決策支持系統(tǒng)發(fā)展綜述

1、決策支持系統(tǒng)發(fā)展綜述空軍工程大學(xué)導(dǎo)彈學(xué)院 雷英杰計算機是當(dāng)代發(fā)展最為迅速的科學(xué)技術(shù)之一，其應(yīng)用幾乎已深入到人類活動和生活的 一切領(lǐng)域，大大提高了社會生產(chǎn)力，引起了經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、社會結(jié)構(gòu)和生活方式的深刻變化和 變革。計算機科學(xué)技術(shù)具有極大的綜合性質(zhì)，與眾多科學(xué)技術(shù)相交叉而反過來又滲入更多 的科學(xué)技術(shù)，促進它們的發(fā)展。計算機科學(xué)與其他學(xué)科相交叉產(chǎn)生了許多新學(xué)科，推動著 科學(xué)技術(shù)向更廣闊的領(lǐng)域發(fā)展。智能決策支持系統(tǒng)(Intelligent Decision Support Systems，簡稱IDSS)是決策支持系統(tǒng)(Decision Support Systems,簡稱 DSS 與人工智能(Artif

2、icialIntelligenee ,簡稱AI)相結(jié)合的產(chǎn)物，它將人工智能中的知識表示與處理的思想引入到DSS其獨特的研究方法和廣泛的發(fā)展前途使之一出現(xiàn)就成為決策支持技術(shù)研究的熱點。智能決策支持系統(tǒng)是以信息技術(shù)為手段，應(yīng)用管理科學(xué)、計算機科學(xué)及有關(guān)學(xué)科的理 論和方法，針對半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的決策問題，通過提供背景材料、協(xié)助明確問題、修 改完善模型、列舉可能方案、進行分析比較等方式，為管理者做出正確決策提供幫助的智 能型人機交互信息系統(tǒng)。實踐表明，只有當(dāng)決策支持系統(tǒng)具有較豐富的知識和較強的知識處理能力時，才能向 決策者提供更為有效的決策支持。考慮到IDSS是在傳統(tǒng)DSS基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，所以這里

3、先介紹有關(guān)決策、決策科學(xué)和 決策支持技術(shù)的基本概念。一、DSS勺產(chǎn)生與發(fā)展1.1 DSS的產(chǎn)生背景電子數(shù)據(jù)處理 EDP( Electronic Data Processing)：提高了工作效率，把人們從繁瑣的事務(wù)處理中解脫出來。缺點：僅局限于具體信息處理，不共享，不考慮整體或部門情況。管理信息系統(tǒng) MIS (Management Information Systems )：整體分析，系統(tǒng)設(shè)計，信息 共享，部門協(xié)調(diào)。缺點：難于適應(yīng)多變的內(nèi)、外部管理環(huán)境，對管理人員的決策幫助十分 有限。決策支持系統(tǒng) DSS( Decision Support Systems ): 70 年代中期 Keen 和 S

4、cott Morton 在管理決策系統(tǒng)(1971)一書中提出。目標：對管理者做決策提供技術(shù)支持。背景：運籌學(xué)模型發(fā)展已經(jīng)比較完善，多目標決策分析突破了單一效用理論的框架， 計算機軟、硬件及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人工智能特別是知識處理技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)庫技 術(shù)、圖形顯示技術(shù)、各類工具軟件的發(fā)展與完善，構(gòu)成了DSS形成與發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)。1.2 DSS的發(fā)展70年代， Scott Morton 在管理決策系統(tǒng)(1971)一書中首次提出 DSS。Peter G. W. Keen等人編寫了一套叢書，闡明 DSS的主要觀點，初步構(gòu)造出 DSS的基 本框架。1978至1988年，DSS得到迅速發(fā)展，許多實用系統(tǒng)

5、被開發(fā)出來，投入實際應(yīng)用，產(chǎn)生 明顯效益。1988至現(xiàn)在，DSS技術(shù)持續(xù)發(fā)展，目前已基本成熟。新一代 DSS研究仍然十分活躍。1.3 DSS的理論基礎(chǔ)( 1 ) 信息論 信息是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中普遍使用的一個重要概念。 信息論是運用信息的觀點，把系統(tǒng)看作是借助于信息的獲取、傳送、加工處理、輸出 而實現(xiàn)其有目的性行為的研究方法。（ 2） 計算機技術(shù)計算機軟件技術(shù)、硬件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖形處理技術(shù)、知識處理技術(shù)等。（ 3） 管理科學(xué)與運籌學(xué)管理科學(xué) MS（ ManagementScience ）：面向管理者，研究決策問題，如決策目標、決策 效能等。運籌學(xué) OR（Operations Research

6、）：提供一系列優(yōu)化、仿真、決策等模型。（4） 信息經(jīng)濟學(xué)在信息時代，研究信息的產(chǎn)生、獲得、傳遞、加工處理、輸出等方面的價值問題。從 經(jīng)濟學(xué)的角度，研究信息產(chǎn)生和獲得的成本是多少？利潤是多少？即研究信息價值問題。（ 5） 行為科學(xué)研究決策者的決策風(fēng)格、在決策過程中的決策行為等，指導(dǎo) DSS 的設(shè)計和開發(fā)。涉及 到?jīng)Q策者的心理學(xué)。（6） 人工智能將人工智能技術(shù)用于管理決策是一項開拓性工作。當(dāng)前研究的IDSS就是DSS與 AI技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它用領(lǐng)域?qū)＜业闹R來選擇和組合模型，完成問題的推理和運行，為用 戶提供智能的交互式接口。人工智能技術(shù)作為計算機應(yīng)用研究的前沿，近十年取得了驚人的進展，呈現(xiàn)了光

7、明的 前景。專家系統(tǒng)、智能機器人和模式識別是人工智能中最活躍、最富有成果的三個研究領(lǐng) 域。其中專家系統(tǒng) ES（ Expert Systems ）研究，取得了許多實用化的成果。當(dāng)今世界上已 經(jīng)有上千個專家系統(tǒng)，應(yīng)用于醫(yī)療、診斷、探礦、軍事、調(diào)度、質(zhì)譜分析、計算機配置、 輔助教育等各種領(lǐng)域，并已開始涉足財務(wù)分析、計劃管理、工程評估、法律咨詢等管理決 策領(lǐng)域。DSS和ES:處于不同的學(xué)科范疇，有著不同的解決問題的方法。DSS主要運用數(shù)據(jù)和模型，ES主要運用知識和推理。在管理科學(xué)領(lǐng)域，一個是方興未艾，一個是后起之秀，各有 特色。但是它們的互相結(jié)合和互相滲透，將會把計算機用于決策支持技術(shù)推向一個新的高

8、度。決策的正確性關(guān)系到經(jīng)營效果和事業(yè)成敗，決策理論、決策方法和決策工具的科學(xué)化 和現(xiàn)代化是正確性的重要保證。人工智能將為DSS提供有效的理論和方法。例如，知識的表示和建模，推理、演繹和問題求解及各種搜索技術(shù)，再加上功能很強的人工智能語言， 都為DSS的發(fā)展走向更加實用的階段提供強有力的理論和方法的支持。1.4 DSS與相關(guān)技術(shù)的關(guān)系（1）決策與預(yù)測的關(guān)系決策：創(chuàng)造未來，基于預(yù)測，實現(xiàn)將來一個目標。預(yù)測：預(yù)言未來，基于分析、研究、仿真、實驗。例如：災(zāi)害預(yù)測與防災(zāi)決策、日常預(yù)測與決策、經(jīng)營預(yù)測與決策、宏觀預(yù)測與決策、 貫序預(yù)測與決策、為重大決策作預(yù)備性研究等。（2）DSS與MS/ORI勺關(guān)系MS處

9、理結(jié)構(gòu)化問題，運用分析的觀點。OR處理結(jié)構(gòu)化問題，研究對象主要集中在數(shù)學(xué)規(guī)劃、決策論、對策論等理論和方法上。DSS 處理戰(zhàn)略、規(guī)劃等半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化一類的決策問題。（3）DSS與MIS的關(guān)系MIS 收集、傳遞、存儲、加工處理各種信息，監(jiān)測運營數(shù)據(jù)，利用歷史數(shù)據(jù)預(yù)測未來， 用指定的數(shù)學(xué)方法分析數(shù)據(jù)，提供全面數(shù)據(jù)和分析報告。面向管理人員，提供低層次的決 策支持。DSS面向決策者，提供適當(dāng)?shù)臎Q策支持，是 MIS的高級階段。（4）DSS與ES的關(guān)系IDSS = DSS + ESES:利用知識和推理機，處理半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化問題。DSS使用數(shù)據(jù)和模型，處理結(jié)構(gòu)化問題，與ES結(jié)合后，可處理半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)

10、構(gòu)化問題。二、DSS的基本概念2.1決策過程 決策過程：如圖1所示。圖1決策過程決策科學(xué)主要研究：確定目標、設(shè)計方案、評價方案三個基本階段。這三個基本階段 又分別稱為理解、設(shè)計、選擇活動。2.2決策問題的類型決策問題的類型（按結(jié)構(gòu)化程度分為）：結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化三種。結(jié)構(gòu)化程度：對某一過程的環(huán)境和規(guī)律，能否用明確的語言（數(shù)學(xué)的或邏輯學(xué)的，形 式的或非形式的，定量的或推理的）給予清晰的描述。結(jié)構(gòu)化問題：能夠描述清楚的問題。三個階段都能使用確定的算法或決策規(guī)則。非結(jié)構(gòu)化問題：不能夠描述清楚，而只能憑直覺或經(jīng)驗作出判斷的問題。三個階段都 不能使用確定的算法或決策規(guī)則。半結(jié)構(gòu)化問題：介于兩者之

11、間的問題。一個或二個階段能使用確定的算法或決策規(guī)則。2.3決策問題的性質(zhì)和層次決策問題的層次：辦事員（作業(yè)調(diào)度）、部門負責(zé)人（運籌管理）、頂層負責(zé)人（戰(zhàn)略 規(guī)劃）。按照決策問題的層次和類型，決策問題可分為 9類，如表1所示。表1 決策問題的類型作業(yè)調(diào)度運籌管理戰(zhàn)略規(guī)劃支持需求結(jié)構(gòu)化庫存報表、零件定貨線性規(guī)劃、生產(chǎn)調(diào)度新廠位置選擇EDP MS/OR半結(jié)構(gòu)化股票管理、貿(mào)易開發(fā)市場、經(jīng)費預(yù)算資本獲利分析DSS非結(jié)構(gòu)化為雜志選擇封面聘用管理人員研究、開發(fā)分析經(jīng)驗和直覺2.4 決策風(fēng)格按獲取數(shù)據(jù)的方式分：感知型（S）、直覺型（N）。感知型一一喜歡與特定問題有關(guān)的 硬數(shù)據(jù)。直覺型喜歡描寫可能性的整體信息。

12、按處理數(shù)據(jù)的方式分：思考型（T）、感覺型（F）。思考型一一喜歡用邏輯或其他規(guī)范 化的手段去推理。感覺型喜歡用個人的術(shù)語來考慮問題。組合起來，共有四種類型的決策風(fēng)格：系統(tǒng)型（ST）、思辯型（NT）、司法型（SF）、直 觀推斷型（ NF）。系統(tǒng)型（ST）:喜歡運用量化信息，喜歡運用成本效益分析和評價的研究作為輔助決策 的工具。思辯型（NT）:善于思索未來的可能性，喜歡運用帶有靈敏度分析的決策樹作為決策的 幫助。司法型（SF）：注意力集中于當(dāng)前的環(huán)境，喜歡運用決策小組進行決策。直觀推斷型（NF）:十分重視現(xiàn)實的可能性，喜歡運用雙向調(diào)整的方法來達到?jīng)Q策的目 的。三、DSS的構(gòu)造與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)DSS的構(gòu)造研

13、究主要解決DSS的組成問題，即組成DSS的部件。 現(xiàn)在，經(jīng)典提法是： DSS = 四庫系統(tǒng) + 對話系統(tǒng)（人機界面） 四庫系統(tǒng)：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、模型庫系統(tǒng)、方法庫系統(tǒng)、知識庫系統(tǒng)。 當(dāng)前，也有人講 5 庫系統(tǒng)（ +文本庫）、 6 庫系統(tǒng)（ +圖形庫）、 7 庫系統(tǒng)（ +語音庫）、 8 庫系統(tǒng)（工具庫）等。DSS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要研究DSS各主要部件的連接關(guān)系。 31 人機界面技術(shù)主要研究內(nèi)容集中在： 可視化圖形界面技術(shù) 基于多媒體技術(shù)的界面技術(shù) 自然語言界面技術(shù)32 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng)，其基本技術(shù)與一般數(shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng)基本相 同。但有自己的特點。共同點： 數(shù)據(jù)的獨立性 最小

14、冗余度 最大的共享性 統(tǒng)一管理與控制 適當(dāng)?shù)姆从硶r間 整體性（完整性） 可修改性和可擴充性 安全和保密 簡明性DSS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點： 面向決策支持過程組織和管理數(shù)據(jù) 面向模型、面向模型生成來使用數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)描述方式要面向不同的決策者33 模型庫系統(tǒng) 模型是以某種形式對一個系統(tǒng)的本質(zhì)屬性的描述，揭示系統(tǒng)的功能、行為及其變 化規(guī)律。模型庫系統(tǒng)以庫的形式對模型進行組織和管理，包括模型庫及模型庫管理系統(tǒng)。模型庫（Model Base）提供模型的存儲和表示模式，模型庫管理系統(tǒng)提供模型的提取、訪 問、更新和合成等操作。人們認識客觀世界一般有三種方法：邏輯推理法實驗法模型法 模型法是我們認識客觀世界的最得力

15、、最方便、最有效的方法。 注意，并非所有模型都是數(shù)學(xué)模型，并非所有模型都是定量的。例如， 門捷列夫元素 周期表。3.3.1 模型群解決軟科學(xué)所涉及的問題時，可利用的模型已達 100 多個，根據(jù)他們的功能和用途可 分為若干模型群。（ 1） 預(yù)測模型群 定性模型：特爾斐法、主觀概率預(yù)測法、交叉影響巨陣法等 定量模型：回歸預(yù)測、平滑預(yù)測、馬爾柯夫鏈預(yù)測等 回歸預(yù)測：一元回歸、多元線性回歸、非線性回歸等； 平滑預(yù)測：平均預(yù)測法、指數(shù)預(yù)測法等（ 2） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型群 主要用來分析社會經(jīng)濟系統(tǒng)以及其他系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，反映系統(tǒng)各要素之間的主要聯(lián)系和 關(guān)聯(lián)作用，從宏觀上和結(jié)構(gòu)上來揭示系統(tǒng)的運行規(guī)律。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型、

16、層次分析模型、投入產(chǎn)出模型、系統(tǒng)動力學(xué)模型等。（ 3） 數(shù)量經(jīng)濟模型群：計量經(jīng)濟模型、經(jīng)濟控制論模型等。（ 4） 優(yōu)化模型群：線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、目標規(guī)劃和最優(yōu)控制等（ 5） 不確定模型群：模糊數(shù)學(xué)模型、灰色模型、隨機模型等（ 6） 決策模型群：單目標風(fēng)險性決策、多目標決策，以及一些不確定性決策方法等（ 7） 系統(tǒng)綜合模型群：即大系統(tǒng)理論。3.3.2 模型體系 解決某一特定系統(tǒng)工程問題的一系列模型。 （從概念上）3.3.3 模型庫 模型庫提供模型的存儲和表示模式。模型的表示形式：模型的程序表示：基于程序的表示方法。模型的數(shù)據(jù)表示：基于數(shù)據(jù)的表示方法。模型的邏輯表示：基于知識的表示方

17、法。3.3.4 當(dāng)前研究課題模型的自動生成技術(shù)模型管理的人工智能方法模型管理與數(shù)據(jù)管理的結(jié)合34 方法庫系統(tǒng)方法庫系統(tǒng)（MBS綜合了數(shù)據(jù)庫和程序庫。 方法庫類似于程序庫，包含面向多種應(yīng)用的程序包或功能程序。 方法庫管理系統(tǒng)對程序方法提供多種功能操作。具有擴充的程序組件 可與多種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)相連接 可隨時加入新的程序組件35 知識庫系統(tǒng)3.5. 1 基本概念數(shù)據(jù)客觀事物的屬性、數(shù)量、位置及其相互關(guān)系等的抽象表示。 信息數(shù)據(jù)所表示的含義（語義） ，因而說“數(shù)據(jù)是信息的載體” 。 知識信息之間的結(jié)構(gòu)化關(guān)聯(lián)關(guān)系。3.5.2 知識分類 事實指人類對客觀事物屬性的值或狀態(tài)的描述。 （不包含任何變量） 規(guī)則表

18、示因果關(guān)系的知識，分為前提（條件）和結(jié)論兩部分。 規(guī)律帶有變量的規(guī)則。所以，規(guī)則是規(guī)律的例化。3.5.3 知識的屬性 真實性 相對性 不完全性 模糊性 可表示性3.5.4 推理方法 演繹推理：P - Q,由前提到結(jié)論 歸納推理：由個別到一般， “主觀不充分置信推理” 聯(lián)想與類比 綜合與分析 預(yù)測 假設(shè)與驗證從不同的角度還可分為 演繹推理、歸納推理、缺省推理 確定性推理、不確定性推理 單調(diào)推理、非單調(diào)推理 啟發(fā)式推理、非啟發(fā)式推理 基于知識的推理、統(tǒng)計推理、直覺推理 正向推理、逆向推理、混合推理、雙向推理 推理控制策略3.5.5 知識庫系統(tǒng) 知識庫提供知識的表示和存儲。 知識庫管理系統(tǒng)提供對知識

19、（規(guī)則）的存儲、檢索、修改、檢查等操作。 推理機利用知識庫中的知識進行推理,對給定問題進行求解,得到結(jié)論。3.5.6 知識的表示方法 一階謂詞邏輯表示 語義網(wǎng)絡(luò)表示 產(chǎn)生式規(guī)則 知識的框架表示 腳本表示 過程表示 Petri 網(wǎng)表示 面向?qū)ο蟊硎舅?、新一代DSS勺研究與發(fā)展（1）群決策支持系統(tǒng)（ GDSS）支持多人或集體共同決策：利用通信技術(shù)（網(wǎng)絡(luò)、電話會議、電子信息交換） 、計算機 技術(shù)（多用戶系統(tǒng)、4GL數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)分析 OLAP數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘）和 決策支持技術(shù)（議程設(shè)置、 AI 與推理技術(shù)、決策模型方法如決策樹、風(fēng)險分析、預(yù)測 方法等，結(jié)構(gòu)化群決策方法如德爾菲法等）相結(jié)合。（ 2）分布式?jīng)Q策支持系統(tǒng)（ DDSS）研究DSS在分布式環(huán)境中、與分布式技術(shù)相結(jié)合相關(guān)的技術(shù)問題。（ 3）智能決策支持技術(shù)（ IDSS）AI與DSS技術(shù)相結(jié)合，形成了高級別的、具有知識處理能力的DSS組成：四庫系統(tǒng) +接口。知識庫、數(shù)據(jù)庫、模型庫、方法庫及人機接口，還有問題求解 模塊。（ 4）決策支持中心（ DSC）1985年歐文提出來的。功能：提供辦