物流系统建模及模型化技术概述(PPT 71页).ppt

1、河北农业大学商学院,1,第三章 物流系统建模及模型化技术,系统模型的概念及分类 物流系统模型的建立 结构模型化技术解释结构模型,河北农业大学商学院,2,3.1系统模型概念及分类,一、对模型的认识二、物流系统模型的定义三、模型的分类,3,一、对模型的认识,4,5,6,一般的优化设计模型可以表示如下：,7,从以上实例中，可以看出模型有以下特点： 模型反映了真实系统的特征及其变化规律 模型是实体的抽象或模仿 模型反映同类事物的共性 模型忽略了与分析无关的因素,8,9,模型：模型是对真实系统的特征及其变化规律的一种表示或抽象，而且往往是对系统中那些所要研究的特征的抽象。,二、 模型的定义,10,物流系

2、统模型：物流系统模型是对物流系统的特征要素、相关信息和变化规律的一种抽象表述，反映物流系统某些本质属性。,11,物流系统模型的特征： （1）是物流系统中现实实体的抽象或模仿； （2）由一些与物流系统分析有关的因素所组成； （3）用来表明物流系统中各因素间的关系。,建立模型的目的 就在于通过模型将复杂的事物简单化，通过模型认识和掌握系统规律和特征。,12,三 按模型形式进行的详细分类,河北农业大学商学院,13,3.2 物流系统模型的建立,一、物流系统建模原则二、物流系统建模思路三、物流系统建模步骤四、建立数学模型的注意事项,14,1准确性 （本质规律） 2可靠性（精确度） 3简明性 4实用性（标

3、准化、规范化，要尽量采用已有的模型） 5反馈性（由浅入深、循序渐进）,一、物流系统建模原则,15,任务驱动的教学过程模型,16,二 、 物流系统建模思路,模型变量，通常都包括有可控变量和不可控变量。模型表示如下： U=f(xi, yi) 式中：U描述系统功能的效用或准则值，也叫作目标函数； xi 可控变量； yi 不可控变量，对U有影响； f目标函数U与变量xi,yi之间的关系函数。 上面的关系式加上约束条件就形成一个完整的系统模型,17,1直接分析法,当系统比较简单，问题很明确时，可按问题的性质直接建立模型。,例1：面积为一定值的矩形中，周长最小时矩形各边的长度。,解：因为是矩形，其对边两两

4、相等。设其边长为x邻边长为y，则周长L=2（x+y）。设矩形面积为A。则有 Ax y或yAx （约束条件） 把上式代人周长L的关系式，可得 L2(x十y)2(x十Ax) （目标函数） 上式中A是定值，即A是不可控变量。欲求L最小时的x值，可用x的一阶导数为零来求解。最后可解得x=y。 结果：要保持面积A不变而周长L最小时，x与y应相等，即正方形。,18,例2 最佳库址选择问题。 某矿拟建一新供应仓库供应Pi (i1，2，n)个井口、厂用料。从新库到各用料点的运输费用与运输量和运输距离的乘积成正比。已知各用料点的物资需用量为Wi (i1，2，n)。应如何选择新库的位置，才能使总运输费用最低。,解

5、: 如图3-2所示，图中P1，P2，Pn分别表示各用料点的位置；P（x，y）为新选库址。,19,根据本题的要求，用直接分析法可以得出： 从仓库P（x,y）到用料点Pi(xi,yi)运输距离为：（两点间的距离公式） 从仓库P（x,y）到用料点Pi(xi,yi)运输费用为：（根据题目，运输费用与运输量和运输距离的乘积成正比） 前面是一个点的运输费用，当有n个用料点时，总的运输费用为：（将每个点的费用求和） 上式中S表示总运输费用，即是我们需要的目标函数，按题意是求它的最小值，即min(s)。,20,2数据分析法,当系统结构的性质尚不够清楚，可以通过分析已有的数据或试验数据建立系统的模型，这种建立模

6、型的思路就是数据分析法。,回归分析是一种常用的数据分析建模法 例如:,21,3. 实验分析法 例：分析某种产品广告费用与销售量的关系 （局部实验推广到整体）,现有的数据分析不能确定个别变量对整个系统的影响，又不可能做大量试验时，可以在系统上作局部试验，确定关键变量，弄清楚其本质特性及其影响。,22,4. 主观想象法（经验法） 当系统结构性质不明确，又无足够的数据，系统上又无法做实验，对这类问题，可以利用“主观想象”来人为地实现一个模型。,23,三、物流系统建模步骤,（1）弄清问题，掌握原型的真实特征 （2）搜集资料 （3）确定因素之间的关系 （4）构造模型 （5）求解模型 （6）检验模型的正确

7、性,24,四、建立数学模型的注意事项,1从尽可能简单的模型出发 2理解系统所具有的物理法则 3利用己知的数学模型,河北农业大学商学院,25,3.3 结构模型化技术,一、 概述 二、 解释结构模型（ISM） （ Interpretative Structural Modelling ） 三、 ISM的应用,26,一、 概述,（一) 结构模型概念及性质 结构模型：应用有向连接图来描述系统各要素间的关系，以表示一个作为要素集合体的系统的模型。 基本性质： 1.结构模型是一种几何模型； 2.结构模型是一种以定性分析为主的模型； 3.结构模型即可用有向连接图描述，又可用矩阵形式来表示； 4.结构模型处于

8、数学模型形式和文章表现的逻辑分析形式之间。,27,(二) 结构模型化技术（教材P35图）,河北农业大学商学院,28,3.3 结构模型化技术,一、概述 二、解释结构模型（ISM） （ Interpretative Structural Modelling ） 三、ISM的应用,29,二、 解释结构模型（ISM）,（一）图的基本概念 （二）图的矩阵表示法 （三）ISM的建模步骤,适用范围： 变量众多、关系复杂、结构不清晰的系统,30,（一）图的基本概念 1.有向图形由节点和若干有向边联结而成的图形。 节 点利用一个圆圈代表系统中的一个要素，圆圈标有该要素的符号； 有向边用带有箭头的线段表示要素之间

9、的影响。箭头代表影响的方向。 2.回 路有向连接图的两个节点之间的边多于一条时，就构成 了回路。 3.环 4.树 5.关联树,31,例：在教育技术应用中的计算机辅助教学（CAI）其过程可以简单表示为：教师设计CAI课件提供给学生自主学习，CAI课件通过计算机向学生显示教学内容，并对学生提问，学生根据计算机的提问作出反应回答。这样一类CAI活动过程，我们可以用图1表示。,教师 计算机多媒体 学生 图1 CAI系统结构模型,32,（二）图的矩阵表示法 1.邻接矩阵 对于一个有向图，我们可以用一个mm方形矩阵来表示。m为系统要素的个数。矩阵的每一行和每一列对应图中一个节点（系统要素）。规定：要素Si

10、 对Sj 有影响时，矩阵元素aij为1，要素Si对Sj无影响时，矩阵元素aij为0。即 （1） 对于图1中，m=3即可构成一个33的方形矩阵，表示为：,33,根据式（1）则用矩阵表示为： 上述这种与有向图形对应的，并用1和0表现元素的矩阵称为邻接矩阵,34,S1 S2 S3 S4 S5,图2 有向连接图,35,邻接矩阵描述了系统各要素之间直接关系，它具有如下性质： 邻接矩阵和有向图是同一系统结构的两种不同表达形式。 矩阵与图一一对应，有向图形确定，邻接矩阵也就唯一确 定。反之，邻接矩阵确定，有向图形也就唯一确定。 邻接矩阵的矩阵元素只能是1和0，它属于布尔矩阵。布尔矩阵的运算主要有逻辑和运算以

11、及逻辑乘运算，即： 0 + 0=0 0 + 1=1 1 + 1=1 10=0 01=0 11=1 在邻接矩阵中，如果第j列元素全部都为0，则这一列所对 应的要素Sj可确定为该系统的输入端。例如，上述矩阵A 中，对应S1列全部为0，要素S1可确定为系统的输入端（汇）。 在邻接矩阵中，如果第i行元素全部都为0，则这一行所对应的要素Si可确定为该系统的输出端。例如，上述矩阵A中，对应S5行全部为0，要素S5可确定为系统的输出端（源）。,36,2.可达矩阵 如果一个矩阵，仅其对角线元素为1，其他元素均为0，这样的矩阵称为单位矩阵，用I表示。根据布尔矩阵运算法则，,37,（三） 划分可达矩阵（区域、层级

12、）,38,1.建立邻接矩阵（上三角阵） 2.计算可达矩阵 3.可达矩阵的划分 （1）区域的划分（1） （2）级间的划分（ 2 ） （3）强连通块的划分 4.求缩减可达矩阵M 5.骨干阵S（最少边的可达矩阵） 6.做出递阶有向图,（四） ISM的计算步骤,39,图3 ISM的建模步骤,（五） ISM的建模步骤,河北农业大学商学院,40,3.3 结构模型化技术,一、 概述 二、 解释结构模型（ISM） （ Interpretative Structural Modelling ） 三、 ISM的应用,41,（一）ISM的工作程序,1.组建ISM实施小组 2.设定关键问题，选择影响关键问题 的导致因

13、素 3.列举各导致因素的相关性 4.根据各要素的相关性，建立邻接矩阵和可达矩阵 5.对可达矩阵分解后，建立结构模型 6.根据结构模型建立解释结构模型,42,（二） ISM的应用（举例）,43,44,经过对比研究,确定关键问题为市场需求约束物流产业的发展(S0),影响因素为12项,分别为:企业和社会对物流产业缺乏正确和充足的认识(S1);物流和配送方面的人才短缺(S2);物流业发展所需的制度环境和改革法规政策尚未完善(S3);缺少综合性物流服务(S4);分散的物流管理和流通体制的制约(S5);对物流产业的认识存在偏差(S6);物流产业的管理模式不合理(S7);物流业整体服务质量较低(S8);对物

14、流产业的基础理论研究落后(S9);政府管理分散,政策、法规不够统一(S10);物流基础设施的建设与物流产业的发展不适应(S11);物流管理和技术人才欠缺(S12)。,45,经小组成员讨论得出各要素间关系（邻接矩阵）,46,计算得到可达矩阵,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,以任务驱动式教学过程模式为例,（一）系统要素分析 任务驱动式教学过程：是指教师根据教学目标和学生实际向学生提出学习任务，同时提供完成任务所需要的学习资源和相关材料，要求学生利用资源完成一个作品，教师还提供对作品的评价指标体系并对学生作品作出评价，要求学生在完成作品和理解教师对作品的评价意见之后

15、，形成有意义的知识，即完成知识的建构。 我们可以把上述教学过程分解为：教师活动、学生活动、学习任务、学习资源、学生作品、评价指标、知识建构等7个活动要素。这些要素之间的存在着直接的因果关系。如教师提出学习任务、提供学习资源、建立作品评价指标等。我们把每一个因素（Si）分别与其他因素进行比较，如果存在直接因果关系的，如表1所示。,（二） ISM的应用（举例）,58,表1 要素关系表,59,（二）建立邻接矩阵 根据要素关系表建立邻接矩阵A：,60,（三）进行矩阵运算，求出可达矩阵,61,R,62,（四）对可达矩阵进行分解 定义： 可达集合 R（Si）：可达矩阵中要素Si对应的行中，包 含有1的矩阵

16、元素所对应的列要素的集合。代表要素Si 到达的要素。 先行集合A（Si）：可达矩阵中要素Si对应的列中，包含有1的矩阵元素所对应的行要素的集合。代表到达要素Si 的要素。 交集T= R（Si）A（Si） 为了对可达矩阵进行区域分解，我们先把可达集合与先行集合及其交集列出在表上，如表2所示。,63,表2 可达集合与先行集合及其交集表,64,(1) 对可达矩阵的区域分解,65,（2）层级分解 目的:了解系统中各要素之间的层级关系，最顶层表示系统的最终目标，往下各层分别表示是上一层的原因。利用这种方法，我们可以科学地建立教学过程或其它问题的类比模型。 方法:是根据R（Si）A（Si）= R（Si）条件来进行层级的抽取。如表2中对于Si=7 满足条件，这表示S7为该系统的最顶层，也就是系统的最终目标。然后，把表2中有关7的要素都抽取掉，得到表3：,66,表3 抽出7后的结果,从表3中又可以发现i=6满足条件，即可以抽出6，这表示S6为第二层 ，并是S7的原因。,67,表4 抽出6后的结果,从表4 发现i=5, i=2,都满足R（Si）Q（Si）= R（Si）条件，S2、S5为第三层并是S6的原因。,68,表5 抽出2、5后的结果,从表5 发现i=3, i=4,都满足R（Si）Q（Si）= R（Si）条