2019环境系统分析 PPT课件.ppt

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1、,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,环境系统分析,Department of Water Resources and Environment,Environment System Analysis,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,主要内容,第一章 绪论第二章 系统化第三章 模型化第四章 最优化,第五章 预测第六章 决策第七章 管理,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,第一章 绪

2、 论,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,什 么 是 “系统” ？,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,定义：系统是由两个或两个以上相互独立又相互制约、并执行特定功能的元素组成的有机整体。 要点： 两个或两个以上的元素； 元素之间相互独立又相互制约； 各个元素组成一个整体，执行特定的功能。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources

3、 and Environment,“系统” 有哪些类别呢？,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,系统的分类 按系统的成因分类：自然系统、人工系统、 复合系统按状态的时间过程特征分类：动态系统、稳态系统按系统与环境的关系分类：开放系统、封闭系统Ps:同一个系统可以按不同的分类方法归属于不同的类型。例如，环境系统既是复合系统，又是动态系统，也是开放系统。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,一个系

4、统应具备哪些特征 ？,整体性,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,目的性,整体性,相关性,整体的性质不是要素具备的要素的性质影响整体,如H2O的性质是H或O都不具备的,整体的性质不是要素具备的,整体性,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,目的性,整体性,相关性,整体的性质不是要素具备的要素的性质影响整体,如一台机器中，一个部件出错，机器就会不正常,要素的性质影响整体,整体性,SUN YAT-S

5、EN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,目的性,系统内各要素之间是有机联系，相互作用的。 这也许可以解释为什么古人说近朱者赤近墨者黑？为什么同一个家庭或同一个宿舍的人会有某些相似或相仿的行为？丷,相关性,相关性,整体性,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,目的性,系统通常都是多目的性的，一个目的可以用一个或多个具体的目标或指标来表示，当所有的目标都满足要求时，系统即实现了既定的目的。,相关性,目的性,阶层性,SUN

6、 YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,环境适应性,阶层性,阶层性,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,环境适应性,环境适应性,不能适应环境变化的系统，是没有生命力的系统。系统的环境往往表现为对系统及其组成要素的约束。 生存法则：适者生存丷,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,系统的各个特征在系统分析中

7、起着什么作用呢？,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,整体性特征是构造系统模型的出发点，只有那些与系统有关的元素及其变量才能进入模型；,相关性特征是识别模型内部各元素之间的关系，构成系统模型的基础；,目的性特征则是建立系统目标和目标体系的指导和依据；,阶层性特征表明模型中各个变量的层次关系，是辨别变量重要性的依据；,环境适应性则为建立系统外部约束条件提供了基础。,整体性,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Envir

8、onment,整体性特征是构造系统模型的出发点，只有那些与系统有关的元素及其变量才能进入模型；,相关性特征是识别模型内部各元素之间的关系，构成系统模型的基础；,目的性特征则是建立系统目标和目标体系的指导和依据；,阶层性特征表明模型中各个变量的层次关系，是辨别变量重要性的依据；,环境适应性则为建立系统外部约束条件提供了基础。,相关性,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,整体性特征是构造系统模型的出发点，只有那些与系统有关的元素及其变量才能进入模型；,相关性特征是识别模型内部各元素之间的关系，构成

9、系统模型的基础；,目的性特征则是建立系统目标和目标体系的指导和依据；,阶层性特征表明模型中各个变量的层次关系，是辨别变量重要性的依据；,环境适应性则为建立系统外部约束条件提供了基础。,目的性,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,整体性特征是构造系统模型的出发点，只有那些与系统有关的元素及其变量才能进入模型；,相关性特征是识别模型内部各元素之间的关系，构成系统模型的基础；,目的性特征则是建立系统目标和目标体系的指导和依据；,阶层性特征表明模型中各个变量的层次关系，是辨别变量重要性的依据；,环境适

10、应性则为建立系统外部约束条件提供了基础。,阶层性,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,整体性特征是构造系统模型的出发点，只有那些与系统有关的元素及其变量才能进入模型；,相关性特征是识别模型内部各元素之间的关系，构成系统模型的基础；,目的性特征则是建立系统目标和目标体系的指导和依据；,阶层性特征表明模型中各个变量的层次关系，是辨别变量重要性的依据；,环境适应性则为建立系统外部约束条件提供了基础。,环境适应性,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water R

11、esources and Environment,“系统分析” 是研究什么的呢？,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,研究对象：复杂的大系统,定义：以系统总体最优为目标的有目的、有 步骤的探索研究过程，以确定系统的功能、结构与环境。,研究重点：研究系统之间、子系统之间的联系，寻求系统的最佳配置。,这种大系统往往存在着许多相互矛盾的、不确定的因素。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,系统分析的

12、基本方法？,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,基本方法：分解与综合的反复协调。,基本方法,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,基本方法：分析与综合的反复协调。,基本方法,分解和综合？它们在系统分析中的作用是什么呀？-_-!,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,基本方法：分析与综合的反复协调。

13、,基本方法,分解是研究和描述组成系统的各个要素的特征，掌握各要素的变化规律；综合是研究各要素之间的联系和有机组合，达到系统的总目标最优。 分解和综合是系统分析的基本方法，也是系统分析的两个主要环节，通过分解和综合的多次反复的协调，达到系统的最优化。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,系统分析的步骤？,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,明确问题的范围和性质,设立目标,收集资料,建立模型,制定

14、评价标准,综合分析和方案选优,根据问题的范围和性质确定问题的要素及要素间的相互关系，以及它们和环境间的关系。,明确问题的范围和性质,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,明确问题的范围和性质,设立目标,收集资料,建立模型,制定评价标准,综合分析和方案选优,设立目标,目标就是系统的决策者希望实现的理想。 系统目标往往不止一个，常是多个目标的集合。,如何确定环境系统的目标呢？,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Envir

15、onment,明确问题的范围和性质,设立目标,收集资料,建立模型,制定评价标准,综合分析和方案选优,设立目标,目标就是系统的决策者希望实现的理想。 系统目标往往不止一个，常是多个目标的集合。,环境系统的目标通常是通过对决策者的调查分析确定的。由于环境保护的效益存在明显的外在性，所以在高层次的环境系统中包括环境目标、社会目标和经济目标，而每一个目标又可以包含若干个指标，从而构成环境系统的目标体系。目标体系的建立要经过决策者和分析者的反复协调才能完成。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,明确问题

16、的范围和性质,设立目标,收集资料,建立模型,制定评价标准,综合分析和方案选优,设立目标,目标就是系统的决策者希望实现的理想。 系统目标往往不止一个，常是多个目标的集合。,如何理解环境系统的多目标特征呢？,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,明确问题的范围和性质,设立目标,收集资料,建立模型,制定评价标准,综合分析和方案选优,设立目标,目标就是系统的决策者希望实现的理想。 系统目标往往不止一个，常是多个目标的集合。,例如在水污染控制系统中，最基本的目标有两个：环境质量目标和经济目标。 前者又可能

17、分为不同时间和不同地点的若干个环境质量指标，如COD、BOD等，后者又可以分为基本建设费用和运行费用等。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,明确问题的范围和性质,设立目标,收集资料,建立模型,制定评价标准,综合分析和方案选优,收集资料,根据系统分析的目标和要求，调查与系统要素及目标有关的各种资料和数据。 这些数据可以从以前或当前的调查、实验、观察、统计和记录中获取，也可以根据要求进行补充试验和调查。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Res

18、ources and Environment,明确问题的范围和性质,设立目标,收集资料,建立模型,制定评价标准,综合分析和方案选优,建立模型,这里的模型包括系统的结构模型和优化模型。 建立模型要识别主要元素，简明扼要，避免繁琐复杂。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,明确问题的范围和性质,设立目标,收集资料,建立模型,制定评价标准,综合分析和方案选优,制定评价标准,对于社会经济决策系统的评价，通常包括如下标准： （1）若所能支付的费用已定，则应选择在此费用下效益最大的方案； （2）若效益标准

19、已定，则应选择为实现既定效益所需费用最低的方案； （3）若所能支付的费用和应达到的效益都无法确定时，则应选择效益、费用比最大的方案； （4）在多目标的条件下，一般没有唯一标准，问题的决策和决策者的偏好关系很大。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,明确问题的范围和性质,设立目标,收集资料,建立模型,制定评价标准,综合分析&方案选优,综合分析&方案选优,运用数学模型和计算机，综合协调各子系统之间的关系，分析研究系统的各种可能的方案，并提出系统分析的结果及优先推荐方案。,SUN YAT-SEN U

20、NIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,系统的优劣是相对的 对一个系统的评价主要看其对预定目标的满足程度,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,系统的功能,系统的费用,系统可靠性,系统实现的时间,系统的可维护性,系统的外部影响,功能是指系统所起的作用与所完成的任务。功能目标评价是系统评价的重要内容。 没有功能的或低功能的系统都不是所期望的。人们总是期望建立一个高功能系统。 一个系统的功能可能是多方面的。,系统的功能,SUN

21、YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,系统的功能,系统的费用,系统可靠性,系统实现的时间,系统的可维护性,系统的外部影响,系统的费用,费用包括建立一个系统所需的物化劳动、活劳动、流动费用，以及各种内部和外部的损失费用等。 在满足一定功能的条件下，人们总是期望建立一个低费用系统。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,系统的功能,系统的费用,系统可靠性,系统实现的时间,系统的可维护性,系统的外部影响,系统可

22、靠性,可靠性指系统的各个层次和组成部分，在预定期限和正常条件下，运行成功的概率。 可靠性的要求往往与费用相关。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,系统的功能,系统的费用,系统可靠性,系统实现的时间,系统的可维护性,系统的外部影响,系统实现的时间,建立一个系统所需要的时间也是主要的评价指标。 在较短的时间里发挥投资效益，是决策者们的共同愿望。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,系统的功能,系

23、统的费用,系统可靠性,系统实现的时间,系统的可维护性,系统的外部影响,系统的可维护性,一个好的系统在长期运行过程中，应便于维护管理。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,系统的功能,系统的费用,系统可靠性,系统实现的时间,系统的可维护性,系统的外部影响,系统的外部影响,一项工程的外部影响有时是很大的。对诸如生态平衡影响、资源和能源消耗等，都应建立相应的评价指标和评价标准。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Envi

24、ronment,对于解决一些复杂的问题，应用系统分析方法会取得哪些成效？,系统分析方法强调用全面的、互相联系的、发展的眼光研究问题，因此系统分析的结果在空间上和时间上都力求最优。在这样一个结果中，各个元素的状态都服从于总体最优的目的。在系统分析中广泛应用数学模型和数学方法，可以进行多因素和各种条件下的模拟和仿真，这是物理模型不能比拟的；同时采用数学模型可以大大加快研究进度和节省研究费用。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,Presentation: 用生活或学习中的具体事例，说明应用系统分析

25、方法解决问题的思路和步骤。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,1）您所完成的系统目的是什么?注意不是功能要求,而是目的.也就是为什么要做？ 2）您所完成的系统有哪些方面参与，各方面的初衷是什么？哪些人可能在系统建设中起重要作用，他们会采取什么样的态度？你对他们有多少影响力？ 3）您的系统是否有一个明确的评价标准？最好从参与的各方面都进行考虑。 4）您的系统设计思想/理念是什么？是否能够得到各方面的认可。 5)您对参与系统分析/设计的人员了解吗？他们的特长在哪里，是否愿意与你合作，为什么？你对

26、他们有足够的影响力吗？ 6）您的系统分析计划是否完善？您的计划表有明确的阶段吗？任何一阶段都应该怎样完成？如何对这一阶段完成的情况进行评价？ 7）您对所采用的系统分析/开发方法以及工具是否熟悉？您的伙伴是否熟悉？ 8）您所完成的系统是否有原型？计算机的或者物理的。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,为什么说一个好的环境系统分析人员既是工程师，又是战略家？,环境系统分析员所要解决的问题可能要涉及自然科学、社会科学的各个领域，在环境系统分析过程中会遇到大量不确定的、非结构化的问题，没有成熟、定常

27、的处理方法。这时，洞察力和判断力是完全必要的，而洞察力和判断力的获得，不仅有赖于理论水平的提高，丰富的阅历和经验也是不可缺少的。 环境系统分析的着眼点，与传统学科不同的是，既注意对组成环境系统的各个元素的特征的研究，还致力于研究各个元素之间的联系，以形成最佳的系统结构。环境系统分析者能够从总体上和战略上研究问题和解决问题，从而实现系统的最优。因此，一个好的环境系统分析人员既是一个脚踏实地的工程师，又是一位高瞻远瞩的战略家。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,第二章 系统化-环境系统构析,SU

28、N YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,案 例 思 考,某河沿岸有一城市，现准备在城市上游某处建一食品工业基地。城市和食品基地的污水都排入河中。食品基地下游不远处有一个城镇，要求河流流到该城镇前达到某一水质标准。为了预测食品基地建成后的水质影响，问： 如何对河流进行概念化？ 需要收集哪些自然条件信息？ 需要进行哪些现场试验？ 有哪些内部整理工作？ 如何预测控制断面的水质？ 如何估计全部工作量？ 水质预测工作所需要的费用如何估计？,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of

29、 Water Resources and Environment,第三章 环境系统模型化,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,定义 系统模型是对一个系统某一方面本质属性的抽象、描述或模仿，它以某种确定的形式（如实物、文字符号、图表、数学表达式等）提供关于该系统的知识信息。,模型,模型化,模拟,模型,模型化,模拟,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,系统模型具有哪些特征呢？,SUN YAT-SE

30、N UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,一个适用的系统模型应该具有如下3个特征： 现实系统的抽象或模仿； 由反映系统本质或特征的主要因素构成； 集中体现了这些主要因素之间的相互关系。,模型是真实系统的一种描述，它必须反映实际，但它又是真实系统的一种抽象，从而高于实际。,特征,1,2,3,4,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,分类,系统模型,物理模型,文字模型,数学模型,实体模型,比例模型,相似模型,网络模型,图表模

31、型,逻辑模型,解析模型,增加,研究的速度、修改的方便性、抽象性,减少,建模时间、建模费用、现实性,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,为什么要应用系统模型呢？,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,系统开发的需要,经济上的考虑,安全上的考虑,时间上的考虑,容易操作，分析结果易于理解,系统开发的需要,在开发一个新系统时，由于此时系统尚未建立，无法直接进行实验，只能通过建造系统模型来对系统的性能进行

32、预测，以实现对系统的分析、优化和评价。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,系统开发的需要,经济上的考虑,安全上的考虑,时间上的考虑,容易操作，分析结果易于理解,经济上的考虑,对大型复杂系统直接进行实验，其成本是十分昂贵的，但是使用系统模型就便宜多了。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,系统开发的需要,经济上的考虑,安全上的考虑,时间上的考虑,容易操作，分析结果易于理解,安全上的考虑,对有些

33、系统（如载人航天飞行器、核电站等）通过直接实验进行分析往往是很危险的，有时甚至是根本不允许的。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,系统开发的需要,经济上的考虑,安全上的考虑,时间上的考虑,容易操作，分析结果易于理解,时间上的考虑,社会、经济、生态等系统，由于惯性大、反应周期很长，对其直接进行实验要等若干年以后才能看到结果，这是系统分析和评价所不允许的。而使用系统模型进行分析，很快就可得到分析结果。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Reso

34、urces and Environment,系统开发的需要,经济上的考虑,安全上的考虑,时间上的考虑,容易操作，分析结果易于理解,容易操作，分析结果易于理解,现实系统中包含的因素太多而且复杂，实验得到的结果往往难以直接与其中的某一因素挂钩，而且实验过程中要改变系统参数也相当困难。但是，若使用系统模型情况就不一样了，由于系统模型突出了研究目的所要关注的主要特征，因此容易得到清晰的结果，而在系统模型（尤其是数学模型）上进行参数修正也非常容易。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,系统分析中对系统模

35、型有哪些要求呢？,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,现实性,简洁性,适应性,现实性,现实性是指在一定程度上能够反映和符合系统的实际状况；,在现实性的基础上，尽量使模型简单明了，以节省时间和费用并便于应用；,模型对于外部条件的变化应具有一定的应变能力。,现实性是指在一定程度上能够反映和符合系统的实际状况；,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,现实性,简洁性,适应性,简洁性,现实性是指在一定程度

36、上能够反映和符合系统的实际状况；,在现实性的基础上，尽量使模型简单明了，以节省时间和费用并便于应用；,模型对于外部条件的变化应具有一定的应变能力。,在现实性的基础上，尽量使模型简单明了，以节省时间和费用并便于应用；,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,现实性,简洁性,适应性,适应性,现实性是指在一定程度上能够反映和符合系统的实际状况；,在现实性的基础上，尽量使模型简单明了，以节省时间和费用并便于应用；,模型对于外部条件的变化应具有一定的应变能力。,模型对于外部条件的变化应具有一定的应变能力。,

37、上述要求，在很多情况下是相互矛盾的。例如，为了提高模型的现实性要求，模型可能很复杂，它的求解就困难，适应性就差。要根据具体情况确定适当的复杂程度，以满足各方面的要求。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,数学模型的抽象性在环境系统分析中有什么利弊？如何趋利除弊？,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,不需要过多的专用设备和工具，可节省大量的基本建设投资和设备运行费用；将电子计算机用于研究中，可以

38、大大加快工作的进度，缩短研究周期；数学模型克服了在实际环境条件下或物理模型上作多因素研究的困难；数学模型不仅可用于模拟研究对象的状况，还可以方便地用于考察系统对各变量或参数的灵敏度及稳定性。,优点,建模前 为了趋利除弊，必须对研究对象进行深入的调查研究，为建模奠定基础；建模中 在建模过程中，既力求模型简单易解又要顾及问题的客观性，在实际中根据问题的需要协调二者；建模后 要按照客观问题的不断发展和变化，适当地对模型进行修正、补充、完善，使模型尽可能客观地反映现实问题。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environ

39、ment,数学模型在环境系统分析中起什么作用？环境系统分析是否一定要应用数学模型呢？,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,抽象化：运用数学方法对现实世界进行抽象，通过数学符号及各种表达形式建立研究客体的内部规律及其与外部的联系，从而可以运用数学规律来解决实际问题。定量化：用数学模型表达系统各元素之间的定性和定量的关系，为系统设计和实施提供依据。最优化：通过最优化数学模型，对系统各元素之间的关系求得最优组合。,作为一种思想方法的应用，环境系统分析不一定要应用数学模型。但作为定量化的分析，以求得问

40、题的最优解，就需要应用数学模型。随着系统科学的发展和计算机应用的日益普及，数学模型的应用将会越来越广泛。,数学模型是环境系统分析的工具和手段，具体表现在三个方面：,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,环境系统数学模型的构建,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,图解法一元线性回归法多元线性回归法最优化方法网格法,模型参数的估计,数学模型，只有在它得到合理的参数数值之后才具有生命力,SUN YAT

41、-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,讨论参数估计的各种方法的适用范围,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,图解法线性回归法最优化方法网格法,图解法,简单、直观，适于模型具有一元线性、指数、对数等较简单的曲线的情况；图解法的直观性可作为初步判断拟合优劣的一种手段。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,图解法线

42、性回归法最优化方法网格法,线性回归法,适于模型具有线性形式及可化为线性形式的参数估计问题。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,图解法线性回归法最优化方法网格法,最优化方法,适于模型具有非线性形式的参数估计问题。尽管理论上该法可达到任何要求的精度，但一般当函数复杂时，计算量较大，采用近似求值也会形成较大的累积误差。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,图解法线性回归法最优化方法网格法,网格法,

43、适于各种模型的参数估计问题。它随着网格分割加细、网格数增多而提高精度，也随着分割加细、网格数增多而增大计算量。网格法应用的前提是模型中各参数有明确的取值范围。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,第四章 环境系统最优化,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,0

44、-1背包问题(Knapsack problem)旅行商问题(TSP,Traveling Salesman Problem)装箱问题(Bin Packing),SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,一是在人力、物力、资金等资源一定的条件下，如何使用它们来完成最多的任务；二是给定一项任务，如何合理安排和规划，能以最少的人力、物力、资金等资源来完成该项任务。,线性规划的理论和方法主要在两类问题中得到应用：,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resou

45、rces and Environment,某班同学计划利用星期日去市郊的养老院进行献爱心活动。学校为同学去养老院提供的往返车费总共是37元。这次活动由A、B两组同学参加，每组至少去一名同学，并要求B组参与的同学比A组参与的同学至少多一名。已知A组每位同学的往返车费是3元，每人可为5位老人服务，B组每位同学的往返车费是5元，每人可为3位老人服务。怎样合理安排A、B两组参与活动的同学人数，才能使最多的老人得到服务？得到服务的老人人数最多是多少？,研究一个例子 ：,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment

46、,将问题抽象化 ：,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,将问题抽象化 ：,(4,5),SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,抽象化求解 ：,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,如何确定水电站的位置？,小河同侧有两个村庄A、B，两村庄计划于河上共建一水电站发电供两村使用，已知A、B两村到河边的垂直

47、距离分别为300m和700m，且两村相距500m，问水电站建于何处，送电到两村电线用料最省？,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,某城市的公园和娱乐委员会计划扩大公众参与娱乐活动的机会，初步研究需要增加三个新设施：游泳池、小公园和网球场。有四个可能的场地可用来建设这些设施，在不同场地上建设各种设施的费用是不同的。这三个设施各建在什么地点费用最低？,娱乐规划问题：,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environme

48、nt,常用的整数LP算法：,一种是割平面法（cutting plane），另一种是分枝定界法（branch-and-bound）。割平面法是通过逐渐增加约束条件的方法，缩小原可行域，最后得到一个整数最优极点。分枝定界法把可行域分解成几部分，再寻找每部分的最优解。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,An Example：,始点,终点,1,2,3,4,5,动态规划网络示意图,3,5,4,5,7,6,4,1,8,4,2,1,2,3,4,R.Bellman最优化原理,3,4,2,6,1,4,5,9,

49、4,8,1,7,4,11,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,最理想的家具,价格,实用性,美观,质量,家具A,家具B,家具C,Example-建立层次分析模型:,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,第五章 环境系统预测,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,所谓预测，就是预测者根据历史资料和新情

50、报，运用适当的方法和技巧，对研究对象的未来状态进行科学的分析、估算和推断的过程。,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,定性预测方法,一、直观型方法二、探索型方法三、规范型方法,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Resources and Environment,定量预测方法,一、回归分析法二、模糊数学三、概率统计四、灰色系统五、人工神经网络六、遗传算法,SUN YAT-SEN UNIVERSITY,Department of Water Re