第1章 决策支持系统概述 - 副本

数据仓库和决策支持系统主讲：鲁明羽大连海事大学信息科学技术学院研究方向：智能数据分析与数据挖掘电话mail：lumingyu@课程主要内容决策支持系统的相关概念决策推理与决策支持系统数据仓库的基础知识数据仓库的建造技术OLAP技术数据仓库的应用数据仓库的发展趋势数据挖掘方法简介教材及参考书

教材：[1]陈京民等.数据仓库与数据挖掘技术（第二版），电子工业出版社，2007-12-01.[2]（美）W.H.Inmon著,王志海等译，数据仓库（第4版），机械工业出版社，2008.8.

[3]

高洪深，决策支持系统（DSS）理论·方法·案例（第四版），清华大学出版社，2009-09-01.

参考书：[1]徐洁磐，数据仓库与决策支持系统，科学出版社，2005年4月，第1版。

[2]黄梯云，智能决策支持系统，电子工业出版社，2001.

第一章决策支持系统概述本章内容决策支持系统的定义决策支持系统产生的背景决策支持系统的发展阶段决策支持系统主要部件决策支持系统与企业决策决策支持系统的理论基础与DSS相关的若干概念决策支持系统的发展方向1.决策支持系统的定义计算机发展初期，主要用于科学计算问题，随后转向事务处理问题。EDP（Electronicdataprocessing）解决了一些办公自动化中的数据处理问题，但缺乏数据的系统处理能力。企事业单位的业务数据处理需求，促使MIS系统得到迅速发展和普及，解决了信息存储、组织和利用问题，促进了企事业单位信息化的进程，但不能分析挖掘并利用数据库中潜藏的深层知识。1.决策支持系统的定义20世纪70年代，学术界对于应用系统分析、传统运筹学、MIS等学科的发展和作用进行了反思，认为它们都遇到了一些障碍，主要是由于不重视或者无法正确体现决策者的真实需求和作用。社会与技术的发展，需要一种既能支持管理者决策、又能体现决策者意图和作用的新技术。1.决策支持系统的定义1971年，美国麻省理工学院的Keen和ScottMorton在《管理决策系统》一书中首次指出计算机对于决策的支持作用，提出了决策支持系统(

DSS---DecisionSupportSystems）的概念。顾名思义，DSS是为管理决策提供技术支持的计算机系统，主要提供决策所需的必要信息和知识。IBM公司将DSS与BI（BusinessIntelligence）等同。商务智能1989年美国加特纳公司的分析师HowardDresner首次提出“商务智能”的概念。商务智能是数据仓库、联机分析处理和数据挖掘等相关技术走向商业应用后形成的一种应用技术。该技术收集、汇总了与商务活动有关的各种数据，将其集成到数据仓库中；采用联机分析技术对商务活动进行实时的监控、分析，便于及时采取有效的商务决策，提升商务活动的绩效；应用数据挖掘技术对描述商务活动的数据进行挖掘，以获取有效的商务信息，从中提取商务知识，为企业商业发展寻找新的机遇。商务智能商务智能的体系结构商务智能体系架构主要有：比尔•恩门的信息工厂架构扎克曼的企业体系结构美国数据仓库研究院的商务智能体系结构加特纳公司的商务智能体系结构等。这些体系结构中均包含了商务分析、OLAP、数据挖掘和数据仓库四大部分。1.决策支持系统的定义一般认为，DSS是以数据、模型、方法以及知识和工具为主体，结合并利用了计算机强大的信息处理能力和人的灵活判断能力，以交互方式辅助决策者解决半结构化和非结构化系统问题，通过定量分析，为各级管理者提供辅助决策。70年代末期，DSS一词已经非常流行，由此开始了信息系统新的发展阶段，并形成了决策支持系统这一新学科。2.决策支持系统产生的背景2.1从数据库到数据仓库的必然发展20世纪60年代后期=〉数据库时代三种典型数据库：层次数据库网状数据库关系数据库处理功能以信息检索为主，属于事务处理事务处理(TP---TransactionProcessing)

分析处理(AP---AnalyticalProcessing)2.决策支持系统产生的背景早期的DSS（20世纪80年代初期）：直接在数据库之上建立分析模型，构成一种用于数据分析、预测和决策的系统，一般为双库结构（图1.1），。分析模型：以演绎性推理的数学模型为主统计分析，线性规划，最小二乘法，回归分析等DSS两库结构(三角式)图1.1DSS双库结构对话部件人机接口界面，协调通信数据库部件（根本）组织形式：

层次模型；网状模型；关系模型

模型部件（*核心）与对话部件交互，与数据库部件交互DSS两库结构(三角式)DSS两库结构(三角式)模型——是以某种形式对一个系统的本质 属性的抽象描述，揭示系统的功能、行为及其变化规律。模型库系统——以库的形式对模型进行组织和管理，包括模型库及模型库管理系统。基于双库的决策系统真实系统环境外部信息内部信息与人的行为有关的信息问题决策决策者操作响应对话系统数据库系统模型库系统DSS图1.2

基于双库结构的决策系统2.决策支持系统产生的背景基于模型库和方法库的DSS（三库结构）随着数学模型的结构日益复杂，并且涉及多种数学方法，数学模型中的数学方法部分被分离出去，形成了数学模型和数学方法两个部分，分别称为（数学）模型库和（数学）方法库，构成了三库结构的DSS（20世纪80年代中期，图1.3）。更为复杂的DSS结构（四库，五库，群库）DSS三库结构方法库管理系统图1.3DSS三库结构DSS四库结构（经典结构）图1.4DSS四库结构DSS五库结构图1.5DSS五库结构DSS群库结构近年来，有学者提出增加DSS的组成部件，从而形成5库、6库、7库、8库等群库结构。即：

DSS=群库系统+对话系统（人机界面）群库系统：模型库方法库知识库工具库数据库文本库图形库语音库空间信息库…DSS功能两库结构

三库结构

四库结构

五库结构

DSS的演变结构化问题半/非结构化问题

DSS空间范围桌面DSS网络DSSDSS库结构2.2TP环境不适应DSS应用1.事务处理(TP)和DSS所需数据的粒度不同在事务处理（TP）环境中，操作的是数据库中的数据（一般为原始的业务性数据）。数据格式和描述方式并不适合非计算机专业人员进行业务上的分析和统计；而在分析处理环境中，需要的是对原始数据进行统计加工的统计性、总结性数据。DSS在利用原始数据进行分析前，往往需要对这些数据进行不同程度的综合，而事务处理系统一般不具备这种能力。

2.2TP环境不适应DSS应用在事务处理环境中，系统处理特点是：数据的存取操作频率高，而每次操作处理的时间短；数据随时可能修改，从而发生变化；一般为当前数据。在分析处理环境中，系统处理特点与此完全不同，某个DSS应用程序可能需要连续几个小时。另外，可能需要用到大量历史数据，并且一般为相对稳定的，保存周期长；可按事先规定好的方式进行更新，但不允许人工修改。2.事务处理(TP)和分析处理(AP)的处理特性不同2.2TP环境不适应DSS应用3.数据集成问题在事务处理环境中，数据库中的数据一般为面向某个应用的局部数据。=>一般不需集成而在分析处理环境中，DSS系统需要的是大量、广泛、普遍的集成性数据。=>事先需要集成

全面而正确的数据是进行有效的分析和决策的首要前提。相关数据收集得越完整，得到的结果就越可靠。而当前绝大多数企业内数据的真正状况是分散而非集成的。2.2TP环境不适应DSS应用3.数据集成问题造成当前绝大多数企业内数据分散而非集成的原因有多种，主要有：事务处理应用分散而相互独立“蜘蛛网”问题数据不一致问题外部数据和非结构化数据2.2TP环境不适应DSS应用会计系统ORACLE信用卡系统SybaseInformix储蓄系统财务部SQLServer办公自动化系统图1.6事务处理应用分散的实例图1.7蜘蛛网问题2.决策支持系统产生的背景通过对比事务处理(TP)与DSS可知，传统的数据库系统不能适应决策支持系统的需要，必须进行改造，通过数据集成和综合，构建数据仓库数据仓库(DataWarehouse)是在数据库基础上产生的一种数据集合体，是数据库概念的延伸与推广，目的是适应决策支持的需要构建数据仓库的过程称为数据仓储(dataWarehousing)，其成果为数据仓库(dataWarehouse)。2.决策支持系统产生的背景2.3从数据仓库DW到业务智能BI的发展数据仓库可以较好地满足数据集成、复杂数据查询和OLAP的需要但是对于一些复杂的、深层次的数据分析需求，数据仓库有一定局限性，必须与数据挖掘技术及可视化方法等相结合分析模型的扩展：从演绎推理型扩展至归纳推理（学习）型=OLAP（验证型）+DM（探索型）结果展示方法的扩展：引入最新的可视化方法多媒体界面，Web发布

扩充的分析方法2.决策支持系统产生的背景结果展示联机分析处理OLAP数据挖掘DM数据仓库DW图1.7新的决策支持系统结构2.决策支持系统产生的背景新的DSS结构的组成：数据仓库：是支持DSS的数据集合体，也是其决策基础，可为后面的分析决策提供数据支持OLAP：是一种验证型的模型化分析工具，以数据仓库中的数据为基础，按一定的模型进行分析，以人机交互为主要操作手段，最终可获得一定的规律性知识，是一种扩充的验证型分析方法。

2.决策支持系统产生的背景数据挖掘：是一种以归纳分析为主的分析工具集合，能够对数据库和数据仓库中的数据进行归纳性总结与分析，并最终形成深层次的规律性知识结果展示：是DSS中的结果输出与表示工具，具有本地/远程/互联网、单媒体/多媒体等多种展示方式

2.决策支持系统产生的背景新的DSS结构的优点能较好地反映DSS对数据的真实要求能够构建较深刻的分析模型能充分利用DSS的有效展示能力具有更为广泛的应用性与适用性具有多学科的集成优势

数据库，人工智能，数学，多媒体，网络技术，…管理学，心理学，运筹学，系统工程，经济学，…

联邦数据仓库数据集市已有数据

抽取清理转换信息查询分析评价加载建立索引聚合/汇总复制数据集分布OLAP

WebpresentDM数据采集系统中心医院信息系统电子病案库中心

中心电子病案库。。。—临床流行病学—循证医学—中医诊断学……采集工具采集界面图1.8数据仓库体系结构的一个实例图1.9DSS系统的一个实例知识库中医药诊疗临床信息数据库数据仓库OLAPETL工具其它数据源OLAP结果数据挖掘知识库管理元数据元数据管理其它预处理工具模式结果评价可视化工具系统输出结果数据预处理3.决策支持系统的发展阶段数据库阶段DSS发展的初级阶段，主要以数据库为基础，构建分析程序，20世纪80年代初形成，并在80年代中、后期得到发展。这个阶段涉及几种专门程序：特定查询程序用户（特别是市场和金融部门的用户）向IT部门提出特定查询需求（例如VIP客户列表），IT部门编制专门的程序来提供特定查询报表。3.决策支持系统的发展阶段特殊抽取程序IT部门预先估计用户的各种查询需求，编制从不同业务系统中抽取目标数据的程序，定期运行，以满足用户的需求。有时为了满足特殊需要，也需单独编制专用程序。小型通用应用程序IT部门对数据抽取处理进行规范化，并基于所产生的抽取文件，开发一些简单的应用程序。用户只要给定所需要的特定报告的参数，报表打印程序就可以输出满足需要的报表。其中一些高级程序允许用户联机查看结果信息（所见即所得）。3.决策支持系统的发展阶段数据仓库阶段20世纪90年代初形成，并在90年代得到发展与普及，是DSS发展的中级阶段（过渡阶段），主要以数据仓库为基础，构建DSS。在这个阶段，国内外出现了许多所谓的信息中心或数据中心。下级单位需要根据上级机构的要求，逐层向上级机构传送业务数据。用户可以向信息中心提出特定查询请求，可以在自己的终端上查看信息。IT专业人员会在信息中心帮助用户获得所需要的合法内容。在这种情况下，报表和屏幕上的信息都是预先定制好的，基本上可以满足用户各种查询请求。3.决策支持系统的发展阶段

现代DSS阶段（BI阶段）20世纪90年代末期形成，至今已构成一个成熟的体系与学科。它集成了现代计算机技术多个相关领域的最新成果，可以为企业决策提供有力的支持在这个阶段，DSS系统一般由抽取文件支持，采用菜单方式，提供在线信息，能打印特定的报表。许多这样的DSS系统是为市场营销等部门服务的，主要提供战略决策信息。3.决策支持系统的发展阶段必须认识到：DSS系统的构建过程必须有用户和领域专家的参与需要用到大量领域知识和启发式知识DSS或BI对于企业决策仅仅能够起到辅助与支持的作用，而最终的主要决策者仍是企业的管理人员

4.决策支持系统主要部件（1）人机交互接口：系统交互设备和软件功能提供多种交互方式，满足不同决策者的需求具有方便快捷的输入和明确直观的输出功能协调各部件通信和运行提供系统保密机制

4.决策支持系统主要部件（1）人机交互接口---主要研究内容

集中在以下几个方面：可视化图形界面技术基于多媒体的界面技术基于Web的信息展示自然语言界面技术多通道用户界面虚拟现实技术4.决策支持系统主要部件（2）数据库子系统

数据库子系统包括数据库及其管理系统，其基本技术与一般数据库及其管理系统基本相同，但也有自己的特点。4.决策支持系统主要部件与传统数据库系统的共同点：数据独立性最小冗余度共享性强统一管理与控制适当的响应时间整体性（完整性）可修改性和可扩充性比较好安全和保密简明性4.决策支持系统主要部件DSS结构中数据库子系统的特点：数据组织和管理:面向决策支持过程数据使用:面向模型和模型生成数据描述:面向不同的决策者4.决策支持系统主要部件（3）模型库子系统：包括模型库和模型库管理系统。与数据库子系统的交互：获得模型所需数据，实现模型输入、输出和中间结果存取的自动化；与方法库子系统的交互：可实行目标搜索、灵敏度分析和仿真运行自动化等；与人机对话子系统的交互：模型的使用与维护实质上是用户通过人机对话子系统进行控制和操作的。4.决策支持系统主要部件模型库：提供模型的存储和表示模式。数学模型（方程，算法，程序）数据处理模型（程序形式）图形/图像模型报表模型智能模型模型库管理系统：

提供模型的提取、访问、更新和合成等操作。4.决策支持系统主要部件与模型和模型库相关的研究课题：模型的自动生成技术模型管理的人工智能方法模型管理与数据管理的结合4.决策支持系统主要部件（4）方法库子系统：

存储、管理、调用及维护DSS各部件要用到的通用算法、标准函数等方法的部件，供模型使用。

与模型库的区别：一个模型对应若干个方法模型接近于实际决策问题，而方法接近求解算法

图1.10DSS方法库中的基本方法4.决策支持系统主要部件（5）知识库子系统存储、管理、调用及维护DSS系统推理过程中用到的各类知识。知识的属性真实性相对性不完全性模糊性可表示性

4.决策支持系统主要部件知识的表示方法一阶谓词逻辑产生式规则框架法语义网络Petri网脚本表示过程表示面向对象表示5.DSS与企业决策5.1企业决策一般包括收集信息、形成决策意见和决策意见传达贯彻等3个阶段。DSS可全面支持上述各阶段工作

设计方案评价方案确定目标实施方案环境5.2决策问题的类型决策问题的结构化程度： 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）给予清晰的描述（定量的或推理的）的程度或状态。5.2决策问题的类型结构化问题：能够描述清楚的问题。决策的各个阶段都能使用确定的算法或决策规则。非结构化问题：不能够描述清楚，而只能凭直觉或经验作出判断的问题。决策的各个阶段都不能使用确定的算法或决策规则。半结构化问题：介于两者之间的问题。决策的一个或二个阶段能使用确定的算法或决策规则。5.2决策问题的类型\层次类型\作业调度运筹管理战略规划支持需求结构化库存报表、零件定货线性规划、生产调度新厂位置选择MS/OR半结构化股票管理、贸易开发市场、经费预算资本获利分析DSS非结构化选择杂志封面聘用管理人员研究、开发分析经验和直觉5.3决策类型决策风格 按获取数据的方式分：直觉型（N）感知型（S）

按处理数据的方式分：感觉型（F）思考型（T）

组合的决策风格：

系统型（ST）

思辩型（NT）

司法型（SF）

直观推断型（NF）6.DSS的理论基础DSS涉及计算机技术、信息论、人工智能、信息经济学、管理科学、行为科学等，构成了DSS的理论基础。DSS是一种开放技术，总是在不停地吸收其它学科的新营养，不断丰富自己的内容，同时也促进了相关学科的发展。

6.1信息论信息论的奠基人为R.E.Shannon。他于20世纪40年代确立了香农理论，提出了信息熵的概念，首次将信息定义为可量化的名词。信息论是运用信息的观点，把系统看作是借助于信息的获取、传播、加工、处理而实现其有目的性行动的研究方法。6.1信息论信息和信息系统是现代科学技术中普遍采用的重要概念，在工程、通讯、控制等领域的理论中得到了广泛应用。

DSS是一类信息处理系统，其基本理论和许多概念建立在信息论基础之上，例如运行中的通信、控制、反馈等。6.2管理科学和运筹学管理科学（MS）通常用计算机解决与管理相关的特殊问题，比较强调应用。MS专家对运筹学（OR）提供的一系列优化、仿真和决策的模型很重视，而系统工程学者对于模型体系更感兴趣。6.2管理科学和运筹学模型体系就是DSS中的模型库所容纳的、按一定结构建立的模型群。因此，DSS是系统工程的重要研究和开发领域。

MS/OR最出色的研究是开发优化模型和仿真模型，以及与系统建模有关的一系列问题，对一些大规模系统问题产生了较大影响。6.3行为科学行为科学(SB)认为：信息系统不是抽象的研究课题，而是由人来建立和运转的社会系统；DSS是一个完成社会变化管理的一种过程。应强调过程的动态性、变化阻力以及构造变化程序的需求。

6.3行为科学心理学（PS）是行为科学的一个主要分支。有的PS研究认为，信息并不是一种客观存在，而是人们对于周围环境中的事物的反映或认知。上述认知观为决策过程做出了概念上的说明，强调：系统设计应该符合用户的个人要求、心理状态及其能力。6.3行为科学行为科学认为，信息系统的开发仅靠纯技术观念是不可能取得成功的，然而这一观点未得到DSS研究者的普遍重视。原因是许多DSS研究者不懂或者轻视管理和决策，或者没有能力以技术的形式表现出来一些重要的决策概念。

6.3行为科学以往DSS项目失败的原因就在于系统模型脱离实际。DSS系统开发必须强调以人为本、面向用户的观点，强调个性化，通过人机接口、自然语言理解等形式表现出来。6.3行为科学DSS系统的许多方面，例如模型的生成与使用、知识表达的方式和内容、数据库的组织和利用等，都与用户的爱好、能力有关。符合每个人的要求不可能，但可以通过个性找共性，指导DSS的研究和设计。变化的阻力和因素也许并不是病态的反映，而是一种合理的反应。例如，如果不能有效提高管理者的能力、素养和技术水平，也许用户会将DSS拒之门外。6.4信息经济学做任何事情都有成本和收益，那么在信息社会和知识经济时代，信息的产生与获得的成本及利润是多少？信息经济学（IE）是将微观经济理论与方法研究的有关理论和方法运用于解决计算机产生的软件问题而逐步形成的一个研究领域，主要研究信息的产生、获得、传递、加工处理、输出等方面相关的价值问题。研究信息和信息系统的价值很重要，但很难，不过对于DSS开发有指导意义和参考作用。6.5人工智能人工智能为DSS提供了有效的理论和方法。例如基于知识库的DSS，利用领域专家的知识来选择和组合系统模型，完成问题的推理和运行，缩小问题求解的搜索范围，并可为用户提供智能化的交互式借口。DSS运用的是数据和模型；专家系统（ES）运用的是知识和推理。二者的相互渗透和融合，将会把DSS技术推向一个新的高度。6.6计算机技术DSS已经成为计算机技术的一个重要应用领域计算机软件和硬件是DSS开发的制约因素，也是其发展的促进因素，使一些新提出的先进的DSS体系结构具有技术可行性。DSS工具包中包括了许多新开发的系统建模工具、统计分析软件包、数据抽取系统、可视化系统等。应纠正DSS建设中只重视计算机系统而忽视其决策支持作用的倾向。7.与DSS相关的若干概念7.1相关概念(1)管理信息系统（MIS---ManagementInformationSystem）：引用了计算机科学、运筹学、管理科学等学科的概念，形成了信息收集和加工的方法，从而形成一个纵横交错的系统。MIS强调管理系统内信息流程的整体性，为所有业务人员和管理人员提供所需的业务和管理信息，并强调其系统性，但只能提供少量的中、高层决策者所需的内外部信息，不可能达到使决策者信手拈来所需信息的程度，不可能满足决策者的全部需求。7.DSS的相关概念MIS的主要功能包括：尽可能全面、及时地提供原始数据和查询统计信息，以支持决策需要；信息格式统一，简化统计工作利用指定的数学方法分析数据，根据以往数据，在较低水平上预测未来状况；对于不同的管理层次，提供不同要求和不同粒度的报告，以期最快地分析解释报告，及时做出决策。7.DSS的相关概念（2）ERP：EnterpriseResourcePlanning，企业资源规划,是由美国著名的计算机技术咨询和评估集团GarterGroup公司提出的一整套企业管理系统的体系标准，是指建立在信息技术基础上，以提高企业资源效能为系统思想，为企业提供业务集成运行中的资源管理方案。

ERP系统是描述MRPII（下一代制造商业系统和制造资源计划）的软件，包含客户/服务架构，使用图形用户接口，采用开放系统方式构建。7.DSS的相关概念ERP是一种先进的企业管理思想，强调对企业的内、外部资源进行整合与优化配置，提高资源利用效率，克服了MIS注重企业内部管理、忽视整个供应链的完整性、不能面向市场、企业资源高耸式管理、系统之间信息不能共享（“烟囱”现象）等弊端。ERP的核心管理思想：实现对整个供应链的有效管理。主要体现在以下三个方面：7.DSS的相关概念体现对整个供应链资源进行管理的思想在知识经济时代，仅靠自己企业的资源不可能有效地参与市场竞争，还必须把经营过程中的有关各方如供应商、制造厂、分销网络、客户等纳入一个紧密的供应链中，才能有效地安排企业的产、供、销活动，满足企业利用全社会一切市场资源快速高效地进行生产经营的需求，以期进一步提高效率，在市场上获得竞争优势。换句话说，现代企业竞争不是单一企业与单一企业间的竞争，而是一个企业