《系統(tǒng)工程》課件

《系統(tǒng)工程》講義參考教材：譚躍進(jìn)、陳英武、易進(jìn)先編著.1999.系統(tǒng)工程原理.湖南長(zhǎng)沙:國(guó)防科技大學(xué)出版社.顧培亮編著.1998.系統(tǒng)分析與協(xié)調(diào).天津:天津大學(xué)出版社.林定夷編著.1998.系統(tǒng)工程概論.廣州:中山大學(xué)出版社.提綱：outline.doc1第一章導(dǎo)言第一節(jié)

系統(tǒng)工程的定位第二節(jié)

系統(tǒng)工程的發(fā)展概況第三節(jié)

學(xué)習(xí)系統(tǒng)工程的意義

2第一節(jié)

系統(tǒng)工程的定位系統(tǒng)工程是一門(mén)新興學(xué)科系統(tǒng)工程是一門(mén)實(shí)用性很強(qiáng)的工程技術(shù)

3一、定義研究對(duì)象：大型復(fù)雜的人工系統(tǒng)和復(fù)合系統(tǒng)內(nèi)容：組織協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各要素的活動(dòng)，使各要素為實(shí)現(xiàn)整體目標(biāo)發(fā)揮適當(dāng)作用目的：實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體目標(biāo)最優(yōu)化系統(tǒng)工程的特點(diǎn)：整體性（系統(tǒng)性）；關(guān)聯(lián)性（協(xié)調(diào)性）；綜合性（交叉性）；滿意性（最優(yōu)化）。4二、系統(tǒng)概述

1西方傳統(tǒng)系統(tǒng)思想演化(1)公元前五、六百年，古希臘的哲學(xué)家和科學(xué)家們就探索了系統(tǒng)的基本思想，認(rèn)識(shí)到世界是一個(gè)系統(tǒng)，由一些基本要素組成；并認(rèn)識(shí)到整體和部分的辨證關(guān)系。(2)著名古希臘哲學(xué)家亞里士多德（Aristotle）在公元前三百多年就提出整體是由部分組成，整體大于各個(gè)部分的總和。5(3)近代對(duì)世界、整體和部分的看法有了更深一步認(rèn)識(shí)，但是逐漸把世界看成是機(jī)械的、可以分解為若干獨(dú)立的部分；還原論占了統(tǒng)治地位。到后來(lái)，這些學(xué)者也形成了有機(jī)體的概念，同時(shí)認(rèn)為宇宙系統(tǒng)是自組織演化的。(4)馬克思、恩格斯的系統(tǒng)思想是辨證唯物的。在恩格斯看來(lái)，整個(gè)世界是一個(gè)有機(jī)聯(lián)系起來(lái)的復(fù)雜的系統(tǒng)，物質(zhì)世界是有層次的；馬克思認(rèn)為整體不等于部分的簡(jiǎn)單相加，各個(gè)部分之間協(xié)同配合好時(shí)可以產(chǎn)生新的東西，新的力量。也就是說(shuō)，整體可以發(fā)揮局部所不具有的功能，比如碳的含量不同可以組成鐵，鋼；還比如。。。6

2中國(guó)傳統(tǒng)系統(tǒng)思想中國(guó)古代樸素的系統(tǒng)思想早在公元前一千多年前甚至更早就已經(jīng)形成了。(1)最早是八卦與周易(2)公元前五百多年前，以老子為創(chuàng)始人的道家對(duì)系統(tǒng)提出了精辟的看法(3)《黃帝內(nèi)經(jīng)》“天人相應(yīng)”(4)《孫子兵法》，李冰父子建造都江堰。。。均含系統(tǒng)的思想（參見(jiàn)顧基發(fā),唐錫晉.2000.從古代系統(tǒng)思想到現(xiàn)代東方系統(tǒng)方法論.系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐,(1):89~92.）73定義(1)美Webster大詞典(2)日J(rèn)IS工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(3)前蘇聯(lián)大百科全書(shū)(4)錢(qián)學(xué)森：系統(tǒng)是由相互作用和相互依賴的若干組成部分結(jié)合的具有特定功能的有機(jī)整體。系統(tǒng)具有的獨(dú)立的三個(gè)判別特征：界限；組成部件；用途8圖1.1系統(tǒng)的基本概念圖

9

4系統(tǒng)的構(gòu)成要素（1）系統(tǒng)的諸部件及其屬性：結(jié)構(gòu)部件；操作部件；流部件以電路系統(tǒng)、城市系統(tǒng)以及自然生態(tài)系統(tǒng)為例說(shuō)明（2）系統(tǒng)的環(huán)境及其界限（3）系統(tǒng)的輸入與輸出S＝（C，S，F(xiàn)，E）C:組成要素；S:結(jié)構(gòu)；F:功能；E:環(huán)境.10

系統(tǒng)的功能F＝Φ（C，S，E）C:組成要素；S:結(jié)構(gòu)；F:功能；E:環(huán)境.

系統(tǒng)的要素

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

環(huán)境因素11

原材料

生產(chǎn)車(chē)間

辦公室

成品庫(kù)

商品銷(xiāo)售系統(tǒng)

社會(huì)供應(yīng)系統(tǒng)

物質(zhì)流

信息流

指令流

工廠生產(chǎn)系統(tǒng)

成品輸出

原材料等輸入

外界社會(huì)系統(tǒng)環(huán)境

圖1.2系統(tǒng)活動(dòng)結(jié)構(gòu)圖12

5系統(tǒng)的分類：自然系統(tǒng)與人造系統(tǒng)；實(shí)體系統(tǒng)與概念系統(tǒng)；動(dòng)態(tài)系統(tǒng)與靜態(tài)系統(tǒng)；控制系統(tǒng)與行為系統(tǒng)；開(kāi)放系統(tǒng)與封閉系統(tǒng)。

6系統(tǒng)的基本特性：整體性、層次性、動(dòng)態(tài)性、相關(guān)性、目的性、環(huán)境適應(yīng)性。

作業(yè)1：根據(jù)所掌握專業(yè)知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)，分出構(gòu)成要素圖1.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖13三、系統(tǒng)工程與其他相近學(xué)科的關(guān)系1系統(tǒng)科學(xué)與系統(tǒng)工程系統(tǒng)科學(xué)是一門(mén)從總體上研究復(fù)雜系統(tǒng)共同運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)系統(tǒng)工程是一門(mén)系統(tǒng)科學(xué)、工程技術(shù)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)和管理學(xué)等相結(jié)合的組織管理技術(shù)，是一種改造客觀世界的工程技術(shù)，同時(shí)也是一種運(yùn)籌與決策的藝術(shù)。奧地利理論生物學(xué)家貝塔朗菲將系統(tǒng)論分為：一般系統(tǒng)論-關(guān)于“系統(tǒng)”的科學(xué)，對(duì)各種不同的具體科學(xué)（物理學(xué)、生物學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等）的系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的理論研究，要求用精確的數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述各種系統(tǒng)；系統(tǒng)技術(shù)－涉及系統(tǒng)工程的內(nèi)容，著重研究系統(tǒng)思想與系統(tǒng)方法在 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和社會(huì)的各種系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用；系統(tǒng)哲學(xué)－包括系統(tǒng)本體論、系統(tǒng)認(rèn)識(shí)論、以及人與世界關(guān)系的價(jià)值觀、 人本主義等等。142系統(tǒng)分析與系統(tǒng)工程(1)系統(tǒng)工程＝系統(tǒng)分析;(2)系統(tǒng)工程包括在系統(tǒng)方法之中，與系統(tǒng)分析并列;(3)系統(tǒng)工程包括系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和決策分析.本課程體系：系統(tǒng)工程＝系統(tǒng)分析＋決策分析153運(yùn)籌學(xué)與系統(tǒng)工程運(yùn)籌學(xué)和系統(tǒng)工程可以看作是屬于一個(gè)領(lǐng)域中的兩個(gè)姐妹學(xué)科，都是系統(tǒng)思想方法定量化的實(shí)際應(yīng)用研究。運(yùn)籌學(xué)發(fā)展成為一個(gè)專門(mén)的數(shù)學(xué)分支，由數(shù)學(xué)家進(jìn)行專門(mén)研究，并為系統(tǒng)工程提供最重要的方法和理論基礎(chǔ)。運(yùn)籌學(xué)的目的：增加現(xiàn)有系統(tǒng)效率的分析工作，通常涉及現(xiàn)已存在系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)情況，如工廠、市場(chǎng)等系統(tǒng)；以專業(yè)技術(shù)為導(dǎo)向，分析程序由下而上（戰(zhàn)術(shù)）系統(tǒng)工程：對(duì)若干可供選擇的執(zhí)行特定任務(wù)的系統(tǒng)方案進(jìn)行選擇比較；以問(wèn)題狀況為導(dǎo)向，分析程序由上而下（戰(zhàn)略）系統(tǒng)工程：設(shè)計(jì)新系統(tǒng)的科學(xué)方法。（錢(qián)學(xué)森）16第二節(jié)系統(tǒng)工程的發(fā)展概況

一、系統(tǒng)工程的形成與發(fā)展

系統(tǒng)工程學(xué)產(chǎn)生于20世紀(jì)40年代，初期是在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和軍事需要的推動(dòng)下，作為一門(mén)以系統(tǒng)為研究對(duì)象，以運(yùn)籌學(xué)、信息論、控制論、管理科學(xué)等科學(xué)理論為基礎(chǔ)，高度綜合地運(yùn)用電子計(jì)算機(jī)等各種現(xiàn)代技術(shù)，擔(dān)負(fù)總體協(xié)調(diào)使命的管理與設(shè)計(jì)學(xué)科而產(chǎn)生的。系統(tǒng)工程真正形成為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科，通常以1957年美國(guó)學(xué)者H.Goode&R.Machol合著的《系統(tǒng)工程》（SystemsEngineering）一書(shū)的出版作為標(biāo)志。1938年英國(guó)正面臨著德國(guó)飛機(jī)空襲（film:倫敦上空的鷹）防空作戰(zhàn)系統(tǒng)（雷達(dá)站、高炮陣地、機(jī)場(chǎng)和飛機(jī)等）運(yùn)行問(wèn)題曼哈頓計(jì)劃貝爾電報(bào)電話公司17

到60年代，系統(tǒng)工程的發(fā)展開(kāi)始推廣應(yīng)用于技術(shù)內(nèi)容雖然較少，而更多考慮社會(huì)因素（如交通、城市規(guī)劃、水源系統(tǒng)、保健系統(tǒng)以至全球性的人口控制、生態(tài)平衡等等）的大系統(tǒng)。70年代，系統(tǒng)工程進(jìn)入到解決各種復(fù)雜大系統(tǒng)的最優(yōu)控制階段，特別是在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的計(jì)劃、協(xié)調(diào)方面。

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二、系統(tǒng)工程在我國(guó)發(fā)展的概況

“兩彈”的研制；美“阿波羅登月計(jì)劃”的沖擊錢(qián)學(xué)森19三、系統(tǒng)工程的應(yīng)用社會(huì)系統(tǒng)工程；經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)工程；區(qū)域規(guī)劃系統(tǒng)工程；環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)工程；能源系統(tǒng)工程；水資源系統(tǒng)工程；交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程；農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程；企業(yè)系統(tǒng)工程；工程項(xiàng)目管理；科技管理；教育系統(tǒng)工程；人口系統(tǒng)工程；軍事系統(tǒng)工程20第三節(jié)學(xué)習(xí)系統(tǒng)工程的意義實(shí)例：20世紀(jì)60年代初的美蘇核軍備競(jìng)賽蘇：研制巨型核彈（500萬(wàn)－1000萬(wàn)噸級(jí)）美：模擬核武器破壞力的數(shù)學(xué)模型K:核武器的損傷值（破壞力）；c：命中誤差，即偏離目標(biāo)中心的距離；y：核武器的當(dāng)量，即核彈的級(jí)位數(shù)。策略：提高命中精度策略：提高核武器當(dāng)量21系統(tǒng)工程原則上是一門(mén)“參謀課”，“顧問(wèn)課”，工具課；需要結(jié)合專業(yè)知識(shí)。通過(guò)提高管理和決策水平來(lái)提高我們工作效率；充分運(yùn)用各種資源，將他人優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化嫁接；有利于制定正確的政策和策略（可大可?。粷撘颇刑岣咛幚韱?wèn)題的能力

正確成功22第二章系統(tǒng)工程方法論數(shù)學(xué)描述方法＋邏輯推理方法工程技術(shù)的規(guī)范＋社會(huì)科學(xué)的藝術(shù)思想方法理論基礎(chǔ)基本程序方法步驟系統(tǒng)工程方法論基本特點(diǎn)：研究方法強(qiáng)調(diào)整體性技術(shù)應(yīng)用強(qiáng)調(diào)綜合性管理決策強(qiáng)調(diào)科學(xué)性23第一節(jié)

霍爾的“三維結(jié)構(gòu)體系”第二節(jié)

切克蘭德的“調(diào)查學(xué)習(xí)”模式第三節(jié)

錢(qián)學(xué)森的綜合集成工程方法論系統(tǒng)工程方法論（思考和處理問(wèn)題的方法）24第一節(jié)霍爾的“三維結(jié)構(gòu)體系”將系統(tǒng)的整個(gè)管理過(guò)程分為前后緊密相聯(lián)的7個(gè)階段和7個(gè)步驟，并同時(shí)考慮到為完成這些階段和步驟的工作所需的各種專業(yè)管理技術(shù)知識(shí)。圖3.1系統(tǒng)工程的霍爾三維結(jié)構(gòu)國(guó)內(nèi)外許多事例表明，運(yùn)用科學(xué)的管理方法，決策的可靠性可提高一倍以上，節(jié)約時(shí)間和總投資平均在15％以上，而用于管理的費(fèi)用一般只占總投資的3％～6％。25一、時(shí)間維規(guī)劃階段制定方案階段開(kāi)發(fā)研究階段生產(chǎn)制造階段安裝實(shí)施階段運(yùn)行作業(yè)階段改進(jìn)更新階段26以三峽工程作為案例：第一階段：1919年孫中山《建國(guó)方略》：利用三峽的水利資源發(fā)電1946年《薩凡奇計(jì)劃》50年代初期林一山為首的長(zhǎng)江流域規(guī)劃辦公室27第二階段：解決四個(gè)方面問(wèn)題：目標(biāo)進(jìn)行分解和量化；協(xié)調(diào)目標(biāo)，提出實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的具體的方案；為實(shí)現(xiàn)方案在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)方面、環(huán)境方面的保障；根據(jù)具體方案，對(duì)工程成本費(fèi)用和效益提出更加詳細(xì)的計(jì)算?？偰繕?biāo)：發(fā)電、防洪、供水、航運(yùn)正常蓄水位：230米、235米；壩址設(shè)在南津關(guān)28第三階段：1958年到1993年10月實(shí)施系統(tǒng)工程（生產(chǎn)安裝）之前技術(shù)性很強(qiáng)，工作量最大的階段。需要結(jié)合大批的相關(guān)的工程技術(shù)人員，合作完成。提出實(shí)施該系統(tǒng)的詳細(xì)的研制方案；提出詳細(xì)的實(shí)施（生產(chǎn)或施工，包括往后各階段）計(jì)劃。提出可供施工的藍(lán)圖，包括大壩、船閘、廠房、機(jī)電設(shè)備、輸變電工程等方面的各項(xiàng)研究工作以及最終拿出可供施工和生產(chǎn)的圖紙；按照預(yù)想的進(jìn)程和可能性，提出包括庫(kù)區(qū)移民以及工廠的搬遷安置、施工進(jìn)度、水輪發(fā)電機(jī)組、輔助設(shè)備、輸變電設(shè)備的研究等，進(jìn)而提出何時(shí)完成第一期工程和第二期工程、何時(shí)全面投產(chǎn)等詳細(xì)的系統(tǒng)的實(shí)施計(jì)劃。29第四階段：根據(jù)系統(tǒng)研制階段所提出的方案和生產(chǎn)計(jì)劃，生產(chǎn)出系統(tǒng)的零部件和所有的設(shè)備和裝置；提出系統(tǒng)的安裝計(jì)劃。完成大壩以及全部水工結(jié)構(gòu)的建筑，船閘、廠房的建設(shè)，水輪發(fā)電機(jī)組、輸變電設(shè)備、中央控制臺(tái)、配電室以及其他各種機(jī)電設(shè)備的制造；提出未來(lái)的安裝計(jì)劃；安置庫(kù)區(qū)移民。第五、六、七階段：安裝、運(yùn)行、更新。30時(shí)間上可以交叉。研制階段可部分進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)階段就可部分安裝，安裝階段可部分進(jìn)行運(yùn)行。需尋求最佳方案，用計(jì)劃協(xié)調(diào)技術(shù)（PERT）、圖解評(píng)審技術(shù)（GERT）。主要有泥沙問(wèn)題、水庫(kù)引發(fā)地震問(wèn)題、四川將面臨更加頻繁和嚴(yán)重的洪水問(wèn)題、環(huán)境問(wèn)題和資金問(wèn)題。綜合治理長(zhǎng)江，對(duì)上游實(shí)行水利開(kāi)發(fā)和水土保持。31二、邏輯維討論系統(tǒng)工程所需經(jīng)歷的每一個(gè)階段中思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的思維程序。為了合理地作出并實(shí)施最佳決策，系統(tǒng)工程的每一個(gè)工作階段上都必須遵循某種合理的思維方式，在這種思維方式中包含有七個(gè)必要的思維步驟或程序：?jiǎn)栴}定義價(jià)值系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)綜合系統(tǒng)分析最優(yōu)化決策計(jì)劃實(shí)施32第二節(jié)切克蘭德的“調(diào)查學(xué)習(xí)”模式良結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：偏重工程、機(jī)理明顯的物理型的硬系統(tǒng)，可以用較明顯的數(shù)學(xué)模型描述，有較現(xiàn)成的定量方法可以計(jì)算出系統(tǒng)的行為和最佳結(jié)果。圖3.2切克蘭德“調(diào)查學(xué)習(xí)”方法流程圖問(wèn)題現(xiàn)狀說(shuō)明弄清關(guān)聯(lián)因素建立概念模型改善概念模型比較實(shí)施不良結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：偏重社會(huì)、機(jī)理尚不清楚的生物型的軟系統(tǒng)，較難用數(shù)學(xué)模型描述，往往只能用半定量、半定性的方法來(lái)處理。(專家調(diào)查法Delphi、情景分析法scenario、沖突分析法conflictanalysis)33一般的硬系統(tǒng)都是要?jiǎng)?chuàng)建或?qū)嵤┮粋€(gè)系統(tǒng)；對(duì)于許多人類活動(dòng)系統(tǒng)而言，并不是要?jiǎng)?chuàng)建出一個(gè)新系統(tǒng)，而是要對(duì)原已存在的系統(tǒng)進(jìn)行變革，使它從一種問(wèn)題情境變換到另一種問(wèn)題情境，使它能愈來(lái)愈令人滿意。34第三節(jié)錢(qián)學(xué)森的綜合集成工程方法論方法論層次：(1)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)＋理論知識(shí)；(2)通過(guò)建模將定性知識(shí)與觀測(cè)數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)資料結(jié)合；(3)人(知識(shí)工程＋專家系統(tǒng))與計(jì)算機(jī)(電腦)結(jié)合工程技術(shù)層次：(1)根據(jù)實(shí)際問(wèn)題收集信息資料和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；(2)約請(qǐng)相關(guān)專家分析研究，明確系統(tǒng)四大變量(狀態(tài)、環(huán)境、控制、輸出)，確定系統(tǒng)建模思想；(3)建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型(定量表示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能、行為、特性、輸入輸出關(guān)系)；(4)對(duì)系統(tǒng)行為做仿真模擬試驗(yàn)，獲得定量數(shù)據(jù)資料；(5)組織專家群體檢驗(yàn)系統(tǒng)模型的有效性；(6)修改、調(diào)整參數(shù)，仿真試驗(yàn)，專家分析評(píng)價(jià)，修改。。。數(shù)學(xué)模型(符合實(shí)際系統(tǒng)的理論描述)----可信的結(jié)論35第三章系統(tǒng)分析第一節(jié)系統(tǒng)分析概述1概念：

目的—提高問(wèn)題的清晰度 方法—用系統(tǒng)的方法，定性、定量的工具分析結(jié)構(gòu)和狀態(tài)，提出方案并進(jìn)行評(píng)價(jià)和協(xié)調(diào) 任務(wù)—提供方案、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以及建議2要素： 目標(biāo) 可行方案 費(fèi)用 模型 效果 準(zhǔn)則 結(jié)論圖3.1系統(tǒng)分析要素結(jié)構(gòu)圖3原則：364要點(diǎn)與步驟： 5W1H：What,Why,When,Where,Who,How圖3.2系統(tǒng)分析流程圖系統(tǒng)分析(一)：概述37圖3.3應(yīng)用系統(tǒng)分析邏輯過(guò)程系統(tǒng)分析(一)：概述385方法：定性—目標(biāo)-手段分析法；因果分析法；KJ法等定量—結(jié)構(gòu)模型；模糊綜合評(píng)判法；時(shí)間序列分析；系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型；層次分析法；投入-產(chǎn)出分析法；效益成本分析法等等。系統(tǒng)分析(一)：概述39第二節(jié)系統(tǒng)分析的信息知識(shí)基礎(chǔ)一、數(shù)據(jù)和信息的概念1數(shù)據(jù)（或資料，即data）----客觀實(shí)體屬性的值，是對(duì)客觀事物及其狀態(tài)進(jìn)行記錄而得到的用于鑒別的符號(hào)。2信息（information）信息是反映客觀情況的，它表達(dá)和反映了人們對(duì)某一事物的認(rèn)識(shí)和了解程度；信息與決策是密切相關(guān)的，正確的決策必須依靠和控制有足夠數(shù)量和質(zhì)量的信息，信息通過(guò)決策體現(xiàn)自身的價(jià)值；信息是抽象的認(rèn)識(shí)或知識(shí)。3數(shù)據(jù)處理（1）明確收集數(shù)據(jù)的目標(biāo)（2）有時(shí)間的連續(xù)性和一定的時(shí)間跨度（3）鑒別可靠性4信息的屬性40二、目標(biāo)與信息源1信息源的概念：與目標(biāo)有關(guān)的信息集合圖3.5信息源組織示意圖系統(tǒng)分析(二)：信息知識(shí)基礎(chǔ)圖3.4信息、目標(biāo)與信息源的關(guān)系信息源信息目標(biāo)對(duì)信息源的認(rèn)識(shí)可以用如下的一段敘述來(lái)理解（Feigenbaum）:如果你要一個(gè)聰明的機(jī)器，就得把你所關(guān)心的領(lǐng)域限制在一個(gè)狹小的范圍內(nèi)；如果你想積累足夠的知識(shí)使之能起作用—知識(shí)是專家的能力所在，那么你必須在一個(gè)非常小的范圍內(nèi)積累，因?yàn)檫@是我們今天所能做到的一切。2信息源的性質(zhì)不可預(yù)知部分將可理解部分遺漏部分已理解部分可知部分不可知部分本質(zhì)上不可知部分信息源41三、信息處理與轉(zhuǎn)換1信息在系統(tǒng)分析中的地位圖3.6信息處理工作系統(tǒng)分析(二)：信息知識(shí)基礎(chǔ)問(wèn)題狀況外部環(huán)境和研究目標(biāo)搜集信息存儲(chǔ)信息加工信息顯示信息方法庫(kù)模型庫(kù)

決策422信息轉(zhuǎn)換的過(guò)程與目的過(guò)程：把與問(wèn)題狀況有關(guān)的認(rèn)識(shí)信息，通過(guò)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則變換為評(píng)價(jià)信息或與目標(biāo)有關(guān)的信息源；然后再通過(guò)系統(tǒng)分析方法和手段把信息加工為可供決策人用的指令信息。信息轉(zhuǎn)換的過(guò)程也就是系統(tǒng)分析和決策分析的工作過(guò)程。目的：使被研究的決策問(wèn)題最后所剩下的信息量盡可能等于該決策問(wèn)題的不可知信息量。圖3.7信息轉(zhuǎn)換與澄清問(wèn)題狀況過(guò)程系統(tǒng)分析(二)：信息知識(shí)基礎(chǔ)43四、信息量的解析水準(zhǔn)圖3.8信息量解析水準(zhǔn)示意圖系統(tǒng)分析(二)：信息知識(shí)基礎(chǔ)441．阿拉斯加原油輸送方案的系統(tǒng)分析普拉德霍灣油田→美國(guó)本土任務(wù)：每天運(yùn)送200萬(wàn)桶環(huán)境：油田處于北極圈內(nèi)，海灣長(zhǎng)年處于冰封階段；陸地長(zhǎng)年冰凍，最低氣溫達(dá)零下50

C。方案優(yōu)點(diǎn)主要問(wèn)題1：海路油船運(yùn)輸4～5艘超級(jí)油輪

天需破冰船引航；起終點(diǎn)需建造大型油庫(kù)；海上風(fēng)暴影響2：陸路帶加溫系統(tǒng)油管輸送利用成熟的管道輸油技術(shù)沿途設(shè)加溫站；管理、運(yùn)輸和供給燃料；一半管道需底架支撐和保溫處理系統(tǒng)分析的應(yīng)用實(shí)例45總結(jié)：1不安全，費(fèi)用大，無(wú)保證；2安全，供油穩(wěn)定，費(fèi)用高決策人員處理策略：暫時(shí)把方案2作為參考方案作進(jìn)一步細(xì)致研究，為規(guī)劃做準(zhǔn)備；同時(shí)繼續(xù)播出經(jīng)費(fèi)，邀請(qǐng)系統(tǒng)分析人員提出競(jìng)爭(zhēng)新方案。競(jìng)爭(zhēng)方案3：原油中加入海水，用普通輸油管道運(yùn)輸原理：類似制作汽車(chē)防凍液，含10％～20％NaCl的海水＋原油＝低溫下乳狀液原油，能暢流優(yōu)點(diǎn)：安全，供油穩(wěn)定，節(jié)省費(fèi)用缺點(diǎn)：需運(yùn)輸無(wú)用海水競(jìng)爭(zhēng)方案4：天然氣轉(zhuǎn)換為甲醇＋原油＝低熔點(diǎn)原油，增加流動(dòng)性原理：埋在地下的石油原來(lái)是油、氣合一的熔點(diǎn)很低，經(jīng)漫長(zhǎng)年代，油氣才逐漸分離優(yōu)點(diǎn)：普通管道可同時(shí)輸送原油和天然氣，僅管道鋪設(shè)費(fèi)就節(jié)省近60億美元，比方案3省一半系統(tǒng)分析的應(yīng)用實(shí)例462．習(xí)題3：鋼筋下料問(wèn)題某鋼筋車(chē)間制作一批直徑相同的鋼筋，需要長(zhǎng)度為3米的90根，長(zhǎng)度為4米的60根。已知所用的下料鋼筋長(zhǎng)度為10米，問(wèn)怎樣下料最??？建立解決此問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型。理解：最少需要多少根10米的鋼筋才能得到90根3米和60根4米的鋼筋？

首先分析由10米鋼筋如何能得到3米和4米的鋼筋？2m3m3m3m3m3m4m4m4m1m方法3：需要根

方法1：需要根方法2：需要

根

系統(tǒng)分析的應(yīng)用實(shí)例47第三節(jié)系統(tǒng)分析之一：系統(tǒng)研究分析問(wèn)題狀況系統(tǒng)目標(biāo)確認(rèn)內(nèi)容：討論用何程度和方法，使系統(tǒng)目標(biāo)發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)的過(guò)程更有效一、問(wèn)題狀況及其特性問(wèn)題：如果實(shí)際系統(tǒng)狀態(tài)（行為＋價(jià)值）不等同于所希望解決的系統(tǒng)狀態(tài)（價(jià)值＋規(guī)范），則就會(huì)存在某種問(wèn)題。而由規(guī)范研究所確定和提供選擇的解決問(wèn)題的辦法，必須滿足經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上和政治上可行的標(biāo)準(zhǔn)。問(wèn)題狀況(Problemsituation)：是決策者及其系統(tǒng)組織在一個(gè)特定的時(shí)間和空間域上所面臨的問(wèn)題和情境（包括系統(tǒng)本身及其環(huán)境），并由此刺激而產(chǎn)生的一種不安、需要或反應(yīng)。當(dāng)對(duì)此種狀況加以說(shuō)明或描述后，就稱之為問(wèn)題狀況。當(dāng)前狀況≠期望狀況

問(wèn)題

問(wèn)題狀況

系統(tǒng)分析和決策活動(dòng)問(wèn)題狀況的三個(gè)屬性：將來(lái)性、限制性、特異性48圖3.9問(wèn)題狀況的將來(lái)性描述圖3.10問(wèn)題狀況的限制性描述圖3.11問(wèn)題狀況的特異性描述系統(tǒng)分析之步驟一：系統(tǒng)研究ABa時(shí)間ta'49二、目標(biāo)與系統(tǒng)1單目標(biāo)系統(tǒng)研究實(shí)例（p51):系統(tǒng)分析之步驟一：系統(tǒng)研究某企業(yè)生產(chǎn)A、B、C三類產(chǎn)品。為生產(chǎn)這些產(chǎn)品需要消耗原材料M和N。這些原材料由市場(chǎng)供應(yīng)，供應(yīng)情況將根據(jù)外界社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境的變化而起伏不定。這是企業(yè)難于控制的波動(dòng)因素。而作為企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，根據(jù)生產(chǎn)組織和設(shè)備情況可以知道，生產(chǎn)1個(gè)產(chǎn)品A需要消耗一個(gè)單元的M原料和2個(gè)單元的N原料；生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品B需要消耗1.5個(gè)單元的M原料和1.2個(gè)單元的N原料；而生產(chǎn)1個(gè)產(chǎn)品C需要消耗4個(gè)單元的M原料和1個(gè)單元的N原料。根據(jù)市場(chǎng)的調(diào)查，生產(chǎn)1個(gè)產(chǎn)品A可獲利10個(gè)單位值；生產(chǎn)1個(gè)產(chǎn)品B可獲利14個(gè)單位值；生產(chǎn)1個(gè)產(chǎn)品C可獲利12個(gè)單位值。試問(wèn)在以下三種情形下，如何安排生產(chǎn)能夠獲得最大的企業(yè)利潤(rùn)？(1)原材料供應(yīng)充足；(2)市場(chǎng)供應(yīng)原材料不足，M只有2000個(gè)單元，N只有1000個(gè)單元，同時(shí)又出現(xiàn)市場(chǎng)對(duì)三種產(chǎn)品A、B、C需求量的限定，即希望產(chǎn)品A至少能有200個(gè)，產(chǎn)品B至少生產(chǎn)250個(gè)，產(chǎn)品C至少生產(chǎn)100個(gè)；(3)原材料供應(yīng)不受市場(chǎng)波動(dòng)的影響，但是為購(gòu)買(mǎi)原材料M和N使用的資金受銀行貸款的約束，假定原材料M的單價(jià)為5個(gè)單位值，原材料N的單價(jià)為7個(gè)單位值，銀行的貸款為p。50企業(yè)經(jīng)營(yíng)的目標(biāo)：產(chǎn)品銷(xiāo)售到市場(chǎng)后能獲得的最大利潤(rùn)―單目標(biāo)最優(yōu)化問(wèn)題可知部分：企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的原材料消耗結(jié)構(gòu)―――系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不可知部分：市場(chǎng)提供的原材料M和N的數(shù)量――系統(tǒng)環(huán)境系統(tǒng)分析之步驟一：系統(tǒng)研究51系統(tǒng)分析之步驟一：系統(tǒng)研究52系統(tǒng)分析之步驟一：系統(tǒng)研究532多目標(biāo)系統(tǒng)研究實(shí)例（p54):在前例的基礎(chǔ)上，又增加以下內(nèi)容：系統(tǒng)分析之步驟一：系統(tǒng)研究假設(shè)銀行的貸款p值有最高限額，即企業(yè)的最高貸款額度不能超過(guò)20000個(gè)單位值。假設(shè)企業(yè)經(jīng)理提出的決策目標(biāo)有兩個(gè)：一是企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品在上述條件下能獲得最大利潤(rùn)；另一目標(biāo)是企業(yè)向銀行的貸款量盡可能少。于是，該企業(yè)經(jīng)營(yíng)系統(tǒng)的問(wèn)題就變成為一個(gè)雙目標(biāo)問(wèn)題。該系統(tǒng)可描述如下：54系統(tǒng)分析之步驟一：系統(tǒng)研究

=

=

≥

≥

≥

≤

系統(tǒng)

環(huán)境

maxf(x)1

=10Ax+14Bx+12Cx

minf(x)

2=5XM

+7XN

目標(biāo)

Ax+1.5Bx+4Cx-XM

2Ax+1.2Bx+Cx-XN

Ax

Bx

Cx

5XM

+7XN

0

0

200

250

100

20000

55三、目標(biāo)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則1定義：用數(shù)量化的方法表明或衡量結(jié)果是否達(dá)到預(yù)定目標(biāo)，/是在多大程度上達(dá)到預(yù)定目標(biāo)的某種準(zhǔn)繩和法則。2分類：?jiǎn)文繕?biāo)系統(tǒng)決策：多目標(biāo)系統(tǒng)決策：存在若干需要同時(shí)得到滿足的目標(biāo)

系統(tǒng)分析之步驟一：系統(tǒng)研究56流沙固定扎草方格57（1）單層目標(biāo)準(zhǔn)則體系體系中各個(gè)目標(biāo)均屬同一層次，且不需要分解。它們都可分別用單個(gè)準(zhǔn)則來(lái)衡量。系統(tǒng)分析之步驟一：系統(tǒng)研究總目標(biāo)G目標(biāo)1目標(biāo)2目標(biāo)3目標(biāo)n－1目標(biāo)n…………（2）序列多層目標(biāo)準(zhǔn)則體系（3）非序列多層目標(biāo)準(zhǔn)則體系58性能價(jià)格外觀最大時(shí)速功率耗油量5960防護(hù)公路防護(hù)鐵路生物固沙61總結(jié)：系統(tǒng)研究的基本過(guò)程和內(nèi)容：系統(tǒng)分析之步驟一：系統(tǒng)研究問(wèn)題發(fā)現(xiàn)問(wèn)題定義問(wèn)題診斷目標(biāo)確認(rèn)

具體過(guò)程和步驟：?jiǎn)栴}狀況所涉及到的有關(guān)資料的搜集、分類、數(shù)量化、比較和解釋，使資料呈現(xiàn)出某種程度的結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)研究的內(nèi)容實(shí)質(zhì)：限定了信息源的條件下，由系統(tǒng)分析人員應(yīng)用各類知識(shí)不斷擴(kuò)大可知部分信息和縮小不可知部分信息，以使決策者能夠進(jìn)行決策。62第四節(jié)系統(tǒng)分析之二：系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的總目的：保證決策質(zhì)量的前提下，如何進(jìn)一步減少?zèng)Q策者所必須理解的信息量任務(wù)：系統(tǒng)環(huán)境、決策系統(tǒng)和目標(biāo)特性的進(jìn)一步結(jié)構(gòu)化；采用合理并合乎邏輯的設(shè)計(jì)過(guò)程和方法反映系統(tǒng)的行為特征及其效果；充分利用各類專業(yè)知識(shí)將信息源的不可知部分減少到最低。專業(yè)知識(shí)掌握和利用的深度和背景重點(diǎn)：組織信息源的可知部分，適當(dāng)?shù)睾?jiǎn)化系統(tǒng)。分類：有可能對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的行為特性進(jìn)行直接觀察和度量（一般的工程設(shè)計(jì)或應(yīng)用相似理論進(jìn)行等比例縮小的模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)）；無(wú)法在設(shè)計(jì)過(guò)程中直接觀察該系統(tǒng)的行為特征（如產(chǎn)業(yè)帶，草田輪作系統(tǒng)）。6364|沙坡頭地區(qū)流動(dòng)沙丘－半固定沙地－固定沙地連續(xù)分布示意圖65中國(guó)東北樣帶森林|草原交錯(cuò)區(qū)土地利用格局66河北懷來(lái)盆地小南辛堡生態(tài)|生產(chǎn)范式示范區(qū)（1）67河北懷來(lái)盆地小南辛堡生態(tài)|生產(chǎn)范式示范區(qū)（2）68以干旱區(qū)植物生長(zhǎng)系統(tǒng)為例說(shuō)明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概念和任務(wù)系統(tǒng)部件，系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)系（系統(tǒng)部件與環(huán)境因素間的關(guān)系以及系統(tǒng)部件之間的關(guān)系）69土壤水分降水滲漏沙面蒸發(fā)蒸騰植物儲(chǔ)備物結(jié)構(gòu)生物質(zhì)光照光合作用呼吸生長(zhǎng)葉面積土壤中無(wú)機(jī)氮土壤中有機(jī)氮固定作用吸收維持圖3.12干旱區(qū)植物生長(zhǎng)的模型流圖系統(tǒng)分析之步驟二：系統(tǒng)設(shè)計(jì)70歸納系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概念和任務(wù)如下：1)

找出或確認(rèn)系統(tǒng)部件；2)

分析系統(tǒng)環(huán)境與系統(tǒng)部件之間的關(guān)系；3)

分析系統(tǒng)各部件之間的相互影響和作用；4)

提出系統(tǒng)的參數(shù)輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的兩個(gè)原則：準(zhǔn)確性和可操作性系統(tǒng)分析之步驟二：系統(tǒng)設(shè)計(jì)71

構(gòu)思法(Scenario)：描述系統(tǒng)的環(huán)境系統(tǒng)分析之步驟二：系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過(guò)專業(yè)人員的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)系統(tǒng)環(huán)境因素做出專業(yè)性的分析和判斷，然后對(duì)系統(tǒng)環(huán)境的可控因素以及不可控因素做出若干構(gòu)思方案集合。在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行系統(tǒng)可行方案的分析、比較和評(píng)價(jià)。舉例：陸地生態(tài)系統(tǒng)（NortheastChinaTransect,NECT:中國(guó)東北森林－草原陸地樣帶）生物群區(qū)對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)。72圖3.13全球變化的主要內(nèi)容及其關(guān)系（根據(jù)Vitousek1994；林光輝，1995修改）73圖3.14過(guò)去1000多年以來(lái)大氣CO2濃度變化CO2濃度升高的可控因素和不可控因素74圖3.16中國(guó)東北森林－草原陸地樣帶在全球變化三種模式下生物群區(qū)的變化圖景.（A）溫度增加2°C，降水不變（B）溫度增加2°C，降水增加10％（C）溫度增加2°C，降水減少10％75頭腦風(fēng)暴法（Brainstorming）奧斯本(Osbum)1957年提出基本原則：在集體解決問(wèn)題的課堂上，暫緩作出評(píng)價(jià)，以便于學(xué)生踴躍發(fā)言，從而引出多種多樣的解決方案。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路：硬系統(tǒng)思維方法軟系統(tǒng)思維方法系統(tǒng)分析之步驟二：系統(tǒng)設(shè)計(jì)76第五節(jié)系統(tǒng)分析之三：系統(tǒng)量化應(yīng)用數(shù)學(xué)和分析模式對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行屬性的量化，進(jìn)一步縮小系統(tǒng)不可知部分信息，（對(duì)決策者）減免有關(guān)專業(yè)性知識(shí)的困擾描述系統(tǒng)與環(huán)境的相互能動(dòng)性系統(tǒng)模擬與預(yù)測(cè)目的確定系統(tǒng)行為與目標(biāo)間關(guān)系數(shù)學(xué)規(guī)劃和系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)定量表達(dá)系統(tǒng)行為及性能指標(biāo)經(jīng)濟(jì)效果分析方法第一部分：系統(tǒng)建模1．結(jié)構(gòu)模型表明系統(tǒng)各單元間相互關(guān)系的宏觀模型，是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的圖形或數(shù)學(xué)表示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)={所論系統(tǒng)單元全體，單元間的聯(lián)系或關(guān)系}77P1P2P5P3P4A=12345101000200100300010400000500100系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化①有向圖與鄰接矩陣有向圖：結(jié)點(diǎn)（頂點(diǎn)），邊（支路、?。?，作用方向（箭頭表示）如果單元Pi

對(duì)單元Pj有影響，則Pi

Pj對(duì)于有n個(gè)單元的系統(tǒng)（P1，P2，…，Pn），定義鄰接矩陣A如下：

A=〔aij〕式中aij＝1，當(dāng)線段從Pi向著Pj（即Pi

對(duì)Pj有影響時(shí)）0，當(dāng)Pi

對(duì)Pj無(wú)影響（關(guān)系）時(shí)鄰接矩陣與有向圖（關(guān)系圖）有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。舉例如下：78鄰接矩陣的特性：(1)全零行對(duì)應(yīng)的點(diǎn)為匯點(diǎn)（無(wú)線段離開(kāi)該點(diǎn)），即系統(tǒng)的輸出單元；(2)全零列對(duì)應(yīng)的點(diǎn)為源點(diǎn)（無(wú)線段進(jìn)入該點(diǎn)），即系統(tǒng)的輸入單元；(3)對(duì)應(yīng)于每點(diǎn)的行中的1的數(shù)目就是離開(kāi)該點(diǎn)的線段數(shù)；(4)對(duì)應(yīng)于每點(diǎn)的列中的1的數(shù)目就是進(jìn)入該點(diǎn)的線段數(shù)。原則：按行，看出去的箭頭(1)；按列，找進(jìn)來(lái)的箭頭(1)。強(qiáng)連接性：關(guān)系圖中，Pi與Pj的關(guān)系具有對(duì)稱性系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化②由鄰接矩陣可達(dá)矩陣對(duì)于由n個(gè)單元組成系統(tǒng)（P1，P2，…，Pn）的關(guān)系圖，元素為mij＝1，如果從Pi經(jīng)若干支路到達(dá)Pj； 0，否則。的n×n矩陣M，稱為該圖的可達(dá)性矩陣，如果從Pi出發(fā)經(jīng)過(guò)k段支路到達(dá)Pj，則說(shuō)Pi到Pj是可達(dá)的且“”長(zhǎng)度”為k。79如果我們需要知道從某一單元Pi

出發(fā)可能到達(dá)哪一些單元，則只需對(duì)鄰接矩陣A（直接關(guān)系），A2，A3，…，An（間接關(guān)系）進(jìn)行邏輯和運(yùn)算A∪A2∪…∪An，為方便，假定任何Pi到它本身是可達(dá)的，則應(yīng)再加一單位矩陣I，即M＝I∪A∪A2∪…∪An對(duì)任何正整數(shù)n:(I∪A)n≡I∪A∪A2∪…∪An(數(shù)學(xué)歸納法可證)Warshall算法由鄰接矩陣A產(chǎn)生可達(dá)矩陣M（計(jì)算機(jī)程序）?？蛇_(dá)矩陣表明了各點(diǎn)經(jīng)長(zhǎng)度不大于n-1的路的可達(dá)情況M2＝M可達(dá)矩陣的轉(zhuǎn)移特性，即aRb?bRc

aRc系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化80③由可達(dá)矩陣結(jié)構(gòu)模型可達(dá)矩陣的劃分：設(shè)集A非空有限，A上非空關(guān)系R，對(duì)A的任意劃分(A)={A1,A2,…Al}1)關(guān)系劃分1(S×S)把所有各單元分成兩大類，即R與?，前類包括所有可達(dá)關(guān)系，后類包括所有不可達(dá)關(guān)系。2）區(qū)域劃分2(S)將系統(tǒng)分成若干個(gè)相互獨(dú)立的、沒(méi)有直接或間接影響的子系統(tǒng)。可達(dá)集R(Pi):單元Pi的可達(dá)單元組成的集合，是由可達(dá)矩陣中對(duì)應(yīng)于Pi的行中所有元素為1的列所對(duì)應(yīng)的單元組成。前因素集A(Pi)：到達(dá)單元Pi的單元所組成的集合，是由Pi列中所有元素為1的行所對(duì)應(yīng)的單元組成。系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化81可達(dá)集和前因素集（先行集）分別定義如下：R(Pi)={Pj

︳Pj

∈S,mij＝1}A(Pi)={Pj

︳Pj∈S,mij＝1}定義底層單元集B如下：B={Pi︳Pi∈S,且R(Pi)∩A(Pi)＝A(Pi)}B中的元素稱為底層單元。如果Pi是底層單元，則前因素集A(Pi)中包含它本身以及與Pi有強(qiáng)連接的單元；可達(dá)集包含它本身以及與Pi有強(qiáng)連接的單元和可從Pi到達(dá)的單元。今有屬于B的任意兩個(gè)元素t、t′，如果R(t)∩R(t′)≠?則元素t和t′屬于同一區(qū)域；反之，如果R(t)∩R(t′)＝?則元素t和t′屬于不同不同區(qū)域。系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化82系統(tǒng)單元集S就劃分為若干區(qū)域，

2(S)＝{P1，P2，…，Pm}其中：m為區(qū)域數(shù)。例如：系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化M＝123456711000000211000003001111040001110500001006000111071100001iR(Pi)A(Pi)R(Pi)∩A(Pi)111,2,7121,22,7233,4,5,63344,5,63,4,64,6553,4,5,6564,5,63,4,64,671,2,777底層單元B＝{P3,P7}因?yàn)镽(P3)∩R(P7)＝?，所以P3,P7分屬不同區(qū)域，可達(dá)性矩陣可劃分為

2(S)＝{S1，S2}＝{[P3，P4，P5，P6]，[P1，P2，P7]}833）級(jí)別劃分

l(P)是在每一區(qū)域內(nèi)進(jìn)行的。在可達(dá)性矩陣中，順著Pi行橫看過(guò)去，凡是元素為1的列所對(duì)應(yīng)的單元都在R(Pi)之內(nèi)；順著Pi列豎看下來(lái)，凡是元素為1的行所對(duì)應(yīng)的單元都在A(Pi)之內(nèi)。在處理跨級(jí)間聯(lián)系時(shí)，如已有鄰級(jí)間的線段可代替，則不必畫(huà)出該線段。舉例說(shuō)明可達(dá)矩陣的級(jí)別劃分設(shè)某系統(tǒng)S的可達(dá)矩陣為系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化84123456789101112131415110000000000000020100000000000003111110011000000411011000100000050100100000000006010001000000000711111011100000081111100110000009110110001000000100100110001000001111111011101000012111110111001000131101100010001001401001100010001015010011000100001R＝85要素iR(pi)A(pi)R(Pi)∩A(pi)111,3,4,7,8,9,11,12,131222,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15231,2,3,4,5,8,93,7,8,11,123,841,2,4,5,93,4,7,8,9,11,12,134,952,53,4,5,7,8,9,10,11,12,13,14,15562,66,10,14,15671,2,3,4,5,7,8,97,11,12781,2,3,4,5,8,93,7,8,11,123,891,2,4,5,93,4,7,8,9,11,12,134,9102,5,6,1010,14,1510111,2,3,4,5,7,8,9,111111121,2,3,4,5,7,8,9,121212131,2,4,5,9,131313142,5,6,10,141414152,5,6,10,15151586要素iR(pi)A(pi)R(Pi)∩A(pi)33,4,5,8,93,7,8,11,123,844,5,93,4,5,8,9,11,12,134,9553,4,5,7,8,9,10,11,12,13,14,155666,10,14,15673,4,5,7,8,97,11,12,783,4,5,8,93,7,8,11,123,894,5,93,4,7,8,9,11,12,134,9105,6,1010,14,1510113,4,5,7,8,9,111111123,4,5,7,8,9,121212134,5,9,131313145,6,10,141414155,6,10,15151587要素iR(pi)A(pi)R(Pi)∩A(pi)33,4,8,93,7,8,11,123,844,93,4,7,8,9,11,12,134,973,4,7,8,97,11,12783,4,8,93,7,8,11,123,894,93,4,7,8,9,11,12,134,9101010,14,1510113,4,7,8,9,111111123,4,7,8,9,121212134,9,1313131410,1414141510,15151588要素IR(pi)A(pi)R(Pi)∩A(pi)33,83,7,8,11,123,873,7,87,11,12783,83,7,8,11,123,8113,7,8,111111123,7,8,1212121313131314141414151515151111111112121212777,11,127117,111111127,121211894）不連通子集和強(qiáng)連通子集劃分

d(Lk

)在每一級(jí)內(nèi)，各要素可根據(jù)它們是否屬于強(qiáng)連通子集而分為兩部分。若某一要素不是強(qiáng)連通子集部分，則對(duì)該級(jí)來(lái)說(shuō)，它的可達(dá)集正是它的本身，即：Pi

=

RLk

(Pi)式中，RLk

(Pi)表明可達(dá)性是對(duì)Lk這一級(jí)來(lái)說(shuō)的。因此，可達(dá)矩陣對(duì)每一段Lk內(nèi)的要素產(chǎn)生兩部分劃分：

d(Lk

)＝[I;S]I包括了Lk中不在強(qiáng)連通部分內(nèi)的要素，即滿足Pi

=RLk

(Pi)

；否則，包括在S中。905）對(duì)S的回路集劃分

G(S

)

d(Lk

)用來(lái)找出第k級(jí)中的強(qiáng)連通子集。但其中的要素不一定屬于同一強(qiáng)連通子集中。

G(S

)劃分則從強(qiáng)連通子集中找出回路集。該回路集中每個(gè)要素可從每一其他要素可達(dá)，并到達(dá)其他每一要素。

G(S

)＝[C1,C2,…,Cy]式中，Ci

(i=1,2,…y)為最大回路集，y為最大回路集的數(shù)目。對(duì)回路集Ci中的每一單元u，必有RS(u

)和AS(u

)也屬于Ci。91圖3.16由可達(dá)矩陣作出的結(jié)構(gòu)模型圖921)從可達(dá)矩陣，利用級(jí)劃分∏l(P)將所有單元按級(jí)劃分.于是,可達(dá)矩陣R可按級(jí)排列成:這時(shí),R應(yīng)為下三角矩陣,因?yàn)樯弦患?jí)的要素不能到達(dá)下一級(jí)的要素.左下角的子矩陣表明級(jí)間的關(guān)系(下級(jí)至上級(jí)).從可達(dá)矩陣求結(jié)構(gòu)模型的一般步驟：932)對(duì)于每一對(duì)角子矩陣Nii

(i=1,2,…,l),分別進(jìn)行∏d(Lk)和∏G(S)劃分，找出最大回路集。每一回路集中選一代表要素，去掉其余要素，則得縮減可達(dá)矩陣R’。3)由矩陣R’，依次處理Ni+1，i，N’i+2，i，…，N’i+l-1，i

(其中,i=1,2,…,l)。對(duì)于N’i+1，i，它表明下級(jí)至上級(jí)的可達(dá)情況。在N’i+1，i中，凡有1的元素，需在下一級(jí)的要素至對(duì)應(yīng)的上一級(jí)要素畫(huà)出有方向的線段。4)對(duì)于N’i+2，i，…,N’i+l，i，其中為1的元素表明了跨級(jí)間的聯(lián)系。如已有鄰級(jí)間的線段可以代替，則就不必畫(huà)該線段。當(dāng)所有矩陣處理結(jié)束后，即可作出結(jié)構(gòu)模型。系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化94

結(jié)構(gòu)模型應(yīng)用之一：模糊聚類分析系統(tǒng)聚類分析法：基于模糊關(guān)系上的模糊聚類法第一步：設(shè)U為全體被分類的對(duì)象集合，R是U上類似關(guān)系，

x,y

U,

?(x,y)

0,1,

?

(x,y)

是對(duì)象x,y

的類似度。從?求出對(duì)應(yīng)的模糊矩陣A（?）。確定被分類的對(duì)象在統(tǒng)計(jì)指標(biāo)下的數(shù)據(jù)，并計(jì)算衡量被分類對(duì)象間相似程度的統(tǒng)計(jì)量（或叫相似系數(shù)）rij,，n為被分類對(duì)象的個(gè)數(shù)，m為統(tǒng)計(jì)指標(biāo)數(shù)，從而確定論域U上的類似關(guān)系?和模糊矩陣A（?）r11r12…r1nr21r22…r2n………rn1rn2…rnnA（?）＝95

相似系數(shù)計(jì)算公式（p60）：夾角余弦法；數(shù)量積法；相關(guān)系數(shù)法；最大–最小方法；算術(shù)平均最小方法；幾何平均最小方法；絕對(duì)值指數(shù)方法；專家評(píng)分法（百分制，評(píng)分除以100，之后平均）第二步：求A的可達(dá)矩陣M；第三步：從實(shí)際出發(fā)，確定系數(shù)（01），對(duì)可達(dá)矩陣進(jìn)行區(qū)域劃分A（R

），在不同

水平下對(duì)單元分為不同聚類。若01

21，則R

2所劃分出的每一類必是R

1的某一類的子類，即R

2是R

1的劃分加細(xì)。96

例題：設(shè)某環(huán)境區(qū)域單元集合U＝{Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ}，各區(qū)域環(huán)境污染狀況由4個(gè)環(huán)境因子衡量，即空氣、水、土壤、作物中污染物含量的超限度。設(shè)各區(qū)污染物超限度數(shù)據(jù)如表1所示，請(qǐng)將環(huán)境單元聚類（p61）。

環(huán)境因子區(qū)域空氣水土作物Ⅰ5532Ⅱ2345Ⅲ5523Ⅳ1531Ⅴ2451表1.各區(qū)域環(huán)境污染含量超限度表97

結(jié)構(gòu)模型應(yīng)用之二：討論人口系統(tǒng)中影響總?cè)丝谠鲩L(zhǎng)的各種因素分析，如何根據(jù)有關(guān)人員的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)話過(guò)程，直接求得可達(dá)矩陣，建立結(jié)構(gòu)模型和解釋結(jié)構(gòu)模型，為今后制定有關(guān)人口政策、控制人口增長(zhǎng)等采取相應(yīng)對(duì)策提供科學(xué)決策的依據(jù)。影響人口增長(zhǎng)的因素主要考慮：①期望壽命；②醫(yī)療保健水平；③國(guó)民生育能力；④計(jì)劃生育政策；⑤國(guó)民思想風(fēng)俗；⑥食物營(yíng)養(yǎng)；⑦環(huán)境污染程度；⑧國(guó)民收入；⑨國(guó)民素質(zhì)；⑩出生率；⑾死亡率。鑒于這些影響人口增長(zhǎng)的因素可以通過(guò)人口專家的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，并經(jīng)過(guò)多次的討論以確定它們之間的關(guān)系，如下圖所示。9899

結(jié)構(gòu)模型解釋結(jié)構(gòu)模型總?cè)丝谒劳雎食錾蕠?guó)民生育能力計(jì)劃生育政策國(guó)民思想風(fēng)俗期望壽命醫(yī)療保健水平食物營(yíng)養(yǎng)環(huán)境污染程度國(guó)民收入國(guó)民素質(zhì)總?cè)丝谙到y(tǒng)是一個(gè)具有4級(jí)（層）的多級(jí)遞階系統(tǒng)。直接因素是出生率和死亡率100作業(yè)3：設(shè)某系統(tǒng)S的可達(dá)矩陣為利用可達(dá)集R(Pi)和先行集A(Pi)的關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)的區(qū)域劃分和級(jí)別劃分，并建立結(jié)構(gòu)模型。1234567110001012010000030010110401010005000010060010110700001011012網(wǎng)絡(luò)模型包括最短路模型，最大流模型，最小費(fèi)用流模型和隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型等（1）最大流模型：許多用線性規(guī)劃解決的問(wèn)題常歸結(jié)為這種模型而獲得有效的算法找一種辦法使起點(diǎn)至終點(diǎn)能傳送最大單位數(shù)的流量（保持不超過(guò)每條邊的容量）案例：輸送工人上班系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化102系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化空間時(shí)間乙2丙3甲117:0027:3038:0048:3059:001,11,21,32,32,43,53,43,3St∞(7)∞(7)∞(5)∞(7)∞(7)∞(5)5(5)2(2)3(2)5(5)2(2)5(5)3(2)103（2）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)系統(tǒng)工程中常用的一種科學(xué)管理方法。把工程開(kāi)發(fā)研制過(guò)程當(dāng)作一個(gè)系統(tǒng)來(lái)處理，將組成系統(tǒng)的各項(xiàng)工作和各個(gè)階段按先后順序，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)圖的形式，統(tǒng)籌規(guī)劃，全面安排，并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行組織、協(xié)調(diào)和控制，以達(dá)到最有效地利用資源，并用最少的時(shí)間來(lái)完成系統(tǒng)的預(yù)期目標(biāo)。CPM(CriticalPathMethod):1957，美國(guó)杜邦公司和蘭德公司PERT(ProgramEvaluationandReviewTechnique):1958，美國(guó)海軍特種計(jì)劃局時(shí)間進(jìn)度的安排，資源分配和工程費(fèi)用優(yōu)化方面適用于一次性的大型科研、生產(chǎn)或工程項(xiàng)目，例如新產(chǎn)品的研制、油田或礦山開(kāi)發(fā)、建筑施工、制定長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃等等。104網(wǎng)絡(luò)圖的參數(shù)與計(jì)算p241事項(xiàng)作業(yè)線路網(wǎng)絡(luò)圖的組成及繪制p235關(guān)鍵結(jié)點(diǎn)、關(guān)鍵作業(yè)p243任務(wù)按期完成的概率分析與計(jì)算p248網(wǎng)絡(luò)圖的調(diào)整與優(yōu)化p251網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間－費(fèi)用分析與優(yōu)化

p251105作業(yè)4：P274某工程由A，B，C，…，F(xiàn)六道作業(yè)組成，其前后關(guān)系及作業(yè)時(shí)間的估計(jì)值如下表所示，請(qǐng)繪出該工程的計(jì)劃網(wǎng)絡(luò)圖，并用圖上計(jì)算法確定其關(guān)鍵路線和工期。試問(wèn)該工程在12周和10周內(nèi)完工的概率有多大？若要求完工概率為98％，問(wèn)應(yīng)規(guī)定工期為多少周？作業(yè)代號(hào)先行作業(yè)樂(lè)觀時(shí)間最可能時(shí)間悲觀時(shí)間A—123B—246C—258DA，B129EA，C135FA，B，C369106CPM、PERT本質(zhì)為確定性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化局限性表現(xiàn)在：

只能協(xié)調(diào)評(píng)審確定型的網(wǎng)絡(luò)模型。即模型中各個(gè)事項(xiàng)都確定要完成，在其輸出端只能有一種預(yù)定發(fā)展可能，無(wú)法處理概率型事項(xiàng)。

在網(wǎng)絡(luò)模型中不能出現(xiàn)回路。即事項(xiàng)只能出現(xiàn)一次，不能重復(fù)執(zhí)行。

整個(gè)網(wǎng)絡(luò)模型中，只有一個(gè)終端事項(xiàng)。對(duì)于不確定因素較多的開(kāi)發(fā)研究項(xiàng)目或經(jīng)濟(jì)運(yùn)行系統(tǒng)，尚不能完成管理和決策的職能。107隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型∥圖解評(píng)審技術(shù)（GraphicalEvaluationandReviewTechnique,GERT）：1966，研究阿波羅系統(tǒng)的最終發(fā)射時(shí)間計(jì)算用于空間科學(xué)研究，開(kāi)發(fā)研究的規(guī)劃，存貯分析，鉆探油井，工業(yè)合同談判，費(fèi)用分析，人口動(dòng)態(tài)（動(dòng)植物種群動(dòng)態(tài)），維持和可靠性研究，運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，事故的產(chǎn)生和防止，計(jì)算機(jī)算法等方面。案例：兩階段訓(xùn)練模型系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化108隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)的表示：習(xí)題：審稿程序的GERT模型（P275）系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化109

設(shè)稿件審查的程序是：作者將稿件寄到編輯部，編輯部經(jīng)過(guò)登記、復(fù)制后分別寄給審稿人甲和乙審查。若規(guī)定：只有審稿人甲和乙都認(rèn)為該稿件可以采用后才能刊用；甲或乙只要有一人認(rèn)為不能采用則退稿。試建立此審稿程序的GERT模型。1103數(shù)量模型：用數(shù)學(xué)方程和算式把系統(tǒng)的特性反映出來(lái)。根據(jù)系統(tǒng)目標(biāo)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)條件的性質(zhì)，分為：線性、非線性模型；確定性和概率（隨機(jī)）模型；靜態(tài)、動(dòng)態(tài)模型（市場(chǎng)供求關(guān)系與價(jià)格的變化趨勢(shì)）；模糊模型等。系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化1114層次分析法4.1介紹AHP方法4.2應(yīng)用(1)例題1(2)

AHP方法綜合評(píng)價(jià)管理信息系統(tǒng)，2000,(10):63~67.(3)AHP、專家調(diào)查法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的綜合定權(quán)方法，2001,(3):59~63.112層次分析法AnalyticalHierarchyProcess，簡(jiǎn)稱AHP20世紀(jì)70年代美國(guó)匹茲堡大學(xué)Prof.Saaty,AL提出的一種系統(tǒng)分析方法特點(diǎn)：綜合定性與定量分析，模擬人的決策思維過(guò)程，以解決多因素復(fù)雜系統(tǒng)，特別是難以定量描述的社會(huì)系統(tǒng)的分析方法。標(biāo)志：1977年第一屆國(guó)際數(shù)學(xué)建模大會(huì)《無(wú)結(jié)構(gòu)決策問(wèn)題的建模－層次分析理論》1982年11月，美國(guó)Moorhead大學(xué)能源研究所所長(zhǎng)Prof.Nezhed

在中國(guó)召開(kāi)的能源、資源、環(huán)境學(xué)術(shù)會(huì)議介紹AHP；其后，天津大學(xué)許樹(shù)柏發(fā)表了我國(guó)第一篇介紹AHP的論文；1988年9月，天津：國(guó)際AHP學(xué)術(shù)討論會(huì)。目前應(yīng)用領(lǐng)域：能源政策分析；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)研究；科技成果評(píng)價(jià)，發(fā)展戰(zhàn) 略規(guī)劃；人才考核評(píng)價(jià)；發(fā)展目標(biāo)分析等……113層次分析法解決問(wèn)題思路：首先，把要解決的問(wèn)題分層系列化：根據(jù)問(wèn)題的性質(zhì)和要達(dá)到的目標(biāo)，將問(wèn)題分解為不同的組成因素，按照因素之間的相互影響和隸屬關(guān)系將其分層聚類組合，形成一個(gè)遞階的、有序的層次結(jié)構(gòu)模型；然后，對(duì)模型中每一層次因素的相對(duì)重要性，依據(jù)人們對(duì)客觀現(xiàn)實(shí)的判斷給予定量表示，再利用數(shù)學(xué)方法確定每一層次全部因素相對(duì)重要性次序的權(quán)值；最后，通過(guò)綜合計(jì)算各層因素相對(duì)重要性的權(quán)值，得到最低層（方案層）相對(duì)于最高層（總目標(biāo)）的相對(duì)重要性次序的組合權(quán)值，以此作為評(píng)價(jià)和選擇方案的依據(jù)。要點(diǎn)：將思維過(guò)程和主觀判斷數(shù)學(xué)化。114層次分析法以n只西瓜質(zhì)量為例，構(gòu)造判斷矩陣，利用特征值方法確定各種方案和措施的重要值排序權(quán)值，供決策者參考。重點(diǎn)：判斷矩陣的一致性，滿足aij=aik/ajk

(i,j,k=1,2,…,n)比例標(biāo)度1～9的依據(jù)：心理學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，大多數(shù)人對(duì)不同事物在相同屬性上的差別的分辨能力在5～9級(jí)之間，1～9標(biāo)度能夠反映大多數(shù)人的判斷能力；大量社會(huì)調(diào)查表明，1～9的比例標(biāo)度早已為人們所熟悉和采用；科學(xué)考察和實(shí)踐表明，1～9的比例標(biāo)度已完全能區(qū)分引起人們感覺(jué)差別的事物的各種屬性。常用冪法，和積法，方根法（p69-71）115層次分析法某人有觀賞祖國(guó)大好河山的愿望，想去旅游一次，現(xiàn)有三個(gè)地點(diǎn)，即桂林、張家界、廬山，可供選擇，請(qǐng)用層次分析法幫他選一個(gè)適合自己情況的旅游點(diǎn)。某領(lǐng)導(dǎo)崗位需要增配一名領(lǐng)導(dǎo)者，現(xiàn)有甲、乙、丙三位候選人可供選擇，選擇的原則是合理兼顧以下六個(gè)方面－思想品德、工作成績(jī)、組織能力、文化程度、年齡大小、身體狀況。請(qǐng)用層次分析法對(duì)甲、乙、丙三人進(jìn)行排序，給出最佳人選。某廠有一筆企業(yè)留成利潤(rùn)要由廠領(lǐng)導(dǎo)決定其用途，總目標(biāo)是希望能促進(jìn)工廠更進(jìn)一步發(fā)展?？晒┻x擇的方案有：作為獎(jiǎng)金發(fā)給職工；擴(kuò)建食堂、托兒所等福利設(shè)施；開(kāi)辦職工業(yè)余學(xué)校；建設(shè)圖書(shū)館或俱樂(lè)部；引進(jìn)新設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造。衡量這些方案（措施）可從以下三方面著眼：是否調(diào)動(dòng)了職工的生產(chǎn)積極性；是否提高了企業(yè)的技術(shù)水平；是否改善了職工的物質(zhì)文化生活狀況?，F(xiàn)在要對(duì)上述五種方案進(jìn)行優(yōu)劣性評(píng)價(jià)，或者說(shuō)按優(yōu)劣順序把這五種方案排列起來(lái)，以便廠領(lǐng)導(dǎo)從中選擇一種方案付諸實(shí)施。116層次分析法步驟：(1)建立層次結(jié)構(gòu)模型將所包含的因素分組，每一組作為一個(gè)層次，按照最高層、若干有關(guān)的中間層和最低層的形式排列起來(lái)。對(duì)于決策問(wèn)題，包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層(2)構(gòu)造判斷矩陣針對(duì)上一層某因素而言，本層次與之有關(guān)的各因素之間的相對(duì)重要性

bij=1，表示Bi與Bj一樣重要；

bij=3，表示Bi比Bj重要一點(diǎn)（稍微重要）；

bij=5，表示Bi比Bj重要（明顯重要）；

bij=7，表示Bi比Bj重要得多（強(qiáng)烈重要）；

bij=9，表示Bi比Bj極端重要（絕對(duì)重要）。它們之間的數(shù)2，4，6，8及各數(shù)的倒數(shù)具有相應(yīng)的類似意義。117層次分析法(3)層次單排序根據(jù)判斷矩陣計(jì)算對(duì)于上一層某因素而言，本層次與之有聯(lián)系的因素的重要性次序的權(quán)值（計(jì)算判斷矩陣的特征根和特征向量）(4)層次總排序利用同一層次中所有層次單排序的結(jié)果，計(jì)算針對(duì)上一層次而言，本層次所有因素重要值的權(quán)值(5)一致性檢驗(yàn)評(píng)價(jià)層次總排序的計(jì)算結(jié)果的一致性

CR＝CI/RICI為層次總排序一致性指標(biāo)；RI為層次總排序平均隨機(jī)一致性指標(biāo)；CR為層次總排序隨機(jī)一致性比例。AHP計(jì)算的根本問(wèn)題：判斷矩陣的最大特征根

max及其對(duì)應(yīng)的特征向量W（冪法，和積法，方根法）118建模的原則：建模的依據(jù)是對(duì)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)、功能與行為的清楚了解，系統(tǒng)行為的模式將取決于系統(tǒng)內(nèi)部反饋結(jié)構(gòu)及其機(jī)制明確建模目的和模型的任務(wù)，以及要解決的問(wèn)題受那些因素的制約和影響模型要反映真實(shí)世界中的關(guān)鍵側(cè)面建模過(guò)程中要正確使用有關(guān)技術(shù)和手段實(shí)踐是檢驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵恢滦院陀行缘淖罱K標(biāo)準(zhǔn)，模型具有階段性，需不斷改進(jìn)119第二部分模擬與預(yù)測(cè)圖3.17預(yù)測(cè)分析過(guò)程示意圖

預(yù)測(cè)方法遵循的原則：連貫性原則、相關(guān)性原則系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化120預(yù)測(cè)方法分類： 特爾斐法（Delphi）定性預(yù)測(cè)方法 主觀概率法 領(lǐng)先指標(biāo)法 平滑預(yù)測(cè)（移動(dòng)平均，指數(shù)平滑） 時(shí)間序列分析 趨勢(shì)外推法

Box-Jenkins法

定量預(yù)測(cè)方法 回歸分析 計(jì)量經(jīng)濟(jì)模型（包括投入產(chǎn)出分析） 馬爾可夫模型 因果關(guān)系分析 狀態(tài)空間分析 灰色系統(tǒng)模型 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化121特爾斐方法：成為在技術(shù)預(yù)測(cè)和社會(huì)預(yù)測(cè)方面的日常方法。1特點(diǎn)：（1）匿名形式，為克服專家會(huì)議易受心理因素影響的缺點(diǎn)（2）一般要經(jīng)過(guò)四輪（3）用統(tǒng)計(jì)方法對(duì)結(jié)果進(jìn)行定量處理系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化2專家的選擇物色專家是特爾斐方法的一個(gè)關(guān)鍵步驟3預(yù)測(cè)問(wèn)題的提出（1）制定目標(biāo)－手段調(diào)查表（2）制定專家應(yīng)答問(wèn)題調(diào)查表1224預(yù)測(cè)過(guò)程：四輪調(diào)查5預(yù)測(cè)的幾個(gè)原則：（1）對(duì)Delphi方法作出充分說(shuō)明。（2）問(wèn)題要集中。（3）避免組合事件，如“一種技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是建立在某種方法基礎(chǔ)上”。（4）用詞要確切。（5）領(lǐng)導(dǎo)小組意見(jiàn)不應(yīng)強(qiáng)加在調(diào)查表中。（6）調(diào)查表要簡(jiǎn)化，問(wèn)題數(shù)量適當(dāng)限制。（7）支付適當(dāng)報(bào)酬，以鼓勵(lì)專家的積極性。系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化6結(jié)果的處理與表示：用中位數(shù)代表專家們預(yù)測(cè)的協(xié)調(diào)結(jié)果，用上下四分點(diǎn)代表專家們意見(jiàn)的分散程度。123預(yù)測(cè)的一般步驟：1明確預(yù)測(cè)目的服務(wù)于系統(tǒng)決策2收集、整理資料和數(shù)據(jù)3建立預(yù)測(cè)模型4模型參數(shù)估計(jì)5模型檢驗(yàn)合理性和有效性6預(yù)測(cè)實(shí)施與結(jié)果分析系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化第三部分：多目標(biāo)規(guī)劃與優(yōu)化P1401目標(biāo)規(guī)劃法2交互序貫?zāi)繕?biāo)規(guī)劃法（ISGP）3重新規(guī)劃法P150124系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型（系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的模擬、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真）一、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法1系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（SystemDynamics，S.D.）的來(lái)源美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）教授J.W.Forrester本世紀(jì)50年代中期，研究作為工業(yè)系統(tǒng)的企業(yè)的各種活動(dòng)工業(yè)動(dòng)力學(xué)（industrialdynamics）；1969年城市動(dòng)力學(xué)模型（UrbanDynamics）1971年羅馬俱樂(lè)部（TheclubofRome）研究報(bào)告即《增長(zhǎng)的極限》（TheLimitstotheGrowth）,世界動(dòng)力學(xué)模型（WorldDynamics）1972年正式定名系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化“系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是研究信息反饋系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的計(jì)算機(jī)仿真方法。它有效地把信息反饋的控制原理與因果關(guān)系的邏輯分析結(jié)合起來(lái)，面對(duì)復(fù)雜實(shí)際問(wèn)題，從研究系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)入手，建立系統(tǒng)的仿真模型，并對(duì)模型實(shí)施各種不同的政策方案，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真展示系統(tǒng)的宏觀行為，尋求解決問(wèn)題的正確途徑?！?252系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)1）研究社會(huì)系統(tǒng)，能夠容納大變量，一般可以達(dá)到數(shù)千個(gè)以上。2）定性分析和定量分析相結(jié)合（動(dòng)力學(xué)模型既有描述系統(tǒng)各要素之間因果關(guān)系的結(jié)構(gòu)模型，以此來(lái)認(rèn)識(shí)和把握系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；又有用專門(mén)形式表示的數(shù)學(xué)模型，據(jù)此進(jìn)行仿真試驗(yàn)和計(jì)算，以掌握系統(tǒng)未來(lái)的行為）3）仿真試驗(yàn)?zāi)芷鸬綄?shí)際系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的作用。通過(guò)人－機(jī)結(jié)合，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)和功能，能夠獲得豐富而深化的信息，為決策提供有力依據(jù)。4）能夠處理高階次、非線性、多重反饋的復(fù)雜時(shí)變的社會(huì)系統(tǒng)有關(guān)問(wèn)題（預(yù)測(cè)功能）。系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化針對(duì)實(shí)際系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，從系統(tǒng)的整體觀出發(fā)，充分估計(jì)和研究其影響因素，不回避復(fù)雜性，特別注重研究系統(tǒng)內(nèi)部的非線性相互作用、協(xié)同以及延遲效應(yīng)等問(wèn)題。1263系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)構(gòu)模的基本步驟1）明確系統(tǒng)構(gòu)模目的；2）確定系統(tǒng)邊界；3）因果關(guān)系分析；4）建模：流程圖和結(jié)構(gòu)方程式；5）計(jì)算機(jī)仿真試驗(yàn)；6）結(jié)果分析；7）模型的修正：修正系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行參數(shù)策略或重新確定系統(tǒng)邊界等系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化127系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)從系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)尋找問(wèn)題發(fā)生的根源；系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是面向問(wèn)題的而非面向整個(gè)系統(tǒng)；系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是一種計(jì)算機(jī)仿真方法，而且是一種連續(xù)系統(tǒng)仿真方法，有自己的仿真語(yǔ)言和仿真軟件，并且具有一定的預(yù)測(cè)功能。系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的兩個(gè)共同特點(diǎn)：動(dòng)態(tài)的，通常用隨時(shí)間連續(xù)變化的量表示；使用反饋來(lái)揭示原因和尋找解決辦法。小結(jié)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法主要從因果關(guān)系鏈開(kāi)始，得到相應(yīng)的流圖，再?gòu)牧鲌D寫(xiě)出方程組，再在計(jì)算機(jī)上對(duì)模型進(jìn)行仿真。128二、因果反饋結(jié)構(gòu)1因果關(guān)系CausalRelationship系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模的基礎(chǔ)，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系的一種定性描述AB：變量A表示原因，變量B表示結(jié)果，因果關(guān)系用一個(gè)箭頭線表示，標(biāo)為因果鏈，表示A到B的作用。系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化若滿足下列條件之一：①A加到B中；②A是B的乘積因子；③A變到A±△A，有B變到B±△B，即A、B的變化方向相同。則稱A到B具有正因果關(guān)系，簡(jiǎn)稱正關(guān)系，用“＋”號(hào)標(biāo)在因果鏈上。若滿足下列條件之一：①A從B中減去；②1/A是B的乘積因子；③A變到A±△A，有B變到B＋△B，即A、B的變化方向相反。則稱A到B具有負(fù)因果關(guān)系，簡(jiǎn)稱負(fù)關(guān)系，用“－”號(hào)標(biāo)在因果鏈上。1292用群落穩(wěn)定性機(jī)制說(shuō)明反饋概念從控制論的觀點(diǎn)看，任何一個(gè)具有使自身內(nèi)部保持穩(wěn)定的系統(tǒng)，都具有某種反饋機(jī)制。Feedback:構(gòu)成系統(tǒng)的某一成分的輸出與輸入之間的關(guān)系，或者說(shuō)是輸出變成了決定系統(tǒng)未來(lái)功能的輸入。系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化例1：例2：例3：天敵－害蟲(chóng)種群系統(tǒng)天敵數(shù)量（輸入）害蟲(chóng)數(shù)量（輸出）害蟲(chóng)－環(huán)境系統(tǒng)初春氣溫（輸入）害蟲(chóng)數(shù)量（輸出）害蟲(chóng)－作物系統(tǒng)害蟲(chóng)數(shù)量（輸入）作物長(zhǎng)勢(shì)（輸出）?反饋環(huán)反饋環(huán)1303因果反饋回路與反饋系統(tǒng)CausalFeedbackLoop：某因果關(guān)系中的結(jié)果經(jīng)常是另一因果關(guān)系中的原因，若干因果鏈串聯(lián)起來(lái)，形成一個(gè)因果序列；其中一個(gè)指定的初始原因依次對(duì)整個(gè)因果鏈發(fā)生作用，直到這個(gè)初始原因變成它自身的一個(gè)間接結(jié)果，這個(gè)初始原因依次作用，最后影響自身，這種閉合的因果序列就叫做因果反饋回路。（反饋指信息的傳遞與返回）一組相互聯(lián)結(jié)的反饋回路的集合就構(gòu)成反饋系統(tǒng)。系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化圖3.18種植業(yè)與畜牧業(yè)構(gòu)成的反饋系統(tǒng)糧食單產(chǎn)糧食總產(chǎn)糧田面積耕地地面畜牧頭數(shù)糞肥畜牧發(fā)展?jié)摿︼暳霞Z飼料地面積﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹢﹣﹢12131確定反饋正負(fù)極性的一般原則：若反饋回路包含偶數(shù)個(gè)負(fù)的因果鏈，則其極性為正，叫正反饋回路；若反饋回路包含奇數(shù)個(gè)負(fù)的因果鏈，則其極性為負(fù)，叫負(fù)反饋回路。系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化4反饋系統(tǒng)實(shí)例（1）一個(gè)簡(jiǎn)單的庫(kù)存控制系統(tǒng)：（2）一個(gè)簡(jiǎn)單的商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)問(wèn)題的反饋結(jié)構(gòu)庫(kù)存發(fā)貨單期望庫(kù)存定貨途中貨物量收貨﹢﹢﹢﹢﹣商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)建設(shè)建設(shè)速度被占土地部分網(wǎng)點(diǎn)拆毀商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)﹢﹢﹢(﹢)﹢﹢(﹣)(﹣)﹣﹣132系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化三、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)流圖（FlowDiagram）因果反饋回路表達(dá)了系統(tǒng)發(fā)生變化的原因即反饋結(jié)構(gòu)，但這種定性描述還不能確定使回路中的變量發(fā)生變化的機(jī)制。為了進(jìn)一步明確表示系統(tǒng)各元素之間的數(shù)量關(guān)系，并建立相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法通過(guò)廣義的決策反饋機(jī)構(gòu)來(lái)描述上述機(jī)制（見(jiàn)下圖）源或匯(環(huán)境)圖3.19決策反饋決策系統(tǒng)狀態(tài)有關(guān)系統(tǒng)狀態(tài)的信息133狀態(tài)變量：能表征系統(tǒng)某種屬性的量決策變量：狀態(tài)變量的變化速率設(shè)狀態(tài)變量集合為X＝[x1，…，xn

]T，變化率為R＝[r1，r2，…，rm

]T,dX/dt=R，或Xt＝X0＋∫Rdt,假定R在[t，t+△t]內(nèi)不變，用歐拉法，寫(xiě)成X(t+△t)=X(t)+△t·R在SD中，DT表示△t，X(t+△t)、X(t)分別為現(xiàn)在時(shí)刻、前一時(shí)刻狀態(tài)值，即Level（現(xiàn)在）和Level（過(guò)去），R為流入Rin，流出Rout的凈流率，則Level(現(xiàn)在)=Level(過(guò)去)+DT(Rin-Rout)系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化物質(zhì)能量流：表示在系統(tǒng)中流動(dòng)的實(shí)體，用實(shí)線表示。信息流：表示連接狀態(tài)和變化率的信息通道，用虛線表示。輔助變量：在流圖上設(shè)置的一種起橋梁式輔助作用的變量。在DYNAMO模型中表示的是系統(tǒng)中的信息、信息的傳遞和反饋過(guò)程。134系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化圖3.20流圖的表示符號(hào)L

狀態(tài)變量：R

變化率：A輔助變量或輸出變量：A

函數(shù)：C

參數(shù)：源與匯：物質(zhì)能量流：信息流：流圖中未定義的變量：A

輸入變量：或函數(shù)名135系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化圖3.21一個(gè)簡(jiǎn)單的庫(kù)存控制系統(tǒng)及其流圖庫(kù)存發(fā)貨單期望庫(kù)存定貨途中貨物量收貨﹢﹢﹢﹢﹣期望庫(kù)存定貨率發(fā)貨率收貨率定貨周期途中貨物量庫(kù)存量存貨差收貨周期136系統(tǒng)分析之步驟三：系統(tǒng)量化圖3.23城市商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)問(wèn)題的建設(shè)流圖商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)建設(shè)建設(shè)速度被占土地部分網(wǎng)點(diǎn)拆毀商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)﹢﹢﹢(﹢)﹢﹢(﹣)(﹣)﹣﹣圖3.22城市商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)問(wèn)題的反饋結(jié)構(gòu)被占土地部分RC網(wǎng)點(diǎn)建設(shè)RD網(wǎng)點(diǎn)拆毀RB城市商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)數(shù)ELRC對(duì)建設(shè)進(jìn)度的影響因子正常建設(shè)速度NCFLFO總的網(wǎng)點(diǎn)占地面積AREAALRP

每個(gè)網(wǎng)點(diǎn)平均占地面積ALRB網(wǎng)點(diǎn)平均使用周期137四、DYNAMO語(yǔ)言及模型1DYNAMO簡(jiǎn)介一種連續(xù)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真語(yǔ)言，DYNAmicMOdel的縮寫(xiě)將實(shí)際問(wèn)題構(gòu)造成具有反饋結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)模型，并通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真得到該系統(tǒng)隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)行為。1958年麻省理工學(xué)院編制的的工業(yè)管理問(wèn)題的計(jì)算機(jī)程序SIMPLE（SimulationofIndustrialManagementProblemswi