guī)則實現(xiàn)其決策過程的基本自動化。非結(jié)構(gòu)化決策非結(jié)構(gòu)化決策問題是指那些決策過程復(fù)雜，其決策過程和決策方法沒有固定的規(guī)律可以遵循，沒有固定的決策規(guī)則和通用模型可依，決策者的主觀行為（學(xué)識、經(jīng)驗、直覺、判斷力、洞察力、個人偏好和決策風(fēng)格等）對各階段的決策效果有相當(dāng)影響。往往是決策者根據(jù)掌握的情況和數(shù)據(jù)臨時做出決定。半結(jié)構(gòu)化決策半結(jié)構(gòu)化決策問題介于上述兩者之間，其決策過程和決策方法有一定規(guī)律可以遵循，但又不能完全確定，即有所了解但不全面，有所分析但不確切，有所估計但不確定。這樣的決策問題一般可適當(dāng)建立模型，但無法確定最優(yōu)方案。1.3決策問題的類型不同結(jié)構(gòu)化程度的決策問題：2023/9/14第十一章決策支持系統(tǒng)7

結(jié)構(gòu)化

非結(jié)構(gòu)化戰(zhàn)略性決策問題廠址選擇資金分配計劃管理體制確定戰(zhàn)術(shù)性決策問題作業(yè)計劃作業(yè)調(diào)度廣告部署業(yè)務(wù)性決策問題庫存補充獎金分配選擇銷售對象決策問題的結(jié)構(gòu)化程度并不是一成不變的，當(dāng)人們掌握了足夠的信息和知識時，非結(jié)構(gòu)化問題有可能轉(zhuǎn)化為半結(jié)構(gòu)化問題，半結(jié)構(gòu)化問題也有可能向結(jié)構(gòu)化轉(zhuǎn)化，這是人們對客觀事物認識不斷提高的過程。通常認為，管理信息系統(tǒng)主要解決結(jié)構(gòu)化的決策問題，而決策支持系統(tǒng)則以支持半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化問題為目標。本章內(nèi)容第一節(jié)決策和決策科學(xué)第二節(jié)決策支持系統(tǒng)的定義、分類與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第三節(jié)智能決策支持系統(tǒng)第四節(jié)Agent和Multi-Agent系統(tǒng)2023/9/14第十一章決策支持系統(tǒng)8決策支持系統(tǒng)是以信息技術(shù)為手段，應(yīng)用決策科學(xué)及有關(guān)學(xué)科的理論與方法，以人機交互方式輔助決策者解決半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的決策問題的信息系統(tǒng)。DSS的兩種基本結(jié)構(gòu)形式是三庫結(jié)構(gòu)和基于知識的結(jié)構(gòu)。2023/9/14第十一章決策支持系統(tǒng)9三庫結(jié)構(gòu)2決策支持系統(tǒng)的定義、分類與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2決策支持系統(tǒng)的定義、分類與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于知識的DSS結(jié)構(gòu)是一種以自然語言、問題處理、知識庫等子系統(tǒng)為基本部件構(gòu)成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。如下圖所示：2023/9/14第十一章決策支持系統(tǒng)10DSS的決策支持過程是一個人機交互的啟發(fā)式過程，該過程往往要分解成若干階段，一個階段完成后用戶獲得階段的結(jié)果及某些啟示，然后進入下一階段的人機會話，如此反復(fù)，直至用戶形成決策意見，確定問題的解。DSS部件之間不同的關(guān)系構(gòu)成了各異的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但對話子系統(tǒng)的位置及其與用戶之間的關(guān)系總體上是一致的。在三庫結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，再引入基于知識管理的功能就構(gòu)成了四庫結(jié)構(gòu)的智能決策支持系統(tǒng)。本章內(nèi)容第一節(jié)決策和決策科學(xué)第二節(jié)決策支持系統(tǒng)的定義、分類與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第三節(jié)智能決策支持系統(tǒng)第四節(jié)Agent和Multi-Agent系統(tǒng)2023/9/14第十一章決策支持系統(tǒng)113.1智能決策支持系統(tǒng)的基本概念人工智能有多個分支領(lǐng)域，其中專家系統(tǒng)（ExpertSystems，簡稱ES）和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ArtificialNeuralNetwork，簡稱ANN）是兩個較主要的分支。專家系統(tǒng)是以計算機為工具，利用專家知識及知識推理等技術(shù)來理解與求解問題的知識系統(tǒng)。將ES和傳統(tǒng)DSS結(jié)合而形成的IDSS,在結(jié)構(gòu)上增設(shè)了知識庫、推理機與問題處理系統(tǒng)，人機對話部分還加入了自然語言處理功能。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用物理可實現(xiàn)的器件或計算機來模擬生物體中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的某些結(jié)構(gòu)與功能，就其性質(zhì)看，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)屬于基于案例學(xué)習(xí)的模型，它模擬人的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)，構(gòu)造人工神經(jīng)元，吸取了生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的部分優(yōu)點。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)上由許多很小的處理單元相互聯(lián)接而成，局部或部分的神經(jīng)元損壞后不影響全局的活動，其聯(lián)接權(quán)值和聯(lián)接結(jié)構(gòu)都可以通過對樣本數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)而得到。2023/9/14第十一章決策支持系統(tǒng)123.2智能決策支持系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)人工智能技術(shù)應(yīng)用于DSS的程度與范圍不同，可以構(gòu)成不同結(jié)構(gòu)的IDSS，但都以含有知識庫或知識處理系統(tǒng)為標志，較完整和典型的IDSS結(jié)構(gòu)是在傳統(tǒng)三庫DSS的基礎(chǔ)上增設(shè)知識庫與推理機，在人機對話子系統(tǒng)加入自然語言處理系統(tǒng)形成智能人機接口，與四庫之間插入問題處理系統(tǒng)而構(gòu)成的四庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。2023/9/14第十一章決策支持系統(tǒng)13四庫DSS的基本結(jié)構(gòu)3.2智能決策支持系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（一）智能人機接口決策者可以使用自然語言來提出決策問題，由自然語言處理功能通過語法、語義結(jié)構(gòu)分析等方法轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)能理解的形式。人機交互過程中和運行后，系統(tǒng)則以決策者能清晰理解的或指定的方式輸出求解進程與結(jié)果。（二）問題處理系統(tǒng)問題處理系統(tǒng)處于IDSS的中心位置，是聯(lián)系人與機器及所存儲的求解資源的橋梁，主要由問題分析器與問題求解器兩部分組成。其工作流程如圖所示。2023/9/14第十一章決策支持系統(tǒng)143.2智能決策支持系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（三）知識庫子系統(tǒng)與推理機知識庫子系統(tǒng)是有關(guān)規(guī)則、因果關(guān)系及經(jīng)驗等知識的獲取、解釋、表示、推理以及管理與維護的系統(tǒng)，在DSS中引進知識庫子系統(tǒng)提高了系統(tǒng)的智能化程度。2023/9/14第十一章決策支持系統(tǒng)15知識庫子系統(tǒng)1．知識庫管理系統(tǒng)。功能主要有兩個，一是回答對知識庫知識增、刪、改等知識維護的請求，二是回答決策過程中問題分析與判斷所需知識的請求。2．知識庫。知識庫是知識庫子系統(tǒng)的核心，知識庫中存儲的是那些既不能用數(shù)據(jù)表示也不能用模型方法描述的專家知識和經(jīng)驗。3．推理機。推理是指從已知事實推出新事實（結(jié)論）的過程，推理機是一組程序，它針對用戶問題去處理知識庫（規(guī)則和事實）。3.3人工智能及其應(yīng)用人工智能是機器模仿人類而獲得智能。其最為主要的應(yīng)用領(lǐng)域有專家系統(tǒng)、機器學(xué)習(xí)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、智能代理，以及比較新的數(shù)據(jù)挖掘和知識發(fā)現(xiàn)等。IDSS中結(jié)合應(yīng)用比較多的要數(shù)專家系統(tǒng)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。專家系統(tǒng)是利用專家的某些領(lǐng)域知識求解特定問題的計算機信息系統(tǒng)。專家思考、表示和處理問題主要使用符號方式，專家系統(tǒng)也同樣使用符號方式求解問題。所謂符號方式是相對于數(shù)字方式而言的，即分析和求解問題不是依靠數(shù)值的計算而是依靠符號的判斷。例：計算機打印故障診斷幫助系統(tǒng)2023/9/14第十一章決策支持系統(tǒng)16檢查指示檢查結(jié)果提問3.3人工智能及其應(yīng)用專家系統(tǒng)有很多優(yōu)點，但同樣也有其不足之處。2023/9/14第十一章決策支持系統(tǒng)17與專家系統(tǒng)相比，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有良好的自組織、自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力，因而特別適用于處理復(fù)雜問題或開放系統(tǒng)，這正好可以能彌補專家系統(tǒng)的不足。人工神經(jīng)元模仿自然神經(jīng)元，用一個加權(quán)和處理單元表示，多個輸入乘上不同的權(quán)值再求和，然后經(jīng)過傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一個輸出。將一群人工神經(jīng)元的輸入輸出聯(lián)接起來，通過一定量案例數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)訓(xùn)練即構(gòu)成了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。知識獲取困難，人工地獲取人類專家頭腦中的領(lǐng)域知識并轉(zhuǎn)移到知識庫中，費時、低效；對于動態(tài)和復(fù)雜的系統(tǒng)，由于其推理規(guī)則是固定的，難以適應(yīng)變化的情況；專家系統(tǒng)不能從過去處理過的事例中繼續(xù)地學(xué)習(xí)。1233.3人工智能及其應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用2023/9/14第十一章決策支持系統(tǒng)18應(yīng)用領(lǐng)域問題解決辦法產(chǎn)品評價和選擇方面由人來分析評價股票和債券需要相當(dāng)豐富的金融知識和經(jīng)驗，由于涉及的因素多且關(guān)系復(fù)雜，不可能為個人全面掌握。利用已經(jīng)充分學(xué)習(xí)了股票漲落走勢因果對應(yīng)關(guān)系的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，輸入一個被分析評價證券的現(xiàn)狀和相關(guān)因素，就能得到關(guān)于該股票今后走勢的評價結(jié)果輸出。同樣，用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)做掃描式的分析和評價，發(fā)現(xiàn)有看好跡象和走壞征兆的股票，為證券管理和投資決策提供支持?？蛻絷P(guān)系管理和交易服務(wù)方面一些客戶眾多的企業(yè)，有浩瀚的客戶基本信息和交易信息，加之客戶分析評估問題的結(jié)構(gòu)化程度較低，處理工作量非常大且頗有難度。這些企業(yè)面臨的客戶抱怨和信用風(fēng)險成為突出的問題，僅靠人力難以解決。將客戶基本屬性和貢獻記錄轉(zhuǎn)換出客戶優(yōu)質(zhì)度的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以用來劃分客戶，找出優(yōu)質(zhì)客戶；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過客戶基本信息和信用記錄的處理能發(fā)現(xiàn)風(fēng)險前兆，為防范措施的確定提供依據(jù)，能得出貸款與否的結(jié)論，為減少不良貸款提供事前的支持。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)除上述優(yōu)點外，還具有開發(fā)時間短，只需案例的輸入和輸出就能學(xué)會處理問題等有利條件。同樣，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也有其弱點，如知識分布在整個系統(tǒng)內(nèi)部，對用戶而言是個黑箱；對于自己得出的結(jié)論不能做出合理的解釋。因此，將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與專家系統(tǒng)集成，取長補短，是IDSS發(fā)展的一個有利方向。3.4知識庫知識庫的概念產(chǎn)生于專家系統(tǒng)，但現(xiàn)在已被廣泛地應(yīng)用于各類信息系統(tǒng)和知識系統(tǒng)中。知識庫的主要問題是知識的內(nèi)容和知識的組織與表示。知識有多種角度的劃分，就DSS而言，決策問題的知識包括基本知識和領(lǐng)域知識（專業(yè)知識），決策方法主要是過程知識和推理知識。知識表示是知識庫系統(tǒng)研究的一個重要課題。知識表示是經(jīng)驗知識的符號化過程，對于同一知識，可有不同的知識表示形式，知識的表示形式直接影響推理方式，并在很大程度上決定著一個系統(tǒng)的能力和通用性。2023/9/14第十一章決策支持系統(tǒng)19產(chǎn)生式規(guī)則法是一種因果關(guān)系的表示方法，一般用一系列結(jié)構(gòu)化的IF—THEN規(guī)則語句表達某種知識?？蚣鼙硎痉７氯祟愅ㄟ^框架結(jié)構(gòu)記憶和認識事物的方式來表示知識，每種事物都可以用一組特征屬性來表述，這組屬性構(gòu)成一個框架。例如，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是有關(guān)產(chǎn)品構(gòu)成的知識，可以由零部件及其數(shù)量、構(gòu)成零部件的原材料及其數(shù)量等一組屬性來表示。語義網(wǎng)是一種以節(jié)點表示事物單元，描述節(jié)點之間關(guān)系的圖形化知識表示方法，例如，客戶訂單中的需求品種、數(shù)量和要貨時間，計劃中的生產(chǎn)產(chǎn)品、數(shù)量和時間兩組節(jié)點，具有依據(jù)和派生的關(guān)系。3.4知識庫知識的邏輯表示方法決定知識庫如何在物理上儲存知識，例如，產(chǎn)生式規(guī)則法表示的知識可以轉(zhuǎn)化為前提、條件、結(jié)論、行動等數(shù)據(jù)項，以及規(guī)則函數(shù)的符號數(shù)據(jù)項，然后再設(shè)計若干關(guān)聯(lián)的兩維數(shù)據(jù)表寫入這些數(shù)據(jù)項，采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫來存儲。知識庫中的知識是相互關(guān)聯(lián)的知識單元的集合，這些知識單元既有層次關(guān)系也有嵌套關(guān)系。為了便于儲存、管理和應(yīng)用知識，知識庫還要設(shè)計和存儲描述知識單元及其相互關(guān)系的數(shù)據(jù)——元數(shù)據(jù)，一些復(fù)雜的知識庫還包括所儲存知識的來源線索、應(yīng)用語境和使用記錄等相關(guān)信息。知識庫不能單獨產(chǎn)生作用，它必須與IDSS的其他構(gòu)件相互配合一起工作。這其中主要是知識的存取、知識的維護、知識的推理等。知識的存取和維護是知識庫管理系統(tǒng)的任務(wù)，知識推理由知識推理機實現(xiàn)。2023/9/14第十一章決策支持系統(tǒng)20本章內(nèi)容第一節(jié)決策和決策科學(xué)第二節(jié)決策支持系統(tǒng)的定義、分類與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第三節(jié)智能決策支持系統(tǒng)第四節(jié)Agent和Multi-Agent系統(tǒng)2023/9/14第十一章決策支持系統(tǒng)214.1智能體（Agent）2023/9/14第十一章決策支持系統(tǒng)22Agent（智能體，智能代理）的概念A(yù)gent是處在某個環(huán)境中的計算機系統(tǒng)，它能接受另一個主體（用戶、計算機程序、系統(tǒng)或機器等）的委托并為之提供幫助或服務(wù)，能夠在目標任務(wù)的驅(qū)動下，主動采取包括學(xué)習(xí)、通訊、社交等各種手段來感知，并適應(yīng)其外在環(huán)境的動態(tài)變化而作出相應(yīng)的行動，以實現(xiàn)其設(shè)計目標。Agent特性代理能力自治能力社交能力學(xué)習(xí)和適應(yīng)性合作能力移動性Agent環(huán)境動作輸出傳感器輸入4.2Multi-Agent系統(tǒng)2023/9/14第十一章決策支持系統(tǒng)23Multi-Agent系統(tǒng)的概念Multi-Agent系統(tǒng)是由多個Agent組成的集合，其中每個Agent可作用于自身和環(huán)境，并與其他Agent通信。各個Agent之間的活動是自治和獨立的，其行為和意圖不受其他Agent限制，它們之間通過競爭、協(xié)商、協(xié)作等手段來共同完成系統(tǒng)設(shè)定的目標。無通信(NoCommunication)模式Agent通過理性思考和推理而不是以通信的方式，得到其他Agent的任務(wù)或計劃。消息傳遞(MessagePassing)模式Agent使用一組事先約定的格式和規(guī)則通過消息相互傳遞計算請求和處理結(jié)果。方案傳遞(PlanPassing)模式在相互合作的Agent之間，一方通過給對方傳遞其整個任務(wù)方案，相互取得對問題的一致理解和相應(yīng)的解決方案。黑板(Blackboard)模式黑板喻指一個可供Agent發(fā)布信息、公布處理結(jié)果和獲取有用信息的共享區(qū)域。Agent之間利用通信語言進行通信Multi-Agent中多個Agent通過協(xié)調(diào)各自的行為來完成共同的協(xié)作目標。4.2Multi-Agent系統(tǒng)Multi-Agent中多個Agent通過協(xié)調(diào)各自的行為來完成共同的協(xié)作目標。目前主要使用對策論來研究Multi-Agent的協(xié)調(diào)與協(xié)作問題。2023/9/14第十一章決策支持系統(tǒng)24購買商Agent各Agent的資料庫管理Agent銷售商1Agent銷售商2Agent伙伴間的商務(wù)談判和交流