（系统工程专业论文）决策支持系统中模型表示方法及DSS生成器实现技术研究.pdf

摘要 本文对决策支持系统中的核心问题模型表示方法进行了研究，其主要内容 舂： ( 1 ) 本文首先提出了关系化层次型模型表示方法，将模型分为三个层次：理论 模螋滕、属憔模型屡和数值模型层。鲤论模型层与具体的应用和数据完全分离，是 一释缱理论攥述翁禳辇；耩径模銎艨孺予攒述系统实俸藩链淘的籀互关系及约束， 它与数据库傺理系统协调，在需要避行时，实例化成为数值模型，另外可由其谓词 模型形式进移推演，生成辫决用户超题的模型系列；数馑爆模型强模型运行嚣重由攫 型痒管理系统根据属性模型和数据霹中的数据生成，模型的运行方法由属性模型徭 的定义来确怒，方法可以是理论模型层对威的求解簿法，也可以怒属性模型的专用 葵法。一一一一 ( 2 ) 考虑到理论层模型数据结构规范、封应的求解算法究备等特点，本文采用面 向对象的方法实现瓒论层模型表示及管理。采取厨向对象的系统分析方法，将各葶申 理涂摸童进行了分类。f 遵循兼系数据库理论的要求，设计了“理论层模鼙类层次缩 构丧”，用于存放d s s g 中模型类的滕次结构及模型类的公用信息，对每个具体的模型 类均通过“模型类特殊信息撼述库”( 一个袋多个懿关系) 寒援述葜特殊售惠。：p “，一 ( 3 ) 基予泛关系理论、e r 数据模型和关系数耀库理论，本文提出了通过扩展 的s q l 语句来进行属性层模型库中模型的交量转换关系、约束条件和目标方程的袋 示疗法。疑藏基磴主，本文建立了一整套美予震魏痿搂鍪瓣理论嚣算法，篌褥将糯 性层模型向数值层模型的转换变得禅易，且速度较快。一。 ( 4 ) 为了解决数值层模型的运行和管理阅题，本文将每一个属性层模型分解成一 系列翡输入( 密) 对象俸集及穗应静关系模式，遴嚣提出了簇于泛关系数据模垄懿数 值屡模型表示方法、维护模型运行的算法，实现了数据库模式的任意重组。 ( 5 ) 摄撼d s s g 书摸型露警理系绞瘦具蚤瓣基本凌缝要求，本文提出了元字典戆 概念，并对d s s 中可能存在的“空慎”闯题进行了研究，进而建宓了基于关系他层 次型模型表永方法的模型管理功能算法。一， ( 6 ) 附麓d s s g 拳建模瓣实际阂熬，本戈善次疆爨了“模篷颓考强”熬穰念，遴j 霪 属性朦模型的输入、输出对蒙体集，建立解决用户信息需求的模型顺序图，从而生成 解决嗣户问鼷的一系列模型，首次实现了d s s g 中的自动建横功能。 ( 7 ) 洳了检验关系纯蘑次垄模黧表示方法的正确往、珂行性和实用往，在论文 的研究过程中，坶发了一个旗于“关系化屡次模型表示法”的d s s g 原型系统，提 出了一耱瑟黧熟d s s g 载慧体结穆。缝合实铡，套缀了“关系纯层次模型袭示法” 的黾浠应用，取得了符合实际情况的结果。 、 关毽谲：决藏支持鬈凌：决策支骛系统生戏器r ，模蘩，模型袭赢关系，数撵模垄， 泛关系，数据库，模型库矿 a b s t r a c t i nt h i s d i s s e r t a t i o n , t h em o d e l r e p r e s e n t a t i o n m e t h o da n dt h e d s s gd e v e l o p m e n t t e c h n i q u ea r es t u d i e d n 地s ea r et h em o s ti m p o r t a n ti s s u ei nd s s ，1 1 1 ef o l l o w i n gi st h e c o n t e n t sw eh a v er e s e a r c h e d ： ( 1 ) 惭sp a p e rf i r s tp r e s e n t st h er e l a t i o n a la n dh i e r a r c h i c a lm o d e lr e p r e s e n t a t i o nm e t h o d t h em o d e ji nd s si sc l a s s i f i e di n t ot h r e el e v e l s ，s u c ha st h e o r yl e v e l a t t r i b u t el e v e la n dv a l u e l e v e l 确em o d e li nt h e o r yl e v e li ss e p a r a t e df r o m a n y c o n c r e t ea p p l i e a t i o i la n d d a t a , b u ti th a s s t a n d a r dd a t as t r u c t u r e ，m a t u r i t ya l g o r i t h ma n di sd e s c r i b e dt h e o r e t i c a l l yi nl i t e r a t u r e sa n d b o o k s 耵1 em o d e li na t t r i b u t el e v e l i su s e dt od e p i c tt h er e l a t i o n s h i p sa n dc o n s t r a i n t sa m o n g p r o p e r t i e so f s y s t e mo b j e c t s 。i t c a r lb ei n s t a n t i a t e dt om o d e li nv a l u el e v e l b yc o o p e r a t i n gw i t h d b m s n l em o d e li nv a l u el e v e li sg e n e r a t e da c c o r d i n gt oa t t r i b u t em o d e ii nm o d e lb a s ea n d d a t ai nd a t a b a s eb ym o d e lb a s em a n a g e m e n t s y s t e m n l ea l g o r i t h m st os o l v em o d e ld e p e n d s o nt h ed e s c r i p t i o no f 也ec o r r e s p o n d i n gm o d e li na t t r i b u t el e v e l 。t h e ym a yb et h ea l g o r i t h m s c o r r e s p o n d i n g t ot h em o d e li nt h e o r yl e v e l ，o rt h es p e c i t i ca l g o r i t h m so f t h em o d e li na t t r i b u t e l e v e lf r o mw h i c hi ti si n s t a n t i a t e d f 2 ) c o n s i d e r i n g t h ec h a r a c t e r i s t i co f t h em o d e li nt h e o r yl e v e lw h i c hs h o u l dh a v es t a n d a r d d a t as t r u c t u r ea n dm a t u r ec o r r e s p o n d i n ga l g o r i t h m ，t h i sp a p e ra d o p t so b j e e t - o r i e m e dm e t h o d t o c o m p l e t et h er e p r e s e n t a t i o na n dm a n a g e m e n to fm o d e li nt h e o r y l e v e l t h em o d e li s c l a s s i f i e di n t of o u rc l a s s e s 。a n d m o d e lc l a s sh i e r a r c h i c a ls t r u c t u r et a b l e i sd e f i n e d 幻 d e s c r i b eh i e r a r c h i c a la n dp u b l i ci n f o r m a t i o no fm o d e lc l a s s a n d m o d e lc l a s s s p e c i f i c i n f o r m a t i o nt a b l e i st od e s c r i b es p e c i a li n f o r m a t i o no f e v e r y s p e c i f i cm o d e l i nt h e o r yl e v e l ( 3 1b a s e do nu n i v e r s a tr e l a t i o n a lt h e o r y , e - rd a t am o d e la n dr e l a t i o n a d a t a b a s et h e o r y , t h i sp a p e rp r e s e n t san e wm e t h o dt or e p r e s e n ta t t r i b u t em o d e l i nt h i sm e t h o d ，t h ev a r i a b l e c o n v e r s i o nr e l a t i o n s c o n s t r a i n t sa n do b j e c tf u n c t i o n so fm o d e li na t t r i b u t el e v e la r e r e p r e s e n t e db ye x t e n d e ds q ls e n t e n c e 。as e r i e so ft h e o r ya n da l g o r i t h ma b o u tm o d e li n a t t r i b u t el e v e la r ef o t r a d e da n dv a l i d a t e d s ot h et r a n s f o r m a t i o nf r o mm o d e li na t t r i b u t el e v e l t om o d e li nv a l u el e v e li sq u i c ka n d e a s y f 4 1i no r d e rt oe f f e e l i v e l ys o l v em o d e lr u n n i n ga n dm a n a g e m e n tp m b t e m , e v e r ym o d e li n a t t r i b u t el e v e li s d e c o m p o s e dt o as e r i e so fi n p u t ( o ro u t p u t ) o b j c o ts e t s ，r e l a t i o n sa n d c o r r e s p o n d i n gm e t h o d si nt h i sp a p e r , n 他r e p r e s e n t a t i o nm e t h o do f m o d e li nv a l u el e v e la n d t h ea l g o r i t h mf o rm a n a g e m e n ta n dr u n n i n go fm o d e lb a s e d0 1 tu n i v e r s a lr e l a t i o na s s u m p t i o n a r ep r e s e n t e d s ot h er e s t r u c t u r eo f r e l a t i o n a ld a t a b a s ec a nb e c o m p l e t e l yc a r r i e do u t ( 5 ) a c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n t so f f u n c t i o nt h a tad s 矬m u s t p o s s e s s ，t h i sp a p e rf i r s t b r i n g sf o r w a r dt h ec o n c e p to fm e t ad i c t i o n a r y 羽罅n u l lv a l u ep r o b l e mw h i c hm a yo c c u ri n d s sh a v eb e e nr e s e a r c h e d a n dt h ea l g o r i t h mf o rm a n a g e m e n to fm o d e lb a s eh a v eb e e n d e f i n e da n d c o m p l e t e d f & 飘艟c o n c e p t o fm o d e ls e q u e n c eh y p e r - g r a p hi sf i r s tp r e s e n t e di no r d e rt os o l v et h e p r o b l e ma b o u tm o d e l i n g 髓eh y p e r g r a p hi sg e n e r a t e db yt h ei n f e r e n c eb a s e do ni 肋u to r o u t p u to b j e c ts e t so f e v e r y m o d e li nm o d e lb a s e f 7 1ad s s gh a sb e e nd e v e l o p e dw h i c hi sb a s e do nr e l a t i o n a la n dh i e r a r c h i c a lm o d e l r e p r e s e n t a t i o nm e t h o d c o m b i n e dw i t hp r a c t i c a le x a m p l e s ，t h ed e t a i la p p l i c a t i o n so ft h e m e t h o do fm o d e lr e p r e s e n t a t i o na r ei n t r o d u c e da n dt h er e s u l t sc o n f o r m i n gw i t hp r a c t i c ea r e o b t a i n e d 。 k e yw o r d s ：d s s ，d s sg e n e r a t o r , m o d e l ，m o d e lr e p r e s e n t a t i o n ，r e l a t i o n a l ，d a t am o d e l ， u n i v e r s a lr e l a t i o n ，d a t a b a s e , m o d e lb a s e 2 1 绪论 绪论 l 。l 幂l 言 在过去的十几年里，计算机技术的迅速发展促进了计算机在管理备个层次上的广 泛藏溺蹬l 。零麓，入餐是楚澍瑁诗冀辍豹抉遮楚莲黥力察较丈豹存撩容量来疆麓警 理人员进行单项的事务处理工作，如原始凭诞的处理、财务报表的生成和打印等( 电 子数据处理阶段) ，鼓丽系统工程豹斌点，戳企监主篱部门奁管淫串掰要求达潮豹蟊 标和职能部门所提供的业务处理方法为依据。按照业务管理所应遵循的顺序来建立系 统，用来完成例行的、日常的信息处耀任务( 管理信息系统阶段) 辑习【3 n 。当时入们开发 计算枧应用系统的嚣豹是为了把管理人员从絮忙的事务性处蠼工作中勰放出_ 寒，以便 花更多的时间从事决策制订正作。但是在现代信息社会里，任何一项决策的制订都需 要裂月大羹豹绩患、递簿复杂豹计冀，瑟显大多数决繁鼹乏宠蠢数描述、没鸯宠整载 目标或很好的解决方法，管蠼人员在这样的环境中很滩作出最优的或较优的决策。这 祥，决策支持系统( d e e 谴鳓s u p p o r ts y s t e m ， 菇蓐篱称d s s ) t 2 4 1 | l 疲运褥生，它主要雳 来为管理决策者提供分析问题、构造模型、模拟决策过程以及评价决策效果的决策支 持环境。 我们知邀：管璁信息系统( m a n a 弦m e n tl n f o m m t i s y s t e m ，以后简称m i s ) 的意图 是通过提高信息处璃的效率、准确饿和完整性来提离管理水平。因此m i s 的中心是 数攒，宅接髑的主要工其是数据疼管理系绞。但是，e s s 魄核心是模型，决繁入受 根据d s s 内一系列模型运髯结果，结合自己的经验所进行的定性分析，作出最终的 涤策。郡么，蟊餐程计算税审籀透羧鍪，摇褥蠡诗霎糖确定释决霜户| 薅莲静一系残摸 型呢? 这就是e s s 研究者们试图解决的d s s 领域内的基础问题- 模型表示和模型 管壤。而模趱表示方法又壹接决定着模鳌管理的方法和过程，因诧，梭鍪表承方法的 研究是决策支持系统研究中最根本的。 近十年来，人们一直在进行着模型表示方法的研究，并取得了些成果。本章首 先麓要匿黩决策支持系统黪几耪模燮表示方法，指出冬魏表零方法的健缺点，并对本 文提出的模裂表示方法进彳亍简单描述。 1 2 模鲞袭暴方法碜 究圈蕨 1 0 1 蓑璧、蘩据、方法 d s s 是用来辅助人员眷效地解决半结构化和非结构化的问题( 即决策问题) 的计 1 绪论 算挽售息系统f 4 】f 3 】畔l e 。宅不仅瘦懑能够裁裁决繁嚣改进决策效能，瑟最逶痤戆絮 助决策者了解实际的决策行为、什么因素影响决策的效果等，以启发他们寻求改进决 繁效能瓣途径。邃魏，捧秀辖魏天 】愚考王其懿模羹藏蓬鬓巍然穗袋了d s s 的核心。 模型就是系统的本质属性用某种定型式( 如文字、语言、图表、实物或数学公式) 栗袭示酾形式。禳籍它与系统静关系，可进行如下鹣分类： ( 1 ) 原榉模型：原样模型是系统开发末期建立起来的一种实体，窀与目的系统在 结构和过稷方面相麓无凡( 绒基本相同) ，邋过完善和改进以后，就是所要开发的目 的系统。 ( 2 ) 相似模型：根据不阐系统间的相似规律而建立起来的研究用的模型，这些规 辔包摄足餐瓣、逻辑戆彝避程兹撵钕等等。 ( 3 ) 图形模型，有着非常丰富的内容，童要包括：图画、草图、框图、图论中的 图、工程胬、逻辑豳等。图形模鍪中的前三稀銎兔不严格图，繇没考严格确定静援范， 作圈者常常要附加文字说明。后三种图称为严格图，它们有严格确定的规范和形式。 ( 4 ) 数学模型：数学模燕用数学符号和数学公式来表达系统的结构或过程。 数学模型由交爨、参数、变塞转换关系和约束条饽四个郯分组成。 变量燕描述系统状态和行为的纛，是为了研究舔统丽需凝考察和确定的爨，它可 滋分冀三个部分，帮辕入变霪、状态变量秽辕出变爨。输入瓷垂是嚣壤夔热鼍：系统懿 变凝，这些变量中，有些是运行模型时其值无法变更的量，可称它们为不可按输入变 量，露有鏊变量胃久为镶熬，敬使蘩垡输密变量( 露标函数) 逸到最稳，这些变羹称为 可控输入变量，又称决策变量。 参数表示系统篥一瞧质已知静爨，由系统自身决定，它与环境光关，鄂不受输入 变爨的影响。若其德为常数，则称为赋不变参数，若其值随时间丽变化则称为变参数。 变量转换关系用来描述系统的各种参数、变量间的相互转换关系。这种关系是搬 攒系统豹终襁、系缀活动桃理，按照一定懿定理、搬则建立起来靛，一般来说，它是 输入变量、参数向输出变量的转化。 颞名憋义，鳕寒蘩l 孛裁是对模鬃幸交羹豹终紊，茏其楚凌策变豢窥输警变量豹约 束，规定这些变量的取值范围。它是根据系绒的实际情况和决策者的主观愿凝而建立 起来酌。 系统的数学模裂组成如下： 1 霉j j 模型名称： 1 变量 1 1 输入变量( 可控) ：1 1 ，1 2 ，i q 1 2 输入变量( 不可控) ：i q + l ，+ i q + 2 ，i m 1 3 状态变量： s 1 ，s 2 ，o oo ? s n 1 4 输出变量：0 1 ，0 2 ，o t 2 参数 2 1 时变参数：p 1 ，p 2 ，p r 2 2 时不变参数：p r + l ，p r + 2 ，p w 3 变量转换关系 4 约束条件 圈1 1 数学模型的结构 我们常常把图形模型中的严格图模型和数学模型看作是最终模型，其含义有两个 方面：第一，一个系统只有定量描述才能作出实体设计：第二，建立起定量化的模型 才能进行优化。因此，图形模型中的严格图、数学模型是d s s 的主要依赖对象，而 图形模型可通过一定的转换变化为数学模型。因此，研究数学模型的表示方法就成了 d s s 研究的关键。 尽管模型是d s s 的重要组成部分，但它并不是决策支持的唯一途径，数据和数 据库仍然是d s s 的重要组成部分，它主要有两个方面的作用：一是通过查询、统计 分析为管理决策者提供决策支持信息：二是为模型运算提供或存储数据。由于d s s 中需要使用大量的信息且这些信息( 数据) 变化大，无固定的模式，这就要求数据库管 理系统能根据需要及时变化数据库模式并且保证在模式变化过程中不丢失任何信 息。 d s s 的另一个重要组成部分是方法。所谓方法就是求解某种模型的算法，如求 线性规划模型的单纯方法、对偶单纯形法等等。方法库中还包括一些公共的程序模 块，主要用于为使用上述求解模型的方法而对模型进行的初始化和规范化，如将表达 式表示的模型转换成矩阵表示的模型等。某种模型的求解方法可能有许多种，反过来 每种方法也适用于多个模型。 以模型为核心，模型、数据、方法三位一体组成的d s s ，其工作流程大致可描 述为： ( 1 ) 、决策者向d s s 提出信息需求( o p 问题) ； f 2 ) 、d s s 分析用户的需求，如果通过数据库可以回答用户的查询，则生成夯“u 1 绪论 谱伽，取得信息，反馈给用户；否则，转( 3 ) ： ( 3 ) 、根据数据库和模型库的内容，生成一系列求解问题的模型及模型运行顺 序： ( 4 ) 、对于( 3 ) 中求得的模型集中的每个模型，根据其变量、变量转换关系和约束 条件的特征，得出求解该模型的方法，运行该模型得到决策变量输出变量的值，存入 ( 临时) 数据库中，供其它模型运行时调用，这样逐个运行模型集中的模型，并将最终 结果反馈给用户。 1 2 。2 模型淡示方法的要求 扶蔫嚣鳆撼述霹爨番出，模型袭示并不建弧立戆，宅寒数据、方法戆表承形式塞 切棚关。因此，对模型表示方法的要求必然牵涉到数据和方法。这些要求包括以下几 个方甏：疆l 辨l l 、模型、数据、方法成独立存放。这栉用户在修改模烈时不需要去考虑数据魔 髂绪梅和内容醣及求解模型瀚方法，反过来也是一样。丽时，独立存放还可以实现数 据、方法的必享，淤除模型巾变量转换关系和约束条件可能如现的不一致。 2 、各模型之间也应有较高的独立性，用户在定义或修改某一模型时，可以不考 惑黎绫中兹其它摸黧。 3 、模型表示方法应有利于自动生成解决用户问题的一系列模型，也就是既模型 与壤鳖之闻疲存在麓菜释潜在翡美鼗绫毒零l 于模耋豹鑫韵建立。 4 、模型表示应岛数据裘示相一致。前灏已经摁剿：d s s 有非常筒向数据的，也 有非常面向模型静。这实际t 意味麓一个d s s 不仅能够餍箕模墼的运算来囊持警瑷 者波漾，丽鼠还应能用丰富的数据謦日较强的统计能力为管理者的决镟提供数量依据。 值鼹管理者的知识毕竟有限，他不一定是一个计算机专家，豳此就不能要求他们具体 跫霹鹭釜个模型豹名称霸数据爱在躲模式。用户应镌够以嚣紫壹双懿方式( 搬仅指戡 他霄旰需数据的名称) 向d s s 提出问题，而不必过问其结果是数据库中的、还戆由模型 运鼙瀑裂豹。 j 、模烈表示方法还应简单、直观。用户看到的模型( 可称为模型的外模式) 应与 萋l 昕示静模螯一致，置向模鳖静斑部存储( 称为雨模式) 静转彳毛耗时少、算法筒蕈。 这榉羽户于接受，可以根据实际情况对模型作及时的修改。 1 绪论 l 。2 。3 足耱熏要匏壤墼裘暴方法 模型是d s s 的核心，模型表示方法巍接决定漪d s s 能否被用户接受和掌握、能 孬取褥努豹经济效益和孝主会效益。戬下讨论的凡种模型表示模式帮是近几年来国肉、 外学者经常研究的，有的已付诸实施，具有一定的参考价值。 ( i ) 宏命令模登袋示模赋 这种模型表示方法南美国t e x a s 大学的m i c h e a ls y w a n g1 s 9 1 - 1 6 1 1 等人提出，他 们认为：模型是系歹硅用米解决问题的朦始指令。例如，一个线性规划模溅、运辕模 型等都可以看做是一个原始指令。 在d s s 中，瓣决鬟声闽嚣不仅鬟要一系裂鹣模型，蠢避还嚣要蠢谗秘显示一组 数据来支持用户的决策。这组数搬往往是通过实现系列数据查询藏操纵语句来实现 豹。一个复舍蠢键( c o m p o s i t eq u e r y ) 遣哥滋看 睾爨一系翻蠲来完藏数褥壹谗或操级豹 原始命令。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。也就是说， 掰把它们看作为宏命令( m a c r o ) 。 下藤，我们逋过一个例子来说明宏命令模型袭示方法，所要解决的阉题是：企业 的运输问题。 假设d s s 的数据蓐审毒如下豹三个关系模式： 仓库需求量d e m a n d ( 仓库名w a r n ，产品名p n ，需求基r q ) ； 产菇生产量p r o d - c a p a c i t y ( ! k 阕名w n ，产鑫名p k ，生产耋擎q ) ； 运输费用t r a n s c o s t ( 车间名w n ，奄库名w a r n ，产品名p n ，单位费用p c ) 。 鲡袋运输部门熬营壤者需要朔道产菇“计霉器”豹生产量、露存董和运输费嗣等 方面的信息则可以采用以下的数据查询操纵语句： s e l e c tw 删，p n ，r q f r o md e m a n d w h e r ep n = “c a l c u l a t o r ” g i v i n gc a l c - r e q u i r e s e l e c tw n ，p n ，p q f r o m p r o d - c a p a c e t y w h e r e p n = “c a l c u l a t o r ” g i v i n g c a l c p r o d s e l e c tw n ，w a r n ，p n ，p q 1 绪论 f r o mt r a n - c 0 s t w h e r ep n = c a l c u l a t o r ” g i v i n g c a l c - t r a n s - c o s t s e l e c t + f r o mc a l e - t r a n s c o s t ，c a l e p r o d w h e r e c a l c t r a n s c o s t ，p n = c a l e p r o d p n g i v i n g c a l c - t r a n s - c o s t p r o d s e l e c t + f r o m c a l c - t r a m c o s t p r o d ，c a l c - r e q u l v e w h e r e c a l c - t r a n s c o s t p r o d ，p n 2 c a l c - r e p u i v e ，p n g i v i m gt r a n s p o r t a t i o n m a t r i x 上述的五个查询语句主要用来抽取每个车间生产“计算器”的产量、每个仓库对 产品“计算器”的需求量以及从各个车间向每个仓库运送“计算器”所需的单位费用， 最终的信息被存放在t r a n s p o r t a t i o n m a t r i x 关系中。 如果把以上的查询语句定义为一个复合查询( 即宏命令) ，即f o 蹦i n g 一认n s m a t i u x c a l c ，则用户进行上述信息查询的工作将大为简化。在要获取 “c a l c u l a t o r ”的有关信息时，用户不必输入上述的五个查询语句，而仅需输入下面 的命令：i n v o k ef 0 砌订i n g t r a n s m a l r 一c a l c 就可以达到同样的效果。 如果有必要的话，宏命令还可以带有参数，在用户程序或查询语句适当的地方调 用它。上面的例子形成的关系是专为“c a l c u l a t o r ”而设计的，我们可以从设计一个 带有参数p r o d u c t 的宏命令，它可以用来为任何一个产品生产关系 t r a n s p o r t a t i o n m a t r i x ，例如： i n v o k ef o r m i n g t i 己a n s m a t r f o r “h o m e c o m p u t e r ” 它将生成关于“h o m ec o m p u t e r ”的t r a n s p o r t a t i o n m a t r i x 。 假设运输部门希望制订一个关于“c a l c u l a t o r ”和“h o m ec o m p u t e r ”的运输计划， 以使总的运费最小。为了解决这个问题，可以采用运筹学中的方法运输模型。假 设这个运输模型是基于关系t t l a n - - s p o r t a t i o n - - m a t r i x 的，且已用d s s 的建 模语言编程，并定义成名为“t 融n s p o r t a t l 0 nm o d e l ”的宏命令，则辅助决 策者制定“c a l c u l a t o r ”和“h o m ec o m p u t e r ”的运输计划的过程为： i n v o k ef o r m i n g t r a n s m a t r i xf o r “c a l c u l a t o r ” 螬j ： i n v o k et r a n s p o r l a l 、l o n m o d e l i n v o k ef o r m i n g - t r a n s - m a t r i xf o r “h o m e c o m p u t e r ” l n v o x et r a n s p o 歉王a t i o n m o d 嚣l 懿立d s s 的基础正具一模型块( m o d e l b u i l d i n gb l o c k ) ( 如上述的复合查询、运毫 模型) 并不是决策老熬主要蠢经，这些模型块鑫系统分褥久受、系绞设褚+ 天昃兰式。 决策者的主要工作是明确问题，选择含适的模型块( 以宏的方式调用) 来解决用户问 题。遴遵改交宏串的参数来送行灵敏液分寿厅袋解决“倘若蒋会怎样”( w h a ti n i i 闻 题。 宏命令模翟表示方法简单、易于寰现，许多d s s 郁是以这样的方式实现的如 m a g i c r o c 决策支持系统等，国内、终许多专家都攘荐使用这秘方法1 0 ) f 1 3 1 。但是， 宏命令模型表示方法还存在着下面一然有待继续研究的问题： ( 1 ) 、宏鑫令模登衰承模蕊无法实瑗求瓣羯户润繇豹模型瓣塞动建立，决蘩翥必 须根据实际情况列出求解问题的一系列宏命令。这不仅增强了决策人员的负担，同时 藿王降低了求簿润嚣豹瑟活往。 ( 2 ) 、模型、方法没有实壬见独立存放，使得模型的修改相巍困难，而且模烈运算 的方法也较单一。对一个模型的运算只能采用一种方法，否臻| j 将增加系统的必余量。 ( 3 ) 、模裂中的重要组成部分：变量转换关系、约束条件没有得到很好灼表承。 以上这些问题的存在，决定了宏命令模型表示模式不可能成为未来d s s 的主要 搂型表示方法。 2 ) 调词模型表示模波 b o n c z c k 、h o l s a p p l e 和w i n s t o n 等人在7 9 年以来发表的系列文帮2 3 】_ f 2 6 1 中j l 4 述 了谓逶演算公袋来表零搂鍪黪基本嚣疆，d u t t a 、b a s u 等天在蠹乏基磁上终了避一步的 改进和提高 3 6 1 。他们认为：利用谓演弊公式来表示模溅具有许多益处，这主要是由 谓词演算公式的特点掰决定静，其体表现在： ( 1 ) 谓词演算公式是描述和操纵系数据库郝可以刹用谓词数据的有效工具，数据 库、兜其是关来进行分析； ( 2 ) 具有完备的接骧枧制，为数握奎途和模型的蛰理提供了扎实懿理论基戳： ( 3 ) 谓词演算公式是程序设计的有散工具，基于逻辑的程序设计语言p r o l o g ， 已经躐功逮瘦羯于许多矮域。 因此谓词演算公式用于模型表示、分析模型的建立以及将从数据库中提取的赋予模型 1 绪论 | i n q 琴数还是比较合适的。 个模型可以用下述的谓词演算公式表示： a l a 2 “a n - b 为了便于揄和建模的需要，它又可以转化成如下的形式： alv a 2 v a v a n v b 这e1 1 可以为0 ，即模型可以由一个谓词b 组成。这个谓词可用来表示数据库中的关 系模式或所谓的虚关系( v i r t u a lr e l a t i o n ) 稍词可以分为三类： 一是静态谓词，主要是关系数据库中定义的关系，关系中的数据项将以对应谓词 的变揎出现： 二是动态谓词，也称动态谓词，用来定义、计算模型的输入、输出界面，一个模 型谓词对应于系统内的程序，谓词中的变量对应于系统内的参数： 三是参数谓词，用于模型间的信息交换，是连接各类谓词的谓词，如前面所说的 “盘”关系。 1 芏一个用于表示模型的谓词演算公式中最多只能出现一个动态谓词，且动态谓词 汉能出现在蕴含“_ ”的左边，出现在“一”左边的其它谓词用来定义模型的输入， 出现在“斗”右边的谓词用来定义模型的输出。 下面是一个用谓词演算公式来表示的一个具体模型e o q ，它用来计算在已知订 货锶、存货费以及需求量的情况下确定最佳的订购量。 o c ( c o ，i ，p ) ad m d ( d ，i ，p ) ah c ( c n ，i ) ae o q ( c o ，d ，c n ，q ) _ o ( i ，p ，q ) 上述这个公式可解释为：如果c o 、d 、c n 分别是产品i 在时期p 内的订货费、 需求量和存货费，则以输入参数c o 、d 、c n 运行模型e o q 将得到输出变量订货量q 。 在述卜公式中，e o q 是动态谓词，o c 、d m d 、h c 、0 均为参数谓词，它们均用来 定义模型之间、模型和数据间的接口，比如h c 用于下面的模型中： t i m e ( p ) 人i t e m ( i ，x ，y ，z ) a h o l d ( p ，y c n ) - - h c ( c n ，i ) 在这个例子中，h c 既作为模型e o q 的输入，又作为h o l d 模型的输出。h o l d 模型主要用来计算产品i 的存货费。在这个模型中，t i m e 、i t e m 是静态谓词，在数 墨童系统中可找到其相应的关系模式。 通常采用归结反演的方法来进行一系列模型的自动生成，可以分两步来进行： 笔一步，归结反演阶段，在这个阶段主要是利用归结反演的方法建立解决用户问 要j j 摸型，直到证明工作完成或归结反演工作再也无法进行下去： l 绪论 第二步，在第一阶段结束时，如果证明还没有完成，鼠存在一模氆，这个模型“呻” 篪边的静、动态谓词都有了确定的值( 即这个模型是可以运行的) ，则运行这个模型， 返回到第一步；否则也就熄说没有模型可以运行，或模型运行失败，则过程必败，即 系统光法解决用户的问趣。 综主胼述：谓词模登装示横式比宏命令模疆表示方法大大提高了一步，因为它实 凝了解决焉户瓣惩静模型豹鑫葫编载过器，麸磊使决策者免予陷入复杂静编程工作。 键逮攥懿是，谓溺穰燮表嚣模式在其它方甄毒宏翕令模型表示模式仍相差无死，势没 旃取裰多大蛇进展。 ( 3 ) 模羹摘；拳l ( m o d e la b s t r a c t i o n ) 棋辇表示方法 d o l k 、k o n s y n s k i 澎1 1 3 5 1 1 4 习用一种他们称之为模型抽象的东西来表示模型。模型抽 蒙是入工智能中众多知识表示方法( 如逻辑、兢刚，语义翻络、框架等) 的综含产物， 讴它每框檠更兔接近。 搂鍪l 撞象垂数据实捧( d a t ao b j e c t s ) 、裁n ( p r o c e d u r e s ) n 断蠢( a s s e r t i o n s ) = 部分缀 残，毙匿l + 2 模型熟象( 恋4 q 矗篁l 叠盗盈j 盆) 数据宴体 实体1 ：实髂类型 实体m ：实体类型 程序 程序1 ： 程序n 断言 断蠢1 叛嘉w 图1 2 模型抽象的结构 数据实体中列出构成模型的所有数据项和它们的类型，数据类型又可以是另外一 个模激抽象。 程序部分列出可运用于本模型的所膏程序，以及该程序存取和输出的数据实体。 模垄巾程净可分为以下西类： ( 1 ) 数据实体搡级： 穆) 枣尔运算； ( 3 )交换算法( 郭从一秘模型撞象表示戆模型转化裁凳一静模型接蒙豹模 。9 1 绪论 型) ( 4 )求解模型的算法。 叛害罄分列出鸯关鼗霉实傣窝程窿静信惑戳及它稍之蓠懿攘互关系，它稍掰戳是 一系列谓词演算公式。 躅l 3 楚一个糟模篷抽象寝示静线性规鲻模型邋个模型怒用数学表达式来表示 的，舆有下述五种数据实体： 1 ) 嗣标函数( o b j e c tf u n c t i o n 简称0 f ) 2 ) 约束条传( c o n s 妇i n 扭麓穆c o n ) 3 ) 参数( p a r a m e t e r s 简称p a r ) 4 ) 索弓l 集c m d e x s e t s 麓穆i d x s e t ) a b s t r a c t i o nl p 菡e q n m q 驼王墨l d a t ao b j e c t s o f ( o b j c o t - f c n ) e x p r ( o b j e c t i v e - f c n ) c o n ( c o n s t r a i n t ) e x p r f c o n s t r a i n t ) i d x s e t ( i n d e x - s e t ) v e c t o r ( i n d e x s e t ，i n t e s e r ) p a r ( p a r a m e t e r ) v e c t o r ( p q r a m e t e r , r e a l ) v d ( d e c i s i o n - v a r ) v e c t o r ( d e c i s i o n * v a tr e a l ) p r o c e d u r e a d d o f ( o b j e e t i v e - f e n ，l p - c a n ) # a d d o b j e c t i v ef u n c t i o n t om o d e l a d d c o n ( c o n s t r a i n t , l p - c a n ) # a d dc o n s t r a i n tt om o d e l d e l c o n ( c o n s t r a i n t , l p - e a n ) # d e l e t ee o n s t r a i mf r o mm o d e l t 3 ( 1 p e a i l ，l p m a t r i x ) # t r a n s f o r m a t i o nt om a t r i xr e p r 我+ ( 1 p - e a n , i p - n o d e s ) # t r a n s f o r m a t i o nt on e t w o r kr e p r l i n e a r ( e x p r ，d v ，b o o l e a n ) # i se x p r e s s i o nl i n e a ri nd e c i s i o nv a r i a b l e ? a s s e r s i o n s ( 1 ) l i e a r ( o b j e c t i v e - f c n ，d e c i s i o n - v a r ) ( 2 ) l i n e a r ( c o n s t r a i n t ，d e c i s i o n v a r ) # a l le x p r e s s i o nm u s tb el i n e a r # i nt h ed e c i s i o nv a r i a b l e ( s ) e n dl p - e q n 圈1 3 线性规划模型 l 跨j ： 基于模型抽蒙的模裂库有许多有用