chp4决策支持系统中的模型库.

决策支持系统主讲:刘钢[e-mail]2第四章决策支持系统中的模型库学习目标•了解模型库系统基本结构、作用•了解模型常用类型和常见的决策模型•正确认识模型在计算机中的表示方法和存储形式•了解模型字典的作用•理解模型管理系统的作用34.1模型库系统概述4.1.1模型库系统在DSS的作用地位模型库系统在DSS中占有重要地位。管理者使用DSS不是直接依靠数据库中的数据进行决策，而是依靠模型库中的模型进行决策。数据库是为决策提供数据能力或资料能力而模型库则是给决策提供分析能力的部件，它给决策者以通过推理、比较、选择来分析解答整个问题的能力。因此，可以认为，DSS是由“模型驱动的”。44.1.2模型库系统的构成模型库系统由模型库、模型库管理系统和模型字典三部分组成。54.2模型库4.2.1模型及特点•模型是以某种形式（如数学表达式、工作流程）对一个系统的本质属性的描述，以揭示系统的功能、行为及其变化规律•模型的建立是一项高技术的活动，需要领域专家、知识工程师的协助，并根据决策系统的性质、环境，吸取相关学科的技术，进行理论抽象和实践。而模型的计算机实现又需要数值计算和计算机编程知识。64.2.1模型及特点模型的特点：•1．模型是现实世界的抽象•2．使用简单•3．节约时间•4．降低费用•5．运用模型便于进行灵敏度分析•6．模型有助于学习和练习74.2.2DSS建模的基本知识建模包含的主要问题有问题识别和环境分析、变量识别、预测、多个模型应用、模型类型、模型管理以及基于知识的建模。（1）问题识别和环境分析•通常应当分析问题域的范围以及环境的影响和动态性，同时有必要识别组织文化和企业决策过程（谁做决策，集中程度等等）。（2）变量识别•模型变量（决策变量和其他变量）及其关系的识别很重要，影响图有助于模型变量及其关系的识别.84.2.2DSS建模的基本知识（3）预测•由于应用模型得到的决策通常在将来才实现，因此预测是模型构造和操作的基本工作。（4）多个模型•DSS可包括多个模型，甚至有十几个模型，其中每个模型可用于分析决策问题的不同部分。有些模型是标准的，并且已包含在DSS生成器和工具中；其他模型也是标准的，但不是已包含在生成器和工具中的函数，而是单独的并能与DSS接口的软件。（5）模型类型•由于模型库具有动态性和组合性，而实现的基础是将模型集合理地分类。94.2.2DSS建模的基本知识（6）模型管理•为了维护模型的完整性和可用性，类似数据管理必须由进行模型管理。（7）基于知识的建模•DSS主要使用定量模型。而专家系统在应用中使用定性的、基于知识的模型，可以求解的模型必须有某些知识，这些模型决定了系统可提供的分析能力。•一些通用DSS中常用的模型如下图.10114.2.3模型的建立过程（建模过程）举例：有一个餐厅在决定自己的今后发展计划时有三种方案：（1）维持现状；（2）小规模发展（如装修内部）；（3）大规模发展（扩大餐厅经营面积，增加经营品种和规模）。而每一种方案可能带来的利益分别为20万元，40万元和70万元。在这种情况下，餐厅经理当然选择收益最大的方案。但如果需要考虑风险情况，就不能立即决策，而需要建立一个风险性的决策模型。考虑一个影响决策的自然状态集合Θ={θ1，…，θm}，这里各自然状态θj出现的概率是已知的。对于任一种方案因自然状态的不同可能产生多种结果。在上面的例子中，影响方案选择的自然状态为：（1）在餐厅附近有一个竞争对手出现（概率为0．2）；124.2.3模型的建立过程（2）附近将新建一条高速公路，因此经过餐厅的汽车今后将大大减少（概率为0．3）；（3）情况不变（概率为0．5）。此时，根据各种自然状态和在三种方案下的不同收益，构造一个损益矩阵如表4-1所示。采用简单的期望值计算，可以得到：方案“维持现状”的期望值是20×0．5—10×0．3=7，而“小规模发展”是17，“大规模发展”是9。因此，可选择小规模发展。注意我们采用的是期望值计算法，如果采用其他的计算方法，将得到不同的选择结果。134.2.4DSS中模型的要求和作用1、对模型的要求•对模型的要求实际上是一个包括制定管理决策的类型和形式的基本问题.•建立模型的环境是由：问题的特性、决策者的类型、建立模型的资源和机构组成的。2、模型的作用•1）直接用于制定决策。•2）对决策的制定提出建议•3）用来估计决策实施后可能产生的后果144.2.4DSS中模型的类型1）图标模型•是系统的物理复制，一般是原型的缩小或放大。如汽车模型、照片、楼盘的图示2）模拟模型•比图标模型抽象，用符号表示现实系统，常为二维表或图形。如：•用树状图或组织图表示组织结构、权限、责任•用不同颜色表示地图上的不同目标•用股票走势图表示股票价格的变动•机器或房屋的蓝图3）定量模型154.2.6模型库中模型的组合关系1.在逻辑上模型库应是各种模型的集合；在软件内容上，则由许多计算机内的程序模块组成。当需要时,模型程序模块可通过多种方式组合成所需要的各种模块.162.三种类型的程序模块(1）零件型的模型程序模块（或称零件型模型）:这种模块是指可以调用方法库中的方法或数据库中的数据的模型程序模块。（2）部件型的模型程序模块（或称部件型模型）:这种模块是指可以调用零件型模型，同时也能调用方法和数据的模型程序模块。（3）框架型的模型程序模块（或称框架型模型）:这是决策模拟过程及决策估计过程的描述模块，它可以调用部件型模型、零件型模型、方法与数据.174.2.7模型在计算机中的表示方法和存储形式1．模型的程序表示传统的模型表示方法都是程序表示。包括输入、输出格式和算法在内的完整程序就表示一个模型。模型的程序表示方法适用于描述结构化的计算模型182.模型的数据表示模型的数据表示就是通过数据的转换来研究模型。模型可描述为由一组参数集合和表示模型结构特征的数据集合的框架。输入数据集在关系框架下进行若个关系运算，得出输出数据集。这样，模型运算就可转换为数据的关系转换。模型的数据抽象可表示范围比较宽的经济学模型和优化模型。193.语句表示用某种语言把模型写成语句集。这些语句通常应有严格的顺序和从属关系，语句集不宜太大.语句模型具有更大的灵活性，但功能比较单一。204.模型的逻辑表示模型不仅表示了它的输入输出之间运算关系和数据转换关系，同时还确定了输入输出之间的逻辑关系。模型的逻辑表示对于描述含有定性、定量、半结构化和非结构化的决策模型具有十分重要的意义。214.2.8构建模型的常用方法分析决策问题的方法•按照一定模型框架，结构化地描述影响决策的各种要素的模型。•影响图可直观描述决策要素之间的关系，适合复杂决策，但不易表示决策结果的计算过程•决策树可直观描述决策过程和对决策结果的计算，不适合复杂决策•决策表221.决策影响图用图形符号表示•矩形：决策结点•椭圆：选择性结点•结果结点：圆角矩形基本风险决策不完全的信息决策顺序决策是否投资?公司运营情况投资回报232.决策树用图形符号表示•矩形：决策的开始•圆：变化的事件要求:•决策者只能从由分支表示的所有选项中选择一项；•每种随机方式都必须有一组互斥且完整无遗漏的结果与之对应；•一棵决策树代表着决策者可能走的所有路径•从决策发生的时间序列来考虑这个模式是非常有用的投资24决策树案例匹兹堡发展公司（PDC）购买一块地作为一个新的高档楼群的地址。该地点地理位置优越，居民可以欣赏到匹兹堡市区以及金三角的优美景色。PDC初步将每一楼房单元的价格定为30～140万美元。PDC已初步确立了三种规模的预期建筑草图。小规模30幢大厦的；中规模60幢大厦的；以及大模型90幢大厦的。对楼群的需求有强需求、弱需求两种情况，这是不确定的。自然状态（单位：百万美元）强需求s1决策方案小规模公寓群d1中等规模公寓群d2大规模公寓群d3弱需求s28142075-925用决策树法确定最佳方案1234小规模（d1）中等规模（d2）大规模（d3）强（s1）P(s1)=0.8弱（s2）P(s2)=0.2强（s1）P(s1)=0.8弱（s2）P(s2)=0.2强（s1）P(s1)=0.8弱（s2）P(s2)=0.28714520-9分支标有自然状态概率的PDC问题决策树261234小规模（d1）中等规模（d2）大规模（d3）利用决策树运用期望值EV(d1)=0.8×8+0.2×7=$7.8EV(d2)=0.8×14+0.2×5=$12.2EV(d3)=0.8×20+0.2×(-9)=$14.2结论：方案d3的期望收益值最大，选择决策方案d3。用决策树法确定最佳方案273.决策树和影响图的比较决策树•能反映问题细节•具体反映和精确分析特定的概率和输入值影响图•可表示更复杂的问题；•在解决问题的构造阶段和大问题的表示方面更好•需要其他人交流模型的总体结构时，更好二者经常结合起来使用，也可相互转化28课堂练习2人一组每组提出1个决策问题，用决策树模型表示决策过程预测决策过程中的每个选择性结点的发生概率，计算预期币值EMV在纸上编号：学号后三位+学号后三位全班传阅，选出最佳的决策问题和决策模型294.2.9模型库的内容及分类模型库中存储的模型按照模型求解的方法，可把模型分为模拟方法类、规划方法类、计量经济方法类、投入产出方法类和启发式方法类等，其中每一类又可分为若干子类，如线性规划方法类又可分为线性规划或非线性规划、单目标或多目标规划等。其分类如下:30模型的分类1.模型按照经济内容的分类①预测类模型：如产量预测模型、消费预测模型等：②综合平衡模型：如生产计划模型、投入产出模型等；③结构优化类模型：如能源结构优化模型、工业结构优化模型等；④经济控制类模型：如财政、税收、信贷、物价、丁资、汇率等对国家经济的综合控制模型等。31模型的分类2.从模型库结构设计的分类从模型库结构设计的角度，可以把模型分为单元模型（unitmodel）和“决策支持模型”两类。•单元模型指只具有单一功能的“小模型”，•而“决策支持模型”则是由这些单元模型结合而生成的，处理决策支持问题的更大的模型。单元模型有通用单元模型和专用单元模型之分。•通用单元模型是最基本的具有一般功能的模型，这些模型可以事先建立于系统，并通用于各个领域。•与通用模型单元相对应，有些单元模型只适用于特定问题领域，称之为“专用单元模型”。323.从模型支持决策活动来分类（1）规划模型•如线性规划模型、非线性规划模型、排队论模型和目标规划模型等，这类模型适用于作业场所的布局、作业顺序的安排、生产能力与资源的匹配、工艺过程的计划安排等方面。例如铁路调度运营计划的编制等。（2）推理模型•如演绎推理模型、归纳推理模型、类比推理模型、文法分析模型等。这类模型可用于事故原因的推理分析、景物分析识别、分类等方面。例如铁路交通事故分析、故障诊断等方面。333.从模型支持决策活动来分类（3）分析模型•盈亏平衡分析、数理统计分析模型、价值分析模型、趋势分析、投入产出分析、随机序列分析模型等。这类模型可用于经济计量分析、设备分析、质量管理、产品检测等方面。如铁路营运管理等。（4）预测模型•如回归预测方法、确定型时间序列预测、随机时间序列预测、概率预测（马尔可夫过程、蒙特卡洛模拟预测）、经济生命周期预测、相关分析方法、趋势平移法、指数平滑法、交叉影响分析法、先行指标分析法等。这类模型可用来预测生产经营规模、市场趋势和新产品发展方向，辅助决策者制定行业技术发展政策和制定战略规划。例如铁路路网规划等。343.从模型支持决策活动来分类（5）模拟实验模型•如博奔论、库存模型、排队论、蒙特卡洛法、系统模拟法、因素分析法、灵敏度分析法等模型。这类模型可以用于产品设计、设备更新、市场预测、物资管理、运输计划、分析企业活动过程等方面。例如铁路车辆设计，线路改造持西等。（6）优化模型•线性规划、动态规划、搜索论、梯度法（最短路径法）、多目标规划、投入产出分析、