第7章-决策支持系统的开发与实例(2)解析课件.ppt
第7章,决策支持系统的开发与实例（2）,7.2传统决策支持系统开发工具,7.2.1 决策支持系统开发技术与方法 7.2.2 系统快速原型开发方法 7.2.3 决策支持系统的开发实践 7.2.4 专家系统开发工具与实例,7.2.1 决策支持系统开发技术与方法,1决策支持系统开发技术级别 决策支持系统开发分为三个技术级别：专用DSS、DSS生成器、DSS工具。（1）专用DSS（Specific DSS）专用DSS是实际执行决策支持系统。,（2）DSS生成器（DSS Generators）DSS生成器是提供迅速而方便地开发专用DSS的能力。（3）DSS工具 DSS工具可以直接用于开发专用DSS，一般用通用语言、数据存取软件、模型程序包等开发某个专用DSS程序。,DSS开发的技术级别,2.决策支持系统开发方法（1）系统开发的生命周期法系统开发生命周期法主要包括四个阶段：系统分析、系统设计、系统编程调试、系统实现。这种方法也是传统的计算机信息系统的开发方法。本章7.1.1节的决策支持系统开发过程基本是按照此生命周期。,（2）快速原型法 快速原型法是对生命周期法的一种改进，即把生命周期的四个阶段合并为一体 利用DSS生成器和DSS工具，在很短的时间内开发出一个初始的可用的原型系统 根据用户的反映进行评价、修改和扩充。经过几轮循环后，得到一个相对稳定的系统。,7.2.2系统快速原型开发方法,1.概述快速原型方法是根据系统的需求能迅速的产生出系统的原型，该原型能表现出系统的功能、行为特性，但不一定符合其全部要求。当用户对原型运行结果不满意时，能迅速修改原型，经过几次反复，将可得到用户满意的应用系统。这种方法大大缩短了系统的开发周期。快速原型法的实现是需要一个很好的支撑环境来保证软件原型的快速生成。,2.决策支持系统的快速原型开发,快速原型开发技术用于决策支持系统的主要任务是：按决策问题处理过程，快速生成对多模型的组合、知识推理以及大量数据库数据的存取并进行集成的决策支持系统。模型库、知识库和数据库是共享资源，它们为决策支持系统的快速原型开发，奠定了很好的基础。,决策支持系统快速原型开发的关键是如何快速的生成系统的总控制程序。决策支持系统的系统控制程序需要完成：模型程序的调用和运行；知识推理的调用和运行；数据库中数据的存取；模型和知识组合形式（顺序、选择、循环）；人机交互等工作。系统控制程序是一个比较规范的程序，它的结构相对简单，它本身没有复杂的运算和复杂的逻辑结构。只要能实现对系统控制程序的自动生成就能实现对决策支持系统的快速原型开发。,7.2.3决策支持系统的开发实践,7.2.3.1 综合部件的总控程序开发从DSS总控程序的设计中可知它要完成的工作为：（1）控制模型程序的运行；（2）控制知识推理程序的运行；（3）存取数据库的数据；（4）进行数据处理；（5）进行数值计算；（6）完成人机交互。,总控程序虽然只起控制作用，但它具有的功能却要求很高，即它既要有数值计算能力又要有数据处理能力，还需要有很强的人机交互能力。它要达到集成模型部件、知识部件、数据部件以及人机交互形成DSS系统的作用。它是一个集成语言。,从总控程序的功能要求选择计算机语言，将没有一个语言是完全适用于DSS的要求。数值计算语言缺乏对数据库的操作能力，数据库语言的数值计算能力很差，没有指针、链表，不能完成递归运算等。由此可知决策支持系统发展缓慢的一个重要原因在于没有集成数值计算和数据处理的计算机语言。,两种途径,1.研制适合于决策支持系统开发的集成语言我们为开发决策支持系统，研制了GFKD-DSS决策支持系统工具，自行设计了DSS集成语言（在工具中称核心语言）和数据库接口语言。该集成语言是将PASCAL语言的核心功能（数值计算）与数据库语言的核心功能（数据处理）结合起来而设计的，它为决策支持系统综合部件总控程序的编制服务。通过该DSS语言描述实际决策问题，对多模型组合运行、大量数据库存取、数据处理、数值计算、人机交互等有机结合，即集成模型部件、数据部件形成决策支持系统。当时，市场上还没有数据库接口语言的情况下，我们自行设计和完成了数据库接口语言。,研制新语言实质上是要研制新语言的编译系统。对新语言提出语言文法（文本）以后，需要按该文法的语句研制编译系统。这项工作的工作量是很大的。但是，研制决策支持系统集成语言是解决决策支持系统开发的根本途径。,2.以某功能较强的计算机语言为主语言，嵌入开发决策支持系统尚不足的其它语言形成宿主语言我们研制的“分布式多媒体智能决策支持系统平台DM-IDSSP”是采用此途径。用功能很强的C+语言为主语言，嵌入CODEBASE数据库接口语言，再嵌入多媒体表现语言（自行研制的）和知识推理语言（自行研制的），形成了多功能的宿主语言。,7.2.3.2 数据库接口,数据处理是用数据库语言完成，数值计算语言编制的程序要实现对数据库数据的存取以及加工均要通过数据库接口。目前，已经有为开发数据库接口的商品软件，如ODBC、ADO等，它们嵌入到C语言中实现对数据库的操作。,7.2.4专家系统开发工具与实例,7.2.4.1专家系统开发过程1.开发过程综述专家系统的开发一般是由专家和知识工程师共同配合研制完成的。知识工程师是懂计算机和专家系统原理并具有编制专家系统程序能力的人。专家可以不懂计算机，但他一定是某个实际领域经验丰富的人。,专家系统开发过程,知识工程师用很大的代价来完成知识的收集、整理和形式化，这是开发专家系统的瓶颈问题。另一种获取知识方式，是利用知识获取工具，它帮助知识工程师很快地形成计算机的知识。知识工程师在获取知识的同时，要进行专家系统的开发，把知识和推理与有关的动态数据库、人机交互界面等组合起来形成能像专家解决实际问题那样的计算机程序系统。,开发专家系统的途径,2.程序设计语言（1）第一类语言(C、PASCAL等语言)这类语言具有很强的计算能力，有丰富的图形功能，递归效果也很好，用它来开发有大量数值计算，人机交互和图形显示的专家系统有它的优点。但是，由于专家系统需要一个很强的推理机，这需要专门设计，在这点上比第二类语言要复杂一些。,（2）第二类语言（PROLOG、LISP）这类语言是为人工智能而设计的，它们具有如下共同功能：搜索和匹配功能。回溯功能。解释说明功能。,3.知识获取工具（1）基于知识编辑的知识获取工具，如KAS系统。（2）基于知识库修改的知识获取工具，如TEIRESIAS系统。,7.2.4.2.专家系统开发工具,1.专家系统开发工具结构专家系统开发工具一般包括两部分：开发环境和运行环境。开发环境是由知识的编辑、编译模块、知识库维护模块、事实数据库的维护模块等组成。运行环境由推理机、解释器、人机交互等模块组成。知识库和事实数据库都是空着的。但知识库和事实数据库都有一定的格式要求，它们是由开发环境输入，给运行系统使用。,知识编辑、编译,知识库查询、维护,数据库查询、维护,开发环境,知识库（空）,事实数据库(空）,推理机,解释机制,人机交互,运行环境,用户,开发人员,例如:EMYCIN专家系统工具在输入肺病诊断医疗知识后，就形成了肺病诊断医疗专家系统PUFF。在输入地下岩石标识知识后就形成了地下岩石标识专家系统LITHO。生成了玉米虫害预测专家系统PLANT/CDP生成了工程结构分析专家系统SACON等多个专家系统。,2.专家系统工具与专家系统的对比,（1）工具由开发环境与运行环境组成开发环境用于建立知识库、事实数据库，并修改、查询知识库等。工具一般都指定知识表示形式。对指定知识表示形式的推理机和解释器预先做好。运行环境目的在于支持实际系统的运行。在知识库中知识输入完成以后，它和推理机结合起来就形成了实际专家系统。,（2）工具的语言体系专家系统工具需要提供一套语言，用于开发专家系统。知识表示语言工具中的知识库是空的，但知识是具有一定格式标准要求，用语言文本描述（如产生式规则的描述）。知识进入知识库以后，进行语法检查。完成外部知识到内部知识的编译。工具操作语言通过操作语言使用工具中开发环境以及实现运行环境的各功能，即具有对知识库的查询、修改和系统运行的跟踪、显示等。专家系统工具的语言体系，也称为知识工程语言。,7.2.4.3.专家系统工具TOES,我们研制的专家系统工具TOES(Tool Of Expert System)1.系统结构TOES专家系统工具从结构上讲包括知识获取系统、专家系统框架、人机交互使用环境三部分。知识获取部分包括知识编辑和知识编译；专家系统框架由推理机和解释器、目标知识库及动态数据库组成。人机交互使用环境由专家系统生成器及系统操作的有关命令组成。,TOES专家系统工具结构图,2.系统功能系统的主要功能包括如下几个方面：（1）知识获取(知识库编辑)由专家和知识工程师总结整理出的知识，通过编辑的功能输入和建立源知识库，知识外部表示形式为：IF前提THEN结论CF可信度,知识库编译将源知识库的外部表示形式编译成专家系统要求的内部表示形式，提高对知识搜索的运行过程。编译的另一个目的是检查外部知识的语法错误。,（2）专家系统的生成,知识库的装入将目标知识库装入内存，准备形成专家系统。生成专家系统将目标知识库和专家系统工具已做好的推理机、动态数据库连接在一起，形成特定领域的专家系统。,（3）元知识,专家系统中预先定义的起控制作用的知识，一般称为元知识。具体有：1）目标 GOAL=EXPRESSION EXPRESSION描述咨询的目标，给定GO命令时，专家系统首先寻找这个表达式的值。2）多值 MULTIVALUED(EXPRESSION)EXPRESSION可以有多值，当一个确定的值求得后，专家系统将继续寻找下一个值。,3）提问句 QUESTION(EXPRESSION)=TEXT TEXT是提问表达式所用的信息。TEXT必须是符号串，提供的回答将受到该表达式的合法值域的检查。4）合法值 LEGALVALS(EXPRESSION)=LIST LIST表中的元素是该表达式可接受的值。5）改变推理路径 WHENFOUND(EXPRESSION)=LIST当求得EXPRESSION的值后，立即求LIST中的值。,8.4.1.4工具的应用,1.实例专家系统对已完成的专家系统（取自论文和资料）所提供的知识，我们用TOES工具重新生成专家系统，对比原来专家系统，效果相同。（1）弹簧振动建模专家系统该专家系统的知识由清华大学自动化系熊光楞同志的论文“计算机辅助专家系统”而来。用TOES工具生成的专家系统的推理效果和论文中的实例相同。,（2）北方暴雨预报专家系统该专家系统的知识取自北京市气象局吴高任同志的论文“北京地区区域性暴雨专家系统”暴雨是北京地区夏季重要的灾害性天气。该专家系统能对北京地区夏季（7月、8月）08时气象资料来预报未来24小时（0808时）的区域性暴雨。用TOES工具生成的专家系统达到相同的效果。,（3）WINE（酒的选择咨询）该实例是美国M.1工具列举的主要实例，对WINE的知识，用TOES工具生成的系统，达到和M.1工具生成的系统相同的效果。且每步推导过程，TOES的速度都比M.1快。（4）MEDIA ADVISOR（训练工具咨询）用TOES工具生成的专家系统，达到了文献中该实例的效果。,2.实际专家系统-马尾松毛虫防治决策专家系统,马尾松毛虫防治决策专家系统是我们和中南林学院合作完成的。对马尾松毛虫与天敌、寄主、环境之间的关系，防治方法与整个松林内昆虫群落结构的影响，以及抽样技术、预测预报及经济阈值的研究，积累了大量的第一手资料。广泛地收集了多年来各地松毛虫研究的资料及最新成果，吸收了很多专家长期工作的实践经验，进行系统地整理、总结形成了马尾松毛虫防治决策的系统知识。利用TOES工具生成了该专家系统。,习题,8，9，12，13,
