《定量分析方法（第三版）》第三講：系統(tǒng)建模與系統(tǒng)分析

定量分析方法

第3章系統(tǒng)建模與系統(tǒng)分析系統(tǒng)模型是定量分析的基礎(chǔ)，系統(tǒng)建模與系統(tǒng)分析方法是公共管理人員必須掌握的方法。第3章系統(tǒng)建模與系統(tǒng)分析主要內(nèi)容與重點(diǎn)問(wèn)題一、系統(tǒng)模型與建模方法二、系統(tǒng)目標(biāo)分析三、系統(tǒng)環(huán)境分析四、系統(tǒng)功能分析第3章系統(tǒng)建模與系統(tǒng)分析

系統(tǒng)模型是一個(gè)系統(tǒng)某一方面本質(zhì)屬性的描述，以某種確定形式(文字、符號(hào)、圖表、實(shí)物、數(shù)學(xué)公式等）提供關(guān)于該系統(tǒng)的知識(shí)。系統(tǒng)模型的定義一、系統(tǒng)模型與建模方法系統(tǒng)與模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系同一系統(tǒng)，不同模型。同一模型，不同系統(tǒng)。由反映S本質(zhì)或特征的主要因素構(gòu)成的；集中體現(xiàn)了這些主要因素之間的關(guān)系；一般是現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的抽象或模仿，并非系統(tǒng)本身。系統(tǒng)模型的特性一、系統(tǒng)模型與建模方法系統(tǒng)模型的必要性系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的需要：未來(lái)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)上的考慮：小子樣試驗(yàn)等安全上的考慮：核試驗(yàn)時(shí)間上的考慮：可靠性試驗(yàn)，經(jīng)濟(jì)調(diào)控S模型易操作、易理解，便于多方案分析比較，例如經(jīng)濟(jì)，軍事試驗(yàn)客觀世界中不同事物具有同型性（即相似規(guī)律——不同本質(zhì)的事物在撇開(kāi)其具體屬性之后彼此之間還存在的相似性），故可以在系統(tǒng)分析過(guò)程中通過(guò)建立系統(tǒng)模型來(lái)對(duì)真實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行分析。為什么能用系統(tǒng)模型一、系統(tǒng)模型與建模方法是指通過(guò)抽象和簡(jiǎn)化，使用數(shù)學(xué)語(yǔ)言對(duì)研究對(duì)象的一個(gè)近似的刻畫，以便于人們更深刻地認(rèn)識(shí)所研究的對(duì)象。包括幾何圖形、代數(shù)結(jié)構(gòu)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、序結(jié)構(gòu)、分析表達(dá)式。大量的數(shù)學(xué)模型是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定量分析的工具。數(shù)學(xué)模型同樣可以作為系統(tǒng)定性描述的工具，例如為了描述系統(tǒng)演化現(xiàn)象，人們關(guān)心的主要是系統(tǒng)定性性質(zhì)的改變與否，定性分析則更加基本。數(shù)學(xué)模型是抽象模型，必須以正確認(rèn)識(shí)系統(tǒng)的定性性質(zhì)為前提。數(shù)學(xué)模型一、系統(tǒng)模型與建模方法可變性好適應(yīng)性強(qiáng)分析問(wèn)題速度快省時(shí)、省錢，且便于使用計(jì)算機(jī)使用廣泛是定量分析的基礎(chǔ)是系統(tǒng)預(yù)測(cè)和決策的工具數(shù)學(xué)模型的優(yōu)點(diǎn)一、系統(tǒng)模型與建模方法計(jì)算機(jī)模型是指用計(jì)算機(jī)程序定義的模型所有數(shù)學(xué)模型都可以轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)模型，通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)研究系統(tǒng)許多無(wú)法建立數(shù)學(xué)模型的系統(tǒng)，如復(fù)雜的物理過(guò)程，特別是生物、社會(huì)和行為過(guò)程，也可能建立計(jì)算機(jī)模型（Agent,經(jīng)濟(jì)模型）計(jì)算機(jī)模型一、系統(tǒng)模型與建模方法用計(jì)算機(jī)程序定義的模型，可以做到既嚴(yán)格又可執(zhí)行，能夠在計(jì)算機(jī)上研究和預(yù)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)結(jié)果用數(shù)學(xué)表達(dá)式定義的模型，求解和處理往往需要復(fù)雜、艱深的理論和技巧，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，可行性常常較差，所得結(jié)果有時(shí)無(wú)法用實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)對(duì)于那些無(wú)法用真實(shí)的實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)的復(fù)雜系統(tǒng)，計(jì)算實(shí)驗(yàn)是唯一可用的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)手段計(jì)算實(shí)驗(yàn)是一種新興的實(shí)驗(yàn)形式，其中有許多科學(xué)和哲學(xué)的問(wèn)題尚未解決。但它為研究復(fù)雜巨系統(tǒng)提供了唯一普遍可行的實(shí)驗(yàn)手段計(jì)算機(jī)模型的優(yōu)點(diǎn)一、系統(tǒng)模型與建模方法系統(tǒng)模型的分類一、系統(tǒng)模型與建模方法常用的幾種系統(tǒng)模型的特性比較一、系統(tǒng)模型與建模方法系統(tǒng)建模方法系統(tǒng)建模的要求一、系統(tǒng)模型與建模方法現(xiàn)實(shí)性：即能較好反映系統(tǒng)客觀實(shí)際。應(yīng)把系統(tǒng)本質(zhì)的特征和關(guān)系反映進(jìn)去，而把非本質(zhì)的東西去掉，但又不影響反映本質(zhì)的真實(shí)程度。即系統(tǒng)模型應(yīng)有足夠的精度。如：地球儀和世界地圖，肖像漫畫簡(jiǎn)明性：在滿足現(xiàn)實(shí)性要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量使系統(tǒng)模型簡(jiǎn)單明了，以節(jié)約建模的費(fèi)用和時(shí)間。如：世界地圖標(biāo)準(zhǔn)化（規(guī)范化）：應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化模型，或者對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化模型加以某些修改，使之適合對(duì)象系統(tǒng)。如：標(biāo)準(zhǔn)的制圖圖例系統(tǒng)建模方法系統(tǒng)建模的原則一、系統(tǒng)模型與建模方法抓主要矛盾清晰明了精度要求適當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)建模方法系統(tǒng)建模的主要方法一、系統(tǒng)模型與建模方法推理法——對(duì)白箱系統(tǒng)，可以利用已知的定律和定理，經(jīng)過(guò)一定的分析和推理，得到系統(tǒng)模型。實(shí)驗(yàn)法——對(duì)允許實(shí)驗(yàn)的黑箱或灰箱系統(tǒng)，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法測(cè)量其輸入和輸出，然后按照一定的辨識(shí)方法，得到系統(tǒng)模型。統(tǒng)計(jì)分析法——對(duì)不允許實(shí)驗(yàn)的黑箱或灰箱系統(tǒng)，可采用數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計(jì)分析的方法來(lái)建造系統(tǒng)模型?；旌戏ā鲜鰩追N方法的綜合運(yùn)用。數(shù)學(xué)建模方法一、系統(tǒng)模型與建模方法往往要采用推理法，其一般步驟如下：(1)明確目標(biāo)；(2)找出主要因素，確定主要變量；(3)找出各種關(guān)系(內(nèi)含的科學(xué)定律，如產(chǎn)品生產(chǎn)的物耗、能耗等)；(4)明確系統(tǒng)的資源和約束條件；(5)用數(shù)學(xué)符號(hào)、公式表達(dá)各種關(guān)系和條件；(6)代入數(shù)據(jù)進(jìn)行“符合計(jì)算”，檢查模型是否反映所研究的問(wèn)題；(7)簡(jiǎn)化和規(guī)范模型的表達(dá)形式。模型進(jìn)行修正與簡(jiǎn)化的方法一、系統(tǒng)模型與建模方法去除一些變量合并一些變量改變變量的性質(zhì)改變變量之間的函數(shù)關(guān)系改變約束----由粗到細(xì)二、系統(tǒng)分析概述系統(tǒng)分析是從運(yùn)籌學(xué)（OR，OperationResearch）派生出來(lái)，由RAND公司的工作而出名的。系統(tǒng)分析與運(yùn)籌學(xué)的區(qū)別：運(yùn)籌學(xué)：簡(jiǎn)單、確定條件下的優(yōu)化，采用定量分析方法解決；系統(tǒng)分析：復(fù)雜、不確定條件下的優(yōu)化，定性與定量相結(jié)合的方法。什么是系統(tǒng)分析二、系統(tǒng)分析概述

什么是系統(tǒng)分析二、系統(tǒng)分析概述目標(biāo)：即對(duì)系統(tǒng)的要求，它是系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)可行方案：是指能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)的各種可能的途徑、措施和方法。費(fèi)用：用貨幣形式表示的每一方案所需消耗的全部資源。模型：是對(duì)系統(tǒng)的本質(zhì)描述，是方案的表達(dá)形式。效果：系統(tǒng)達(dá)到目標(biāo)后所得到的結(jié)果，它既可用貨幣形式表示，也可用其它指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)；準(zhǔn)則：是目標(biāo)的具體化，是系統(tǒng)價(jià)值的量度，用以評(píng)價(jià)方案的優(yōu)劣；結(jié)論：系統(tǒng)分析得到的結(jié)果，具體形式有報(bào)告、建議或意見(jiàn)等。系統(tǒng)分析的要素二、系統(tǒng)分析概述系統(tǒng)分析要素結(jié)構(gòu)圖二、系統(tǒng)分析概述內(nèi)外因素相結(jié)合。內(nèi)因可控，選為決策變量；外因不可控，作為約束條件；當(dāng)前利益與長(zhǎng)遠(yuǎn)利益相結(jié)合。要兩者兼顧，如發(fā)生矛盾，應(yīng)堅(jiān)持當(dāng)前利益服從長(zhǎng)遠(yuǎn)利益的原則；局部效益與總體效益相結(jié)合。必須堅(jiān)持“系統(tǒng)總體效益最優(yōu)，局部效益服從總體效益”的原則。定性分析與定量分析相結(jié)合。定性分析不可忽視，必須兩者結(jié)合或交叉地進(jìn)行。系統(tǒng)分析的原則二、系統(tǒng)分析概述系統(tǒng)分析的要點(diǎn)二、系統(tǒng)分析概述(1)明確問(wèn)題和確定目標(biāo)；(2)搜集資料，探索可行方案（S綜合）；(3)建立模型（SA）；(4)綜合評(píng)價(jià)（S評(píng)價(jià)）；(5)檢驗(yàn)和核實(shí)（S評(píng)價(jià)后排出方案的優(yōu)先序）。系統(tǒng)分析的步驟三、系統(tǒng)目標(biāo)分析目標(biāo)分析是整個(gè)系統(tǒng)分析工作的關(guān)鍵，是系統(tǒng)目的的具體化目的----系統(tǒng)預(yù)期達(dá)到的水平目標(biāo)----系統(tǒng)目的的具體化，多個(gè)，沖突目標(biāo)的屬性----對(duì)目標(biāo)的度量三、系統(tǒng)目標(biāo)分析1、總體目標(biāo)----對(duì)系統(tǒng)的總體要求全局、發(fā)展、戰(zhàn)略的目光社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、科學(xué)技術(shù)新要求合理性、現(xiàn)實(shí)性、目標(biāo)性系統(tǒng)目標(biāo)的確定三、系統(tǒng)目標(biāo)分析2、建立系統(tǒng)的目標(biāo)集形成目標(biāo)樹(shù)系統(tǒng)目標(biāo)的確定三、系統(tǒng)目標(biāo)分析2、建立系統(tǒng)的目標(biāo)集形成目標(biāo)樹(shù)，例如國(guó)家教育系統(tǒng)規(guī)劃目標(biāo)樹(shù)系統(tǒng)目標(biāo)的確定三、系統(tǒng)目標(biāo)分析2、建立系統(tǒng)的目標(biāo)集畫出目標(biāo)手段系統(tǒng)圖系統(tǒng)目標(biāo)的確定三、系統(tǒng)目標(biāo)分析1、目標(biāo)沖突分析

目標(biāo)間的關(guān)系：獨(dú)立：德、體互補(bǔ)：？沖突：

經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)目標(biāo)沖突與協(xié)調(diào)三、系統(tǒng)目標(biāo)分析1、目標(biāo)沖突分析

目標(biāo)關(guān)系矩陣：目標(biāo)沖突與協(xié)調(diào)三、系統(tǒng)目標(biāo)分析1、目標(biāo)沖突分析

沖突的情況：存在相容或并存的可能—弱沖突絕對(duì)排斥—強(qiáng)沖突目標(biāo)沖突與協(xié)調(diào)三、系統(tǒng)目標(biāo)分析2、目標(biāo)協(xié)調(diào)的方法利益分配法—權(quán)重，AHP評(píng)定等級(jí)法—打分目標(biāo)沖突與協(xié)調(diào)四、系統(tǒng)環(huán)境分析環(huán)境是存在于系統(tǒng)邊界外的物質(zhì)的、經(jīng)濟(jì)的、信息的和人際的相關(guān)因素的總稱。環(huán)境因素的確定與評(píng)價(jià)確定環(huán)境因素：根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的特點(diǎn)，通過(guò)考察環(huán)境與系統(tǒng)之間的相互影響和作用，找出對(duì)系統(tǒng)有重要影響的環(huán)境要素的集合，劃定系統(tǒng)與環(huán)境的邊界評(píng)價(jià)環(huán)境因素：通過(guò)對(duì)有關(guān)環(huán)境因素的分析，區(qū)分有利和不利的環(huán)境因素，弄清環(huán)境因素對(duì)系統(tǒng)的影響程度、作用方向和后果等四、系統(tǒng)環(huán)境分析SWOT分析法：Strengths，Weaknesses，Opportunities，Threatens四、系統(tǒng)環(huán)境分析SWOT基本分析過(guò)程五、系統(tǒng)功能分析目標(biāo)分析和環(huán)境分析階段—確定總體功能總體功能是針對(duì)系統(tǒng)作為一個(gè)整體所應(yīng)起的總體作用而言的一個(gè)完整的系統(tǒng)是由硬件、軟件、設(shè)施、數(shù)據(jù)、信息和人員等各種要素以一定的方式結(jié)合而成，每個(gè)系統(tǒng)要素或若干系統(tǒng)要素的結(jié)合都在系統(tǒng)中起著各自特有的作用（或稱子功能）五、系統(tǒng)功能分析1、功能的分類與結(jié)合形式(1)按系統(tǒng)動(dòng)作形式(2)按結(jié)合形式系統(tǒng)功能描述五、系統(tǒng)功能分析2、功能流程和功能層次(1)功能流程圖(2)功能層次圖系統(tǒng)功能描述五、系統(tǒng)功能分析3、使用功能系統(tǒng)功能描述五、系統(tǒng)功能分析3、使用功能

子功能系統(tǒng)功能描述五、系統(tǒng)功能分析4、維護(hù)職能以系統(tǒng)使用功能的性能要求及性能水平的檢測(cè)狀況為依據(jù)可靠性、維修性、測(cè)試性、保障性系統(tǒng)功能描述五、系統(tǒng)功能分析系統(tǒng)總體功能分解