專家與決策支持系統(tǒng)-第一章

南京信息工程大學氣象決策支持系統(tǒng)參考教材陳文偉，決策支持系統(tǒng)教程，清華大學出版社，2004年11月陳文偉，決策支持系統(tǒng)及其開發(fā)（第二版），清華大學出版社，2000年2月張玉峰，決策支持系統(tǒng)，武漢大學出版社，2004年8月陳曉紅，決策支持系統(tǒng)理論和應用，清華大學出版社，2000年5月邵軍力等.人工智能基礎,電子工業(yè)出版社，2000年3月課程主要內(nèi)容第一章：決策支持系統(tǒng)概述第二章：模型輔助決策第三章：數(shù)據(jù)庫與人機交互系統(tǒng)第四章：決策支持系統(tǒng)第五章：專家系統(tǒng)第六章：綜合決策支持系統(tǒng)研究目的掌握DSS的概念、與MIS系統(tǒng)的區(qū)別會設計和應用模型進行輔助決策掌握DSS的基本體系結構、DSS的設計和開發(fā)掌握模型庫系統(tǒng)會設計具有模型庫和數(shù)據(jù)庫的簡單DSS掌握專家系統(tǒng)的基本原理和產(chǎn)生式專家系統(tǒng)了解DSS的發(fā)展趨勢第一章決策支持系統(tǒng)概述1.1決策支持系統(tǒng)的產(chǎn)生1.2決策支持系統(tǒng)的內(nèi)容1.3DSS發(fā)展的理論基礎1.4DSS與相關技術的關系1.5新一代DSS的發(fā)展1.6決策支持系統(tǒng)實例1.1決策支持系統(tǒng)的產(chǎn)生1.決策的涵義

韋伯大辭典的定義：決策就是從兩個或者多個備選方案中有意識的選擇其中一個方案。根據(jù)此定義決策包括兩個要素：

（1）有意識的選擇（2）備選方案在《哈佛管理眾書》中，決策的定義為：“指考慮策略（或辦法）來解決目前或未來（問題）的智力活動?！蔽髅?H.A.Simon)將決策視為一個過程：決策就是找出要求制定決策的原則；尋找、擬定和分析可能的行動方案；選擇特定方案。（H.A.Simon管理學家決策理論學派創(chuàng)始人諾貝爾獎金獲得者）決策例子百事可樂的例子瓶子形狀？

包裝？百事可樂VS可口可樂決策例子“囚徒困境”例子

以下幾種情況：如果兩人都不坦白，警察會以非法攜帶槍支罪而將二人各判刑1年；如果其中一人招供而另一人不招，坦白者作為證人將不會被起訴，另一人將會被重判15年；如果二人都招供，則二人都會因罪名各判10年。這兩個囚犯該怎么辦呢？2.決策過程確定決策目標擬定各種被選方案從各種被選方案中進行選擇執(zhí)行方案設計方案評價方案確定目標實施方案環(huán)境信息的收集、加工、傳輸與利用貫穿著決策各階段的工作過程。現(xiàn)代管理的核心是決策。決策的基礎是信息。類型特點

結構化決策非結構化決策半結構化決策識別程度問題確定，參數(shù)量化問題不確定，參數(shù)難以量化問題較難確定復雜程度不太復雜很復雜較復雜模型描述可用數(shù)學模型規(guī)范描述需開發(fā)專用模型或無法建模較難描述信息來源內(nèi)部外部和內(nèi)部綜合信息主要是內(nèi)部決策方式自動化非自動化半自動化案例賬務處理、物資出入庫管理等國民經(jīng)濟宏觀決策、西部大開發(fā)決策等

市場預測、股票管理等3.決策的結構化程度按決策問題的的信息基礎，決策可分為：4.決策支持系統(tǒng)的概念基本概念最早于20世紀70年代初由美國MIT的高端（G.AnthonyGorry）和斯柯特·莫頓（MichaelS.ScottMorton）教授在《管理決策系統(tǒng)》一文中首先提出，當時人們稱其為人機決策系統(tǒng)或管理決策系統(tǒng)。為了強調(diào)這種系統(tǒng)對決策只能起輔助作用，應發(fā)揮決策者的主體作用，后來將其名稱改為決策支持系統(tǒng)，有時也稱為輔助決策支持系統(tǒng)。它是一種以支持決策為目的的人機信息系統(tǒng)。DSS(DecisionSupportSystem)是一種以計算機為工具，應用決策科學及有關學科的理論與方法，以人機交互方式輔助決策者解決半結構化和非結構化決策問題的信息系統(tǒng)。5.決策支持系統(tǒng)產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)的MIS的局限是導致DSS產(chǎn)生的原因之一；

FMIS在技術及方法論上存在固有的缺陷，導致系統(tǒng)的自身僵化；

F只重視“電算化”而忽視了管理和決策的效能，導致傳統(tǒng)MIS不能很好發(fā)揮效益。人們對信息處理規(guī)律認識的提高是DSS產(chǎn)生和發(fā)展的內(nèi)在動力；

F要想進一步提高信息處理的作用，對管理工作做出實質(zhì)性的貢獻，就必須面對不斷變化的環(huán)境要求，研究更高級的系統(tǒng)，直接支持決策。相關技術的發(fā)展是DSS發(fā)展的外部因素。

F運籌學模型已發(fā)展到近乎完善的地步；

F數(shù)理統(tǒng)計方法及其軟件的發(fā)展；

F人工智能方面的知識表達技術、專家系統(tǒng)語言及智能F用戶界面的發(fā)展；

F系統(tǒng)小型、高效率、廉價的微機及工作站的出現(xiàn)；

F數(shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng)的改善；

F圖形專用軟件等。1.2決策支持系統(tǒng)的內(nèi)容1.DSS的系統(tǒng)結構（1）2庫系統(tǒng)結構人機交互系統(tǒng)用戶數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS模型庫管理系統(tǒng)MBMS數(shù)據(jù)庫(DB)模型庫(MB)人機交互系統(tǒng)是DSS是人機接口界面；決策者作為DSS的用戶通過該子系統(tǒng)提出信息查詢的請求或決策支持的請求；人機交互系統(tǒng)對接受到的請求作檢驗，形成命令，為信息查詢的請求進行數(shù)據(jù)庫操作，提取信息，所得信息傳送給用戶；對決策支持的請求將識別問題與構建模型，運行模型庫中的模型，運行結果通過人機交互系統(tǒng)傳送給用戶或暫存數(shù)據(jù)庫待用。（1）2庫系統(tǒng)結構（2）3庫系統(tǒng)結構人機交互系統(tǒng)用戶數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)模型庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫模型庫方法庫管理系統(tǒng)方法庫2.DSS任務分析和識別問題；描述和表達決策問題以及決策知識；構造決策問題的求解模型（數(shù)學模型、運籌學模型、程序模型）；形成候選的決策方案；建立評價問題的各種準則（價值準則、科學準則、效益準則）；多方案、多目標、多準則情況下的比較和優(yōu)化；綜合分析。3.DSS的主要特點面向決策者，即上層管理人員經(jīng)常面臨的結構化程度不高、說明不夠充分的問題；把模型或分析技術與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存取技術及檢索技術結合起來；幫助管理人員完成半結構化和非結構化的決策問題；強調(diào)支持的概念，用于支持決策者，而不是代替其進行決策；動態(tài)的、模型和用戶共同驅(qū)動；強調(diào)交互式的處理方式。4.DSS的功能⑴管理并隨時提供與決策問題有關的組織內(nèi)部信息。

如：訂單要求、庫存狀況、生產(chǎn)能力與財務報表等。⑵收集、管理并提供與決策問題有關的組織外部信息。

如：政策法規(guī)、經(jīng)濟統(tǒng)計、市場行情、同行動態(tài)與科技進展等。⑶收集、管理并提供各項決策方案執(zhí)行情況的反饋信息。

如：訂單或合同執(zhí)行進程、物料供應計劃落實情況、生產(chǎn)計劃完成情況等。⑷能以一定的方式存儲和管理與決策問題有關的各種數(shù)學模型。

如：定價模型、庫存控制模型與生產(chǎn)調(diào)度模型等。⑸能夠存儲并提供常用的數(shù)學方法及算法。

如：回歸分析方法、線性規(guī)劃、最短路徑算法等。⑹數(shù)據(jù)、模型與方法能容易地修改和添加。

如：數(shù)據(jù)模式的變更、模型的連接或修改、各種方法的修改等。⑺能靈活地運用模型與方法對數(shù)據(jù)進行加工、匯總、分析、預測，得出所需的綜合信息與預測信息。⑻具有方便的人機對話和圖像輸出功能，能滿足隨機的數(shù)據(jù)查詢要求，回答“如果…則…”之類的問題。⑼提供良好的數(shù)據(jù)通信功能，以保證及時收集所需數(shù)據(jù)并將加工結果傳送給使用者。⑽具有使用者能忍受的加工速度與響應時間，不影響使用者的情緒。5.代表性的DSSPortfolioManagementSystem(T.P.Gerity,1971)：支持投資者對顧客證券管理的日常決策，具有股票分析、證券處理和分類等功能。Brandaid(J.D.C.Little,1975)：產(chǎn)品推銷、定價和廣告決策的混合市場模型。把商品銷售和利潤與經(jīng)理的行動計劃聯(lián)系起來，快速而方便地分析戰(zhàn)略。Projector:支持企業(yè)短期規(guī)劃。幫助經(jīng)理構造問題和探求可能解決的分析方法。GeodataAnalysisandDisplaySystem(GADS)IBM開發(fā)的一個試驗系統(tǒng)。用計算機來構造和演示地圖，被用于警察巡邏路線的輔助設計、城市發(fā)展規(guī)劃、學校轄區(qū)范圍的安排等。CapacityInformationSystem(CIS):適用于大型卡車生產(chǎn)廠家的規(guī)劃部。迅速建立或修改產(chǎn)品計劃，如安排計劃進度、協(xié)調(diào)部件和最終產(chǎn)品。GeneralizedManagementInformationSystem(GMIS):集成現(xiàn)有的工具，決策者可以利用他們自己熟悉的語言和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。由硬件和軟件結合組成一種“虛擬計算機”，完成必要的轉換。IFPS(interactivefinancialplanningsystem):會話式財務計劃軟件，輔助經(jīng)理進行計劃與決策。AUTOAB-300：財務決策支持系統(tǒng)，應用于財務工作中模型建立、計劃、預測及報表生成等。AAIMS：支持計劃、財務及其它管理工作。進行各種計劃最優(yōu)化、效益分析、計劃預測等。COPS：宏觀經(jīng)濟與市場分析。PAMS：投資效益分析。BESS：基礎經(jīng)濟模擬系統(tǒng)。SIMUT：港口能力規(guī)劃支持系統(tǒng)。MDDS：海運優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)。MAS：智能型資源的分配和調(diào)運系統(tǒng)。ACTDSS：通用決策支持系統(tǒng)生成器。基于ArcEngine三維爆破模擬與決策支持系統(tǒng)1.3DSS發(fā)展的理論基礎1.信息論

信息論的奠基人R．E．Shannon，他的主要貢獻是把信息定義為一個可量化的名詞，此后，在工程、通信以及控制理論中展現(xiàn)了一個新的領域。DSS實質(zhì)上是一類信息處理系統(tǒng)，所以在理論分析時Shannon引出的概念很重要。當人們開始接觸DSS時，也許看不到信息論與它有什么關系，但實際上DSS的主要概念和基本理論只有靠信息論提供的分析方法才能做出結論，例如DSS在運行中的通信、控制、反饋等概念，離開信息論可能就難以闡述和理解了。2.計算機技術

DSS作為一個很重要的計算機應用領域，需要計算機技術作為它的理論支持，計算機軟件和硬件是DSS開發(fā)的制約因素。利用功能強一點的機器或者稍微完善一點的語言，能把一個在某個系統(tǒng)中被認為無法完成的工作變成可以實現(xiàn)的。這種例子在計算機的發(fā)展史上不勝枚舉?？梢哉f：計算機技術影響和制約著DSS實現(xiàn)的進度。3．管理科學和運籌學管理科學比較強調(diào)應用，它通常用計算機解決一類特殊問題。一些管理科學家對模型很感興趣，特別是對運籌學提供的一系列優(yōu)化、仿真、決策等模型尤為重視。但是系統(tǒng)工作者則注意的是解決某領域的管理問題的模型體系，這就是DSS中的模型庫所要容納的模型群，因此說，DSS是系統(tǒng)工程所要研究和開發(fā)的重要領域。4．行為科學

研究決策者的決策風格、在決策過程中的決策行為等，指導DSS的設計和開發(fā)。涉及到?jīng)Q策者的心理學。大量的研究表明，系統(tǒng)模型所表現(xiàn)的缺陷甚至失敗很少是因為技術上的原因，而多半是由于脫離實際。

5．人工智能

決策支持系統(tǒng)問世以來，經(jīng)歷了上升和徘徊的過程，而80年代人工智能技術的蓬勃發(fā)展，為它注入了新鮮血液，使它重新產(chǎn)生了活力。將人工智能技術用于管理決策是一項開拓性的工作。其中知識庫的引入來支持決策支持系統(tǒng)的實現(xiàn)就是一個典型的例子。它用領域?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。人工智能將為DSS提供有效而嚴密的理論和方法。例如，知識的表示和建模，推理、演繹和問題求解以及各種搜索技術都為DSS的發(fā)展提供強有力的理論與方法的支持。6．信息經(jīng)濟學

在信息論中既然能給信息量化，那么信息的產(chǎn)生和獲得的成本是多少？利潤又是多少？信息經(jīng)濟學給出了答案，即信息的價值問題，也就是信息從產(chǎn)生、獲得、加工處理、輸出等過程中的成本和利潤的關系。1.4DSS與相關技術的關系1．DSS與管理科學（MS）、運籌學（OR）的關系F管理科學、運籌學在處理結構化問題上優(yōu)勢突出；而DSS在解決半結構和非結構的問題效果較好；F管理科學、運籌學為DSS解決復雜問題提供了理論依據(jù)，即DSS模型庫的建立；FDSS把處理問題的過程分為四個步驟：調(diào)研、建模、優(yōu)化和解釋，而MS/OR只完成建模工作；FDSS與MS/OR既是相互支持、相互合作的整體，又是相互劇烈競爭的對手。2．DSS與MIS的關系DSS與MIS的聯(lián)系：MIS收集、存儲組織機構所提供的大量基礎信息是DSS工作的基礎，而DSS能使MIS組織和保存的信息真正發(fā)揮作用。MIS需要擔負起反饋信息的收集工作，可以支持DSS進行結果檢驗和評價。DSS的工作可以對MIS工作進行檢查和審計，為MIS的改進及完善指出了方向。DSS經(jīng)過反復使用，所涉及到的問題模式和數(shù)據(jù)模式逐步明確，逐步結構化，可歸并入MIS的工作范圍。DSS與與MIS的區(qū)別：FMIS是面向中層管理人員的服務系統(tǒng)；DSS是面向高層人員的輔助決策系統(tǒng)。FMIS是多按事務功能（生產(chǎn)、銷售、人事）綜合多個事務處理的EDP；DSS是通過多個模型的組合計算輔助決策。FMIS是以數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為基礎，是數(shù)據(jù)驅(qū)動的系統(tǒng)；DSS是以模型庫為基礎，是模型驅(qū)動的系統(tǒng)。FMIS分析著重于系統(tǒng)的總體信息的需求，輸出的報表模式是固定的；DSS分析著重于決策者的需求，輸出的數(shù)據(jù)模式是復雜的。F

MIS追求的效率，即快速查詢和產(chǎn)生報表；DSS追求的是有效性，即決策的正確性。FMIS支持的是結構化決策；DSS支持的是半結構化決策。1.5新一代DSS的發(fā)展智能決策支持系統(tǒng)（IntelligentDecisionSupportSystem,IDSS）n

它是在決策支持系統(tǒng)（DSS）的基礎上集成人工智能中專家系統(tǒng)（ExpertSystem,ES）而形成的。專家系統(tǒng)定義：專家系統(tǒng)是具有大量專門知識，并能運用這些知識解決特定領域中實際問題的計算機程序系統(tǒng)。如，診斷系統(tǒng)（醫(yī)療、故障）、預報系統(tǒng)（天氣、交通）、控制系統(tǒng)（戰(zhàn)場控制）。ES輔助決策的方式屬于定性分析。智能決策支持系統(tǒng)的體系結構人機接口自然語言處理系統(tǒng)問題處理系統(tǒng)模型庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)知識庫管理系統(tǒng)推理機數(shù)據(jù)庫模型庫知識庫⑴智能人機接口

智能人機接口接受用自然語言或接近自然語言的方式表達的決策問題及決策目標，這較大程度地改變了人機界面的性能。(2)自然語言處理系統(tǒng)：轉換產(chǎn)生的問題描述由問題分析器判斷問題的結構化程度，對結構化問題選擇或構造模型，采用傳統(tǒng)的模型計算求解；對半結構化或非結構化問題則由規(guī)則模型與推理機制來求解。(3)問題處理系統(tǒng)

問題處理系統(tǒng)處于DSS的中心位置，是聯(lián)系人與機器及所存儲的求解資源的橋梁，主要由問題分析器與問題求解器兩部分組成。是IDSS中最活躍的部件，它既要識別與分析問題，設計求解方案，還要為問題求解調(diào)用各庫中的數(shù)據(jù)、模型、方法及知識等資源，對半結構化或非結構化問題還要觸發(fā)推理機。

智能決策支持系統(tǒng)的功能及其特點模擬決策者的思維；跟蹤求解過程，增加對決策方案的可信度；對概念不明確能提出置疑；它能回答“what…if…”和“why”、“when”之類的問題。2.群決策支持系統(tǒng)

(GroupDecisionSupportSystem,GDSS)定義：它是一種基于計算機和通信的人機交互系統(tǒng)，它將計算機軟、硬件設備和群體成員融合為一體，通過對同一工作目標的決策群體提供決策支持，從而選擇最優(yōu)方案。它一般解決半結構化和非結構化的決策問題。群決策支持系統(tǒng)的體系結構人機接口規(guī)程子系統(tǒng)通信庫子系統(tǒng)公共模型庫管理系統(tǒng)公共數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫模型庫私有DSS公共顯示設備決策者決策者主持人⑴與個人DSS相比：

GDSS必須建立在一個局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)上，在構件上增設了規(guī)程庫、通信庫、共享的公共數(shù)據(jù)庫、模型庫等。⑵GDSS一般以一定的規(guī)程展開：

如正式會議或虛擬會議的方式運行，會議由一個主持人及多個與會者，圍繞一個稱為"主題"的決策問題，按照某種規(guī)程展開。⑶人機接口：

接收決策群體的各種請求，這些請求有主持人關于會議要求與安排的發(fā)布請求，與會者對數(shù)據(jù)、模型、方法等決策資源的請求等。⑷通信庫子系統(tǒng)：

相當于會議的秘書處，是系統(tǒng)的核心，它存儲與管理主題信息、會議進程信息及與會者的往來信息，負責這些信息的收發(fā)，溝通與會者之間、與會者與公共數(shù)據(jù)庫、模型庫之間的通信。⑸公共顯示屏信息：也由通信庫子系統(tǒng)傳送至各參會者的站點。⑹規(guī)程庫子系統(tǒng)：存儲與管理群體決策支持的運作規(guī)則及會議事件流程規(guī)則等。

例如：決策者請求的優(yōu)先級別規(guī)則、決策意見發(fā)送優(yōu)先級別規(guī)則及各種協(xié)調(diào)規(guī)則等等。⑴決策室(同時同地)

決策者面對面地集于一室在同一時間進行群體決策時，GDSS可設立一個與傳統(tǒng)的會議室相似的電子會議室或決策室，決策者通過互聯(lián)的計算機站點相互合作完成決策事務。⑵局域決策網(wǎng)（異時近地）

多位決策者在近距離內(nèi)的不同房間(一般是自己的辦公室)里定時或不定時作群體決策時，GDSS可建立計算機局域網(wǎng)，網(wǎng)上各位決策者通過連網(wǎng)的計算機站點進行通信，相互交流，共享存于網(wǎng)絡服務器或中央處理機的公共決策資源，在某種規(guī)程的控制下實現(xiàn)群體決策。⑶虛擬會議（同時異地）

利用計算機網(wǎng)絡通信技術，使分散在各地的決策者在某一時間內(nèi)能以不見面的方式進行集中決策。在實質(zhì)上與決策室相同，它的優(yōu)點是能克服空間距離的限制。⑷遠程決策網(wǎng)（異時異地）

遠程決策網(wǎng)充分利用廣域網(wǎng)等信息技術來支持群體決策，它綜合了局域決策網(wǎng)與虛擬會議的優(yōu)點，可使決策參與者異時異地共同對同一問題作出決策。這種類型還不成熟，開發(fā)應用也很少見。群體決策支持系統(tǒng)的類型GDSS的場景群體決策支持系統(tǒng)(GDSS)的特點

⑴不受時間與空間的限制；

⑵能讓決策者相互之間便捷地交流信息與共享信息，減少片面性；

⑶決策者可克服消極的心理影響，無保留地發(fā)表自己的意見；

⑷能集思廣益，激發(fā)決策者思路，使問題的方案盡可能趨于完美；

⑸可防止小集體主義及個人對決策結果的影響；

⑹可提高決策群體成員對決策結果的滿意程度和置信度；

⑺群體越大效果越顯著。從理論上講，GDSS對群體決策是非常有益的手段，但它涉及的面很廣。GDSS要面對不同風格與偏好的個人，要綜合決策科學、人工智能、計算機網(wǎng)絡、運籌學、數(shù)據(jù)庫技術、心理學及行為科學等多種學科的理論、方法與技術，實用系統(tǒng)研究與開發(fā)的難度非常大。目前國內(nèi)外能投人實際運行的GDSS很少見。3.綜合決策支持系統(tǒng)

（IntegratedDecisionSupportSystem）它是把數(shù)據(jù)倉庫技術、聯(lián)機分析處理技術、數(shù)據(jù)挖掘技術和DSS相結合應用而生的，也是目前較流行的一種DSS。三者各自從不同的角度輔助決策。DB是基礎，OLAP和DM是兩種不同的分析工