决策支持系统与模型辅助决策

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1、1,决策支持系统,一、决策支持系统的形成和发展,决策支持的发展过程(1) 传统决策支持系统,电子数据处理 (EDP),管理信息系（MIS） (数据库),运筹学（OR)、管理科学（MIS） ( 模型),决策支持系统（DSS） (模型库数据库),专家系统（ES） （知识库推理机）,神经网络（NN） （MP模型网络权值）,智能决策支持系统 （IDSS）,决策支持的发展过程(2) 综合决策支持系统,数据仓库（DW） 联机分析处理（OLAP） 数据挖掘（DM）,新决策支持系统 （NDSS）,智能决策支持系统（IDSS）,综合决策支持系统 （SDSS）,Internet,网络环境下的综合决策支持系统 （S

2、DSS.net）,1.管理信息系统,管理信息系统是从数据处理的基础上发展起来的。 数据处理包括数据收集，数据录入，数据正确性检查，数据操作与加工，以及数据输出等。,数据处理的特性,（1）数据量大 例如，我国第三次人口普查的原始数据达12亿多人口数据 （2）数据处理一般不涉及复杂的数学运算 大多采用变字长的十进制算术运算。 （3）时效性强 如国际航空订票系统，人们可以及时查询和订购世界各地班机的班次、座位情况等，效率很高。 （4）数据处理的方法是每次处理一个记录 数据处理对文件中的记录逐个进行处理，这也是数据处理与数据计算在处理方法上的区别。,管理信息系统定义,管理信息系统(Management

3、 Information System , MIS)是一种以计算机为基础支持和管理功能的信息系统。 更具体的定义为： 管理信息系统是由人和计算机结合的对管理信息进行收集、存储、维护、加工、传递和使用的系统。,管理信息系统特性,（1）管理信息系统的主要功能是事务处理 （2）管理信息系统包含多个电子数据处理系统(EDP) （3）管理信息系统是为结构化决策服务的 （4）管理信息系统具有系统的一切特征 （5）管理信息系统是管理系统的一部分 （6）管理信息系统以数据库系统为基础建立起来的,管理信息系统功能,（1）事务处理 事务处理是按业务功能编制出计算机程序，对数据库中的数据进行处理完成业务工作。 （2

4、）数据库的更新和维护 管理信息系统对数据库中数据，根据事务活动变化进行数据的添加，删除和修改。 （3）产生各类报表 （4）查询处理 预先设置好查询条件的查询和随机条件的查询。 （5）用户与系统的交互作用(用户界面),管理信息系统的结构，是指管理信息系统各个组成部分之间相互关系的总和。管理信息系统的基本组成部分是：(1)管理业务应用系统；(2)数据库系统。,用户,管理业务应用程序,数据库管理系统,数据库,管理信息系统的结构,管理信息系统,管理业务,数据库技术,帐本、帐单,数据处理,数据处理程序,数据库系统,数据库 (DB),数据库管理系统 (DBMS) (语言),MIS,管理信息系统开发,管理信

5、息系统开发经过4个阶段： 系统分析 系统设计 系统实施 系统运行和维护 它们组成一个生命周期,系统设计,管理信息系统以数据形式辅助决策,数据能反映事物的数量化特征。例如，人数能反映一个单位的大小，产量能反映工厂的生产能力。 管理信息系统主要是各企事业单位中对各种数据信息进行有效管理和处理的系统。它进行大量数据处理为各级管理者和决策者提供数据和辅助决策信息。,2.管理科学（MS）/运筹学 （OR）,是对管理问题用定量分析方法，建立数学模型，通过求解计算，达到辅助管理决策的一门学科。 管理科学用数学模型方法研究经济、国防等部门在环境的约束条件下，合理调配人力、物力、财力等资源，通过模型的有效运行，

6、来预测发展趋势，制定行动规划或优选可行方案。 运筹学（管理科学）利用计算机后形成了模型辅助决策系统。它的辅助决策能力主要体现在定量分析上。,模型是对客观规律的一般描述，人们通过对模型的认识来增强对付复杂的大规模问题的处理能力，使人们尽可能地按客观规律办事，不犯错误,取得预期的效果. 例如，人口模型就是研究人口发展的规律以及主要影响因素，它便于国家制定政策来控制人口的出生率。,模型的类型,根据模型的表现分为： （1）物理模型（实体模型） 实物模型（如，风洞实验中的飞机模型、水利系统中的船舶模型） 类比模型（模拟模型）：是现实系统的符号表示，通常是一些二维表或图形。 如，用不同颜色表示地图上的不同

7、目标，如水域或山脉；股票走势表用于表示股票价格的变动情况；机器或房屋的蓝图。,（2）数学模型：用数学语言描述的模型。 如，用方程描述的数学模型（代数方程、微分方程、统计学方程等） 其他数学工具，如代数、几何、拓扑、数理逻辑等描述的模型。 （3）结构模型（如，图模型） （4）仿真模型（模拟汽车碰撞实验的仿真模型、模拟飞机航行的仿真模型）,数学模型的决策支持,每个数学模型都能够起到一定的辅助决策能力。,多目标规划模型辅助决策,以某县养殖业某年结构优化为例, 说明数学模型的应用。 (1) 根据该县历史数据用回归预测的方法得到该县养殖业各项单产、单耗数据作为约束方程的系数。 (2) 根据国家和省市对该

8、县提供的资源及要求, 再考虑该县本身能提供的资源形成各个约束条件。 (3) 以总产值、净产值最大和精饲料最小为目标, 求解如下多目标规划模型:,单变量约束条件,组合约束条件,组合约束条件,目标,目标,在进行多目标计算时, 仍保留 Y14 为目标函数, 而把 Y18 和 YI9 转换成约束条件。用单目标的单纯形法求解。这样, 可得到优化结果：,模型的决策支持能力体现在能回答用户试探多种“如果，将如何”的方案。,多目标规划模型的决策支持,为提高模型的决策支持能力, 需要建立一个控制机制, 实现如下功能： (1) 在给出数据文件后, 控制模型程序的运行, 利用模型的计算结果辅助用户决策。 (2) 修

9、改数据文件中的任意数据 ( 如目标方程和约束方程的系数、约束方程常数和约束关系等), 即改变实际问题的方案。 (3) 重复运行模型程序, 即形成反馈回路多次运行模型程序对不同的数据方案计算出结果。 对于多目标规划模型的决策支持, 通过修改数据文件参数能得出更好的方案来。,例如 ：对青饲料 (Y16) 放宽约束 ( 增加 100 万斤 ), 对鲜鱼(Y13)、生猪(Y1)的单产、单耗稍做调整后的计算结果为:,这次计算结果和上次计算结果进行比较有： 总产值 (Y18) 增加 141.9 万元。 净产值 (Yl9) 增加 93.4 万元。 这是一个不小的数字, 说明调整一些政策 (即修改有关的约束条

10、件和修改部分约束方程系数) 能达到较好的效果。,（1）单模型辅助决策 管理科学(MIS) 与运筹学(OR)以单模型运行方式，得出辅助决策信息。 （2）交互建模的DSS 对决策问题通过人机交互建立模型或修改模型，即通过适当的变更模型（改变方案），从不同方案的运行结果中得出更多的辅助决策信息。,对于一个复杂的决策问题，用单模型辅助决策是不够的，需要用多模型共同辅助决策。多模型辅助决策采取的途径是把一个大的决策问题进行分解，化为多个子问题，对每个子问题建立一个模型，通过模型求解，得到各子问题的决策意见，再综合汇总形成总问题的决策意见。,多模型辅助决策系统,区域发展规划问题,1. 基本概念 区域是以人

11、为主体的社会、经济、文化、生态环境的地域空间。 规划则是对未来一定时刻, 区域发展中制定所要完成的任务和要实现的目标, 分析各种实现途径, 经过综合评价, 选择满意的实际方案。 区域发展是在一定的边界并在其环境中, 涉及到人、事、物及其相互作用的广泛空间里, 进行着物质、能量与信息交换的开放系统。区域发展研究, 具有系统信息的不确定性和系统行为的随机性。区域发展研究是为一定的社会集团服务的, 需要领导参与, 需要决策者的智慧, 需要高度的实践性。,2. 区域发展研究方法,区域发展研究的方法有多种, 既包括定量的,也包括定性的和定性定量相结合的方法。需要从实际出发研究系统的行为和状态, 明确所需

12、研究的过程, 并对过程中的诸要素及其相互作用进行分析, 以抽象现实系统的方法,形成各种数学的、物理的以及概念的模拟系统, 再对系统的动态行为进行推断、设定、模拟和寻优。 因此,通常需要构造一系列模型来描述区域发展的系统行为。通过模型计算和结果分析可以看出决策执行的好坏以及应该朝哪个方向修改。,3. 区域发展规划的研究过程,4. 区域发展规划的模型群,区域发展规划是社会、经济、生态的综合体。它是一个多层次的结构体系, 需要建立一个大的模型群来进行研究。多层次是指按研究内容划分为五个层次: （1）资源与生态层 资源与生态方面需要研究:自然资源的利弊与潜力、资源开发的现状与前景、农业生态模式、资源生

13、态和经济生产的关系。 对资源生态的研究将为产业结构方面提供资源生态信息,为经济开发预测提供依据,为系统优化提供约束条件,为总体宏观控制提供基础。 模型包括: 气象分析与预测、土地资源分类、水体宜渔性聚类分析、环境-生产模型,综合评价模型、水土流失控制仿真、最佳生态结构、农业生态模式、生态趋势仿真预测等。,（2）产业结构层,产业结构包括：第一产业 (农业、林业、畜牧业、副业、渔业等 ) 、第二产业 ( 工业、建筑业等)、第三产业(运输业、商业、饮食、服务、旅游）等。产业结构分析需要研究产业结构现状与发展趋势、产业结构调整方向、部门平衡关系、产业结构的优化、社会产值与经济发 展的趋势等。 对产业结

14、构的研究将向资源生态提出要求 , 为总体经济发展提供参数, 对资金、能源、劳力、科技等提出要求。 模型包括：生产函数、系统环境辨识、结构分析、产量预测、林种优化、龄级控制、系统诊断和预测、经济效益评价、相关分析、运输模拟分析、最短路径、最佳调度方案、投入产出模型、动态仿真模型等。,（3）经济能源层,经济能源方面研究: 经济实力、分配与交换、消费与积累的关系、能源结构、供求平衡以及可能发展趋势和对产业的影响。 对经济能源的研究为总体控制提供参数, 为经济、生产提供需求量的约束。 模型包括: 能源结构分析、相关分析、需求预测与供需平衡、投资结构、投资效益、分配、消费相关分析、分配预测、消费预测等。

15、,（4）社会经济系统层,社会经济系统方面研究: 人口的发展和控制、劳力的使用、科技的发展、城镇的建设以及交通运输等。 对社会经济的研究为总体控制提供参数, 为产业结构提供需求量约束, 它与资源生态系统之间形成反馈回路。 模型包括: 人口模型、劳力结构与劳力转换、生育控制、科技系统模型、人才结构与教育体系、智力投资方案、医院病床预测、社会服务模型和交通运输模型等。,（5） 区域总体控制层,区域总体控制方面研究: 资源生态、产业结构、经济能源、社会经济等方面的宏观信息, 中央及上级政策的具体落实措施, 生产建设、生态环境维护、区域总体的发展战略, 完成区域总体设计和控制。 对区域总体研究方面需要对

16、各层次提出优化设计要求和控制限度, 在总体上进行协调, 使各层次模型组合成总体的系统化模型群, 建立总体设计方案。 模型包括：层次结构模型、战略决策模型、协调反馈网络、投入产出模型、动态仿真模型、综合评审决策等。,模型群中的模型种类多, 有概念模型和各类数学模型。在数学模型中, 有生产函数、模糊聚类、线性规划、网络、预测、决策等模型。还有系统动力学、系统诊断、环境辨识、弹性分析、最优分解等模型方法。 各个模型在具体研究时均起着不同的作用。有的是采用数量化方法进行系统分析, 有的是采用预测学进行系统预测, 有的采用优化技术进行系统选优, 有的采用计量经济法和 仿真手段进行系统模拟。,5. 模型技术的应用现状,在区域发展规划编制过程中, 利用科学方法-模型技术取得了良好的效果。但大多数区域规划的研制过程中, 根据规划中不同问题采用了不同的模型, 分别进行辅助决策。模型个数虽然愈用愈多, 但没有把多个模型有效