系统工程知识要点总结

《系统工程概论》第二版杨家本主编个人制作仅供参考请勿他用Chapter1绪论填空（1）系统1）P1定义：系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的、具有特定功能的有机整体（钱学森）。基本特征：①由元素组成；②元素间相互影响、相互作用、相互依赖所构成的元素关系；③由元素及元素间关系构成的整体具有特定的功能。2）P2分类依据分类类型研究对象工程、经济、教育、商业、城市、军事、环境、人口、社会系统等系统形成角度自然系统（如生态系统）人造系统（如通信系统）有人参与的复杂系统（如城市、环境保护系统）系统结构（注意TextP2图1-1）集中系统（如PC的运行都受CPU控制）多级递阶系统（如行政办公系统）分散系统（如无集中调度管理的城市交通管理系统）系统依赖时间变化静态系统动态系统（如绝大多数系统）系统复杂性简单系统复杂系统（“复杂（性）”暂无统一定义）系统是否具有不定性确定性系统不确定性系统（如股票系统）系统开放性封闭系统开放系统（绝大部分系统，如城市系统）组成系统的子系统数量、种类及关联复杂程度（钱学森）简单系统巨系统简单巨系统复杂巨系统（又称开放的复杂巨系统，如生物体、人脑、人体、地理、星系系统等；特例——特殊的复杂巨系统：以有意识的人作为子系统的社会系统）（3）P3系统工程定义:组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法（钱学森1978）P4系统工程是以有人参与的复杂大系统为研究对象，按照一定的目的对系统进行分析与管理，以期达到总体效果最优的理论和方法。因此，系统工程就是寻求“总体最优”的理论和方法。系统科学包含“基础科学、技术科学和工程技术”三个层次（钱学森）。系统工程在系统科学的学科体系结构中处在工程技术层次。（4）P6霍尔“三维结构”（逻辑维时间维知识维）1962年图1-3Chapter2系统学基础填空（1）P10从热力学的角度，按系统与环境的关系分：①孤立系统—无能量和物质交换（客观世界不存在）图2-1定态②封闭系统—只有能量交换（如一个密闭的容器）图2-2热力学平衡态③开放系统—有能量和物质交换（如一个细胞）图2-3非平衡态系统（2）P11动力学状态描述空间中一个质点的运动，需要6个状态量（3个坐标，3个速度）（3）P11任一时刻系统的实际物理量不能够精确等于现实统计平均量，与平均量相比的偏离叫做涨落。（4）P12-P14熵：系统的状态量，描述系统紊乱或有序的程度；系统越乱，熵越大。信息熵：作为一个随机事件的不确定性或信息量的量度。序：描述系统各元素之间关系状况的概念。系统总是自发地向着熵增大的方向，即无序方向发展。（5）P14系统自组织系统中元素在环境作用下，不依靠外力，发展形成有序结构的过程。（6）P15-P19一般系统论性质：①整体性整体效能角度②层次性分解为更小系统③目的性终极性和预决性④同形性发展变化及结构相似⑤动态性Chapter3线性规划（重点）填空简答计算（1）P30-P35线性规划①建立模型（决策变量约束条件目标函数）②（PPT）概念：1）可行解—阴影区域中能满足全部约束条件的xi值；2）可行域—全部可行解的集；3）最优解—可行解中使目标函数值极大或极小的解；4）最优值—对应最优解的目标函数值。（2）P35-P40单纯形法（较重要，可能会考计算题，详见Text&PPT）①求解思想顶点的逐步转移,条件是使目标函数值不断得到改善《系统工程概论》第二版杨家本主编个人制作仅供参考请勿他用②原则:a.引入变量—最大增加原则b.退出变量—最小比值原则④方法步骤（重点看P35–P38例题）OR单纯形表法OR矩阵法Chapter4图与网络（重点）填空计算（1）P78-P80基本概念：图链路树割集（2）P82-P84最短路的标号算法（看课本例题）①（PPT）思路：从始点出发，逐步顺序地向外探寻，每向外延伸一步都要求是最短的。②（PPT）条件：网络中所有的弧权为非负。③（PPT）步骤：1）发点标上P(Vs)=0,其余节点标上临时标号T(Vj)=∞，j≠1;2）设节点Vi是刚得到的P类标号，把与节点Vi有弧直接相连而又属于T类标号的各节点Vj的标号改为：T(Vj)=min{T(Vj),P(Vj)+dij}；3）在T类标号中选标号最小的节点Vj0，并把它的临时标号T(Vj0)改为P(Vj0)，若终点获得P类标号，则停止，否则转上一步。（3）P84-P86任意两点的最短路算法（了解）（4）P86–P91网络最大流问题（参考PPT）①P86-P87基本概念：发/收点，中间点，网络流；可行流（TextP87定义）；有向图G(V,A)，弧aij=(vivj)∈A,cij为aij上的容量（最大通行能力），fij为aij上的流量（实际通行能力）。②P88最大流－最小割任何一个可行流的流量不会超过任一割集的容量；定理：任一个网络G中，从vs到vt的最大流的流量等于分离vs、vt的最小割的容量。③P88-P91最大流算法1）P89增广链（路）a.定义b.定理c.应用2）P89-P91标号算法（可能会考计算）a.思路：找出一条增广链，利用此链把尽可能多的流量从发点送到收点，重复此过程直到再也找不出增广链时，网络上的流就是最大流。b.步骤（P90图4-16具体看课本P89–P91例题过程）Chapter5系统优化简答（1）内容：研究制约条件下选择准则函数最优解问题a.经典（局部）优化算法：定义被优化系统的性能指标和约束条件，如线性规划、整数规划、0–1规划、非线性规划、排队论、决策论；b.现代（全局）优化算法：解决系统模型复杂且无法用明确的解析方程描述的系统问题，主要包括禁忌搜索、模拟退火、遗传算法、神经网络等，主要应用对象是优化问题中的难解问题（NP–hard问题）。（2）P93贪婪算法（课本例题背包问题&PPT）①若问题的最优解只能用穷举法求得，问题的次优解可用贪婪法求得。②特点：一步一步地进行，根据某个优化测度（目标或非目标函数），每一步只考虑选取一个数据，都要保证能获得局部最优解。核心问题：选择能产生问题最优解的最优度量标准原则：单位体积价值比越大越先装包（3）遗传算法GeneticAlgorithm（PPT&Text）①P96主要步骤（详见课本P97STEP1-5）1）编码2）初始群体的生成3）适应性值评估检测4）选择（优胜劣汰）5）交换（取长补短）6）变异②P98主要研究因素1）解的编码和解码2）初始群体的选取和计算中群体的大小3）适应函数的确定4）（三个算子）种群选取、交配和变异③P99优点：一种普适性的数值求解法；计算过程简单，快速求解（满意解）；与其它启发性算法兼容Chapter6决策分析简答计算（1）决策①（PPT）系统决策：根据系统的状态选取可能的策略，并对这些策略所产生的后果进行综合研究，以便按照某种衡量准则选择一个最优策略。②决策含义：已知“做什么”，解决“怎么（更好）去做”P106决策者总是希望决策能花费最小的代价而获得最大的利益。一般认为决策就是做决定的过程和作出的决定。狭义地说，决策指的是在几种行为方案中作出选择；广义地讲，决策还包括在作出最后选择前所进行的一切思维活动。决策过程的本质是优化，是一个反复分析、综合并作出抉择的复杂且多次循环的过程。《系统工程概论》第二版杨家本主编个人制作仅供参考请勿他用③（PPT）科学决策1)先决条件—社会活动越来越复杂、越来越多变、影响越来越大。2)内容:严格实行科学的决策程序；依靠专家和运用科学的决策技术；决策者运用科学的思维方法进行判断④P108基本要素：决策者、决策对象、决策信息、决策目标、决策理论和方法、决策环境、决策工具⑤P109-P110程序、调查研究发现问题预测技术确定目标环境分析价值准则征求方案拟制方案可行性分析分析评价决策技术优选方法方案优选可靠性分析试验验证NY反馈普遍实施发现问题（2）P111确定型决策基本方法：比较各种方案的价值函数值或效用值&描述公式（3）P111风险型决策①基本方法：计算比较各方案的期望效用值得出最佳方案&描述公式②P112效用理论1）效用2）P112图6-3RA（riskaversion）—保守型RARN（riskneutral）—中性型RNRP（riskproneness）—冒险型RP3）（PPT）判断步骤：a.首先提出“以50％概率获得某收益，以50％的概率获得另外收益”的机会，然后问决策者，这个机会对他来说相当于收益多少？b.保持概率不变，改变收益值（应取前面机会中已求出效用值的那些收益值）即提出另一机会，然后再请决策者判断，依次重复就可以算出决策者判断收益的效用值。③P115-P116不确定型决策等可能准则后悔值准则悲观准则乐观准则折衷准则（4）P117-P123多目标决策①P119效用函数法②P119-P123层次分析法（AHP）（主要PPT，辅助Text）（5）P123-P124决策支持系统（DSS-DecisionSupportSystems）①结构化；非结构化；半结构化决策②组成：数据库，模型库，方法库，知识库和相应的系统管理软件Chapter7系统分析与系统建模（重点）简答（1）系统分析①（PPT）定义：广义解释:系统分析与系统工程同义；狭义解释:系统分析作为系统工程在处理大型复杂系统的规划、研制和运用问题时必须经过的一个逻辑步骤。系统分析：利用科学的分析方法和工具，对系统的目的、功能、结构、环境、费用与效益等问题进行分析和确定，是一个有目的有步骤的探索和分析过程，为决策提供所需的科学依据和信息。系统要明确主要问题，确定系统目标，开发可行方案，建立系统模型，进行定性与定量相结合的分析，全面评价和优化可行方案，从而为领导者选择最优方案或满意方案提供可靠的依据。②P126要素：a.目标b.可行（替代）方案c.费用和效益d.模型e.评价基准③P126原则:1)内部与外部因素2)当前与长远利益3)局部与总体效益4)定性与定量分析相结合④P127步骤:1)系统目的分析和确定2)模型化3)系统最优化4)系统评价⑤（PPT）要点项目为什么应该如何采取什么对策目的为什么提出该问题？应提什么？删去不必要的部分对象为什么从此入手？应找哪个？《系统工程概论》第二版杨家本主编个人制作仅供参考请勿他用时间为什么在这时做？应何时做？合并重复的工作内容地点为什么在这里做？应何处做？人为什么由此人做？应由谁做？方法为什么这样做？如何去做？使工作简化⑥P127方法：目标—手段分析法因果分析法KJ法（2）系统模型①P132定义：系统模型是采用某种特定的形式（如文字、符号、图表、实物、数学公式等）对系统某一方面本质属性进行描述，提供有关系统的知识。系统模型一般是现实系统的描述、模仿或抽象。同一个系统可以建立不同模型（研究目的不同）；同一种模型可以代表多个系统（分析对象不同）。②P133特征：1）是实际系统的合理抽象和有效的模仿；2）由反映系统本质或特征的主要因素构成；3）表明了有关因素之间的逻辑关系或定量关系。③P134分类：（图7-7）一般分为物理模型、文字模型和数学模型。④P135要求：1）现实性2）简明性3）标准化⑤原则：（PPT）现实性原则&简化性原则&适应性原则&借鉴性原则P1361）切题2）清晰3）精度要求适当4）尽量使用标准模型节点⑥方法：1）推理法2）实验法3）统计分析法4）混合法5）类似法（3）（PPT）系统仿真（4）P137-P145状态空间法（5）P146-P150ISM箭线Chapter8网络计划法（重点）简答计算（PPT&Text相互参考）工序时间（1）网络图工序名称①P157组成（注意定义）：事项（节点）、活动（箭线）、线路②P158绘制原则1）有方向，无回路，无缺口（箭线由左向右）2）相邻节点一条（箭）线，箭线首位有节点，中间不能引出线3）onestart,oneend（一个始点，一个终点）4）虚工序（解决逻辑关系的需要，只起连结作用，不消耗资源，不占用时间）③项目节点作业时间参数P159最早开始时间（正顺序计算）0)1(ETP161最早开始时间)()(iTijTEESijEjiE