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系統(tǒng)工程,第五講 解釋結(jié)構(gòu)模型,1,第一節(jié)：概述 第二節(jié)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)； ISM基礎(chǔ) ISM方法和步驟 思考討論題 第三節(jié)：解釋結(jié)構(gòu)模型法的應(yīng)用,解釋結(jié)構(gòu)模型,2,5.1 概述,模型有三個(gè)特征： 1.它是現(xiàn)實(shí)世界部分的抽象或模仿； 2.它是由那些與分析的問(wèn)題有關(guān)的因素構(gòu)成； 3.它表明了有關(guān)因素間的相互關(guān)系； 模型化就是為了描述系統(tǒng)的構(gòu)成和行為，對(duì)實(shí)體系統(tǒng)的各種因素進(jìn)行適當(dāng)篩選后，用一定方式（數(shù)學(xué)、圖像等）表達(dá)系統(tǒng)實(shí)體的方法。,一、模型及模型化的定義,3,二、模型化的本質(zhì)、作用及地位,5.1 概述,1.本質(zhì)：利用模型與原型之間某方面的相思關(guān)系，在研究過(guò)程中用模型來(lái)代替原型，通過(guò)對(duì)于模型的研究得到關(guān)于原型的一些信息。,4,2.作用：①模型本身是人們對(duì)客體系統(tǒng)一定程度研究結(jié)果的表達(dá)。這種表達(dá)是簡(jiǎn)潔的、 形式化的。②模型提供了脫離具體內(nèi)容的邏輯演繹和計(jì)算的基礎(chǔ)，這會(huì)導(dǎo)致對(duì)科學(xué)規(guī)律、理論、原理的發(fā)現(xiàn)。③利用模型可以進(jìn)行“思想”試驗(yàn)。 3.地位：模型的本質(zhì)決定了它的作用的局限性。它不能代替以客觀系統(tǒng)內(nèi)容的研究，只有在和對(duì)客體系統(tǒng)相配合時(shí)，模型的作用才能充分發(fā)揮。,5.1 概述,5,實(shí)際系統(tǒng),結(jié)論,模型,現(xiàn)實(shí)意義,,,,,模型化,實(shí)驗(yàn)、分析,解釋,比較,圖5.1 系統(tǒng)模型(化)的作用與地位,5.1 概述,6,三、模型的分類(lèi),圖5.2 模型分類(lèi),5.1 概述,7,四、構(gòu)造模型的一般原則,5.1 概述,1.建立方框圖 2.考慮信息相關(guān)性 3.考慮準(zhǔn)確性 4.考慮結(jié)集性,8,①明確建模的目的和要求 ②對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一般語(yǔ)言描述 ③尋找主要因素及其相互關(guān)系 ④確定模型的結(jié)構(gòu) ⑤估計(jì)模型的參數(shù) ⑥實(shí)驗(yàn)研究 ⑦必要修改,五、建模的基本步驟,5.1 概述,9,1.分析方法； 2.實(shí)驗(yàn)方法； 3.綜合法； 4.老手法； 5.辯證法。,5.1 概述,六、模型化的基本方法,10,①減少變量，減去次要變量； ②改變變量性質(zhì)； ③合并變量（集結(jié)）； ④改變函數(shù)關(guān)系； ⑤改變約束條件。,5.1 概述,七、模型的簡(jiǎn)化,11,一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化基礎(chǔ),結(jié)構(gòu)→結(jié)構(gòu)模型→結(jié)構(gòu)模型化→結(jié)構(gòu)分析 結(jié)構(gòu)分析是一個(gè)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化并加以解釋的過(guò)程。 結(jié)構(gòu)分析是系統(tǒng)分析的重要內(nèi)容，是系統(tǒng)優(yōu)化分析、設(shè)計(jì)與管理的基礎(chǔ),5.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù),1、結(jié)構(gòu)分析的概念和意義,12,理解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的概念 （構(gòu)成系統(tǒng)諸要素間的關(guān)聯(lián)方式或關(guān)系）及其有向圖（節(jié)點(diǎn)與有向?。┖途仃嚕蛇_(dá)矩陣等）這兩種常用的表達(dá)方式。 比較有代表性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析方法有： 關(guān)聯(lián)樹(shù)（如問(wèn)題樹(shù)、目標(biāo)樹(shù)、決策樹(shù)）法、解釋結(jié)構(gòu)模型化（ISM）方法、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（SD）結(jié)構(gòu)模型化方法等。,2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)表達(dá)及分析方法,5.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù),13,3、 ISM實(shí)用化方法原理,5.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù),14,二、ISM實(shí)用方法基礎(chǔ),（1）集合表達(dá)法 系統(tǒng)：S＝{S1,S2,S3,…,Sn} 二元關(guān)系：要素之間的某種關(guān)系R； 二元關(guān)系表示：； 傳遞性；傳遞次數(shù)、強(qiáng)連接關(guān)系； 系統(tǒng)二元關(guān)系表達(dá)： Rb＝ {(Si ,Sj) |Si RSj， Si ,Sj ∈S，i,j=1,…,n},1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的表達(dá)方式,5.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù),15,(2)有向圖表示 圖論基本知識(shí)： 圖、鄰接、關(guān)聯(lián)、有向圖 有向圖表示： 節(jié)點(diǎn)、 有向邊、 通路、 路長(zhǎng)、 回路、 強(qiáng)連接回路、 環(huán),5.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù),16,（3）矩陣表達(dá),5.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù),鄰接矩陣：表示要素間基本二元關(guān)系； 輸入要素（源點(diǎn)）； 輸出要素（匯點(diǎn)）； 可達(dá)矩陣：表示要素間直接和間接二元關(guān)系； 求法：利用推移特性和布爾代數(shù)法則,A1 ＝A＋I(xiàn)； A2 ＝（A＋I(xiàn)）2； …… Ar－1＝（A＋I(xiàn)）r－1 Ar ＝（A＋I(xiàn)）r 則可達(dá)矩陣M＝Ar－1＝ Ar,17,三、ISM實(shí)用化方法步驟及應(yīng)用,5.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù),該方法的核心：是對(duì)系統(tǒng)要素間的關(guān)系（尤其是因果關(guān)系）進(jìn)行層次化處理，最終形成具有多級(jí)遞階關(guān)系和解釋功能的結(jié)構(gòu)模型（圖）。 第1步： 找出影響系統(tǒng)問(wèn)題的主要因素，并尋求要素間的直接二元關(guān)系，給出系統(tǒng)的鄰接矩陣； 第2步： 考慮二元關(guān)系的傳遞性，建立反映諸要素間關(guān)系的可達(dá)矩陣； 第3步： 依據(jù)可達(dá)矩陣，找到特色要素，進(jìn)行區(qū)域劃分； 第4步：在區(qū)域劃分基礎(chǔ)上繼續(xù)層次劃分；,18,第5步：提取骨架矩陣，分為三步： （1）去強(qiáng)連接要素得縮減矩陣；（2）去越級(jí)二元關(guān)系； （3）去單位陣得骨架矩陣； 第6步：作出多級(jí)遞階有向圖。作圖過(guò)程為： （1）分區(qū)域逐級(jí)排列系統(tǒng)要素； （2）將縮減掉的要素隨其代表要素同級(jí)補(bǔ)入，并標(biāo)明其間的相互作用關(guān)系； （3）用從下到上的有向弧來(lái)顯示逐級(jí)要素間的關(guān)系； （4）補(bǔ)充必要的越級(jí)關(guān)系。 第7步：經(jīng)直接轉(zhuǎn)換，建立解釋結(jié)構(gòu)模型。,5.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù),19,7,6,5,4,3,1,2,實(shí)例分析,20,5.3 解釋結(jié)構(gòu)模型法的應(yīng)用,一、ISM的工作程序,1.組建ISM實(shí)施小組 2.設(shè)定關(guān)鍵問(wèn)題，選擇影響關(guān)鍵問(wèn)題的導(dǎo)致因素 3.列舉各導(dǎo)致因素的相關(guān)性 4.根據(jù)各要素的相關(guān)性，建立鄰接矩陣和可達(dá)矩陣 5.對(duì)可達(dá)矩陣分解后，建立結(jié)構(gòu)模型 6.根據(jù)結(jié)構(gòu)模型建立解釋結(jié)構(gòu)模型,21,5.3 解釋結(jié)構(gòu)模型法的應(yīng)用,二、ISM的優(yōu)點(diǎn)及不足,1、優(yōu)點(diǎn),可以把模糊不清的思想、看法轉(zhuǎn)化為直觀的具有良好結(jié)構(gòu)關(guān)系的模型 特別適用于變量眾多,關(guān)系復(fù)雜而結(jié)構(gòu)不明晰的系統(tǒng)分析中,也可用于方案的排序,2、缺點(diǎn),級(jí)與級(jí)間不存在反饋回路 系統(tǒng)各要素間的邏輯關(guān)系在一定程度上還依賴于人們的經(jīng)驗(yàn) 能夠勝任協(xié)調(diào)人角色的人員目前尚不多見(jiàn),22,