（电工理论与新技术专业论文）用电营销决策支持系统中模型库系统的研究与设计.pdf

华北电力人学硕i ：学位论文摘要 摘要 本文介绍电力营销决策支持系统( e p m d s s ) 中模型库系统的设计思想与实现技 术。为了使模型具有良好的可扩展性、可重用性，结合v i s u a lb a s i c 与v i s u a lp r o l o g 两种语言的优势丌发整个模型库系统，实现模型的静态管理和动态管理。同时，为 了实现模型管理的智能化，在模型管理系统中增加智能模块以及在模型库中增加规 则库，并采用模型分类驱动生成技术与模型参数驱动生成技术相结合的方法来自动 进行模型组合，实现智能决策。 关键词：决策支持系统，模型，模型库系统，模型链，动态组合，用电营销 a b s t r a c t t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ed e s i g n i n gi d e aa n di n l p l e m e n t a t i o nt e c h n i q u eo fm o d e l b a s es y s t e mi ne 1 e c t r i cp o w e rm a r k e t i n gd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ( e p m d ss ) f o r m a k i n gt h em o d e lh a v ee x c e l l e n te x p a n s i b i l i t ya n dr e p e a t i n gu s a g e ， t h ew h o l em o d e l d a t a b a s es y s t e mi sd e v e l o p e dt oc 骶叮o u tt h es t a t i ca n dd y l l a m i cm a n a g e m e n to fm o d e l sb y u s i n gm ea d v a n t a g ew l l i c hc o m b i n e sv i s u a lb a s i ca i l dv i s u a lp m l o g i i lt h em e a n t i m e ，f o r c a r r y i n go u tt i l ei n t e l l i g e n c eo fm o d e lm a l l a g e m e n t ，m ep 印e rd e s i g n st h ei n t e l l i g e n tm o d u l e i nm em o d e lm a i l a g e m e n ts y s t 锄a n dm em l eb a s ei 芏ln l em o d e lb a s e ，a i l da d o p t sam e t h o d w l l i c hj o i n st o 酊h e rt l l em o d dc l a s s i 6 c a t i o nb u i l d i n gt ec _ h n i q u ea n dt h em o d e lp a r a m e t e r b u i l d i n gt e d m i q u et 0c a r 叮o nam o d e lc o m b i n a t i o na u t o m a t i c a l l y t h i si s t h ei n t e l l i g e n t d e c i s i o n m d k i n g x i o n gt i a n l u ( e l e c t r i c i a i lt h e o r i e sw i t hn e wt e c l l i l i q u e ) d i r e c t e db yp r o l i uj i a n x i n k e yw o r d s ：d s s ，m o d e l ，m o d e lb a s es y s t e m ，m o d e lc h a i n ，d y n a n l i cc o m b i n e ， e l e c t r i cp o w e rm a r k e t i l l g 声明尸 只月 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文用电营销决策支持系统中模型库系统 的研究与设计，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究 工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在 论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：垒量丞逸日 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日 导师签名： 华北电力人学硕十学位论文 1 1 论文选题背景及意义 第一章引言 电子计算机问世不久就被应用于管理领域，人们主要用它进行数据处理和编制 报表，其目的是实现办公室自动化，通常把这一类系统所涉及到的技术称作电子数 据处理e d p ( e l e c t r o n i cd a t ap r o c e s s ) 。它把人们从繁琐的事务处理中解脱出来，大大 提高了工作效率。但是，任何一项数据处理都不是孤立的，它必须与其他工作进行 信息交换和资源共享，因此有必要对一个企业的信息进行整体分析和系统设计，从 而使整个工作协调一致。在这种情况下，管理信息系统( m a n a g e m e n ti n f o m a t i o n s y s t 啪s ，m i s ) 应运而生，使信息处理技术进入了一个新的阶段，并迅速得到发展。 m i s 能实测企业的运行情况，利用过去的数据预测未来，利用信息控制企业行 为，帮助企业实现其规划目标。因此，m i s 能把孤立的、零碎的信息变成一个比较 完整的、有组织的信息系统，不仅解决了信息存放的“冗余”问题，而且大大提高 了信息的效能。但是，m i s 只能帮助管理者对信息作表面上的组织和管理，而不能 把信息的内在规律更深刻的挖掘出来为决策服务。于是人们期望一种新的用于管理 的信息系统，它在某种程度上可克服上述缺点，为决策者提供一些切实可行的帮助。 决策支持系统( d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ，d s s ) 是在电子数据处理系统( e 1 e c t r o n i c d a t ap r o c e s s i n gs y s t e m ，e d p s ) 和m i s 的基础上发展起来的一种更高级的管理信息 系统。它是一种以支持半结构化( 问题是不确定的) 或非结构化( 难以定量化) 的决策过 程为特征的计算机决策支持系统，主要用来为管理决策者提供分析问题、构造模型、 模拟决策过程及评价决策效果的决策支持环境。决策支持系统集成了模型库系统、 数据库系统、方法库系统和知识库系统，其主要任务是为高层管理者的决策活动提 供支持。它通常解决的都是半结构化或非结构化问题，它的设计和运行是以模型驱 动的。在决策支持系统中，无论是传统的s e r v e r c l i e n t ( s c ) 【1 】结构，还是各种特定的 d s s 结构，模型部件都是其中非常重要的部件，在决策过程中起着很大的作用。模 型库是在计算机中按一定组织结构形式存储和表示多个模型的集合体。模型库管理 系统的任务是对这个集合体进行有效的管理，它提供适当的方法来实现模型的提 取、访问、更新和合成等操作。模型库和模型库管理系统结合起来形成模型库系统， 广义上讲，模型库即指模型库系统【2 】。本文研究广义上的模型库设计与实现。 随着现代化技术的发展，可用于决策的信息量很大，信息的获取也非常快速、 便捷。这样，在决策支持系统中，用于决策的模型也须不断添加和修改，在 c 1 i e n t s e r v e r 模式下还需考虑不同操作系统下模型的通讯、组合及运行控制，这就 需要模型库系统在动态可扩充性、可重用性、分布式应用方面有很好的支持。在数 l 华北电力大学硕士学位论文 据库系统中，数据是被动的，而在决策支持系统中，模型具有主动和被动两种特性， 模型不仅仅是存储问题，还涉及到如何定义接口的问题，如何定义支持模型的动态 调用等问题，这就需要模型库系统具有强大的功能，能有效地对模型进行存储、修 改、查询、调用和组合等。 模型管理技术经历了三个发展阶段【3 】：程序文件系统、模型软件包和模型管理 系统。目前常用的决策支持系统中模型的粒度往往比较大，是可执行文件，模型间 的通信往往也是通过数据文件或公用通讯区的形式进行的，因而模型的运行效率较 低，模型的组合也很困难。而一些基于静态函数库( l i b r a r y ) 的系统往往可扩充性较 差，难以在决策支持系统开发完毕后增加新的模型和知识。 电力营销决策支持系统是随着电力行业信息进程化的需要而产生的，用来帮助 企业内各层次的决策者进行决策，解决目前电力企业经营管理中存在的决策机制不 健全、决策程序不规范、决策结果的准确度不高等问题，有效地提高电力企业的工 作效率和经营效益。与其他决策支持系统一样，其中的模型库系统占着非常重要的 作用。由于电力行业的特殊性，存在着结构化模型复杂、非结构化模型多和各类数 据的关联性强等问题。因此，对e p m d s s 的模型库的研究要根据电力企业决策的具 体要求并基于现行的信息系统，采用知识化和分布式技术来解决。本文针对以上问 题及模型特点，对模型库的设计方法进行改进，这部分内容将在第四章中介绍。 1 2 国内外研究现状 1 9 7 1 年s c o t tm o r t o n 在管理决策系统中第一次指出计算机对决策的支持作 用【4 】，1 9 7 1 年到1 9 7 6 年，从事决策支持系统研究的人数逐渐增多，大部分人认为 决策支持系统就是交互式的计算机系统。为了把人的判断力和计算机的信息处理能 力结合在一起，计算机终端成为决策者的有利助手。现在可以说d s s 在技术上已经 走向成熟，理论上可以认为技术上已不再是难点，关键在于如何把理论技术变成现 实。近年来，专家系统的研究发展很快，它给d s s 注入了新的活力，增强了d s s 系统的主动功能，例如知识库的组织和推理。在科学技术迅猛发展的今天，各种新 技术都可能为d s s 的发展开辟新的天地，只要善于把这些技术同d s s 的应用、开 发、使用原则结合在一起，例如从支持个人移植到支持组织决策，从基于数据的d s s 发展到基于知识d s s ，从把模型视为过程到模型的生成和管理，从个人的计算机到 远程通信网络，都隐含着新技术向d s s 渗透的巨大潜力，而新一代d s s 也正在迅 速发展。新一代d s s 已经发展到群决策支持系g d s s ( g r o u pd s s ) 、分布式决策支持 系统d d s s ( d i s t r i b u t i o nd s s ) 、智能决策支持系统i d s s ( i n t e l l i g e n td s s ) 、智能型、 交互性、集成化决策支持系统1 3 d s s ( i n t e l l i g e n c e ，i n t e r a c t i v ea n di n t e g r a t e dd s s ) 、基 于数据仓库的决策支持系统。 2 华北电力大学硕士学位论文 自2 0 世纪7 0 年代后期模型库思想问世以来，对于模型的管理经历了子程序库、 模型软件包、模型管理系统和人工智能管理方法几个由易到难，有简单到复杂的发 展阶段l 川。 ( 1 ) 子程序库。这是模型管理技术的初级阶段。比较成熟的模型和算法以子程序 的形式汇编成册或存放在计算机内，由操作系统的文件管理系统统一管理，用户可 以根据自己的需要调用它们。这个时期用户同时也是程序员，他的主要任务是编制 主程序。子程序可以多层嵌套，一个解决较小问题的主程序调试成功后，可以存放 在程序库内，作为解决更大问题的子程序。最典型的例子是i b m 公司用f o i 玎r a n 写的科学计算子程序包( s s p ) ，该子程序包提供了统计学和矩阵运算程序。程序员只 需写一段驱动程序( 即主程序) ，调用必要的子程序，引导用户输入必要的数据，以 完成建模分析任务。 这种模型管理方式虽然简单，开销小，但其缺陷是很明显的：每个模型都是绝 对独立的，相互之间既没有关系也无法联系；模型集合无组织结构可言，在系统中 模型数量较多的情况下，大规模的模型组合得不到支持；模型自带数据：无专门的 用户接口，用户通过操作系统的命令进入应用，实际上是文件的调用；缺乏对模型 的有效管理。 ( 2 ) 模型软件包。这个时期有专职的程序员( 也称软件人员) 来研究模型并编制相 应的程序，构造出一系列模型应用软件包。用户可以不必考虑程序问题，甚至不懂 程序也可以，只要模型符合用户的要求，用户只需按规定使用相应的名字来调用模 型即可。这阶段通常采用的对话方式是菜单，用户可通过菜单选择所需要的模型或 一个求解系列。这种模型管理方式比子程序库前进了一步，它建立了大量模型的简 单组织结构，对模型进行了几种的分层和分类的管理。它是目前应用较多的一种模 型管理方式，有如下特点： a 组织形式简单。各模型程序通过多级菜单驱动形式连接，多级菜单的内容实 质上是一个层次分类表，菜单的底层即为各模型程序以及有关的技术分析的处理。 b 各模型程序分别挂在菜单底层，它们之间除了和菜单连接外，没有任何联系， 这样各模型程序相对独立。当使用完了模型后还要使用另一个模型时，只须通过一 个模型程序运行完毕后回到相应层次的菜单中，转入另一个模型程序的运行。 c 各模型程序的数据是各自封闭的。每个模型程序在执行时，都要输入实际问 题的数据后才能开始运行。数据的输入是按程序设计中的要求进行的，形式是固定 的，数据也是无法共享的，各模型程序对数据的要求是各自封闭的，一个模型程序 不可能使用另一个模型的数据。 模型软件包是适合于模型间无关系的管理方式。在信息系统中的模型相对独 华北电力人学硕十学位论文 立，在数据各自封闭的环境下，采用软件包的模型管理方式比较合适。而当模型之 间关系比较紧密，各模型数据需要共享时，这种模型管理方式则不合适。 这样的管理方式为用户提供了方便，模型的使用效率有很大程度的提高，这才 真正进入了模型管理阶段，因为模型软件包降低对用户的要求，但模型不易变更， 缺乏灵活性，用户只能选择模型而不能干预模型的求解过程。这就是模型管理系统 出现的背景和客观要求。 ( 3 ) 模型管理系统。这个系统使用计算机进行模型的组织管理工作。随着d s s 的 发展，模型库成为大量模型的有效组织结构，这种组织结构形式便于模型的有效管 理和使用。模型之间既可以相互独立，又可以相互组合。模型间可以实现数据共享， 使之能发挥出多模型组合辅助决策的作用，从而提供了辅助决策的效果。模型的组 合作为模型生成技术的一种有效途径，越来越受到重视。具有如下特点： a 对模型进行了有序的组织管理。模型的存储、查询、修改、使用都很方便。 b 模型间相互独立又可相互结合。模型可以独立的运行，又可以方便的组合成 新的模型，实现更复杂的功能。 c 模型间数据可共享与传递。数据存放在数据库中，由数据库管理系统进行统 一的管理，模型库与数据库之间建立统一的接口标准，从而实现数据共享。 显然，模型管理系统能给用户以更大的方便，并且具有足够的灵活性。基于模 型库的模型管理，可以提供模型存储和表示模式以及模型运行的计算机系统，它是 d s s 的共享资源，是d s s 用于模型管理的主要手段。目前的主要研究方法是采用数 据库管理技术实现模型管理，应用人工智能技术实现模型管理或者这二者的巧妙结 合。一般来说，模型管理采用数据库技术，都是直接应用数据库管理的原理，将模 型处理为数据抽象，并类似于数据库管理技术，建立模型定义语言和模型查询语言。 ( 4 ) 人工智能管理方法。近几年来兴起的另一个研究方向是采用人工智能管理方 法，建立基于产生式规则的知识表示方法，作为计算机的模型表示。事实上，现在 的研究方法是将人工智能的知识表示方法和数据库管理技术结合起来，数据库结构 用于存储模型而知识表示技术则是模型表示的主要工具。也就是说，目前的研究重 点是采用人工智能的概念和技术改善模型表示，使之能便于管理。例如，模型库、 数据库和知识库的集成，自动建模技术、使用自然语言的人机界面和智能推理提取 模型等，都是模型管理中的研究课题。 国外，对于模型管理理论的研究始于2 0 世纪8 0 年代。b l a n n i n 一6 】在1 9 8 0 年首 次提出了模型库的概念，并设计了类似于数据库查询语言的模型库查询语言( m o d e l q u e 巧l a n g u a g e ，m q l ) 来管理模型；1 9 8 7 年，g e o m i o n 【6 】设计了一套结构化模型构 造语言s m l ，首次将结构化程序设计思路植入模型生成问题；1 9 8 8 年，m u h a n a 等 4 华北电力大学硕士学位论文 吲又将系统论的概念用于模型库管理系统；1 9 9 3 年，“a n g t i n g p e n g 【6 】将推理知识学 习方法融进了模型库管理系统；1 9 9 6 年，w e s s e l i n 】设计了动态模型语言来支持空 间数据结构。 国内，自9 0 年代以来，在g i s 模型库系统( m b s ) 平台、模型字典( m d ) 、模型 的标准化、模型的集成以及面向对象的模型库等方面都进行了深入的研究，尤其是 与g i s 结合方面，如黄跃进等采用框架来进行模型库的构建和管理【8 】，由于层次结构 比较明显，因此便于模型的重建和组合；毕建涛等人【9 】提出了模型方法元数据的概 念，并对框架进行了理论上的阐述；岳天祥等人【lo 】也讨论了资源与环境模型标准文 档库及与g i s 集成的重要性；李本纲等人】阐述了建立水环境模型库的问题及重要 性；李超锋【1 2 】从数学角度讨论了使用元图表示模型库的方式，它是对基于图形的表 示方式的扩充与改进；薛安等人【1 3 】研究并提出了元模型的结构和实现算法。这些研 究使g i s 模型的设计和实现技术有了较大程度的发展。 总的来说，模型管理系统的理论研究在9 3 9 4 年间达到顶峰，涌现了大批的 相关文献，体现了该领域的丰硕成果。此后，研究从理论走向实践，涌现了一批面 向特定领域或问题的模型库管理系统软件。 国外，l e a v e s l e y 等人( 1 9 9 6 ) 开发的模块化模型系统( m o d u l a rm o d e l i n gs y s t e m ) 【1 4 】，是一个将g i s 与模块库( 实质上是一个单元模型库) 集成的一个模型开发系统。 其模块库包含了各种模拟水、能、生物过程等相互兼容的模块，这些模块可以组成 更为复杂的环境模拟模型，g i s 工具软件g r a s s 开发的g i s 界面则提供模型生成 前期的图形数据显示、空间数据的前期处理、输入参数文件的生成以及模型生成后 的模型模拟结果显示和分析。 d i n g 和f o t h e r i n g h 锄【”】( 1 9 9 2 ) 以g i s 为核心系统，利用g i s 的宏命令语言编 写事件驱动程序，在运行时激活模型系统，提供了一个无缝的操作环境，实现g i s 功能与模型系统的集成，而数据的集成则通过i m p o r t e x p o r t 功能实现。 美国d & b 公司的s a l ea n dm a r k e t i n gi n f o m a t i o ns y s t e m ( s m i s ) 1 6 】可以从不同 类数据库系统( o r a c l e ，s y b a s e ，i n f o m i x 等) 中获取数据，并且支持c s ( 客户机服务 器) 工作模式，采用先进的o l a p ( 联机分析处理) 技术，给决策者提供一个实际有效 的管理分析和决策工具。 此外，美国e x e c u c o ms v s t e m 公司研制的应用于合作计划、财务计划和销售策 略分析的d s s i f p s 系统【1 7 】，s o c i a ls y s t e mi n c 公司研制的一个辅助计划的商业d s s s i m p l a n 【9 1 。 国内，苏理宏、黄裕霞等【l8 】( 1 9 9 9 ) 自行开发了一个智能空间决策支持系统 i s a t ( i n t e l l i g e n ts p a t i a la n a l y s i st o o l s ) ，将专家系统、g i s 和模型库系统组合到一起， 5 华北电力人学硕士学位论文 采用模型数据黑板，基于规则集成空i 、日j 模型。但其涉及的模型主要侧重于数学模型， 对于评价、规划和预测类的分析模型则涉及较少。 范泽孟，岳天祥等【1 8 1 ( 2 0 0 3 ) 研发的资源环境模型库，充分有效的集成了大量的 空间模型和非空间模型，实现了生态系统综合评估模型的自动生成，为生态系统综 合评估的相关研究问题提供了信息化、智能化的辅助决策支持工具。 对以上文献资料进行分析表明，模型管理技术不仅是近年来世界各国的研究重 点，而且是利用模型库系统来解决各种决策问题的关键性技术。根据数据库系统发 展的经验和前人对模型库管理系统的研究表明，新一代模型库管理系统应具有如下 主要特征：模型要有比较统一的表示形式；有独立于模型的求解方法；可以表示模 型有关辅助信息，以便从模型库中快速选取模型；具有组合开发能力；模型运行能 够于数据库自由交换信息；可以快速更新模型。 1 3 论文的主要工作 本文在研究电力行业模型的基础上，把人工智能技术引用到模型的设计与实现 中，提出了一种更智能的模型库系统的设计方法。其主要工作如下： ( 1 ) 研究模型的分类与表示，提出电力营销模型管理系统中模型的分类和表示方 法； ( 2 ) 对模型库的组织与存储进行探讨，采用模型字典库、模型文件库和事实规则 库联合组织管理模型的方案，对三库进行详细的设计； ( 3 ) 引入人工智能技术，实现模型的复合、共享和重用； ( 4 ) 分析模型库管理系统的总体框架，开发基于v i s u a lp r o l o g 语言和v i s u a l b a s i c 语言的模型管理系统，实现模型的有效管理； ( 5 ) 开发可视化建模环境，支持模型的添加、删除、修改、查询、调用以及多模 型组合。 ( 6 ) 设计一种模型自动组合算法，并给出一个例子来验证。 6 华北电力火学硕十学位论文 第二章决策支持系统 2 1d s s 发展的理论基础 d s s 的理论基础足开发和研究它的指南。众所周知，d s s 的理论发展及其丌发 与很多学科有关，它涉及计算机软硬件、信息论、人工智能、信息经济学、管理科 学、行为科学等，显然这些学科构成了它发展的理论框架，亦称之为它的理论基础。 2 2 决策支持系统的基本概念 2 2 1 结构化、半结构化和非结构化决策3 ，1 9 ，2 0 】 决策过程是人们为实现一定目标而制定行动方案，并准备组织实施的活动过 程，这个过程也是一个提出问题、分析问题、解决问题的过程。我们可以在决策过 程概念的基础上对决策问题的性质作深入的讨论。对决策问题一般用“结构 这个 概念来描述，但是至今没有一个令人满意的定义。目前在学术界普遍能接受的提法 是：把问题分成结构化、半结构化和非结构化，这是对问题结构化程度的三种不同 描述。所谓结构化程度，是指对某一过程的环境和规律，能否用明确的语言( 数学的 或逻辑学的，形式的或非形式的，定量的或推理的) 给予清晰的说明或描述。如果能 描述清楚的，称为结构化问题；不能描述清楚而只能凭直觉或经验做出判断的，称 为非结构化问题；介于两者之问的，则称为半结构化问题。半结构化问题兼有结构 化问题和非结构化问题的特点，一方面它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；另一方面它要依靠人的知识、经验和 直觉来判断和选择。在求解半结构化问题时，人机交互是非常重要的，往往要经过 多次对话才能完成问题的求解。 所谓结构化决策，是指决策过程是能够用明确的语言( 如数字的、逻辑的、定量 的和定型的) 说明、编制程序并能加以说明或描述。结构化决策问题的决策规则，可 用决策树或决策表加以表述。结构化决策问题是一种确定型的决策问题，所有决策 方案都是已知的，所有的决策规则也是明确的。解决问题的关键是如何准确、及时、 高效地做出决策。一般结构化决策问题都可以用决策目标、选择标准( 原则) 和输入 与输出间关系的表达式表达清楚。 所谓非结构化决策，就是预先没有确定的决策规则，决策目标与实现目标的影 响因素间的关系也不清楚，一般也没有与决策目标有明显关系的行动方案。这种决 策问题一般采用非程序化的决策方法，依靠个人经验，进行决策。这类决策问题一 般有以下几种情况：引起决策的事件是突发性的。决策问题的因果关系太复杂， 7 华北电力大学硕十学位论文 不易了解清楚。决策过程所依赖的环境条件变化太快，无法掌握决策规则。未 出现过的新问题。对这类决策问题，决策支持只能协助收集、存储数据，提供可用 于分析问题的信息，由决策者根据经验去进行判断和决策。 所谓半结构化决策，表现为对决策问题有所分析但不确切，对决策规则有所了 解但不完整，对决策后果有所估计但不肯定。这类决策问题常位于组织中的高管理 层。半结构化决策问题一般表现出如下情况：决策的目标只具有方向性，尚不明 确。评价决策目标的定量标准尚待确定。影响决策目标的因素范围边界不清楚， 所需的信息也不完全。已有的信息所反映的影响因素对决策目标的影响关系不确 切，不能完全定量分析，无法准确地描述出影响因素与决策目标间的数学表达式。 2 2 2d s s 的定义u 狭义的决策支持系统d s s 是英文d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m 的缩写。一般的 定义是：d s s 是辅助决策者利用数据和模型解决非结构化或者半结构化决策问题的 人机交互式系统。比较详细的说法是：以现代信息技术为手段，针对某一类型的非 结构化或半结构化的决策问题，通过提供相应信息协助决策者明确决策问题，修改 完善模型，列举出可能的方案，采用分析比较等方式为管理者做出正确决策提供帮 助，这样的系统称之为决策支持系统。 2 2 3 决策支持系统的基本部件 决策支持系统主要由人机接口、数据库系统、模型库系统、知识库系统和方法 库系统五部分组成【2 2 1 ，后来在此基础上又开发了各自的管理系统。其结构图如图2 1 ： 图2 1 具有四库三功能的决策支持系统 2 2 3 1 数据库系统 数据库( d b ) 是d s s 的一个最基本的部件。数据库和数据库管理技术已经相当成 熟，数据库管理系统d b m s 是人们所熟知的。数据库方法和功能强大的d b m s 的 优点对开发和使用d s s 是非常重要的。然而，在传统的数据库、数据通信方法与 d s s 所用的方法之间毕竟存在着某些显著的差别。 r 华北电力大学硕士学位论文 首先，d s s 具有重要的、比通常在典型的非d s s 应用中所发现的要丰富得多的 数据源。其次，在d s s 中从更宽阔的数据源集合中捕获和吸取数据也是很重要的。 d s s 必须要建立某种与别的数据库在逻辑上分离的数据库。d s s 的这种性质要求数 据库存取过程和数据库管理系统应是灵活的，要求对不能预先处理的用户请求有快 速地添加和改变的响应。 2 2 3 2 模型库系统 模型库系统是传统d s s 的三大支柱之一，是d s s 最有特色的部件之一。与m i s 相比，d s s 之所以能够对决策制订过程提供有效的支持，除了系统设计思想不同外， 主要在于d s s 中有能为决策者提供推理、比较选择和分析整个问题的模型库。因此， 模型库及其相应的模型库管理系统在d s s 中占有十分重要的地位。本文主要介绍电 力营销决策支持系统中的模型库系统。 2 2 3 3 知识库系统 当d s s 向智能方向发展时，知识和推理的研究就显得越来越重要。d s s 设立知 识库，其总目的是为了扩大与决策者共有的论域，以便更好地沟通思维。开发知识 库的关键技术是：知识的表示、获取和解释、知识推理以及知识库的管理和维护。 2 2 3 4 方法库系统 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。新一代的方法库 系统应该具有如下功能：方法库系统是具有扩充性的程序组件，它们可以和多种 数据库相连，并有与应用有关的控制系统，它把特定应用的要求转换成相应的系统 程序。可扩充性是指在组件集合( 程序库或方法库) 中随时可以加入新的组件( 程序 或方法) ，这包括完全新建的方法和组合生成的方法。 2 2 3 5 人机接口 人机接口把用户与数据库、模型库、知识库、方法库等联系在一起。在决策过 程中，决策者对各库进行操作和控制。发展到今天的d s s ，其人机接口应满足以下 要求：交互为决策者提供进一步解决决策问题的过程。交互提供d s s 适应新的 决策问题及环境的手段，通过交互决策者可以构造新的决策问题，增加新的模型及 与模型有关的概念、数据和知识，以适应新的环境变化的要求。交互为决策者提 供控制的权力。决策问题不同于自然科学问题，既要考虑客观因素又要考虑人文因 素的影响，需要根据决策者的个人决策风格、偏好、随机制约因素等做出决策。 2 3 本章小结 本章主要介绍了决策支持系统的理论基础，决策支持系统的基本概念及其五大 基本组成部分。 9 华北电力大学硕十学位论文 第三章模型库系统 模型库系统( m o d e lb a s es y s t e m ，m b s ) 是对模型进行分类和维护，支持模型的 生成、存储、运行和分析应用的软件系统，它主要包括模型库、模型库管理系统、 以模型库为基础的应用程序和模型库管理员4 个部分【2 3 1 。模型库( m o d e lb a s e ，m b ) 是为一定目的服务，以特定的结构存储的相关联的模型集合，而模型库管理系统 ( m o d e lb a s em a n a g e m e n ts y s t 锄，m b m s ) 则是处理模型存取和各种管理控制软件， 实现对模型库系统的有效管理。以模型库为基础的应用程序必须通过m b m s 来访问 模型库。对模型库进行规划、设计、协调、实现、维护和管理等工作的人员或集体 称为模型库管理员( m o d e lb a s ea d m i n i s t r a t o r ，m b a ) 。 模型库系统的构建涉及到的关键技术有模型组织、模型管理、模型共享、模型 运行、模型组合、模型表示等，这些问题一直是模型库系统研究的重点。下面分别 从模型、模型库、模型库管理系统三个方面对以上内容进行详细的阐述。 3 1 模型 模型哺1 就是客观世界的一个表征和体现，同时又是客观世界的抽象和概括，是 以某种形式对一个系统的本质属性的描述，以揭示系统的功能、行为及其变化规律。 模型作为对研究对象及其变化过程的抽象与模拟，是在充分的专门研究基础上 概括的客观规律的表述。因此它有助于研究者有效地从众多相关因素中寻找重要的 成因联系与因果关系，促进研究工作的逐步深化。 3 1 1 模型的表示 模型在计算机中的表示方法和存储形式称为模型表示【2 4 1 。在模型库系统中，首 先要考虑模型的表示，使模型便于管理，能够灵活的连接，并参于推理。为了增强 管理的灵活性和减少存储的冗余，模型的表示趋向于将模型分解成基本单元，由基 本单元组合成模型。对应于不同的管理模式，基本单元采用不同的存储方式，目前 主要有以下三种 2 4 】：程序表示、数据表示和逻辑表示。 ( 1 ) 模型的程序表示 大多数的模型表示方法都是程序表示，它包括子程序表示法，宏命令表示和基 于组件的模型表示。 子程序表示法是一种传统的、实用的模型表示方法。该方法将模型作为计算机 的子程序进行存储。模型是一个具有自己的输入、输出、执行次序的完整的程序。 模型可以是由主程序调用的子程序，每一个模型是一组带有进入和返回连接机制的 l o 华北电力大学硕十学位论文 程序语句，这使它能被当作执行模块而用在其他程序中【2 5 1 。 宏命令表示法是由美国t e x a s 大学的m i c h a e ls y 、n g 2 6 2 8 】等人在8 0 年代初提 出的。他们认为，模型是一系列用来解决问题的原始指令。在d s s 中，解决用户问 题不仅需要一系列的模型，有时还需要查询和显示一组数据来支持用户的决策，这 组数据往往是通过实现一系列用来完成数据、查询操作的原始指令。因此，模型和 复合查询都可以认为是可以重复使用的一组命令，即可以把它们看作为宏命令。 以上两种模型表示方法的优点是：大大提高了模型的求解能力，充分利用了计 算机的速度快、计算精度高、存储量大等优点；缺点是：由于模型和算法结合在一 起，增加了修改的工作量。另外，模型之间难以共享、组合，造成模型存储的冗余。 组件技术的出现在很大程度上解决上述问题，组件通过接口实现组件之间以及组件 和客户之间的通讯，组件内部实现完全封装，为重用提供更好的支持，可以单独或 与其他组件一起共同完成特定的功能，十分有利于模型库的扩展；通过创建组件中 类模块的属性和方法，可以实现模型库与数据库之问的无缝连接；便于模型运行控 制程序的生成。 ( 2 ) 模型的数据表示 用数据来表示模型，就是把模型看作输入数据集到输出数据集的映射，其映射 关系由参数集合确定。有些学者从不同的角度研究了用数据表示模型的问题。用数 据表示模型又有模型抽象和模型关系表示两种。 文献 2 9 中讨论了k o n s y n s k i 用数据表示模型的方法构造的广义模型管理系统， 他把模型描述为由方程、元素和解程序组成的数据抽象。模型的抽象表示就是把模 型描述为元素、格式和程序三个部分组成。元素为构成模型参数的所有数据项及其 类型；程序部分为运行本模型的所有子程序；格式为有关元素和程序之间的相互关 系，可以是一系列谓词演算公式。这样就把模型抽象变成数据抽象。 文献 3 0 】中给出了b l a n n i n g 提出的模型的关系理论。他的主要思想是将模型表 示为由一组输入属性和一组输出属性组成的关系，记为m ( i o ) ，i 为输入集，o 为 输出集。这样，模型就可以看成一个对应于输入项集与输出项集的笛卡尔积的子集。 因此，创建模型就和创建关系数据库中的关系一样。这种模型表示方法是从模型的 变量转换关系及约束条件出发来研究模型的，他建立在关系模型的数据库的基础 上，这样就可以用查询语句来表示用户的信息需求，给使用模型带来更多的方便。 模型数据表示的优点：引用发展的比较成熟的关系数据库管理技术实现模型的 管理。这样，模型运算就可以转换成数据的关系转换。使模型单元易于与其他单元 通信，并且模型便于更新；缺点：当模型的结构比较复杂而且动态性较强时，不利 于模型的存储。 华北电力大学硕十学位论文 ( 3 ) 模型的逻辑表示 模型的逻辑表示【3 1 】又称为知识表示，它是一种基于人工智能的表示方式，主要 有谓词逻辑、语义网络、逻辑关系框架等。这些方法都是表示知识的基本方法。 逻辑表示既可以描述定量模型的输入输出关系，也可以描述定性的、逻辑的及 概念的模型对应关系。因此，模型的逻辑表示对于描述含有定量的、定性的、半结 构的及非结构的决策模型具有非常重要的意义。 通常，模型可以分为模型结构、参数集、变量集及约束集等四个基本要素，每 一部分用相关的谓词表示。一个较为复杂的模型能分解成若干基本单元，每一个基 本单元用一个谓词表示。根据问题的描述，将有关谓词组合在一起，又可以形成一 个新的模型。 通过以上的介绍，我们发现各种模型的表示方法各有不同的优缺点。在计算机 辅助决策系统中，模型表示方法不仅要与模型生成统一考虑，而且要考虑与数据表 示方法的联系。通常，对模型表示有下列一些基本要求：一致性。模型的表示应 与数据的表示相一致，以利于数据的衔接和调用，并便于统一的方式进行管理； 模块性。模型表示应具有基本单元形式和组合功能，以便多个基本模型组合成复杂 模型，使一个模型系统能够适应不同的应用环境，方便模型的建立、修改和维护； 独立性。不仅每个模型应该独立，而且整个模型库应该与数据库及方法库独立存 放。这样不仅便于模型的修改，也不会影响到数据及方法，而且便于模型资源共享； 智能性。模型表示应基于知识，尽可能具有一些智能性，以便和知识库协同工作。 本文采用s u a lb a s i c 语言来开发模型。其中，模型主要是以d l l 二进制文件 的形式存在，通过接口实现模型之间、模型与数据之间的信息传递，以及模型与系 统的集成，克服模型的程序表示中存在的模型共享和组合的困难，从而使系统具有 更好的可扩充性和易维护性。文章将在第四章详细介绍模型开发过程。 3 1 2 模型的分类 关于模型的管理，首先应确定模型的分类体系，以便于模型库进行类别属性查 询和其他用户清楚模型的适用范围。为了更好的分析和使用已有的模型，可以将模 型进行分类。模型的分类是相对的，可以有不同的分类方式。如：根据模型所处理 的信息形式不同，可将模型分为处理定性信息的定性模型和处理定量数据的定量模 型；根据模型应用于具体对象所完成的功能不同，可将模型分为设计模型、预测模 型、决策模型和仿真模型等；根据模型的应用系统的抽象程度可分为图标模型、相 似模型和数学模型等【3 2 】。 本文根据电力营销决策的特点，把电力营销模型分为电量销售类、资金回收类、 客户服务类、质量考核类和市场预测类，还可以根据决策需要进行细分。 1 2 华北电力人学硕士学位论文 3 2 模型库 模型库( m o d e lb a s e ，m b ) 是在计算机中按照一定结构、形式存储的模型的集合。 模型库是处于模型库管理系统( m o d e lb a s em a n a g e m e n ts y s t e m ，m b m s ) 的组织、管 理之下的。就像数据库( d a t ab a s e ，d b ) 和数据库管理系统( d a t ab a s em a n a g e m e n t s y s t e m ，d b m s ) 的关系一样。但是，从根本上来讲，模型和数据是有很大区别的。 由于实际问题的复杂性，单一模型通常不能满足某一研究目标的需要，因此通 常需要多种模型的组合来解决一个实际问题，这导致了模型的组织形式由传统的软 件包向模型库发展。模型库不同于软件包。软件包虽然也包含有多个模型，但各模 型问没有任何关系也没有任何约束。而模型库中的模型是按一定组织结构形式存储 起来的，这种组织结构形式便于对模型的有效管理和使用，也提高了多模型的组合 辅助决策能力。 模型库中有一些具有支持不同层次的基本模型，其中有一些为支持频繁操纵的 单一模型；还有一些用于生成新模型的基本模块和基本要素。这样模型库就是一个 “产生 模型的基地，而不是预先建立的集合，通过模型的组合，可以使模型灵活 的变更【2 3 1 。因此，动态性是模型库的一个基本特征也是研究模型生成技术的前提。 3 2 1 模型库的组织与存储 模型库的组织和存储是模型库系统的重要问题。模型库的组织形式与模型的表 示形式有关。 模型库中除智能模型外，模型都以程序形式或数据文件表示，程序和数据都以 文件存储。而程序又分为源程序和目标程序，这样，一个模型至少有两个文件。如 果对模型进行文件说明，包括模型的方程形式以及算法的自然语言描述，这将形成 模型的说明文件。如果对模型的输入数据和输出数据进行说明，又将形成模型的数 据描述文件，这样，一个模型将对应四个文件。对这些文件需要建立一个文件库。 对大量模型统一组织和存储，建立一个字典库来索引描述对应的模型文件就很有必 要。这样，模型库由模型字典库和模型文件库两者组成。 3 2 2 模型字典库 模型库的管理，必须有一系列目录来支持它的管理活动，这一系列目录就是模 型库的模型字典【2 3 1 ( m o d e ld i c t i o n a r y ，m d ) 。从某种意义上讲，对模型库的管理就 是对描述模型库本身及其相应的模型字典的管理，因而模型字典的内容与它的管理 是模型库管理的重要组成部分。模型字典是模型库管理系统的核心，它包含模型库 中所有模型的描述和存储信息，是关于模型描述信息的特殊数据库，它是模型库系 统设计和实现人员在模型库系统设计、实现、运行、维护以及扩充等阶段中控制并 1 3 华匕电力人学硕士学位论文 管理有关模型的信息工具。模型库系统中关于模型的描述、存储和使用等信息称为 模型库系统的元数据( m e t a d a t a ) ，模型字典就是管理和控制模型库系统元数据的工 具。模型字典作为模型库管理的重要工具，直接参与对模型库的管理，这包括模型 库的系统计划、需求定义和分析、设计、实现、操作和维护以及模型库的增加和改 变。模型字典的作用： 定义模型。 o 管理模型资源：提供了管理和收集模型的模式、方式及存放方式。 圆将所有模型标准化：提供使模型标准化的工具。 将所有与模型库系统有关的描述文本化，使之都能以标准文本形式放入模型 字典中。与模型库中的模型一样，用户可以对模型字典中的信息进行查询、插入、 删除和修改等操纵。 供模型库系统进行存取控制和管理。从某种程度上讲，模型字典控制了模型 库管理系统的运行。 作为设计和分析的工具，模型字典存放着与模型库系统有关的各种各样的信 息和原始资料，即元数据，为模型库设计和系统分析提供了有力的支持。 供模型库系统管理人员进行各种查询，以便了解系统性能、空间使用、各种 统计信息，及时掌握模型库系统的动态。 供模型库应用程序员了解模型库系统。 模型