专题02-DSS体系结构

专题02---DSS体系结构第一页，共67页。专题2DSS的系统结构第二页，共67页。目录概述X库体系结构基于知识的体系结构两体系的比较智能DSS的结构DSS体系结构分析第三页，共67页。总况DSS定义难，但有基本特征随着科技发展，实现DSS方法手段多样DSS形态上表现出来的多样性主要在于整体结构和基本构造上。但有基本特征：集成性---部件（模块）集成一、概述4第四页，共67页。DSS目标与功能目标工作环境作业调度、运筹管理、战略规划（定量分析--------定性分析、人工推理）工作任务明确工作是考虑DSS的支持水平实用性、合理性、可能性、阶段性功能信息服务科学计算决策咨询人工智能5第五页，共67页。20世纪70年代-20世纪80年代初，DSS主要由五个部分组成：人机接口（对话系统）、数据库、模型库、知识库和方法库。后来在些基础上发展相应的管理系统10个部件基本上可以组成任何层次和级别的DSS20世纪80年代开始，有人提出DSS由语言系统LS、问题处理系统PPS和知识系统三部分组成LS就是人机接口，强调语言（自然语言）作用PPS是为了LS配备的数据、模型、狭义知识统一为广义知识两大体系6第六页，共67页。二、X库体系结构X库的基本结构三库的结构形式X库体系结构的发展7第七页，共67页。1X库基本结构1980年Spraque提出财务、生产、营销、人事、其他其他内部数据文档数据外部数据战略模型战术模型作业模型模型构造模块和子程序8第八页，共67页。特点管理信息系统MIS可以看成是对话部件和数据部件组合而成的，而DSS是MIS的进一步发展，即增加了模型部件。DSS也不同于单模型的辅助决策，它具有存取和集成多个模型的能力，而且具有模型库和数据库集成的能力。9第九页，共67页。人机对话部件1．提供丰富多彩的显示和对话形式菜单、窗口；命令语言和自然语言；多媒体及可视化技术。多媒体技术，极大地丰富了人机交互的内容。2．输入输出转换3．控制决策支持的有效运行10第十页，共67页。数据库部件DSS对数据库的要求从外部数据库析取数据的能力不仅能存储一般数据，也要能存储中间结果，保存工作空间以及存储有关操作步骤等信息数据细化具有比一般数据库更强的随机存取性能DSS数据库组成数据析取模块DSS数据库数据库管理系统数据字典数据查询模块11第十一页，共67页。数据析取数据析取子系统性框架数据管理系统源数据库DSS数据库DSS数据管理接对话子系统集聚子集数据描述数据显示12第十二页，共67页。数据库部件MIS和DSS的数据库系统不同点工作目标不一样MIS支持日常事务处理，注重原始数据收集、整理和组织，更庞大、复杂DSS支持决策，重视综合数据，经过处理的对数据库的管理方式差别MIS是DBA直接服务的对象DSS与DBA关系不是非常密切，通过MIS获取信息对DBMS要求有差别MIS对数据的组织、查询、检索、统计功能要求较高，还要提供制表、绘图、显示等功能DSS要求DBMS具有很强的数据预处理和数据分析能力，计算机推理服务13第十三页，共67页。模型库部件DSS之所以能提供决策，主要是有为决策者提供推理、比较选择和分析整个问题的模型库MB目标：在决策者需要时按要求构造模型MB原则：不一定很复杂，但求实用特别注意推理能力和决策者的干预MBMS主要功能模型库与模型字典的定义、建立、存储、修改、删除及重构等模型的选择、建立、拼接和组合模型的运行控制数据接口的转换围绕数据库把各种模型有机地连接起来是DSS的一种理想的构造形式14第十四页，共67页。(1)三角结构2三库结构形式15第十五页，共67页。特点把DSS的三大构件组成一个三角式的网络结构。用户通过对话管理部分以各种对话形式直接与数据管理和模型管理部分对话，查询或操作数据库，或运行模型获得结果。数据管理部分根据对话管理部分送来的命令信息，进行数据查询，然后再把结果经由对话管理部分送回用户。在运行模型时，或者直接从外界（用户）获得输入参数，或者从数据库中调入数据作为输入，模型运行后产生的结果通过对话管理部分直接送给用户，或先放入数据库以便继续处理，或作为其他模型的输入。16第十六页，共67页。(2)串联结构17第十七页，共67页。特点对话部分不再与数据管理部分有直接联系，对话管理部分若与数据管理部分传达命令或接受数据都要间接通过模型管理部分来转达。这样稍增加了一点模型管理的功能，但是省去了一套接口，使结构更加简单，更易于开发和维护。18第十八页，共67页。(3)熔合结构19第十九页，共67页。特点数据管理部分被熔合在模型管理之中，所以两者之间互不独立，既可以说是模型管理建立在数据管理的基础上，也可以说是数据管理被嵌入模型管理之中。模型管理与数据管理两部分之间没有明显的接口。数据库与模型库的维护和管理都统一地由一个数据库管理系统来实现，模型管理主要负责模型的建立、选择、拼接、组合、运行控制以及数据库接口的转换等。20第二十页，共67页。(4)以数据库为中心的结构21第二十一页，共67页。特点这种结构与熔合结构的主要区别在于增加了一个“模型管理接口部分”。由这个接口部分把各种具体数据库管理系统的功能转换成一个统一的标准调用接口，供各个模型使用。避免了各模型对具体数据库管理系统的依赖。在这种结构中，当对话管理部分要求和数据库打交道时，可通过模型库中的一个特殊的“模型”来进行，这个“模型”的功能仅仅在于把对话管理部分的信息传递给数据管理部分，反之又把结果传出。22第二十二页，共67页。X库体系结构的发展二库---数据库+模型库三库---+知识库四库---+方法库（优化、预测、矩阵方法求解）五库---文本库（提供决策问题与环境的描述信息）六库七库….3X库体系结构的发展23第二十三页，共67页。知识库DSS向智能化发展时，知识和推理是关键DSS设计知识库目的：扩大与决策者共有的论域，以便更好沟通思维。开发知识库应考虑：为自然语言理解创立语义和语用环境为建模和数据计算提供必要的分析基础补充和延拓决策人员的思维能力开发知识库的关键技术:知识的获取和解释知识的表示知识推理知识库的维护和管理24第二十四页，共67页。方法库具有某一特定应用领域的功能程序，用以描述数据结构和功能要求的通用、格式化的接口建立方法库的难点之一：把数据库和程序库综合起来，需要增加MBS的适应性和灵活性新一代MBS应具有如下功能:具有扩充性的程序组件，和多种数据库相联，组件集合呈层次结构有与应用有关的控制系统，能把特定应用的要求转换成相应的系统程序。随时可加入新的组件（程序和方法），包括建立全新的方法和组合生成新方法25第二十五页，共67页。2“三系统”结构1981年R.H.Bonczek提出三、基于知识的体系结构26第二十六页，共67页。特点（1）强调问题处理系统的重要性问题处理系统是解决实际问题的关键所在。问题的解决首先需要对问题进行形式化描述，包括数据、知识的表示、组织、存取和利用；对问题的求解提出方法和途径，使之能够得到问题的解答。在问题求解时要利用知识系统中的知识。27第二十七页，共67页。特点（2）强调语言系统问题求解、决策支持需要通过计算机语言来完成。计算机语言种类很多，目前计算机语言仍属于“上下文无关文法”，它离自然语言相差较远。为了有效地进行问题求解，一般在计算机的输入和输出方面要求采取简化的自然语言以及有效的人机交互环境来帮助人的理解和使用。语言系统利用计算机语言来形式化描述

问题处理系统和知识系统，它使决策支持系统能在计算机上实现。28第二十八页，共67页。特点（3）把数据、模型、规则统一归为知识系统从知识的广义角度看，数据是事实型知识，模型是过程性知识，规则是产生式知识，这些知识都为解决决策问题提供服务。这样，可把数据、模型、规则统一看成是为问题处理系统服务的知识。29第二十九页，共67页。1．语言系统提供给决策者的所有语言能力的总和称为语言系统（LS）。一个语言系统既包含检索语言（可由用户或由模型来检索数据的语言），也包含计算语言（由用户操纵模型计算的语言）。决策用户利用语言系统的语句、命令、表达式等来描述决策问题，编制程序在计算机上运行，得出辅助决策信息。30第三十页，共67页。2．知识系统最基本的知识系统由数据文件或数据库组成。更广泛的知识是对问题领域的规律性描述。这种描述用定量方式表示为数学模型。这种形式的知识我们可以称为过程性知识。随着人工智能技术的发展，对问题领域的规律性知识用定性方式描述，一般表现为产生式规则。除了数理逻辑中的公式、微积分公式等这种精确知识外，一般表现为经验性知识。它们是非精确知识。31第三十一页，共67页。3．问题处理系统问题处理系统是针对实际问题提出问题处理的方法、途径；利用语言系统对问题进行形式化描述，写出问题求解过程；利用知识系统提供的知识进行实际问题求解；最后得出问题的解答，产生辅助决策所需要的信息，支持决策。32第三十二页，共67页。（1）信息收集信息收集是问题处理的基础。信息来自于决策用户或来自于知识系统，来自用户的信息借助于语言系统经过编译技术转换成问题处理系统所需要的内部信息。来自知识系统的信息是对数据的存取和对模型的调用，为问题处理系统服务。功能33第三十三页，共67页。（2）问题识别问题识别是完成将实际问题转换成计算机能进行求解的过程通过对问题的分解、分析，建立问题求解的总框架模型。这种总框架模型包括各组成部分的目标、功能、数据和求解要求。它们一定是能够在计算机上得到解决的，或者是把它们变换成计算机能够求解的。功能34第三十四页，共67页。（3）模型生成模型生成重点在于生成决策支持系统总框架模型，根据问题识别的总框架模型：决定各组成部分是建立新模型，还是选择己有的成熟模型；多模型如何组合；需要利用哪些数据；是采用数值计算模型还是采用知识推理模型；模型生成是由人来设计总框架模型，还是通过人机交互来自动生成总框架模型，这在实现时差别很大。自动生成模型需要利用程序自动生成技术。功能35第三十五页，共67页。

（4）问题求解在决策问题总模型生成以后，下一步便是进行问题求解。总模型连接所需的基本模型、所需要的数据。通过它们之间的接口技术和系统集成技术把它们组成一个有机整体，进行问题求解，得到支持决策的信息反馈给决策用户。功能36第三十六页，共67页。两种基本知识的框架结构问题处理子系统知识子系统语言子系统表示系统语言子系统问题处理子系统知识子系统Bonczek框架Holsapple框架37第三十七页，共67页。“X库”与“基于知识”的优劣“X库”与“基于知识”的统一四、两体系的比较38第三十八页，共67页。三部件之间关系明确，即它们之间的接口关系和集成关系明确，便于决策支持系统的设计和关键技术的解决。便于和其它系统区别。它和管理信息系统（MIS）的区别在于DSS多了模型部件；和专家系统（ES）的区别在于DSS是以模型、数据部件进行数值计算为主体的系统，而ES是以定性知识进行推理为主体的系统。“X库”优点:1“X库”与“基于知识”的优劣39第三十九页，共67页。没有突出DSS的问题处理特性。问题处理系统是解决决策问题的核心，它虽然用到模型和数据，但对不同的DSS，问题处理是大不相同的。作为该“三部件”结构，可以理解为DSS的问题处理系统隐含在人机交互系统中。没有突出语言系统。DSS所采用的语言有特殊的要求，它包含数据库语言和高级语言的双重功能。作为该“三部件”结构，可以理解为DSS的语言系统也隐含在人机交互系统中。“X库”缺点:40第四十页，共67页。突出了问题处理系统（PPS）的重要性。在设计和开发DSS时，应该重点考虑决策问题的处理。明确了语言系统（LS）在人机交互中的作用。人机交互是要通过语言系统来完成的。决策问题的形式化也要用LS来描述。统一了知识的看法。将数据、模型、规则看成是知识的不同表现形式。“基于知识”优点:41第四十一页，共67页。忽略了数据库系统、模型库系统的相互关系。与其它系统的区别不显著。如果把LS看成是数据库语言，把KS看成是数据库，把PPS看成是管理信息处理，则该系统就成为MIS；如果把LS上看成是LISP或PROLOG，把KS看成是知识库，把PPS看成是推理机，则该系经就是ES。这样，从宏观上看不便于它们之间的区别，这是该结构的致命弱点。“基于知识”缺点:42第四十二页，共67页。对两种结构形式的分析可知，用“三部件”结构来代表DSS更合适一些。数据、模型与知识不但本质上不同，而且它们之间存在接口。在“三系统”结构中，把数据、模型和知识统一在知识系统中，这不利于DSS的开发。“三部件”结构中的最大弱点在于“对话部件”太简单。该部件应该是“三系统”中问题处理系统和语言系统的综合部件。把“对话部件”改为“人机交互与问题处理系统”即“综合部件”更合适一些。它可对决策问题的“多模型组合运行、大量数据库的存取、人机交互”综合为一个整体，形成实际决策支持系统。2“X库”与“基于知识”的统一分析43第四十三页，共67页。DSS的统一结构44第四十四页，共67页。DSS的统一结构人机交互与问题处理系统（综合部件）可理解为对实际决策问题的人机交互与集成处理，它包含的功能有:1人机交互2控制模型的运行3多模型的组合运行4数值计算和数据处理45第四十五页，共67页。人机对话系统概述用户界面、对话系统、人机接口早期用命令语言和对话管理系统构造80年代后用语言系统和问题处理系统实现人机交互人机界面把用户与数据库、模型库、知识库和方法库连接在一起交互作用是DSS区别MIS的重要方面46第四十六页，共67页。人机对话目标用户了解模型了解数据系统现有加工方法情况，包括类型、应用条件等通过运行模型使用户取得某种分析结果或预测结果启发式模型选择结果反馈，模型评价修改结果输出47第四十七页，共67页。人机对话目标系统维护报告模型使用情况分析偏差规律及趋势修改运行模型，比较结果，发现问题模型组合比较分析系统修改48第四十八页，共67页。新的人机界面应满足如下要求为决策者提供进一步理解决策问题的过程—试探性和启发性，特别是非结构化问题给决策者一种“身临其境”感受提供DSS适应新的决策问题及环境的手段，构造新问题、新模型为决策者提供控制的权力—个人偏好充分考虑到用户不是计算机专业的49第四十九页，共67页。对话设计中的技术问题用计类别开发者和非开发者新用户和熟练用户长期用户和临时用户对话设计中的问题一致性问题对话协定问题屏幕设计反馈和辅助问题出错控制响应时间50第五十页，共67页。人机对话的方式问答对话系统驱动适应对要解决的问题不太熟悉，而又缺乏经验的用户命令语言用户驱动要求系统有很好的解释命令语言的程序对用户要求高命令语言效率较高菜单会话总控用菜单，子功能用问答对话或命令语言51第五十一页，共67页。结构化人机对话模式的提出问题提出人机对话部分费用占DSS的软件费用的大部分美国GADS，占60%，运行维护修改占75%DSS适应不同用户的需求基本思路找出对话逻辑的规律并对它进行描述综合分析，对人机对话内容归纳分类，如正文、处理、检验、流程控制等52第五十二页，共67页。早期IDSS主要由DSS和知识库组成，在此基础上演变出其它多库系统为增强知识处理能力，后发展成由问题处理与人机交互系统、模型库系统、数据库系统以及知识库系统组成的IDSS之后又发展了一些其它形式陈晓红提出层次结构模型，将IDSS的求解过程分四个层次：应用层、任务层、功能层和物理层上海交大谢康林提出以知识库存为核心和主导的IDSS结构北方交大黄平提出一种智能控制系统与问题管理系统来统一调控IDSS各个部件，智能控制系统作为整个系统的核心部件五、智能决策支持系统的结构53第五十三页，共67页。比较统一的观点54第五十四页，共67页。智能决策支持系统（IDSS）是在决策支持系统（DSS）的基础上集成人工智能的专家系统（ES）而形成的。决策支持系统主要由（1）人机交互与问题处理系统（由语言系统和问题处理系统组成）:（2）模型库系统（由模型库管理系统和模型库组成）；（3）数据库系统（由数据库管理系统和数据库组成）等组成。专家系统主要由知识库、推理机和知识库管理系统三者组成。决策支持系统和专家系统集成为智能决策支持系统。比较统一的观点55第五十五页，共67页。DSS与ES集成的几种结构模式智能DSSIDSS::=DSS+ES多ES集成式DSSMESIDSS::=DSS+MES+TAMES::=(ES1,ES2,…,ESn)TA::={其它各种技术方法}ES::=(KB,IE)组成部分ES化的DSSESCDSS::=(DS+ES1,MS+ES2,DIAS+ES3)DS::=(DB,DBMS)MS::=(MB,MBMS)56第五十六页，共67页。（1）DSS和ES的总体结合。由集成系统把DSS和ES有机结合起来(将两者一体化）。[三种形式]（2）KB和MB的结合。模型库中的数学模型和数据处理模型作为知识的一种形式，即将过程性知识加入到知识推理过程中去。（3）DB和动态DB的结合。DSS中的DB可以看成是相对静态的数据库，它为ES中的动态数据库提供初始数据，ES推理结束后，动态DB中的结果再送回到DSS中的DB中去。IDSS::=DSS+ES的三种形式57第五十七页，共67页。三种IDSS的集成形式:1DSS和ES并重的IDSS结构2DSS为主体的IDSS结构3ES为主体的IDSS结构智能决策支持系统的集成结构58第五十八页，共67页。DSS和ES并重的IDSS结构

集成系统可以有两种形式:（1）DSS和ES两者之外的集成系统，它具有调用和集成DSS和ES的能力，这种结构形式如右图。（2）将DSS人机交互与问题处理系统功能扩充