道路和交通工程系统分析讲稿chp1

交通工程专业基础课程－道路与交通工程系统分析周和平主讲教学目的与要求

本课程在系统分析的基本原理、原则学习基础上，应用系统分析的基本方法，如线性规划、非线性规划、图与网络理论、排队论、系统决策分析、预测方法、工程经济分析方法等解决道路与交通工程中的实际问题。学生通过学习本课程后，不仅要掌握系统分析的基本原理，而且还应掌握道路与交通工程的基本分析方法，并能运用其分析道路与交通工程中出现的问题。

教学方式理论教学实验教学案例教学选用教材及主要参考书道路交通工程系统分析方法，王炜等（编著），人民交通出版社，2004年3月第一版道路交通系统工程基础，马鹤龄（编著），人民交通出版社，1995年10月第一版道路交通工程系统分析，姚祖康（编著），人民交通出版社，1996年8月第一版最优化模型与实验，朱德通（编著），同济大学出版社，2003年4月第一版优化建模与LINDO/LINGO软件，谢金星（编著），清华大学出版社，2005年７月第一版EXCEL数据建模与应用，S.ChristianAlbright,WayneL.Winston著，崔群法等译，清华大学出版社，2006年７月第一版。面向管理的数量分析（第８版），BarryRender,RalphM.Stair.Jr,MichaelE.Hanna著，陈恭和等译，中国人民大学出版社，2007年４月第一版相关软件及资源Lindo/lingo,

/中国科大数学建模站/科学工程专业软件联盟/数学中国，http:///第一章系统分析方法概述主要内容系统的概念与特征系统分析的概念与作用系统分析的内容系统分析的定量技术系统分析步骤§1.系统的概念与特征§1.1概念

贝塔朗菲：处于一定的相互关系中并与环境发生关系的各组成部分的总体。

汪应洛

：系统是由两个以上相互联系的要素所构成，且具有特定功能、结构、环境的整体。张金马:

系统是由两个以上可以相互区别的要素构成的复合体;各要素之间存在一定的联系和相互作用形成特定的整体结构和适应环境的特定功能。

陈振明：系统是由若干处于相互联系并与环境发生相互作用的要素或部分所构成的整体。

§1、系统的概念与特征§1.2特征整体性相关性动态性目的性层次性环境适应性§2.系统分析的概念与作用

§2.1系统分析的诞生

系统分析最早是由美国兰德公司在二战结束前后提出并加以使用的。1945年，美国的道格拉斯飞机公司，组织了各个学科领域的科技专家为美国空军研究“洲际战争”问题，目的是为空军提供关于技术和设备方面的建议，当时称为“研究与开发”（ResearchandDevelopment，缩写为R&D)计划。1948年5月，执行该计划的部门从道格拉斯公司独立出来，成立了兰德公司，“兰德”（ＲＡＮＤ）是“研究与开发”英文的缩写。

§2.系统分析的概念与作用

§2.1、系统分析的诞生

从40年代末到70年代的30年中，系统分析沿着两条明显不同的路线得到迅速发展。

一条路线是运用数学工具和经济学原理分析和研究系统。60年代初期，美国国防部长麦克纳马拉把这套方法应用于整个军事领域，并很快在各政府部门推广，形成了著名的“计划—规划—预算系统”（ＰＰＢＳ）方法。

另一条路线体现在与大学相联系的研究与教学的活动之中。沿着这一路线，存在着一种把众多的学科加以系统理论化的倾向。到了７０年代中期，系统分析从作为分析经济合理性的应用和作为研究对象的理论体系这种相互分离状态，逐步走向相互结合、相互补充，发展成为一种有效的方法体系。

§2.系统分析的概念与作用§2.2、系统分析的概念

贝塔朗菲:提出一定的目标，为寻找实现目标的方法和手段就要求系统专家或专家组在极复杂的相互关系网中按最大效益和最小费用的标准去考虑不同的解决方案并选出可能的最优方案。汪应洛：系统分析是一种程序，它对系统的目的、功能、费用、效益等问题，运用科学的分析工具和方法，进行充分调查研究，在收集、分析处理所获得的信息基础上，提出各种备选方案，通过模型进行仿真实验和优化分析，并对各种方案进行综合研究，从而为系统设计、系统决策、系统实施提出可靠的依据。

系统分析或系统方法，就其本质而言，是一种根据客观事物所具有的系统特征，从事物的整体出发，着眼于整体与部分，整体与结构及层次，结构与功能、系统与环境等的相互联系和相互作用，求得优化的整体目标的现代科学方法。§2.系统分析的概念与作用

§2.3、系统分析的作用

帮助人们理解系统及对不同的系统加以比较；鼓励人们对系统的不同部分同时进行研究；使人们注意系统中的结构和层次的特点；开拓新的研究领域，增加新的知识；突出未知东西的探索，使人们从过去和现在的基础上了解未来；使人们转换视角，从不同的角度或侧面看问题；迫使人们在考虑目标和解决问题的要求时，也同时注意考虑协调、控制、分析水平和贯彻执行的问题；诱导新的发现，注意进行从目的到手段的全面调查等等。

§3.系统分析的内容

根据系统的本质及其基本特征，可以将系统分析的内容相对地划分为系统的整体分析、结构分析、层次分析、相关分析和环境分析等几个方面。

§3.系统分析的内容§3.1、整体分析

整体性是系统的最基本的属性或特征之一,整体分析构成了系统分析的一个主要内容。用整体分析法进行研究的核心是:从全局出发、从系统、子系统、单元、元素之间以及它们与周围环境之间的相互关系和相互作用中探求系统整体的本质和规律，提高整体效应，追求整体目标的优化。整体及其目标的优化是整体分析的主要内容。

§3.系统分析的内容§3.2、结构分析

结构分析是系统分析的一个组成部分。所谓系统的结构是指系统内部诸要素的排列组合方式。同样一些要素，排列组合的方式不同，就可能具有完全不同的性质、特征与功能。结构分析是寻求系统合理结构的途径或方法，其目的是找出系统构成上的整体性、环境适应性、相关性和层次性等特征，使系统的组成因素及其相互关联在分布上达到最优结合和最优输出。

§3.系统分析的内容§3.3、层次分析

系统论认为，任何复杂的系统都具有一定的结构层次。系统结构的层次性既指等级性，又指侧面性。前者是指任何一个复杂系统，都可以从纵向把它划分为若干等级，即存在着不同等级的系统层次关系，其中低一级的结构是高一级结构的有机组成部分。后者是指任何同一级的复杂系统，又可以从横向上分为若干相应联系，相互制约，又各自独立的平行部分。系统的结构层次性是系统的稳定性和连续性的重要保证，也是系统发挥其最佳功能的前提条件之一。美国著名运筹学家萨蒂提出层次分析法（AHP法）

§3.系统分析的内容§3.4、相关分析相关性是系统的重要特征之一。相关性首先体现在系统与要素之间的不可分割的联系；其次，相关性体现在要素与系统整体的关系中；再次，相关性表现在系统与环境的关系方面。相关分析要求我们在研究的过程中尤其是问题界定、目标设定和方案规划中，要充分注意到各种问题及问题的各个方面之间，各个目标之间，各个方案之间，子目标与总目标以及子方案与总方案之间的关系，注意问题目标和方案与社会、经济和政治环境之间的相互联系和相互作用，考虑各种因素对政策执行效果可能产生的影响，从而设计出理想的或较优的方案。§3.系统分析的内容§3.5、环境分析

系统论认为，系统与环境是处于相互联系和相互作用之中。系统以外界的条件或环境作为存在和发展的土壤。环境是指系统之外的所有其他事物或存在，即系统发生、发展及运行的生态条件或背景。环境分析涉及的内容很广，包括自然环境或物理技术环境分析，社会经济环境分析，文化心理环境分析等等。在系统分析中，要对环境加以因时、因地、因人的分析，找出相关的环境因素，确定其影响的范围和程度，以便在方案的制定和执行中予以考虑，这正是环境分析的任务与目的。§4.系统分析中的定量技术

§4.1、确定型的分析技术

模型、工具或技术应用基础知识线性规划解决在商业、交通、库存、建筑、后勤及网络中的配置、分配和优化问题计算机科学、敏感性分析、代数解法、单纯形表、经济学排队论人或事物或事件的等待服务问题蒙特·卡罗法、模拟、统计学规划管理技术生产和建设计划PERT(成本或时间)、CANTT图、网络分析(CPN)、决策树马尔柯夫分析销售经营、预测矩阵代数、经济学对抗分析商业、心理学、国防研究博弈论质量保证工业、国防科学、技术损益分析资源分配经济学、统计学§4.系统分析中的定量技术§4.2、随机分析技术

模型、工具或技术应用基础知识动态规划在生产、配置活动中的多阶段决策计算机科学