南郵系統(tǒng)工程第三章課件

1、1第三章 結(jié)構(gòu)模型化技術(shù) 系統(tǒng)是由具有一定功能的要素組成，各要素之間存在著相互支持或相互制約的邏輯關(guān)系 只有了解系統(tǒng)各要素之間存在著怎樣的關(guān)系，才能更好的開發(fā)或改造一個系統(tǒng)，而要素間的關(guān)系就是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。23第一節(jié) 結(jié)構(gòu)模型第二節(jié) 解釋結(jié)構(gòu)模型法第三節(jié) 案例分析示例 節(jié)點：系統(tǒng)的元素 有向邊：要素間所存在的關(guān)系（影響，先于，需要，取決于，導(dǎo)致）結(jié)構(gòu)模型的基本性質(zhì)6結(jié)構(gòu)模型是一種以定性分析為主的幾何模型;還可以用矩陣形式來描述，使定性分析與定量分析相結(jié)合；結(jié)構(gòu)模型介于數(shù)學(xué)模型形式與邏輯分析形式之間。結(jié)構(gòu)模型比較適宜于描述以社會科學(xué)為對象的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的描述結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)7結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)：建立結(jié)構(gòu)模型

2、的方法論。采用結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)的依據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)關(guān)系分解協(xié)調(diào)思想第二節(jié) 解釋結(jié)構(gòu)模型法8解釋結(jié)構(gòu)模型法（Interpretative Structural Modeling，簡稱ISM）是美國J.華費爾特教授于1973年作為分析復(fù)雜的社會經(jīng)濟系統(tǒng)有關(guān)問題的一種方法而開發(fā)的。特點是把復(fù)雜的系統(tǒng)分解為若干個子系統(tǒng)（要素），利用經(jīng)驗和知識以及計算機的幫助，最終將系統(tǒng)構(gòu)造成一個多級遞階的結(jié)構(gòu)模型。ISM屬于概念模型。 二、圖的矩陣表示法：（一）鄰接矩陣對于有n個要素的系統(tǒng)（P1，P2，Pn），定義鄰接矩陣A： 鄰接矩陣與有向圖間有著一一對應(yīng)的關(guān)系， 即從鄰接矩陣可畫出唯一的有向圖； 反之，根據(jù)有向圖可寫出唯

3、一的鄰接矩陣。10aij=1，當(dāng)線段從Pi向著Pj（即Pi對Pj有影響時）0，否則為零 鄰接矩陣示例12S1 S2 S3 S4 S5 S6 源點匯點匯點源點全為0的行所對應(yīng)的節(jié)點全為0的列所對應(yīng)的節(jié)點14鄰接矩陣表示了系統(tǒng)的各要素間的直接關(guān)系。若該矩陣中第i行第j列的元素為1，則表明從點Pi到Pj有一長度為1的通路。也可以說，從點Pi可以到達點Pj。實際上，鄰接矩陣描述了各點間通過長度為1的通路相互可以到達的情況。（二）可達矩陣15可達矩陣（M）表明各點間經(jīng)長度不大于n1的通路的可達情況。對于點數(shù)為n的圖，最長的通路不能超過n1。推移律特性：若Pi可達Pj（Pi有一條路至Pj），Pj可達Pk（

4、Pj有一條路至Pk），則Pi必可達Pk。這一特性在建立可達矩陣時要用到。（a）可達矩陣通過鄰接矩陣運算得到16若在上述矩陣A上加一單位矩陣I，即得：A+I。它描述了各點間經(jīng)長度為0和1（不大于1）的通路后的可達情況。(A+I)2描述了各點間經(jīng)長度不大于2的路的可達情況。這里所做的加法和乘法運算均為布爾運算，即1+1=1，1+0=0+1=1，11=1，10=01=0， 依次類推，得到： (A+I)r-2(A+I)r-1=(A+I)r=M ；rn-1例1：求鄰接矩陣A的可達矩陣17第一步：18A1描述了各節(jié)點經(jīng)過長度不大于1的通路后的可達程度第三步：20可見，A3=A2，因此得到可達矩陣為A3（三

5、）縮減可達矩陣在可達矩陣中存在兩個節(jié)點相應(yīng)的行、列元素值分別完全相同，則說明這兩個節(jié)點構(gòu)成回路集，此時，只要選擇其中的一個節(jié)點即可代表回路集中的其他節(jié)點，這樣就可簡化可達矩陣，稱為縮減可達矩陣。(b) 按推移律特性建立可達矩陣23(1) 關(guān)鍵要素選擇(2) 集的劃分(3) 可達矩陣的推斷(1)關(guān)鍵要素的選擇24確定要素集之間的關(guān)系：4種關(guān)系從全體要素中選擇能承上啟下的要素，即選擇一個既有有向邊輸入，也有有向邊輸出的要素Si26要素集之間的關(guān)系圖B(Si)A(Si)D(Si)C(Si)s(3)可達矩陣的推斷 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1三、解釋結(jié)構(gòu)模型法的工作程序28成立一個實施解

6、釋結(jié)構(gòu)模型法的小組設(shè)定問題選擇構(gòu)成系統(tǒng)的要素建立鄰接矩陣和可達矩陣對可達矩陣進行分解之后建立系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型根據(jù)結(jié)構(gòu)模型建立解釋結(jié)構(gòu)模型307542136例2求解步驟：（一）寫出鄰接矩陣31（二）建立可達矩陣3233 求取可達矩陣以后，可由可達矩陣尋求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型。 為此需要對可達矩陣給出的各單元間的關(guān)系加以劃分。劃分包括4部分： 1. 關(guān)系劃分 2. 區(qū)域劃分 3. 級間劃分 4. 強連通塊劃分（三）劃 分34上位集(可達集合) 可達矩陣第ni行中所有矩陣元素為1的列對應(yīng)的要素集合先行集 可達矩陣第ni列中所有元素為1的行對應(yīng)的要素集合共同集T： 共同集合中的元素一定是入度為0，或入度與出度的

7、差小于等于01關(guān)系劃分 把所有各單元分成可達關(guān)系、不可達關(guān)系兩大類-到達要素ni的要素集合-從要素ni出發(fā)的可達集合352區(qū)域劃分 將系統(tǒng)分成若干個相互獨立的、沒有直接或間接影響的子系統(tǒng)。 這種劃分對于很多的系統(tǒng)來說，可以把系統(tǒng)分成若干子系統(tǒng)來研究，特別是在用計算機輔助設(shè)計時，這種劃分會帶來許多方便。36要素R（ni）A（ni）R（ni）A（ni）111，2，7121，22，7233，4，5，63344，5，63，4，64，6553，4，5，6564，5，63，4，64，671，2，777T=3，7且R(3)R(7)=，則系統(tǒng)分為兩個連通域1,2,7和3,4,5,6373級別劃分：將系統(tǒng)中的所

8、有要素劃分成不同層次，是在每一區(qū)域里進行的。 要素R（ni）A（ni）R（ni）A（ni）222，7233，4，63344，63，4，64，664，63，4，64，672，77738要素R（ni）A（ni）R（ni）A（ni）33337777394強連通塊劃分： 找同一級中相互可達的要素。強連通塊：在同一區(qū)域中同級要素相互可達的要素。去掉6，得到縮減矩陣（四）壓縮矩陣40（五）骨干矩陣41（六）做出遞階有向圖421273456L1L2L3ISM實用化方法原理圖43初步分析規(guī)范分析綜合分析ISM的缺陷44推移規(guī)律的假定，級與級之間不存在反饋回路系統(tǒng)各要素邏輯關(guān)系的確定，依賴人們的主觀經(jīng)驗實施過程

9、中需要三種角色人員：方法技術(shù)專家、參與者、協(xié)調(diào)人第三節(jié) 案例分析45案例一：人口系統(tǒng)案例二：關(guān)于逃課現(xiàn)象的原因分析案例一：人口系統(tǒng)46一個人口系統(tǒng)影響總?cè)丝谠鲩L問題的解釋結(jié)構(gòu)模型 系統(tǒng)要素：總?cè)丝?、出生率、死亡率、生育能力、政策、期望壽命、醫(yī)療保健水平、收入水平、環(huán)境污染等47總?cè)丝诔錾仕劳雎蕠裆芰τ媱澤咂谕麎勖鼑袼枷腼L(fēng)俗醫(yī)療保健水平食物營養(yǎng)國民收入環(huán)境污染程度國民素質(zhì) 解釋結(jié)構(gòu)模型48案例二：關(guān)于學(xué)生逃課問題的分析一、確定研究對象49 大學(xué)生逃課現(xiàn)象日益嚴(yán)重，學(xué)生對逃課習(xí)以為常，老師對逃課視而不見。嚴(yán)重影響了學(xué)校的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)風(fēng)氣。學(xué)校卻沒有有效的解決措施。 選擇對學(xué)生的逃

10、課問題進行分析，具有重要的實際意義。對整頓學(xué)風(fēng)、提高教學(xué)質(zhì)量有重大影響。 二、系統(tǒng)分析方法與步驟501、分析學(xué)生逃課原因2、確定影響因素體系（ISM）；3、進行因素分析。三、應(yīng)用ISM進行分析511、經(jīng)過小組討論認(rèn)為，逃課因素很多：課程太過容易課程太過難對課程不感興趣不重視課程更喜歡自學(xué)睡懶覺貪玩老師水平差老師要求不嚴(yán)格學(xué)習(xí)風(fēng)氣不好學(xué)校教學(xué)管理不嚴(yán)格522、經(jīng)過分析討論，得到各因素之間的關(guān)系圖Si Sj ，即Si與Sj和Sj和Si互有關(guān)系,SiSj， 即Si與Sj和Sj和Si均無關(guān)系, Si Sj， 即Si與Sj有關(guān)，Sj和Si無關(guān)，Si Sj， 即Si與Sj無關(guān)，Sj和Si有關(guān)，可達矩陣53

11、54 R（ni）(ni行中所有元素為1的列號) A(ni)ni列中所有元素為1的行號）11,3,4,5,61122,3,4,5,62,8233,4,5,61,2,3,7,8,9,10,11344,61,2,3,4,7,8,9,10,114551,2,3,5,7,8,9,10,115661,2,3,4,6,7,8,9,10,11673,4,5,6,77, 9,10,11782,3,4,5,6,88893,4,5,6,7,99,109103,4,5,6,7,1010,1110113,4,5,6,7,9,10,111111練習(xí)1、解釋結(jié)構(gòu)模型法是定量技術(shù)嗎？為什么？2、利用解釋結(jié)構(gòu)模型法進行分析。建立可達矩陣，并建立解釋結(jié)構(gòu)模型。55S1S4S5S3S23. 根據(jù)如下鄰接矩陣建立系統(tǒng)的解釋結(jié)構(gòu)模型。參考答案練習(xí)21. 鄰接矩陣 2. 一步可達矩陣: 3. 可達矩陣: ,區(qū)域劃分：T=1級