（管理科学与工程专业论文）工程投标决策支持系统研究.pdf

摘要 摘要 体制改革的深入和市场经济的发展促进了我国建筑市场的完善 与发展，也加快了其与国际市场的接轨。招投标承包制作为世界各国 广泛采用的一种工程建设管理方式，受到了越来越多的关注。随着竞 争范围的扩大和竞争程度的加深，施工企业通过投标获取工程承包权 的难度愈来愈大。在国际工程管理领域，应用现代信息技术、研究和 开发更为实用的招投标决策支持系统已成为一种趋势和热点，特别是 投标报价辅助决策系统的实现更是具有明显的社会效应。 本论文在借鉴和总结相关研究成果的基础上，主要研究了投标决 策的内容、方法，以及工程投标决策支持系统( p b d s s ) 模型的构建， 并尝试在某些领域提出了自己的思路和见解，例如在报价决策分析 中，对一些常用模型进行了横向对比，总结了其适用范围和优缺点， 拟作为知识推理的依据；在数据库系统设计时，对数据库的内容和模 型设计进行了较为详细的介绍；在知识库系统设计中，提出了引入混 合推理机制的初步构想，并重点分析了案例推理技术在报价模型方面 的应用。 本文共分为六个部分。第一部分简述了论文的研究背景及意义， 并对招投标决策理论、决策支持系统应用研究的现状进行了说明；第 二部分综述了决策支持系统的基本概念、构造、开发方法及开发过程， 并概述了工程投标决策支持系统的开发目标和整体构思；第三部分是 对工程投标决策过程的详细分析，系统地阐述了投标决策内容、常用 模型和方法，并指出了影响决策的各种因素；第四部分在前述理论分 析的基础上，对工程投标决策支持系统的总体架构、部件分析和设计 以及主要功能模块进行了说明；第五部分给出了系统部分模块实现的 软件方法；第六部分是对全文的总结及进一步工作展望。 关键词：投标；决策支持系统；数据库；模型库方法库；知识库 a b s 舡a c t a b s t r a c t t h es y s t e mr e f o 瑚d e e p e n i n g 强dm a r k e te c o n o m yd e v e l o p m e n t h a v ep r o m o t e dt 1 1 ep e r f e c t i 衄a i l dd c v e l 叩m e to ft h e0 0 n s h l i d i o nm a r k e t a n ds p c du pi t sl i n kt ot h ei n t e m a t i o n a lm a f k c t a sap r o j e c tc o n s t r u c t i o n m 越a g c m e n tm e t h o dw i d e l yu s e db ym a y0 0 u n t r i c s ，t h eb i d 柚dt e n d e r c o n t r a c ts y s t e mg 丑j n e dm o r ca n dm o f ca t t e n 廿o n w i t ht h e0 0 m p e t i t i o n s c o p ew i d e n i i i ga n dl e v e ld e e p 哪n g ，i t ，sm o r ea n dm o r ed 蛳c i l l tf o rm c c o n s t m c t i o ne n t e r p r i s e st og e tao o m r a dt h r o u g hb i d d i l 培t h ea p p l i c a t i 曲 o “h em o d e mi n f o m 撕0 t e c h n 0 1 0 9 y 啡d e c i s i o n s u p p o r ts ”t e mp s s ) o fb i d 柚dt c n d e ra r e 虹c n d si nt h ei m e m a t i o 蚰lp r o j e c tm 孤a g e l n 即t i i l p a n i c u l 甜，t h ei m p l e m e n t a l i o no ft h e 卸x i l i a f yd e c i s i 衄s y s t e mo fb i d d i n g i sg e t t i n gm o r ea n dm 0 1 cj n n u e n c i n 昏 b a s e do nt h er c f e r e n c ea n ds u m m 邺7o fs o m er e l a t e dr e s e 盯c h a c h i e v e m e 吣，t h j sp a p e rm a i n l ys t u d i e dt j l ec o n t e n ta n dm e t h o d so f b i d d i n gd e d s i o a dt h ed e s i 印i n g0 fp r o j e c tb i d d 吨d e c i s i o ns u p p o r t s y s t e m 卵b d s s ) b e s i d c s ，s o m en e wa t t 啪p t sw e r ca l s om a d e f 0 r e x a m p l e ，d u r i n g t h e s t u d y o fb i d d i n gd e d s i o n ，t h ea d v a n t a g e sa n d d j s a d v a m a g e so fs o m em o d e l sw e r c 删) r z e d 柚dc o m p 甜e di l lo f d c rt o s u p p o nl a t t c rr e a s o n i n g ；d u r i n gt h ed a t a b a s es y s t e md e s i 鲷i n 岛t h ec o n t e t a n dm o d e l so ft h ed a t a b a s ew e r ed 砌l e di n t t o d u 出d u r i n g 】【i i a w l e d g e b 孵ed c s i g n i n 岛t h ei d e ao f m u l t i - r e a s o i n gm e c h 锄i s m w a sd i s c i | s s e da l i d t h ec a s e 七a s e db i d d i n gm o d e l sw c r ea l s os t u d i e d 1 1 l i sp a p e fw a sd i v i d e dj n t os 政p a n s p a nlm a j n l yi n t f o d u c c dm e b a c k 掣o u n d 柚ds i 鲥矗c 柚c eo ft h cp a p e r 柚ds 眦皿撕z e dt 重l er c s e a i c h s t a t u so nr e l e v 锄tt h e o r i e so f b j d d i n g 卸dd s s p a n2s t u d i e dt h e n c e p t ， s t 兀l c t t l r e ，m e t l l o ( 1 s 锄dp r o c c s so fe s t a b l i s h i l l gd s s ，粕dg a v et h eg o a l 柚d 丘舭l e 啪r ko ft h ep b d s s p a n3 粕a l y z c dt h ep m c e 晒o fb i d d i n gd e d s i o n i i ld e t a i l ，i n c l l l d i n gt h ec o n t e n t ， i o d e l s ，m c t h o d s ，a n dt h er e l e v a tf a c t 珊嚣 i i l n u e n d n gt 1 1 ed e c i s i o n b a s e d 咖t h ef o 咖e rt h c o r c t i ca a l y s i s ，p a n4 e x p o u n d c dt h e 丘a l n e w o r k ，d e s i 印i i l g0 fe a c hc o m p o n e n t ，明dm a i n f i l n c t i o n so fp b d s s p a r t5j 1 1 u s 虹a t c dt h es o 行a r em e t h o dt o 蛔p l e m e n t 北京交通大学硕士学位论文 s o m ef u 埘咀i o n s p a r t6m a d eas u m m a r y0 ft l l ep a p e ra 1 1 da ne x p l o r a t i o n0 f t h ef l l t u i 弓w o r k k e yw o r d s ：b i d d j n g ；d c c i s i o ns u p p 0 i ts y s t 哪( d s s ) ； d a t a b a s e ； m o d e l m c t h o db a s e ；k n o w l e d g eb a s e 2 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽本人所知，除了文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得北京交通大学或其他教学机构的学位或证书而使用过的 材料。与我起工作的同志对本研究所做的任何贡献已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 本人签名： 舅 弘磊l 日期：土丛年土月卫日 1 绪论 1 1 研究背景及意义 招标承包制是市场经济条件下工程建设管理的一种科学、有效的 方式，得到了世界各国的广泛采用。我国自改革开放初期开始在工程 建设行业逐步推行招标承包制，经过二十多年的不断探索和实践，特 别是2 0 世纪9 0 年代中期以来的快速推进，相关制度逐渐趋于完善， 国内招投标工作正在逐步向规范化、标准化、市场化方向发展。1 9 9 9 年8 月3 0 日中华人民共和国第九届全国人民代表大会常务会第十一 次会议通过了中华人民共和国招投标法，自2 0 0 0 年1 月1 日起 旌行，其中规定：在中华人民共和国境内进行的大型基础设旌、公用 事业等关系社会公共利益、公共安伞的项目伞部或部分使用国家资 金或国家融资的项目，使用国际组织或外国政府贷款援助奖金的项目 的勘察、设计、施工必须进行招标。相应地，通过投标竞争获得工程 承包权也逐渐成为施工企、l k 赖以生存和发展的重要手段。 我国加入w t o 后，国内建筑市场进一步对外开放，加快了与国际 市场的接轨，招投标市场的竞争局面也变得更为广阔，竞争程度更加 剧烈，这既为国内企业带来了扩展海外市场的机遇，也为他们带来了 面对更多竞争对手的挑战。 据调查显示，与国外企业相比，国内大部分承包商在国际市场中 的营业额相对较小，中小企业更是无力参与国际竞争。一方面，由于 缺乏法律和行政法规的支持，国内工程招投标活动还不十分规范，承 包商对投标决策也缺乏深入的研究，多数承包商的投标决策主要受主 观评价标准的影响。据权威机构统计：国内8 0 9 6 的承包商既不利用统 计数据，也不应用数学方法评估投标的竞争态势，而以经验、判断和 主观评价为基础进行投标决策。另一方面，与国外企业规范管理、信 息化程度高的特点相比，国内企业普遍存在着信息化滞后或信息系统 利用率低的现象，这些都严重削弱了国内企业的竞争力。因此，面对 新的机遇和挑战，国内承包商需要投入大量的精力深入分析市场状 况，努力提高自身的施工和管理技术，并积极应用信息技术等辅助手 况，努力提高自身的施工和管理技术，并积极应用信息技术等辅助手 北京交通大学硕士学位论文 段提高企业的综合竞争力。 值得一提的是，目前国内一些大中型企业已尝试了某些国际工程 项目的投标，有些还成功中标，这说明他们还是具备一定实力的，而 这些投标经验将成为其进一步拓展市场的有力武器。同时，虽然国际 招投标市场竞争激烈，但其规范化、标准化的特点也将带来一定的便 利，国外对于招投标工作长期、广泛而深入的理论研究和实践经验为 我们带来许多可供借鉴的素材。国内企业只要抓住了市场脉搏，合理 地制定投标决策，就会有实现更好业绩的可能。 在实践中，投标工作往往是一项时间紧、任务重的复杂系统工程， 这使得正确制定各主要环节的决策( 特别是投标报价) 变得尤为重要。 承包商的投标行为往往受到工程特点和动态变化的竞争环境等众多 因素的影响，这使得投标决策成为一个高度非结构化的问题，它不能 够用明确的语言( 数学的或逻辑的、定量的或推理的) 给予清楚的说 明和描述，但也不是仅能靠直觉或经验才能做出判断。解决这类问题， 一方面可以通过编制程序进行定量分析和计算，或者运用相对明确的 决策原则和方法来解决，如投标报价软件；另一方面，它也要依靠人 的知识、经验和直觉来判断和选择，例如在旌工组织过程中，必须凭 人的经验、知识等才能做出合理经济的旖工组织。于是，能够提供海 量数据存储、多模型决策支持以及知识推理等多种功能的计算机决策 支持系统成为解决投标决策问题的一种有效途径。 本文作为投标决策支持模型及系统开发项目的扩展和延伸，以工 程投标决策支持系统为研究对象，分析和借鉴了相关领域的研究成 果，考虑了对先进信息技术和思想的综合应用，重点研究了投标决策 分析、投标决策支持系统体系构建及功能设计等问题，最后考虑到铁 路施工企业的信息化现状及个性化应用需求，对系统部分功能的实现 进行了介绍和说明。 1 2 投标决策理论及方法研究现状 招投标制度兴起于国外，对相关理论的研究也较早，如美国自2 0 世纪柏年代便开始了对竞争性投标的系统性研究。招投标近两百年 的实践活动在理论界引发了大量关注，相关研究最早可追溯到1 9 4 4 2 绪论 年e m b l e n 的博士论文c o m p e t i t i v eb i d d i n gf o i c o 叩o r a t es e c l l r i t i e s ，而 最早在刊物上公开发表投标报价研究成果的是f n e d m 柚于1 9 5 6 年在 o p e r a t i 0 r e s e a f c h 杂志上发表的密封式投标蹦e d m 趾模型，它后来成 为竞争性投标的摄重要的理论之一。此后，许多学者也研究了竞争性 投标的理论和应用，并提出了各种各样的模型，大致分为对策论模型 和决策理论模型两大类。 剐e d m a n 模型属于决策理论模型，2 0 世纪8 0 年代中期甚至9 0 年 代初期的一些研究成果都是基于这一模型而取得的。该模型对投标方 给出了一个给定报价x 获胜概率的计算公式，围绕竞争者个数、成本 估计函数、报价估计函数、报价的统计独立性、报价模式的一致性等 方面给出了一系列假设，并在此基础上验证了模型的正确性和适用 性。然而，由于酬e d m a n 模型所需假设条件太强，它并未得到后继学 者的广泛认同，一些学者相继提出了许多不同的模型，比较典型的有 g a t e s 模型、h 柚s 锄a n r i v c 钍模型、c a s e v s h a 仟e f 模型、w i l l e n b m c k 模型等。不过这些模型也分别拥有特定的假设条件和适用范围，在理 论界长期处于争论中，而且它们也常常无法全面而有效地反映影响投 标决策这一过程的多种因素之间的相互影响和相互作用。 效用理论、多目标决策技术、a h p 方法和博弈论的思想为2 0 世 纪7 0 年代以后招投标理论研究提供了更多的研究方法选择，涌现出 大量的研究成果，特别是基于博弈论和信息经济学方法上的研究成为 9 0 年代后期的一个显著的特点。 2 0 世纪9 0 年代，a h m a d 基于实际背景获得的相互独立的属性和 多准则决策技术，提出了适合在计算机上实施的用于投标不投标决策 问题建模的结构化方法。d o z 五，a b o u r i z k 和s c h r o e d e r 提出了用于竞 标环境中报价决策确定的效用理论模型，通过定制效用函数，在考虑 决策相关准则的前提下，采用a h p 法权衡各准则在层次结构中的权 重，最后完成效用函数期望值向承包商期望报价的转化。s k i t m o r c 和 p 咖b e r 咖在研究f d e d m a n 模型的基础上，于1 9 9 4 年就如何求得某个 竞争对手的经验分布密度函数提出了解决方法，证明了投标者的历史 报价数据符合某一正态分布。9 0 年代后期，鉴于竞争性投标与拍卖过 程的相似，一些学者开始用博弈论方法研究投标报价的决策问题。但 由于实际工作的复杂性和影响因素的多样性，相关的研究仍处于比较 北京交通大学硕十学位论文 基础的阶段。 随着电子商务的快速发展，基于l i l t e m e t 的招投标决策与拍卖也 已成为国际决策分析学术界激烈竞争的热点之一，对网络环境下的决 策分析理论和方法相关的问题的研究也已被提上同程，c o m p e t i t i v e b i d d i i l g 孤da u c t i o nb a s e do ni n t e r n e t 被d m o r m s 和a c m 列为2 1 世纪初最有挑战性的决策科学问题。 在我国，由于招投标制度引进较晚( 始于2 0 世纪7 0 年代末、8 0 年代初) ，相应的研究也开始得比较晚( 始于2 0 世纪8 0 年代) 。而 且，由于中国长期实行计划经济的特殊背景以及处于建筑市场改革的 现实国情，国内的研究呈现出多样化的特点，一方面是对招投标理论 和方法的适用性及其制度规范化研究，另一方面就是与国际类似的对 投标决策模型及系统等的研究。例如，1 9 8 7 年肖维品给出了一个投标 报价决策模型，1 9 9 4 年龙爱翔提出了一个工程项目投标报价的动态决 策模型，1 9 9 7 年黄怀志等研究了两个投标者参与的、双边不完全信息 下的单个不可分物品的封闭投标式拍卖模型，证明除了此高价格拍卖 规则外，所有拍卖机制的均衡策略都是连续可微和严格单调递增的。 另外，1 9 9 7 年李鼎在其建立的项目投标决策支持系统( d s s p b ) 中介 绍了采用v e r t 仿真和多目标模糊决策模型辅助投标人完成投标的论 证过程，最终按照标准格式生成标书。 1 3 决策支持系统研究应用现状及趋势 决策支持系统( d c c i s i o ns u p p o ns y s t e m ，d s s ) 这一术语最早是 在2 0 世纪7 0 年代初由s c o t tm o n o n 和k e e n 提出，它是信息系统 ( i i u f 0 珊a i i o ns v s t e m ，i s ) 经由电子数据处理( e l e 咖n i cd a t a p r o c e s s i i l 舀e d p ) 和管理信息系统( m a l l a g e m e n th i f 0 咖a t i 衄s y s t e m ， m i s ) 综合形成的一种新的形式。决策支持系统是被用来支持半结构 化和非结构化决镱，允许决策者直接干预，并能接受决策者的直观判 断和经验的动态交互式计算机系统，它能够为决策者提供决策所需的 数据、信息和背景材料，帮助明确决策目标和进行问题的识别，建立 或修改决策模型，提供各种备选方案，并且对各种方案进行评价和优 选，通过人机交互功能进行分析、比较和判断，为正确决策提供必要 4 的支持。 由于决策支持系统在实践中对解决决策问题，特别是对于复杂系 统和问题的求解具有重要的作用和意义，受到了各国政府和企业管理 层的重视。经过三十多年的发展，人们在决策支持系统的理论探讨、 系统开发和实际应用诸方面取得了令人瞩目的进步。 自决策支持系统开发以来，与其理论研究相比，实际应用工作开 展得更早，它广泛用于企业管理、系统开发、经济分析与规划、战略 研究、资源管理、投资规划等方面，支持各类决策问题的决策支持系 统大量出现并已投入使用。在国外，特别是工业发达的西方国家，决 策支持系统已经进行实际应用，成为一种正规的、普遍使用的信息系 统。在我国，该领域的研究也特别活跃，特别是在决策支持系统的实 际应用方面取得了丰硕的成果，目前主要有以下几大方面：政府宏 观经济管理和公共管理问题；水资源调配与防洪预警系统；产业 ( 或行业) 规划与管理、各类资源开发与利用决策；生态和环境控 制系统的决策以及自然灾害的预防管理；金融系统的投资决策、风 险分析与管理；企业生产运作管理的决策。目前，我国在决策分析 和决策支持方面的理论研究与国际水平还存在一定差距，但潜力巨 大，决策分析的理论与方法研究已被列入我国管理科学“十五”优先 资助领域。 目前，新的技术进步正为决策支持系统的研究和开发带来深度和 广度两个方向上的不断扩展。其中深度上的扩展是指决策支持系统自 身技术的发展，包括硬件环境和软件环境的变换所带来的决策支持系 统结构和功能上的根本性变化，如新一代人工智能技术、多媒体技术、 网络通信技术发展所带来的系统支持效率的大幅度提高和人机交互 手段的多样化。而广度上的扩展是指决策支持系统应用范围的拓宽， 由此产生了更新、更多的应用决策支持系统，如群体决策支持系统 ( g r o u pd s s ，g d s s ) 、分布式决策支持系统( d is t r i b u t e dd s s ，叻s s ) 、 智能决策支持系统( i n t e l li g e n td s s ，i d s s ) 、主管决策支持系统 ( e x e c u t i v ed s s ，e d s s ) 、多a g e n t 决策支持系统( l t i a g e n td s s ) ， 等等。总之，未来的决策支持系统将以多领域、多层次的形式全方位 展开，其应用研究正逐步向着智能化、多元化、集成化方向发展。1 北京交通大学硕士学位论文 2 工程投标决策支持系统概述 2 1 决策支持系统理论概述 当m i s 所提供的信息无法满足制定解决一个特殊问题的特殊决策 的需求时，决策支持系统( d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e 珊，d s s ) 便应运 而生了。随着相关技术的不断发展，d s s 已成为一种涉及和涵盖计算 机科学、管理科学、数学、信息管理科学、人工智能、信息经济学、 认知科学等多领域知识的计算机学科，受到了许多专家和学者的广泛 关注。由于涵盖领域之广、技术发展之快，d s s 的发展至今还未到达 一个非常成熟和完善的地步。本文作为一种应用研究，首先将对d s s 的基本理论和方法进行分析和综述。 2 1 1 决策支持系统的基本概念 由于种种原因，d s s 至今仍没有一个学术界公认的定义。一般地， 人们只是通过基本特征对其加以描述和界定： ( 1 ) 系统的使用面向决策者，在运用d s s 的过程中，参与者都是 决策者。 ( 2 ) 系统着重解决半结构化和非结构化问题，存在着决策者对问 题理解的认识差异，且系统使用有特定的环境，问题的条件也不确定 和或者不唯一，使得决策结果具有不确定性。 ( 3 ) 系统强调的是支持的概念，而不是代替决策。 ( 4 ) 系统的驱动力来自模型和用户，人是系统运行的发起者，模 型是系统完成各环节转换的核心。 ( 5 ) 系统运行强调交互式的处理方式，一个问题的决策要经过反 复的、大量的、经常的人机对话，人的因素如偏好、主观判断、能力、 经验、价值观等对系统的决策结果有重要的影响。 ( 6 ) 具有一定的智能性，特别是发展到吸收了知识库系统构件 后，d s s 开始致力于模拟人的思维过程，以更好的支持决策。 d s s 的概念结构由会话系统、控制系统、运行及操作系统、数据 库系统、模型库系统、规则库系统和用户共同构成。其运行过程可以 6 工程投标决策支持系统概述 简单描述为：用户通过会话系统输入要解决的决策问题，会话系统把 输入的问题信息传递给问题处理系统；然后问题处理系统开始收集数 据信息，并根据知识库中已有的知识，来判断和识别词题，如果出现 问题，系统通过会话系统与用户进行交互对话，直到问题得到明确 然后系统开始搜寻问题解决的模型，通过计算推理得出方案可行性的 分析结果，最终将决策信息提供给用户。 2 1 2 决策支持系统的构造与系统结构 表现手段和技术的不同造成了决策支持系统在形态上的多样性， 这种多样性主要在于整体结构和基本构造上。目前人们所研究的d s s 一般包括几个十分明显的基本模块( 或称基本部件) ，这些模块的不同 组合和集成可构成不同形式的d s s 。 a d s s 的基本部件 目前，一般认为d s s 的基本部件包括人机交互系统、数据库系统、 模型库系统、知识库系统和方法库系统等五个部分。其中： ( 1 ) 数据库系统是d s s 最基本的部件，它由数据库及其管理系统 组成。数据库是以一定的组织方式存储在一起的数据集合，它以最佳 方式、最少数据重复为多种用户( 或程序) 服务，数据的存储方式独立 于使用它的应用程序；数据库管理系统是管理和维护数据库的软件， 其主要功能是维护数据库系统的正常活动，接受并回答用户及应用程 序提出的访问数据库的各种应用请求。 ( 2 ) 模型库系统是传统d s s 的三大支柱之一，它由模型库及其管 理系统组成。模型库是提供模型存储和表示模式的计算机系统；模型 库管理系统是对模型库中的模型进行访问、生成、表示、运行等功能 的软件系统。 ( 3 ) 当d s s 向智能型方向发展时，知识和推理就显得越来越重要。 事实上，也只有将知识与推理技术应用于d s s 时，才能达到决策支持 提出的目标。知识库系统正是这种结合发展的结果，它是由知识库和 知识库管理系统组成的。 ( 4 ) 方法库系统主要是一个软件系统，它综合了数据库和程序 库，由方法库及其管理系统组成。 7 北京交通大学硕士学位论文 ( 5 ) 人机交互系统把用户与数据库、模型库、知识库和方法库等 联系在一起，一方面向系统提供信息、提出任务要求，另一方面系统 向人提供解答方案和各种辅助决策信息，也可能向人索取为完成任务 所需要的补充信息。 b d s s 的系统结构 根据决策问题的复杂性和实际需要的不同，可将d s s 部件有机地 联系在一起，形成各种结构方案，从而适应不同的决策问题。 ( 1 ) 传统d s s 的基本结构 传统d s s 的基本结构仅包括数据库系统、模型库系统和对话管理 系统等三个部分，它们的不同组合形成了d s s 的几种不同结构，即三 角式结构( 图2 1 ) 、串联结构( 图2 2 ) 、熔合式结构( 图2 3 ) 、以数据 库为中心的结构( 图2 4 ) 等。憧1 用户 用户 图2 1 三角式结构 图2 2 串联结构 图2 3 熔合式结构 工程投标决策支持系统概述 图2 4 以数据库为中心的结构 ( 2 ) d s s 的四库三功能结构。2 。 与传统d s s 相比，四库三功能结构( 图2 5 ) 在提高系统的智能 性方面进行了突破，它吸收了专家系统在知识获取、解释、表示和推 理方面的基本技术，引入了知识库及其推理系统，使系统的决策支持 能力大大增强。这种结构有时也被认为是一种初级的智能d s s 。 图2 5 四库三功能结构 9 北京交通大学硕士学位论文 晟典型的智能d s s 的结构由三个子系统构成，即语言系统( l s ) 、 一一书目 瞵琵萝h 问鬻统卜恒f 一怔到 随着信息量的增加和人们对数据分析要求的提高，能够提供综合 数据分析、时间趋势分析等的数据仓库及其相关技术，如联机分析处 理( o l a p ) 、数据挖掘等，为辅助决策提供了一种新的工具。而基于数 据仓库的d s s 是数据仓库发展的新阶段，这种d s s 特别适用于信息类 把数据仓库、联机分析处理、数据挖掘、模型库、数据库、专家 系统等结合起来，可以形成更综合、更高级形式的决策支持系统，即 综合决策支持系统。其中数据仓库能够实现对决策主题数据的存储和 综合；联机分析处理实现多维数据分析；数据开采用以挖掘数据库和 数据仓库中的知识；模型库实现多个广义模型的组合辅助决策；专家 系统利用知识推理进行定性分析。它们相互补充、相互依赖，发挥各 自的辅助决策优势，可以实现更有效的辅助决策。 系统的结合，它是决策支持的基础，为决策问题提供定量分析( 模型 计算) 的辅助决策信息。二是数据仓库和联机分析处理，负责从数据 仓库中提取综合数据和信息，从而反映了大量数据的内在本质。三是 专家系统和数据挖掘的结合。数据挖掘从数据库和数据仓库中挖掘知 识，放入专家系统的知识库，再由专家系统通过知识推理实现定性分 以某种形式结合起来实现决策支持，可根据实际问题的规模和复杂程 1 0 工程投标决策支持系统概述 度来确定。事实上，利用第一个主体的辅助决策系统就是传统意义下 的决策支持系统。第一个主体和第三个主体结合起来就是智能决策支 持系统。第二个主体和第三个主体的数据挖掘结合起来就是新的决策 支持系统，利用模型库的有关模型可以提高联机分析处理的数据分析 能力。三个主体的结合，即利用“问题综合和交互系统”部件集成三 个主体，就形成更高形式的综合决策支持系统，其辅助决策能力将上 一个大台阶。当然，由于这种形式的d s s 包含了众多的关键技术，研 制起来非常困难，但其理论意义是不容忽视的。 2 1 3 决策支持系统的开发方法 从所要解决的问题及其功能来看，d s s 的开发具有以下几个特点： ( 1 ) 动态性：强调分析设计要随环境条件和观念认识的变化而变 化，应突破系统开发生命周期法的概念。 ( 2 ) 快速性：强调开发时间的快速性，不能因d s s 研制周期的延 误，使决策人员坐失良机，大多应在一至两年内完成。 ( 3 ) 灵活性：强调开发的灵活性，所开发的d s s 要能解决很复杂 的问题，又要具备支持快速、多变的特点。这就需要一个较好的软件 环境作为基础和工具，并采用积木式的结构，使d s s 易于修改和扩充。 ( 4 ) 用户参与：强调开发的有效性，d s s 是为解决某些特定决策 问题服务的，是要由决策人员使用的，应能体现决策者的风度和风格， 所以，要研制出有效的、适宜的d s s ，用户的参与异常重要。 开发d s s 是一个复杂的过程，涉及管理( 如d s s 辅助决策的层次 与综合程度) 、技术( 如硬件和网络的选择) 、行为( 如人机接口和 d s s 对于个体和群体的潜在影响) 等一系列问题。对于不同类型的d s s 并不存在一种总是最好的构造方法，应针对具体决策问题的特点，综 合考虑相关因素，采用适当的开发策略及方法，保证开发的顺利进行。 a 目标导向( 0 b j e c to r i e n t e d ) 和原型法( p r o t o t y p i n g ) 相结合 的开发方法 这是一种可以用于各种d s s 开发的一般方法，其具体步骤是先研 制一个个d s s 的技术部件( 应用原型法) ，然后按照一般系统的结构和 系统生成方法组合成d s s 的开发工具和开发环境( 应用目标导向法) 。 北京交通大学硕士学位论文 其中，r o m c 分析方法是被用于d s s 部件设计的规范分析方法，即 面向决策者进行表述r ( r e p r e s e n t a t i 叽s ) 、操作( o p e r a t i o n s ) 、存储 m ( m 鲫o r i e s ) 和控制c ( c o n t r 0 1 ) 。运用这一方法，首先是识别决策过 程的基本活动，接着分析每一个基本活动的四个基本成分：表述、操 作、存储和控制，然后将这些成分构成一个初始的d s s 。在交付使用 后，经用户评价，研制者不断修改、扩充这些基本成分，直到开发出 用户满意的、最终的d s s 。r 0 们分析方法的基本过程如图2 7 所示。 图2 7r o m c 分析方法的基本过程 各基本成分的具体内容如下： ( 1 ) 表述：是指决策者在决策活动中对所涉及事项所采取的表达 方式或描述方法。这是因为在一个决策过程中，任何活动都是在一定 的规范和内容中进行的，这些规范和内容通常都是可以概念化的，可 以用表格、线条、数据、记录、文本、图像、方程式等概念化模型进 行描述。不同的决策者，出于风格不同，可能采用不同的表述方式。 例如，直观型决策者习惯采用图表方式，而分析型决策者则喜欢采用 数学方程式等。通过概念化表述，分析决策的对象和目的，确定决策 的条件和环境，收集和确定必要的数据信息。 ( 2 ) 操作：是指把表述所形成的概念化模型变成相应的操作。要 求能针对决策者的特点( 风格、技巧和智力等) 设计操作。例如，与 图形描述相应的操作就涉及以下内容：确定用于图示的数据、定坐标、 在图上标数据、根据一定的规则画出相应的图形、预测每一图形的数 据、显示或输出每一图形的汇总统计数等。 ( 3 ) 存储：是指用于决策者的辅助性记忆设施，用于存储决策者 工程投标决策支持系统概述 的决策规划、模型和数据，以支持描述和操作的实现。例如，存储内 部和外部源数据的数据库、存放中间结果的i 临时工作空间或动态数据 库等。在d s s 的开发过程中，应提供快速存取、方便使用的存储设施。 ( 4 ) 控制：是指为决策者直接使用d s s 而提供的各种控制手段， 是为了帮助决策者使用表述、操作及存储功能，根据自己的技术、经 验、知识及风格来实现决策。d s s 的控制分为两大类：一是直接控制， 例如菜单、人机交互标准约定或简便的对话等。二是间接控制，用于 帮助决策者熟悉掌握如何控制d s s ，即关于使用d s s 的训练和解释， 决策者可以在“h e l p ”命令下，通过自学习和训练掌握如何控制d s s 的方法。 b 累接设计方法 将传统计算机信息系统开发的四个主要步骤分析、设计、构 造和实现合并为一体就成为d s s 开发的累接设计( 或称循环反馈) 方 法，其步骤如下( c o u r b o n 等，1 9 8 0 年) ： ( 1 ) 识别一个重要的子问题。要求决策者、用户和系统开发者共 同参与，问题要足够小，从而使问题的性质、基于某种计算机支持的 需求和这种支持的特点都是透明的。 ( 2 ) 开发一个小型的但能够对决策者起辅助作用的系统。系统可 能是简单的，但在此框架上可进一步开发，即不做复杂的系统分析， 但研制者已在一个极小的规模上很快走完了系统开发的各个环节。 ( 3 ) 周期性的改进、扩展、修改系统。每一周期都经过分析一设 计一实施一使用一评价这一系列环节，并强调开发者和用户间的配合效 果，用户的作用是使用和评价系统，研制者的作用是设计和构造系统。 ( 4 ) 不断评价系统。在每一个周期终结，都要由用户对系统进行 评价，并将评价结果反馈到累接设计的各个环节。 累接设计过程需要多种支持机制。既包括技术上的，也包括组织 开发和规范，其中大多数也是决策支持所必须具备的技术和原理，只 是在累接设计时被赋予了新的含义。限于篇幅，这里不再赘述。 c 面向对象( o b j e c t - 0 r ie n t e d ，0 0 ) 的方法 随着人们对软件复用性要求的提高以及技术的不断发展，面向对 象的方法以及与之密切相关的组件技术引起了d s s 领域的广泛关注， 并将对d s s 开发方法的研究提升到一个更高的层次。 北京交通大学硕士学位论文 面向对象不仅是指一些具体的软件开发技术，也是一整套关于如 何看待软件系统与现实世界关系、以何种观点来研究问题并进行求 解、以及如何进行系统构造的软件方法学。面向对象的软件开发方法 利用抽象、封装等机制，借助于对象、类、继承、消息传递等概念进 行软件系统构造。对象反映了应用领域的模块性，具有一定的稳定性， 可被当作一个整体去构造更加复杂的应用。并且，对象一般封装的是 某一具体的实际工作的各种成分，因此，当某一对象改变时，对整个 系统几乎没有影响，从而更易于系统维护。 与一般的软件开发过程类似，面向对象的方法也包含有面向对象 的分析、设计、编程、调试和维护等过程。 ( 1 ) 面向对象的分析 这种方法直接对问题域中的客观事物建造分析模型中的对象，使 得对象的描述与客观事物相一致，保持问题域中单个事物及事物之问 关系的原貌。相同特性的对象为一类，一般类与特殊类问有继承关系， 整体与部分结构有组合关系，事物之间存在有静态联系和动态联系， 这些都是问题域中客观事物的本来面目。方法对问题域的认识和分析 是直接的，分析结果直接映射到问题域中。 ( 2 ) 面向对象的设计 面向对象的分析模型是针对问题域运用面向对象方法产生的一 个具体实现。针对这个具体的实现，面向对象的设计运用面向对象的 方法来完成；把分析模型直接搬到设计中去，作为设计的一部分： 根据具体实现中的人机界面、数据存储等因素补充一些与实现有关 的部分，这些部分与分析模型采用相同的表示方法和模型结构。 ( 3 ) 面向对象的编程 面向对象的编程工作变得很简单，只要将面向对象的设计方案中 的每个成员所使用的面向对象的语言写出来即可。具体工作包括： 用具体数据结构来定义对象的属性：用具体的语句来实现服务流程 图中所表示算法。 ( 4 ) 面向对象程序的调试 在使用面向对象的程序设计语言编写的程序中，使对象成为一个 独立的程序单位，只通过有限的接口与外部发生关系，从而减少了错 误影响的范围。 1 4 工程投标决策支持系统概述 ( 5 ) 面向对象的维护 由于程序与问题域的一致性，各阶段的表示也是一致的，这就减 少了编程人员的理解难度。发现问题可以直接追溯到问题域。系统内 最易变化的因素被封装在对象的内部，且对某个对象的修改给其他对 象造成的影响又较小，这将给调试与维护带来极大方便。 总之，面向对象方法从人们认识客观事物的特点出发来分析问 题、研究和解决问题，使开发工作变得容易而方便。 组件技术是与面向对象方法密切相关的一种技术。所谓的组件方 法是指用可重用的软件组件来构造应用程序。软件的组件化不需要代 码的重新编译和连接，而是直接作为功能模块在二进制代码级用于软 件系统的装配。软件的组件化思想和可重用性以及组件用于1 】e b 应用 和分布式处理给软件工程带来了活力，成为软件业普遍接受的，提高 软件质量、可靠性与生产率的有效方法和技术。 d 面向代理( a 弘n t - 0 r ie n t e d ，柏) 的方法 面向代理的方法是d s s 设计中逐渐应用的另一种方法，它是面向 对象方法的发展。面向代理的设计方法( 船e n t o r i e n t e dd e s i g n ，a o d ) 被许多研究者称为“今后计算机科学领域和人工智能领域相交汇的重 要结果”。 软件代理是一个能在特定环境下连续、自发地实现功能，同时与 相关代理和进程相联系的软件实体。其显著特点是具有自主性、社会 能力、被动响应能力、主动响应能力、时间连续性、自适应性和可移 动性。多代理系统是指由多个代理组成的系统，是为了解决单个代理 不能够解决的复杂问题而由多个代理协调合作形成的问题求解网络。 为了使代理之间能够合理高效的协作，代理之间的协调机制成为多代 理系统研究的重点问题。一般地，每个代理被认为是一个物理的或者 抽象的实体，能够作用于自身和环境，并可与其他代理通讯。实际上 多代理系统的研究方法实际上是用模拟人类社会系统的运作机制来 提高计算机系统解决复杂问题的能力，采用多个代理进行协作，通过 任务分解和任务协调提高整个系统的能力是一个可行的途径。另外通 过多代理之间的合作还可以克服单个代理知识不完全、处理的信息不 确定等不足。 “代理”基于“对象”而又超越了“对象”，二者之间最主要的 北京交通大学硕士学位论文 区别就是：“对象”是被动的，而“代理”是主动的。“代理”超越 “对象”的主要方面在于： ( 1 ) 自治( a u t o n o m y ) ：“代理”具有“对象”所不具备的一些“智 能”，如意图( i n t e n t i o n ) 、情感( e m o t i 锄) 、愿望( d e s i r e ) 、信念 ( b e l i e f ) 等。基于这些“智能”，“代理”可以在没有外界控制的环 境下，在一定程度上自行决策，采取主动的行为完成“自治”的功能。 ( 2 ) 反应( r e a c t i v i t y ) ：“代理”感知( p e r c e p t i o n ) 外界环境的 变化，接受刺激，然后对这种变化或刺激做出一定的动作( a c t i o n ) 。 基于这种特性，“代理”可以做出代理业务、接受委托、遵循承诺等 各种反应。因此，有人也将“a g e n t ”译作“智能代理”。 ( 3 ) 主动( p r o a c t i v e n e s s ) ：“代理”根据内部状态和外部环境， 产生面向预定目标的主动行为，称为“主动性”或“预见性”。 ( 4 ) 社会行为( s o c i a l 曲i l i t y ) ：“代理”之间互相通讯，分工 合作，协同解题，并行计算。这是仅仅能够互相传递消息的对象所不 具备的功能。这种行为被称“社会性”或者“群体性”。这是“面向 代理”应用于分布式系统的重要特性。 总之，a 0 不仅继承了0 0 的通用性、模块性、重用性、扩展性、 移植性，更注重了向提高软件系统智能性、互操作性、灵活性、编程 效率和程序自动化水平、智能化水平方向的发展。面向代理的概念提 供了一种解决复杂的、动态的、分布式的软件系统的有效方法，超过 了现有所有其他方法和概念，将成为今后分布式复杂系统以及人工智 能系统研究的重点和焦点。 2 1 4 决策支持系统的开发过程 由于具有迭代、累接和循环的特点，d s s 的开发过程常常要比开 发一般的信息系统复杂得多，而且，由于决策问题的非结构化，作为 d s s 用户的决策者又常常无法清晰地描述其需求，因此，大多数d s s 在总体上采用原型法的开发模式，即将开发过程的所有活动划分为问 题规划、调查、系统分析和概念设计、系统设计、系统构造与系统集 成、系统实现、文档与维护以及适应等八个阶段