专家与决策支持系统第一章

南京信息工程大学专家与决策支持系统龚毅光信息与控制学院参考教材1.陈文伟，决策支持系统教程，清华大学出版社，2004年11月2.陈文伟，决策支持系统及其开发（第二版），清华大学出版社，2000年2月3.张玉峰，决策支持系统，武汉大学出版社，2004年8月4.陈晓红，决策支持系统理论和应用，清华大学出版社，2000年5月5.邵军力等.人工智能基础,电子工业出版社，2000年3月课程主要内容第一章：ES、DSS概述（1~2）第二章：模型辅助决策支持（3~4）第三章：DSS的构造与系统结构（6~7）第四章：模型库管理系统（8~12）第五章：数据库管理系统（13~16）第六章：数据仓库（17~18）第七章：方法库管理系统（19）第八章：知识库和推理机（20~22）第九章：DSS的设计与开发（23）第一章ES、DSS概述1.1专家系统概述1.2决策支持系统概述1.1专家系统概述一.专家系统的概念：•专家系统（ExpertSystem，ES）是人工智能的一个重要分支•斯坦福大学的EdwardFeigenbaum认为：专家系统是一种智能的计算机程序，它能运用知识和推理来解决只有专家才能解决的复杂问题。1.1专家系统概述二、专家系统的原理知识获取人机接口知识库推理机专家用户咨询建议专家系统核心1.1专家系统概述二、专家系统的原理：–知识获取：把专家的知识按一定的知识表示形式输入到专家系统的知识库中。•例如：IF红灯亮THEN停止•IF绿灯亮THEN运行（产生式规则）–推理：专家系统的问题没有算法，依靠推理来获得合理的解决方法。–推理机：专家系统中执行推理的程序。•例如：产生式规则的推理机=搜索+匹配•根据绿灯亮，搜索匹配得出运行–人机接口（解释机）：将用户的咨询和专家系统推出的建议、结论进行人机间的翻译和转换1.1专家系统概述三、专家系统的特性：–用定性方式辅助决策–使用知识和推理机制–知识获取比较困难–知识包括确定知识和经验知识–解决问题的能力受知识库内容的影响–适用范围较宽1.1专家系统概述四、专家系统的发展：–对通用问题求解——HumanProblemSolving（Newell，Simon1972）–用规则表示知识•IF有火焰THEN有火灾•IF有烟雾THEN可能有火灾•IF有报警THEN可能有火灾–认知处理机（Cognitiveprocessor）尽力发掘将被适当刺激激活的规则1.1专家系统概述五、专家系统的开发工具：–LISP语言–PORLOG语言–CLIPS语言——CLanguageIntegratedProductionSystem1.1专家系统概述六、专家系统的应用：–看书–举一个例子1.1专家系统概述六、专家系统的应用：缺陷状况描述缺陷评价①④单项缺陷智能评价系统②描述处理模块智能评价模块③汽车掉漆很严重，长8.5cm、宽4.1cm掉漆程度：很严重；掉漆长度：8.5；掉漆宽度：4.1评价等级：IV汽车掉漆缺陷等级为IV级①②③④解释机推理机知识库1.2决策支持系统概述1.2.1决策支持系统的形成和发展1.2.2决策支持系统的概念1.2.1决策支持系统的形成和发展电子数据处理(EDP)管理信息系（MIS）(数据库)运筹学（OR)、管理科学（MIS）(模型)决策支持系统（DSS）(模型库＋数据库)专家系统（ES）（知识库＋推理机）神经网络（NN）（MP模型＋网络权值）智能决策支持系统（IDSS）一、DSS的形成1.2.1决策支持系统的形成和发展数据仓库（DW）联机分析处理（OLAP）数据挖掘（DM）新决策支持系统（NDSS）智能决策支持系统（IDSS）综合决策支持系统（SDSS）Internet网络环境下的综合决策支持系统（SDSS.net）一、DSS的形成1.2.1决策支持系统的形成和发展1.数据处理（EDP）•数据处理:包括数据收集、数据录入、数据正确性检查、数据操作与加工、数据输出等•数据处理的特点:数据量大、时效性强、运算较简单、每次处理一条记录1.2.1决策支持系统的形成和发展2.管理信息系统（MIS）•管理信息系统的定义：管理信息系统是由人和计算机相结合的对管理信息进行收集、存储、维护、加工、传递和使用的系统。•管理信息系统的特性：事务处理为主；为结构化决策服务；具有系统的特性；以数据库为基础•管理信息系统的功能：事务处理、数据库的更新和维护、产生各类报表、查询功能、用户的交互1.2.1决策支持系统的形成和发展3.管理科学（MS）•管理科学（或称为运筹学）：是对管理问题用定量分析方法，建立数学模型，通过求解计算，达到辅助管理决策的一门科学。1.2.1决策支持系统的形成和发展3.管理科学（MS）•管理科学解决问题的步骤：①定义问题和确定目标②建立模型：模型：对客观规律的抽象描述③求解模型，优化方案④检验、评价模型是否合理⑤运用模型解决问题、不断优化模型1.2.1决策支持系统的形成和发展4.决策支持系统（DSS）：•DSS将MIS的数据处理功能和运筹学中模型的数值计算功能集成起来，具有更高层次的辅助决策•DSS继承了MIS的数据库和数据库管理系统，实现了数据处理功能。•DSS增加的模型库和模型库管理系统把众多的模型有效地组织和存储起来，建立了模型库和数据库的有机结合。1.2.1决策支持系统的形成和发展4.决策支持系统（DSS）：•决策支持系统的特性：①用定量方式辅助决策，而不是代替决策②使用大量的数据和多个模型③支持决策制定过程④为多个管理层次上的用户提供决策支持⑤能支持相互独立的决策和相互依赖的决策⑥用于半结构化决策领域1.2.1决策支持系统的形成和发展5.智能决策支持系统（IDSS）：•IDSS是以决策支持系统为主体，结合人工智能技术形成的系统。•IDSS中的人工智能技术有：专家系统、神经网络、机器学习、遗传算法以及自然语言理解等。1.2.1决策支持系统的形成和发展6.NDSS和SDSS：•20世纪90年代兴起的数据仓库、联机分析处理和数据挖掘三项新技术为决策支持系统开辟了一条以从数据中获取辅助决策信息的新路，我们称它为新决策支持系统。•它与传统决策支持系统不是覆盖关系，而是互补关系。•新决策支持系统与传统决策支持系统的结合，我们称为综合决策支持系统。1.2.1决策支持系统的形成和发展二、决策支持系统的发展•从管理科学的模型辅助决策发展到决策支持系统，经历了如下几个阶段：①单模型辅助决策②交互建模的DSS③组合模型的DSS④智能的DSS1.2.2决策支持系统的概念一、决策问题的结构化分类：•按问题的结构化程度分类，即对决策问题的内在规律能否用明确的程序化语言（数学的、逻辑的、形式的、定量的、推理的）给以清晰的说明或者描述。–结构化决策：能够描述清楚–非结构化决策：不能够描述清楚的–半结构化决策：介于两者之间1.2.2决策支持系统的概念•结构化问题可以用计算机程序来实现。•非结构化问题计算机难以处理。•当把计算机和人有机的结合起来就能有效地处理半结构化决策问题。1.2.2决策支持系统的概念•MIS：解决结构化问题•DSS：解决半结构化问题–其中，DSS中数学模型和数据是可以计算机程序实现的，这部分是结构化的；而对于多个解决方案的选择在计算机中是难以实现的，由人来解决，这部分是非结构化的。1.2.2决策支持系统的概念•如何区分问题的结构化程度？–问题形式化描述的难易程度–解题方法的难易程度–解题中所需计算量的多少1.2.2决策支持系统的概念二、决策支持系统的定义：–R.H.Spraque和E.D.Carlson的定义：决策支持系统具有交互式计算机系统的特征，帮助决策者利用数据和模型去解决半结构化问题。–P.G.W.Keen的定义：决策支持系统是“决策”(D)，“支持”(S)，“系统”(S)，三者汇集成的一体,即通过不断发展的计算机建立系统的技术，逐渐扩展支持能力，达到更好的辅助决策.–S.S.Mittra的定义：决策支持系统是从数据库中找出必要的数据，并利用数学模型的功能，为用户产生所需要的信息。1.2.2决策支持系统的概念–决策支持系统的常用定义：是以管理科学、运筹学、控制论和行为科学为基础，以计算机技术、模拟技术和信息技术为手段，面对半结构化的决策问题，支持决策活动的具有智能作用的人/机计算机系统。–陈文伟的定义：决策支持系统是综合利用大量数据，有机组合众多模型，通过人机交互，辅助各级决策者实现科学决策的系统。1.2.2决策支持系统的概念–DSS结构图（陈文伟定义）用户人机交互系统模型库管理系统MBMS数据库管理系统DBMS模型库MB数据库DB1.2.2决策支持系统的概念三、DSS与MS/OR的关系•以模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MS/OR比较，有如下的特点：①DSS将数据和模型通过接口组成一个系统。②DSS需要多模型间的选择和多模型的组合，形成多个方案。③DSS通过人机交互支持人对非结构问题的决策。④DSS能便利用户的使用和适应用户的不同需求。1.2.2决策支持系统的概念四、DSS与MIS的关系•DSS是从MIS的基础上发展起来的，都是以数据库系统为基础，都需要进行数据处理，也都能在不同程度上为用户提供辅助决策信息。•DSS与MIS比较，具有以下不同：MISDSS中层管理人员高层决策人员事务处理辅助决策以数据库为基础，数据驱动以模型库为基础，模型驱动查询报表固定满足决策需求追求处理效率追求决策准确结构化决策半结构化决策复习题•（题目略）