第二章 決策支持系統(tǒng)課件

第2章決策支持(2)第二章決策支持系統(tǒng)-2（2）部分內(nèi)容

2.1.4決策支持概念2.2模型的決策支持2.2.1模型2.2.2數(shù)學(xué)模型與建模第二章決策支持系統(tǒng)-2

在DSS發(fā)展歷史中，決策支持是一個先導(dǎo)概念，決策支持的概念形成若干年后，才出現(xiàn)決策支持系統(tǒng)。Keen和Morton認(rèn)為，決策支持是指用計算機(jī)來達(dá)到如下的目的：

●幫助經(jīng)理在非結(jié)構(gòu)化任務(wù)中作出決策；試探用多個不同的結(jié)構(gòu)化方法去嘗試解決非結(jié)構(gòu)化問題。

●支持而不是代替經(jīng)理的判斷力；●改進(jìn)決策的效能（Effectiveness），而不是提高決策的效率（Efficiency）。2.1.4決策支持概念第二章決策支持系統(tǒng)-21.模型的決策支持模型是對客觀事物的特征和變化規(guī)律的一種科學(xué)抽象，通過研究模型來揭示決策問題原型的形狀、特征和本質(zhì)。模型方法是制定各類決策問題的基本方法和主要工具。對于數(shù)學(xué)模型，需要建立變量與參數(shù)構(gòu)成的方程式。通過模型的算法，求出變量的值和方程的值。

數(shù)學(xué)模型輔助決策就是要求決策者按模型所求出的值去做決策。決策支持的能力第二章決策支持系統(tǒng)-2

對一個決策問題在沒有掌握它的本質(zhì)和規(guī)律時，它是一個非結(jié)構(gòu)化決策問題，通過人們不懈的努力，建立了該問題的模型，找到它的本質(zhì)和規(guī)律后，該問題就變成了一個結(jié)構(gòu)化決策問題。

1939年，蘇聯(lián)數(shù)學(xué)家康托羅維奇提出了線性規(guī)劃問題。1947年，美國數(shù)學(xué)家G.B.丹齊克提出了求解線性規(guī)劃問題的通用方法——單純形法。1951年，美國經(jīng)濟(jì)學(xué)家T.C.庫普曼斯把線性規(guī)劃應(yīng)用到經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。從此，應(yīng)用線性規(guī)劃模型解決決策問題已從非結(jié)構(gòu)化決策問題變成了結(jié)構(gòu)化決策問題了。

管理科學(xué)/運籌學(xué)是這種決策支持方式。第二章決策支持系統(tǒng)-22.“如果，將怎樣”（what－if）分析的決策支持在已建立的模型求出最優(yōu)解后，對決策問題進(jìn)行各種各樣的假設(shè)，并通過模型計算，對各種結(jié)果進(jìn)行深入分析，研究最優(yōu)解會有怎樣的變化，這種分析稱為“如果，將怎樣”（what－if）分析。決策支持系統(tǒng)的初期是采用這種決策支持方式。見書39頁表2.2第二章決策支持系統(tǒng)-2“如果，將怎樣”（what－if）分析的基本作用：（1）優(yōu)化模型的許多參數(shù)在建模時是很難精確確定的，只能是對一些數(shù)據(jù)的估計。通過what－if分析可以找出哪些系數(shù)是需要重新精確定義的靈敏度參數(shù)。（2）通過what－if分析，即使不求解，也可以表明模型參數(shù)的變化是否會改變最優(yōu)解。（3）what－if分析可以表明改變這些決策對結(jié)果的影響，what－if分析在求得基本模型的最優(yōu)解后，為管理層的決策能提供非常有用的信息。第二章決策支持系統(tǒng)-23.決策問題方案的決策支持多模型組合形成決策問題方案能擴(kuò)大單模型的決策支持能力。每個模型所需要的數(shù)據(jù)都不相同，模型之間的數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換也是一項很繁瑣的工作。對于多模型的組合，一般的方法是對每個模型分別由計算機(jī)來計算。模型間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換由人在計算機(jī)外人工來進(jìn)行。見書94頁

第二章決策支持系統(tǒng)-2

模型之間的數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換是一個數(shù)據(jù)處理問題，應(yīng)該建立數(shù)據(jù)處理模型（區(qū)別于數(shù)學(xué)模型）來完成。

數(shù)學(xué)模型計算比較復(fù)雜，需要進(jìn)行矩陣運算、循環(huán)和迭代，甚至用到遞歸，一般用數(shù)值計算語言（即高級語言，如PASCAL、C、FORTRAN等）來編程和求解。

數(shù)據(jù)處理模型，不需要進(jìn)行復(fù)雜的計算，但處理的數(shù)據(jù)量很大，要進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，一般用數(shù)據(jù)庫語言（如FOXPRO、ORACLE等）來編程。第二章決策支持系統(tǒng)-2

多模型的組合要求把兩類不同語言編制的程序結(jié)合起來，需要解決計算機(jī)中兩個問題：

（1）兩類語言的接口。90年代中、末期出現(xiàn)的ODBC、ADO軟件是兩類語言通用接口。

（2）兩類語言的集成。集成兩類不同語言的模型，需要有一個控制程序來組合多個模型，形成系統(tǒng)方案。這種集成語言一般采用宿主語言，如以C語言為主語言，在C中嵌入數(shù)據(jù)庫語言，形成的宿主語言。

決策支持系統(tǒng)（DSS）基本上是屬于這種決策支持方式。第二章決策支持系統(tǒng)-24.自動生成決策問題方案的決策支持決策問題方案一般是由程序員根據(jù)決策問題的要求，選擇解決該問題的模型，數(shù)據(jù)及多模型的組合方式，再編制該問題的決策支持系統(tǒng)方案，通過計算得到該方案的解，并評價方案。當(dāng)把所有模型和各類數(shù)據(jù)都作為決策資源存入模型庫與數(shù)據(jù)庫中，即模型庫中既有數(shù)學(xué)模型，也有數(shù)據(jù)處理模型和人機(jī)交互模型等，數(shù)據(jù)庫中既存有公用數(shù)據(jù)也存有私有數(shù)據(jù)，它們都作為決策資源。第二章決策支持系統(tǒng)-2決策問題是將模型資源和數(shù)據(jù)資源作為積木塊進(jìn)行組合，搭建成系統(tǒng)方案的處理過程，我們用總控程序來描述。這時的總控程序就簡單了，它只是控制模型運行、存取數(shù)據(jù)和人機(jī)對話進(jìn)行判斷這三者結(jié)合的控制流程。利用計算機(jī)的系統(tǒng)快速原型法能自動生成決策支持系統(tǒng)控制程序，達(dá)到控制模型程序的運行，數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的存取及人機(jī)對話，實現(xiàn)了決策問題方案的自動生成。

第二章決策支持系統(tǒng)-2

當(dāng)某個決策方案需要改變其中某個模型為另外的模型，或者改變存取數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)時，只須修改決策支持系統(tǒng)控制程序中模型的調(diào)用或數(shù)據(jù)的存取，通過方案的自動生成就能夠快速生成新的決策支持系統(tǒng)方案。決策方案的自動生成為改變決策方案帶來快捷和方便。第二章決策支持系統(tǒng)-25.知識推理與智能技術(shù)的決策支持知識是現(xiàn)實問題中狀態(tài)（概念）改變的描述。問題求解是從開始狀態(tài)（概念）通過對知識的推理，建立從開始狀態(tài)（概念）到目標(biāo)狀態(tài)（概念）的推理鏈，這是一種從定性分析角度的求解問題方法。它也是一種符號處理方法，完全不同于數(shù)學(xué)模型的定量分析方法。知識推理是決策支持的定性分析手段。第二章決策支持系統(tǒng)-2

專家系統(tǒng)是人工智能中應(yīng)用最廣、影響最大的人工智能技術(shù)。（見書125頁）

專家系統(tǒng)的知識有產(chǎn)生式規(guī)則、謂詞邏輯、框架、語義網(wǎng)絡(luò)等。其中，以產(chǎn)生式規(guī)則用得最多。

專家系統(tǒng)通過知識的推理，達(dá)到人類專家解決問題的能力。例如，醫(yī)療專家系統(tǒng)可以類似醫(yī)生，由計算機(jī)給病人看病，從輸入的病人癥狀可以推理出病人得了什么病，并開出處方為病人治病。第二章決策支持系統(tǒng)-2

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也是人工智能的重要技術(shù)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是將人腦中神經(jīng)元的信息處理和學(xué)習(xí)過程用MP模型和Hebb模型表示。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識表現(xiàn)在神經(jīng)元之間連接的權(quán)值，MP模型和Hebb模型可以看成是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的推理。見書133頁

第二章決策支持系統(tǒng)-2遺傳算法是模擬生物遺傳過程（選擇、交叉、變異）進(jìn)行群體遺傳，它對于優(yōu)化問題的求解是非常有效的，它也是獲取分類知識的重要技術(shù)。（見書143頁）這些人工智能技術(shù)都是以知識推理為核心，它們都從不同的角度達(dá)到?jīng)Q策支持的作用。知識推理與人工智能的決策支持是區(qū)別于模型以及模型組合方案的決策支持的另一種重要決策支持方式。

第二章決策支持系統(tǒng)-22.2模型的決策支持2.2.1模型模擬是人類了解世界的手段，也是人類創(chuàng)造世界的方式。模擬的原理就是建立一個與真實系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的模型，通過模型來研究系統(tǒng)。模型不是現(xiàn)實世界本身，模型是對于現(xiàn)實世界的事物、現(xiàn)象、過程或系統(tǒng)的簡化描述。模型反映了實際問題最本質(zhì)的特征和量的規(guī)律。見書37頁第二章決策支持系統(tǒng)-21.物理模型

（1）實物模型：根據(jù)相似性理論制造的按原系統(tǒng)比例縮小(也可放大或與原系統(tǒng)尺寸一樣)的實物，例如風(fēng)洞實驗中飛機(jī)模型、水力系統(tǒng)的船舶模型、建筑模型等。

（2）類比模型：不同物理學(xué)領(lǐng)域(力學(xué)的，電學(xué)的，熱學(xué)的，流體力學(xué)的等)的系統(tǒng)中各自的變量有時服從相同的規(guī)律，根據(jù)這個共同的規(guī)律可以制定出物理意義完全不同的比擬和類推模型。

第二章決策支持系統(tǒng)-22.數(shù)學(xué)模型用數(shù)學(xué)語言描述的一類模型。數(shù)學(xué)模型可以是一個或一組代數(shù)方程、微分方程、差分方程、積分方程或統(tǒng)計學(xué)方程，也可以是它們的某一種適當(dāng)?shù)慕M合，通過這些方程定量或定性地描述系統(tǒng)各變量之間的相互關(guān)系或因果關(guān)系。3.結(jié)構(gòu)模型反映系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點和因果關(guān)系的模型。結(jié)構(gòu)模型中的一類重要模型是圖模型。例如，一個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖能準(zhǔn)確的描述系統(tǒng)中各個組成部分以及它們之間的關(guān)系。第二章決策支持系統(tǒng)-24.仿真模型仿真模型是通過計算機(jī)上運行的程序所表達(dá)的模型。采用適當(dāng)?shù)姆抡嬲Z言或程序，物理模型、數(shù)學(xué)模型和結(jié)構(gòu)模型一般都能轉(zhuǎn)變?yōu)榉抡婺Ｐ汀Ｔ诂F(xiàn)實系統(tǒng)上進(jìn)行實驗，實驗費用是昂貴的；實驗可能破壞系統(tǒng)的平衡，造成危險；實驗需要很長時間；在這樣的情況下，建立系統(tǒng)的仿真模型是有效的。第二章決策支持系統(tǒng)-2

人類歷史上，很多科學(xué)家為了尋找自然界的規(guī)律付出了畢生的心血。例如，16世紀(jì)天文學(xué)家第谷將自己25年中觀測星球資料給了開普勒。開普勒花了17年時間對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)深入的分析，得出了行星運動的三大定律:(1)每顆行星都在自己的橢圓軌道上運行，太陽恰好位于橢圓的一個焦點上；(2)行星的動徑在相等的時間內(nèi)掃過的面積相等；(3)行星運行周期（T）的平方與其橢圓軌道長半軸（a）的三次方成正比，即：建立模型實例第二章決策支持系統(tǒng)-2

開普勒三個定律為萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)提供了實驗依據(jù)。半個世紀(jì)后，1687年牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律：

其中m1，m2分別為兩個物體的質(zhì)量，r為它們間的距離，G為萬有引力常數(shù)。牛頓的萬有引力定律創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)。第二章決策支持系統(tǒng)-2

1798年,卡文迪什測得了萬有引力常數(shù)G，并計算了地球的質(zhì)量M=6×1024kg，取得了轟動效果。太陽系的第八大行星（海王星）和第九大行星（冥王星）的發(fā)現(xiàn)以及哈雷彗星的發(fā)現(xiàn)，都是依照萬有引力定律先被計算出來，后被人觀測并證實。1861年,麥克斯韋成功把法拉第發(fā)現(xiàn)的電與磁的轉(zhuǎn)換關(guān)系統(tǒng)一表示為麥克斯韋電磁方程組。第二章決策支持系統(tǒng)-2

愛因斯坦在發(fā)明廣義相對論后，想把引力和電磁力統(tǒng)一起來。雖然他沒有成功，但是人們又發(fā)現(xiàn)了兩種更基本的力——把原子核相互連接起來的核強(qiáng)力，以及造成放射性的核弱力。1973年，格拉肖發(fā)現(xiàn)了把電磁力、核弱力和核強(qiáng)力統(tǒng)一起來的一個數(shù)學(xué)公式，稱為“大一統(tǒng)場理論”（GUT），認(rèn)為這三種力都曾經(jīng)是在大爆炸剛剛結(jié)束時統(tǒng)治宇宙的單一的“超力”的一部分。第二章決策支持系統(tǒng)-2

1984年，施瓦茨和格林宣布能夠把引力與三種力統(tǒng)一起來，唯一的條件是，粒子不再被看作是點，而是稱為“超弦”的極小的物體，存在于10維中。1995年，威藤提出了萬物終極的M理論，它用11維的“膜”(這11維當(dāng)中除了4維以外全部都卷曲得很小，以致我們無法看到)來統(tǒng)一描述包括電磁力、引力和原子核力。今天看來，M理論最有可能成為愛因斯坦所追求的目標(biāo)。第二章決策支持系統(tǒng)-2

這些數(shù)學(xué)公式和定律都是原理性模型，它們是科學(xué)家終身奮斗的目標(biāo)，他們的成功代表了自然科學(xué)的巨大進(jìn)步，使我們對自然界的認(rèn)識更全面和更準(zhǔn)確，它推動人類社會的物質(zhì)文明的發(fā)展。第二章決策支持系統(tǒng)-2

（1）原理性模型自然科學(xué)中所有定理，公式都是這類模型。

（2）系統(tǒng)學(xué)模型系統(tǒng)學(xué)是研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的一般規(guī)律的科學(xué)。按系統(tǒng)的復(fù)雜程度把系統(tǒng)分為簡單系統(tǒng)和巨系統(tǒng)。簡單系統(tǒng)是指組成系統(tǒng)的元素比較少，它們之間的關(guān)系又比較簡單。巨系統(tǒng)是指組成系統(tǒng)元素的數(shù)目非常龐大的系統(tǒng)。系統(tǒng)學(xué)的模型有：系統(tǒng)動力學(xué)、大系統(tǒng)理論、灰色系統(tǒng)、系統(tǒng)辨識、系統(tǒng)控制、最優(yōu)控制和創(chuàng)造工程學(xué)等。1.數(shù)學(xué)模型分類第二章決策支持系統(tǒng)-2

（3）規(guī)劃模型數(shù)學(xué)規(guī)劃是研究合理使用有限資源以取得最大效果。規(guī)劃問題大致可分為兩類：(1)用一定數(shù)量的資源去完成最大可能實現(xiàn)的任務(wù)；(2)用盡量少的資源去完成給定的任務(wù)。數(shù)學(xué)規(guī)劃問題可歸結(jié)為：在約束條件的限制下，根據(jù)一定的準(zhǔn)則從若干可行方案中選取一個最優(yōu)方案。規(guī)劃模型包括：線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、目標(biāo)規(guī)劃、運輸問題等。第二章決策支持系統(tǒng)-2

（4）預(yù)測模型預(yù)測是對事物的發(fā)展方向、進(jìn)程和可能導(dǎo)致的結(jié)果進(jìn)行推斷或測算。預(yù)測方法分為定性方法和定量方法兩類。定性預(yù)測大都側(cè)重于質(zhì)變方面，回答事件發(fā)生的可能性。主觀預(yù)測大多屬于定性預(yù)測。定量預(yù)測側(cè)重于量變方面，回答事件發(fā)展的可能程度。定性預(yù)測方法主要有：特爾斐法(專家調(diào)查法)、情景分析法、主觀概率法和對比法等。定量預(yù)測方法主要有：趨勢法、因素相關(guān)分析法(如回歸法等)、平滑法等。第二章決策支持系統(tǒng)-2

（5）管理決策模型管理是為了充分利用各種資源來達(dá)到系統(tǒng)目標(biāo)，對系統(tǒng)及其組成部分施加的一種控制，管理決策是在管理過程中做出的各種決策。管理成為有效地組織集體勞動的專業(yè)工作。管理中的共同規(guī)律性就是管理科學(xué)。管理決策中的模型有：關(guān)鍵路線法(CPM)、計劃評審技術(shù)(PERT)、風(fēng)險評審技術(shù)(VERT)和層次分析法等。第二章決策支持系統(tǒng)-2

（6）仿真模型仿真是利用模型在現(xiàn)實際系統(tǒng)中發(fā)生的本質(zhì)過程，并通過對系統(tǒng)模型的實驗來研究設(shè)計中的系統(tǒng)。仿真與數(shù)值計算、求解方法的區(qū)別在于它是一種實驗技術(shù)。仿真過程包括建立仿真模型和進(jìn)行仿真實驗兩個主要步驟。為了尋求系統(tǒng)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，常常要在仿真模型上進(jìn)行多次實驗，通過實驗觀察系統(tǒng)模型各變量變化的全過程。仿真模型包括：蒙特卡羅法、KSIM模擬和微觀分析模擬等。第二章決策支持系統(tǒng)-2

（7）計量經(jīng)濟(jì)模型計量經(jīng)濟(jì)學(xué)是以數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)的方法確定經(jīng)濟(jì)關(guān)系中的具體數(shù)量關(guān)系的科學(xué)，又稱經(jīng)濟(jì)計量學(xué)。計量經(jīng)濟(jì)學(xué)是為國家干預(yù)和調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)、加強(qiáng)市場預(yù)測、合理組織生產(chǎn)、改善經(jīng)營管理等經(jīng)濟(jì)活動服務(wù)的。計量經(jīng)濟(jì)模型包括：經(jīng)