DSS的理论基础和基本框架.ppt

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1、第2章 决策支持系统的理论和基本框架,2.1 DSS的理论和技术基础2.2 DSS的组成形式2.3 DSS的框架结构2.4 DSS的体系结构,2.1 DSS的理论和技术基础,DSS的理论基础信息论计算机技术管理科学与运筹学信息经济学行为科学人工智能DSS与相关技术的关系决策与预测关系与DSS与MS/ORDSS与ES,DSS的理论基础,DSS的发展与许多学科有关。其理论基础涉及到信息论、计算机技术、管理科学和运筹学、信息经济学、行为科学、人工智能等。,DSS的理论基础,信息论信息是现代科学技术中普遍使用的一个重要概念。信息论的创始人是美贝尔电话研究所的数学家香农（2001），他为解决通讯技术中的

2、信息编码问题，突破老框框，把发射信息和接收信息作为一个整体的通讯过程来研究，提出通讯系统的一般模型；同时建立了信息量的统计公式，奠定了信息论的理论基础。1948年香农发表的通讯的数学理论一文，成为信息论诞生的标志。,DSS的理论基础,信息论信息论是20世纪40年代所产生的一门学科。它与系统论、控制论一起，被人们称为系统科学的“老三论”。信息论是运用信息的观点，把系统看作是借助于信息的获取、传送、加工处理、输出而实现其有目的性行为的研究方法。从表面上看，DSS似乎与信息论没有什麽直接关系。但实际上，DSS中的许多基本概念和原理是建立在信息论基础上的。譬如，DSS运行过程中，通信、控制、反馈等概念

3、直接来自于信息论。,DSS的理论基础,信息论信息论可以分成两种：狭义信息论与广义信息论。狭义信息论是关于通讯技术的理论，它是以数学方法研究通讯技术中关于信息的传输和变换规律的一门科学。广义信息论，则超出了通讯技术的范围来研究信息问题，它以各种系统、各门科学中的信息为对象，广泛地研究信息的本质和特点，以及信息的取得、计量、传输、储存、处理、控制和利用的一般规律。显然，广义信息论包括了狭义信息论的内容，但其研究范围却比通讯领域广泛得多，是狭义信息论在各个领域的应用和推广，因此，它的规律也更一般化，适用于各个领域，所以它是一门横断学科。广义信息论，人们也称它为信息科学。,DSS的理论基础,计算机技术

4、计算机软件技术计算机硬件技术计算机网络技术计算机图形处理技术计算机知识处理技术。,DSS的理论基础,管理科学与运筹学管理科学MS（Management Science）：面向管理者，应用定量分析方法研究管理决策问题。如决策目标、决策效能等。通过模型求解计算，达到辅助管理决策。运筹学OR（Operations Research）：提供一系列优化、仿真、决策等模型。是管理科学定量分析计算的基础。在实际问题的决策中，预测、仿真、分析、评价、规划（优化）等是必不可少的。因此，任何DSS的研制与开发都离不开MS和OR。,DSS的理论基础,管理科学与运筹学,历史背景,早期管理,亚当.斯密,工业革命,科学管

5、理,一般行政管理理论,定量方法,组织行为,泰勒,法约尔,早期倡导者,霍桑研究,管理理论,管理科学运筹学,主要管理理论发展,DSS的理论基础,信息经济学在信息时代，研究信息的产生、获得、传递、加工处理、输出等方面的价值问题。从经济学的角度，研究信息产生和获得的成本是多少？利润是多少？即研究信息价值问题。20世纪60年代，很多从事微观经济理论和方法的研究者，将其理论与方法用于解决计算机产生的软件问题而逐步形成的一个研究领域，后来被人们称之为信息经济学(Information Economics),DSS的理论基础,行为科学研究决策者的决策风格、在决策过程中的决策行为等，指导DSS的设计和开发。涉及

6、到决策者的心理学。研制和开发任何一个DSS之前，必须首先弄清决策者解决具体问题的思维过程，他们是怎样思考问题的？决策者的能力怎样？他们爱好是什麽？解决这些问题就必须运用行为科学的原理和方法。,DSS的理论基础,人工智能(Artificial Intelligence)将人工智能技术用于管理决策是一项开拓性工作。当前研究的IDSS就是DSS与AI技术相结合的产物，它用领域专家的知识来选择和组合模型，完成问题的推理和运行，为用户提供智能的交互式接口。人工智能技术作为计算机应用研究的前沿，近十年取得了惊人的进展，呈现了光明的前景。,DSS的理论基础,人工智能专家系统、智能机器人和模式识别是人工智能中

7、最活跃、最富有成果的三个研究领域。其中专家系统（Expert Systems,即ES）研究，取得了许多实用化的成果。当今世界上已经有上万个专家系统，应用于医疗、诊断、探矿、军事、调度、质谱分析、计算机配置、辅助教育等各种领域，并已开始涉足财务分析、计划管理、工程评估、法律咨询等管理决策领域。,DSS与相关技术的关系,决策与预测决策：创造未来，基于预测，实现将来一个目标。预测：预言未来，基于分析、研究、仿真、实验。凡是决策，必须进行预测，而预测的目的绝大多数是为了做好决策。因此，DSS与预测技术有着密切而不可分割的关系。决策是在现在；而决策的付诸实施，达到决策的目的是在将来。因此，决策方案只有在

8、预测的基础上才能制定出来。,DSS与相关技术的关系,决策与预测预测，按照问题的性质划分，可以分为如下两种类型：自然过程与自然灾害预测和社会经济发展预测自然过程与自然灾害预测。譬如，气候变化、环境变化、自然灾害等预测。在一些决策问题中，这类预测问题是首先要考虑的。社会经济发展预测。区域发展决策，就必须对人口、经济发展水平、投资能力、进行预测；在企业经营决策中，企业的发展，商场的经营，等所有事情的决策都必须预测。例如：灾害预测与防灾决策、日常预测与决策、经营预测与决策、宏观预测与决策、贯序预测与决策、为重大决策作预备性研究等。,DSS与相关技术的关系,决策与预测按照预测的范围，可以分为宏观预测和微

9、观预测；按照决策次数的多少，可以分为一次性和多次性的、贯序的预测。预测技术，目前已经发展了好多种，但大致可划分为：结构化预测法(可以找到确定的物理原型)；非结构化预测法(无法找到确定的物理原型)；模型预测法(可以建立模型)；经验预测法(无法建立模型)。,DSS与相关技术的关系,DSS与MS/OR的关系MS：处理结构化问题，运用分析的观点。它所涉及的一系列方法在信息系统中已广泛应用。OR：处理结构化问题，研究对象主要集中在数学规划、排除论、决策论、对策论等理论的应用与方法论的有关问题上。MS和OR在处理结构性很强的问题时是相当的成功。DSS：处理战略、规划等半结构化和非结构化一类的决策问题。以模

10、型辅助决策是管理科学/运筹学（MS/OR）和决策支持系统（DSS）的共同基础。,DSS与相关技术的关系,DSS与ES的关系 IDSS=DSS+ESES：利用知识和推理机，处理半结构化和非结构化问题。DSS：使用数据和模型，处理结构化问题，与ES结合后，可处理半结构化和非结构化问题。,2.2 DSS的组成形式,“三部件”结构形式“三系统”结构形式三库结构形式四库结构形式,1980年Sprague提出著名的决策支持系统的三部件结构：对话部件数据部件模型部件,三部件结构形式,（1）对话部件A.提供丰富多采的显示和对话形式B.输入输出转换C.控制决策支持的有效运行（2）数据部件A.数据库存贮的组织形式

11、B.数据库管理系统功能C.数据库管理语言体系,三部件结构形式,数据库,数据库系统结构,三部件结构形式,（3）模型部件 A.模型库的特征模型的表示形式：程序形式（计算机内）模型的动态形式：运行程序进行处理B.模型库管理系统静态管理（类似数据库的管理）动态管理（运行控制）控制模型的运行负责模型与数据库部件之间的联系,三部件结构形式,（3）模型部件 C.模型库管理系统的语言体系管理语言操纵语言 D.模型库管理系统的特定功能模型程序的编辑和编译,三部件结构形式,1981年等人提出了决策支技系统(DSS)的三系统结构形式：,三系统结构图,三系统结构形式,(1)语言系统提供给决策者的所有语言能力的总和称为

12、语言系统(LS)。一个语言系统既包含检索语言（它可由用户或由模型来检索数据的语言），也包含计算机语言（它由用户操纵模型计算的语言）。LS的主要功能是把自然语言转化为机器能够理解的形式，并把机器对问题的解答或系统内部的其他信息转化为自然语言相应的形式向用户输出。,三系统结构形式,(2)问题处理系统问题处理系统是针对实际问题，提出问题处理方法、途径，利用语言系统对问题进行形式化描述，写出问题求解过程，利用知识系统提供的知识进行实际问题求解，最后得出问题的解答。产生辅助决策所需要的信息，支持决策。问题处理系统是决策支持系统的核心。功能包含：语言理解、问题识别和问题分析等。,三系统结构形式,(3)知识

13、系统知识系统是问题领域的知识。它包含问题领域中的大量事实和相关知识。为自然语言创立语义和语用的环境为建模和数据计算提供必要的分析基础补充和延拓决策人员的思维能力。,三系统结构形式,特点(1)强调问题处理系统的重要性 问题的解决首先需要对问题进行形式化描述，再对问题求解提出方法和途径，在问题求解时利用知识系统中的知识。(2)强调语言系统 决策支持系统需要它特有的语言系统。(3)把数据、模型、规则统一归为知识系统 数据是事实性知识，模型是过程性知识，规则是产生式知识。它们统一构成知识系统。,三系统结构形式,由于三系统中包含知识系统，不少人将它看成智能系统，把决策支持系统属于人工智能范畴。,三系统结

14、构形式,三库结构形式是具有数据库、模型库和方法库的三个库及相应的管理系统。它属于早期的DSS结构形式。,三库结构形式,三库结构形式其结构图,三库结构形式,决策支持系统的三库结构形式是把模型与方法分离的系统结构形式。对模型与方法的看法有不同的理解。(1)“模型与方法”的第一种理解 用数学结构表示模型，用求解算法表示方法。例如：线性规划模型表示成目标方程和约束方程。线性规划方法是单纯形法。模型库中存放问题的方程形式方法中用算法程序表示方法模型库淡化,三库结构形式,(2)“模型和方法”的第二种理解 把模型理解为算法加上数据。这时方法库称为算法库更合适，存放按算法编制的程序。在模型库中存放的是一个索引

15、，该索引包括算法程序文件的地址和它所需数据的地址。算法和数据分离，依靠模型来统一。,三库结构形式,(3)“模型和方法”的第三种理解 将模型库和方法库合一。模型和方法是同一个问题的两个侧面，从宏观上 看，可以把模型和方法统一看成模型。,三库结构形式,模型库和方法库的比较（1）一个模型可以有多个不同的方法 运输问题模型表上作业法、图上作业法、标号法（2）多个方法组成一个模型 预测模型相关分析+线性回归,三库结构形式,模型库和方法库的比较（3）模型是由方法实现的 模型接近实际问题：线性规划模型解决工农业中的优化问题 方法接近求解算法：求出具体解（4）模型和方法的表现形式不同：模型用数学方程形式表示：

16、便于人们理解 方法用程序形式表示：便于计算机求解,三库结构形式,（1）“一个模型有多个不同的方法”的统一看法 一般选取一个方法编制成程序。例如：运输问题有三个不同的计算方法，它们是等价的。（2）模型可以是基础的，也可以是组合的。构成模型的基础方法看成是基础模型。被构造成的模型就是组合模型。例如：预测模型由相关分析方法和多元回归方法组成。它们分别称为基础模型，它们的组合称之为组合模型。,模型库与方法库的统一,三库结构形式,为了提高决策支持系统功能，不少研制者在DSS三库结构的基础上增加知识库提高智能效果。比较典型的结构是四库三功能结构形式。,四库结构形式,四库三功能结构图,四库结构形式,（1）信

17、息服务 信息服务分为外部服务和内部服务两类。外部服务是指为决策者提供所需要的信息，也可以作为其他系统的信息资源。内部服务是为其他功能的实现提供基础数据。,功能,四库结构形式,（2）科学计算 科学计算是以信息服务为基础，科学计算既包括模型库和方法库的数值计算，也包括辅助决策时所需要的其它数值计算。DSS的科学计算中还需要注意用户的干预和选择，提高科学计算效果。,四库结构形式,功能,（3）决策咨询 在科学计算的基础上，增加知识和推理的功能后，就可以对决策起进一步的支持作用。知识和推理是人工智能专家系统的组成部分。该系统实际上是在增加智能的效果。该系统可以看成是一种初级的智能DSS。,四库结构形式,

18、功能,2.3 DSS的框架结构,DSS的基本构成智能化用户界面生成系统模拟系统DSS的技术结构界面部分模型管理部分知识管理部分数据库部分推理部分分析比较部分问题处理系统控制部分咨询部分模拟部分DSS的三个应用层次专用DSSDSS生成器DSS工具三个层次的关系三个层次中的人员关系,DSS的基本构成,一般的DSS通常由这几部分组成：用户、人机界面、生成系统和模拟（分析）系统。见教材P21DSS结构图。智能化用户界面这是一种易于被用户理解和使用的，具有智能、纠正错误、自我学习、提供自然语言和人类思维方式到机器之间转换的界面系统。它采用由菜单驱动的会话方式引导用户，并有符号图形功能辅助用户操作。理想的

19、人机界面最好用自然放言来沟通人机的联系。人机界面把用户与数据库、模型库、知识库和知识库等联系在一起。人机交互一方面人向系统提供信息、提出任务要求；另一方面系统和内人提供解答方案和各种辅助决策的信息，也可能向人索取为完成任务所需要的补充信息。交互作用是DSS区别于MIS的一个基本特点。,DSS的基本构成,智能化用户界面对人机界面的要求为决策者提供进一步理解决策问题的过程给决策者一种“身临其境”的感受提供DSS适应新的决策问题及环境的手段为决策者提供控制的权力交互界面会直接影响DSS的效果,DSS的基本构成,生成系统 生成系统主要由知识库、模型库、数据库、推理机、咨询/解释系统和问题处理系统六部分

20、组成。知识库（KB）：存储和采集专家的知识和问题领域的知识以及推理时要用的规则等。数据库（DB）：存储所有的数据和结果。定义数据的结构，修改并建立数据字典，检索访问，增删改数据、优化数据等。,DSS的基本构成,生成系统推理机（Inference Engine：IE）：运用知识库中的推理规则，控制系统的运行过程并解释系统所产生的结果。模型库（MB）：存储所有的模型以及模型与数据的匹配关系。定义模型的结构，修改并建立模型字典，检索访问，增删改模型、优化模型等。咨询解释系统：运用知识库中的推理规则、推理系统的双向推理过程，咨询或解释系统所产生的结果和界面部分运行。问题处理系统：构造求解问题的具体模型

21、。,DSS的基本构成,模拟系统 模拟系统主要由问题发生器、情景分析、模拟、优化和评价比较五个部分组成。问题发生器：产生和识别问题，其功能相当于模拟系统与用户界面之间的接口，使问题与求解方案相连接。情景分析：把已产生和识别的问题或求解方案放到特定的环境（主要是数据和信息环境下）进行分析。模拟：对信息系统所提供的信息进行模拟进行。优化：优化决策方案或决策模型，提出可行或是非劣解。评价比较：用交互式的方式对可行的方案进行综合分析比较，并向用户提供建议。,DSS的基本构成,DSS系统结构,DSS的技术结构,界面部分界面部分是DSS的一个重要构成部件。界面部分的好坏直接关系到DSS的质量。由于DSS所面

22、临的问题是不确定性的，而且是直接面对决策者，所以系统必须研制出一个可供用户表达和描述决策问题的窗口。通过这扇窗口，用户要能很方便的表达自己的主观意志和想法，能够干扰和影响问题的求解过程，能够分析、评价系统、方案以及结果，便于进行双向推理等。,DSS的技术结构,模型管理部分 模型管理必须具有以下功能：模型设计并输入系统的功能模型的存储功能动态构模功能模型的管理功能,DSS的技术结构,知识管理部分其功能主要包括：知识的获取知识的表达知识的管理知识管理与其他各部分的衔接,DSS的技术结构,数据库部分推理部分 其功能和特点：决策问题、现象、求解方法以及其前因后果的联系和先后影响等等。支持人机界面部分的

23、双向推理过程。DSS的推理一般由确定型推理和不确定型两大类。,DSS的技术结构,分析比较部分分析比较部分一般与下列方面有关：与具体问题领域的环境有关。与用户有关。与需求和认识程度有关,DSS的技术结构,问题处理系统其主要功能有：根据交互式人机会话结果，识别问题根据的识别的问题构造出求解问题的模型和方案根据所构造的模型或方案，联系或匹配所需要的算法、变量、数据等。运行求解系统根据实际问题的解，以支持用户进行决策提供一种问题描述语言或问题处理语言，以帮助用户更方便地描述问题和构造整个问题处理系统的框架。,DSS的技术结构,控制部分连接和调用系统其他部分规定和控制系统各部分运行的程序开辟系统工作区维

24、护和保护系统咨询部分与用户交互，为用户解释执行过程和结果的一种解释系统。模拟部分为系统所构成的问题求解方案创造一种模拟运行环境，以发现方案可能存在的不足。,DSS的三个应用层次,专用的DSS(Specific DSS)概念 能够实际完成决策支持任务的计算机硬件和软件系统。目前的DSS都是针对某一个或某一类特定的问题域的，因此专用DSS就是我们通称的DSS。专用DSS软件：Portfolio Management System（,1971）:是一个支持投资管理者对顾客证券管理的日常决策的系统。Brandaid（J.D.C.Little,1975）:是一个用于产品推销、定价和广告决策的混合市场模型

25、。和D.N.Ness,1974):是一种交互式的DSS，用以支持企业短期规划。,DSS的三个应用层次,DSS生成器(DSS Generator)DSS生成器是一种能用来研制专用DSS的硬件和软件系统，它包括数据管理、模型管理和对话管理所需要的技术以及将它们有机结合起来的接口。通过DSS生成器可根据决策者的要求、决策问题域与决策环境等在较短的时间里生成一个专用的DSS。较典型的DSS生成器有：a.Execucom公司的（Interactive Financial Planning System：IFPS）交互式财务计划系统：专门用于生成财务计划决策支持系统；b.Boeing计算机服务公司的EIS

26、(Executive Information System)；c.Tymshare公司的Express等。,DSS的三个应用层次,DSS工具(DSS Tools)DSS工具是一些可用来构成专用DSS或DSS生成器的硬件或软件单元。是开发DSS最基础的技术。DSS工具的概念基于以下两点：不同的DSS在开发技术与构件上都有共性部分。例如，开发语言、结构框架、基本算法、输入输出程序等。从零点开始的DSS开发方式周期过长，与应用对象的变化不相适应。,DSS的三个应用层次,DSS工具(DSS Tools)DSS工具一般分为两大类：语言类：包括各种开发语言，如数值计算语言、数据库语言和智能语言等。外壳类：

27、提供一个DSS的框架，当开发一个具体的DSS时，只需根据说明填写具体内容（包括数据、模型与方法等），即可形成一个可运行的DSS。DSS工具的实例如：净现值计算程序、彩色图像工具、线性规划软件包、数据库查询软件、风险分析功能等。,DSS的三个应用层次,三个技术层次的关系,DSS的三个应用层次,三个技术层次中的人员匹配决策者助理决策者DSS建造者技术支持人员新技术研制人员下图为三个技术层次的人员匹配,DSS的三个应用层次,2.4 DSS的体系结构,网络型DSS桥式DSS夹层型DSS塔型DSS,网络型DSS,网络型DSS的体系结构的主要目标是允许不同的构模和对话部分能够共享数据，并能使系统的扩展工作

28、简化。这种结构并不要求各部分都很协调一致，而是允许各个构成部分互相混合。如图所示。网络型DSS通过接口部分将对话、构模和数据库部分集成。对于每一个对话或模型部分都设有部分接口。络型DSS结构的特点是：模型库子系统和对话子系统中的各个模型及会话功能，共享数据库子系统中各数据单位。采用部件的接口方式可以使部件的结合有灵活性，也可以使独立研制的部件易于结合。,网络型DSS,桥式DSS,为了减少DSS网络系统结构要求的部件接口的数目，又要保留集成新的部件的能力，为此桥型结构用一个公用桥来取代各自的接口，如图所示。桥可以完成格式变换和同步功能，这类似于网络系统结构中部件接口所完成的功能。桥型系统结构要求

29、局部的部分和全部共享的部分在同一个环境中实现。,桥式DSS,夹层型DSS,网络型和桥型系统结构用于将多个对话，造模和数据部分集成起来，而夹层型DSS系统结构则试图采用单个的对话部分和具有多种造模部件的数据库部分来集成多个部分，如图所示。每一个造模部分都共享同一个数据库和对话部分。造模部分间的数据通信通过共享的数据库部分进行。造模部分间的控制信息通信通过共享的对话部分进行。,夹层型DSS,塔型DSS,塔型结构试图提供部件的模块化和灵活性，以支持各种硬件设备和源数据库，同时保持三个DSS主要部件之间的简单的接口，如图所示。塔型系统结构与网络型系统结构之间的主要区别在于塔型系统结构的设计目标是在塔中

30、的任何一层上都是在单一的环境下工作。对于造模部分的接口情况，塔型系统结构与夹层型系统结构是一样的。与夹层型系统结构的主要区别在于为了支持各种用户接口设备和各种源数据库，塔型系统结构将对话和数据库部分各自都分成两部分。塔型系统结构包括一组源数据库，它们可能是内部的或外部的数据库，可能是在不同的环境下工作(如不同的计算机，不同的操作系统)。析取部件将源数据库接口到DSS系统数据库。,习题,1、DSS发展过程中的支撑理论主要有哪些？2、查询资料了解人工智能的主要应用领域及在DSS中的应用状况。3、说明决策与预测的关系。4、举例说明日常生活中的有哪些预测，并怎样做决策。5、DSS与MS/OR的关系6、

31、详细说明DSS的“三系统”结构和四库结构。7、如何理解模型与方法8、根据教材P21的DSS系统结构图，说明生成系统的工作原理。9、什么是专用DSS，你所了解的专用DSS有哪些。10、什么是DSS生成器，你所了解的DSS的生成器有哪些。11、常见的DSS工具有哪些。12、说明专用DSS、DSS生成器与DSS工具之间的层次关系。知识延伸：查询资料了解管理科学与管理学是否为同一学科，并了解管理科学的前沿问题。,香农（C.E.Shannon19162001）,香农,香农(Claude Elwood Shannon)于 1916 年4月30 日出生于美国密歇根州的 Petoskey,并且是爱迪生的远亲。

32、1936 年毕业于密歇根大学并获得数学和电子工程学士学位，在那里他遇到了离散数学奠基人乔治 布尔，上过他的课程。1940年获得麻省理工学院（MIT）数学博士学位和电子工程硕士学位。）1941年他加入贝尔实验室数学部，工作到11972年。1956年他成为麻省理工学院（MIT）客）座教授，并于1958年成为终生教授，1978年成为名誉教授。香农博士于2001年2月24日去世，享年85岁。香农于 1940 年在普林斯顿高级研究所（The Institute for Advanced Study at Princeton Princeton）期间开始思考信息论与有效通信系统的问题。经过8年的努力，香农

33、在 1948 年6月和 10 月在贝尔系统技术杂志（BellSystem Technical Journal Journal）上连载发表了他影响深远的论文通信的数学理论。1949 年，香农又在该杂志上发表了另一著名论文 在噪声中的通信 在这两篇论文中，香农阐明了通信的基本问题，给出了通信系统的模型，提出了信息量的数学表达式，并解决了信道容量、信源统计特性、信源编码、信道编码等一系列基本技术问题。两篇论文成为了信息论的奠基性著作。,香农的主要贡献,1948年发表“通信的数学理论”，标志着信息论的诞生;1949年发表“噪声下的通信”，为信道编码奠定理论基础;1949年发表“保密通信的信息理论”，首先用信息论的观点对信息保密问题作了全面的论述;1959年发表“保真度准则下的离散信源编码定理”，提出信息率失真理论，为信源压缩编码研究奠定理论基础;1961年发表“双路通信信道”，开拓了多用户信息理论（网络信息论）的研究;,The End,Thank You,