系統(tǒng)的分析教學PPT課件

1、 什么是系統(tǒng)分析什么是系統(tǒng)分析 每個人都會面臨選擇、面臨決策。決策方每個人都會面臨選擇、面臨決策。決策方法有經(jīng)驗決策和科學決策，經(jīng)驗決策是人們慣用的法有經(jīng)驗決策和科學決策，經(jīng)驗決策是人們慣用的方法，有時可能會導致失誤；科學決策則可以最大方法，有時可能會導致失誤；科學決策則可以最大限度地減少失誤。系統(tǒng)分析就是一種科學決策的方限度地減少失誤。系統(tǒng)分析就是一種科學決策的方法。法。第1頁/共34頁 在人口規(guī)模很小的縣城，道路狀況簡單，公共交通線路的決策也簡單，設(shè)計者在人口規(guī)模很小的縣城，道路狀況簡單，公共交通線路的決策也簡單，設(shè)計者憑借經(jīng)驗，可以完成公交線路的設(shè)計。憑借經(jīng)驗，可以完成公交線路的設(shè)計。

2、綜合考察全市的道路狀況、人口密度的分布、不同區(qū)域的居民對公共交通綜合考察全市的道路狀況、人口密度的分布、不同區(qū)域的居民對公共交通的要求等，運用科學的方法進行綜合分析和研究，就能找出城市公交線路規(guī)劃的要求等，運用科學的方法進行綜合分析和研究，就能找出城市公交線路規(guī)劃設(shè)計的最佳方案。設(shè)計的最佳方案。 在上百萬人口規(guī)模的大城市，道路狀況復(fù)雜，市民對交通的需求趨于多樣化，在上百萬人口規(guī)模的大城市，道路狀況復(fù)雜，市民對交通的需求趨于多樣化，這時若憑經(jīng)驗規(guī)劃公交線路，容易顧此失彼，出現(xiàn)失誤。這時若憑經(jīng)驗規(guī)劃公交線路，容易顧此失彼，出現(xiàn)失誤。 這種為了發(fā)揮系統(tǒng)的功能，實現(xiàn)系統(tǒng)的目標，運用科學的方法對系統(tǒng)加以

3、這種為了發(fā)揮系統(tǒng)的功能，實現(xiàn)系統(tǒng)的目標，運用科學的方法對系統(tǒng)加以周詳?shù)目疾?、分析、比較、試驗，并在此基礎(chǔ)上擬定一套有效的處理步驟和程周詳?shù)目疾臁⒎治?、比較、試驗，并在此基礎(chǔ)上擬定一套有效的處理步驟和程序，或?qū)υ械南到y(tǒng)提出改進方案的過程，就是系統(tǒng)分析。序，或?qū)υ械南到y(tǒng)提出改進方案的過程，就是系統(tǒng)分析。第2頁/共34頁路口控制系統(tǒng)路口控制系統(tǒng)車輛和行人都少的情況：司機自己控制行或停。車輛和行人都少的情況：司機自己控制行或停。車輛多的情況：紅綠燈控制車輛的行或停。車輛多的情況：紅綠燈控制車輛的行或停。車輛和人都多的情況：紅綠燈不僅控制車輛的行或停，還控制人的行或停。車輛和人都多的情況：紅綠燈不僅

4、控制車輛的行或停，還控制人的行或停。紅綠燈控制行或停的時間是事先經(jīng)過抽樣統(tǒng)計的結(jié)果確定的。紅綠燈控制行或停的時間是事先經(jīng)過抽樣統(tǒng)計的結(jié)果確定的。問題：有時會出現(xiàn)在一條道路上行駛時，總是遇到紅燈。司機常常會說問題：有時會出現(xiàn)在一條道路上行駛時，總是遇到紅燈。司機常常會說 “一步一步趕不上，步步趕不上趕不上，步步趕不上”。路口控制系統(tǒng)的改進：路口控制系統(tǒng)的改進：在一些主干道路上，實現(xiàn)一路綠燈。在一些主干道路上，實現(xiàn)一路綠燈。方法：主干道路上的綠燈按一定的時間順序依此亮。方法：主干道路上的綠燈按一定的時間順序依此亮。第3頁/共34頁系統(tǒng)分析的定義系統(tǒng)分析的定義 為了發(fā)揮系統(tǒng)的功能，實現(xiàn)系統(tǒng)的目標，運

5、用科學的方法對系統(tǒng)加以周詳?shù)目疾臁⒎治?、比較、試驗，并在此基礎(chǔ)上擬定一套有效的處理步驟和程序，或?qū)υ械南到y(tǒng)提出改進方案，這個過程就是分析。設(shè)置紅綠燈控制車輛的行或停。設(shè)置紅綠燈控制人的行或停。設(shè)置智能路口控制。系統(tǒng)分析的出發(fā)點是：為了發(fā)揮系統(tǒng)的整體功能。系統(tǒng)分析的目的是：尋求解決問題的最佳決策。第4頁/共34頁 系統(tǒng)分析的顯著特點是完整地而不是零星系統(tǒng)分析的顯著特點是完整地而不是零星地處理問題，考慮各種主要變化的因素及其相地處理問題，考慮各種主要變化的因素及其相互的影響，全面地思考和解決問題。互的影響，全面地思考和解決問題。 借助于系統(tǒng)分析，可以正確地提出整體目借助于系統(tǒng)分析，可以正確地提出

6、整體目標，恰當?shù)剡x擇方案，科學地確定行動的方略。標，恰當?shù)剡x擇方案，科學地確定行動的方略。第5頁/共34頁鉛與火的時代 鉛字印刷就是以火熔鉛，以鉛鑄字，以字排版，以版印刷。 第6頁/共34頁系統(tǒng)分析的步驟系統(tǒng)分析的步驟 明確問題，設(shè)立目標 收集資料，制定方案 檢驗核實，作出決策 分析計算，評價比較 ：明確要研究問題的性質(zhì)和范圍，提出所要達到的目標，明確約束條件。 ：收集相關(guān)資料，制定解決問題的各種備選方案，預(yù)計可能產(chǎn)生的各種結(jié)果。 ：如果對制定的方案不滿意，還可按上述程序反復(fù)進行，直到獲的滿意為止。 ：對資料和數(shù)據(jù)做必要的計算，進行各子系統(tǒng)的分析，再進行系統(tǒng)的整體分析，將各種方案進行評價對比，

7、選擇最佳方案。第7頁/共34頁田忌賽馬戰(zhàn)術(shù)的1 1：明確問題，設(shè)立目標：明確問題，設(shè)立目標問題：跑馬比賽，問題：跑馬比賽，目標：取得比賽勝利，目標：取得比賽勝利，約束條件：三匹馬參加比賽，每匹馬比賽一次。約束條件：三匹馬參加比賽，每匹馬比賽一次。2 2：收集資料，制定方案：收集資料，制定方案4 4：檢驗核實，作出決策：檢驗核實，作出決策選擇合適的馬的出場順序。選擇合適的馬的出場順序。3 3：分析計算，評價比較：分析計算，評價比較孫臏所出的主意，為什么能使田忌贏得勝利？ 田忌賽馬能轉(zhuǎn)敗為勝與馬、孫臏、田忌、齊田忌賽馬能轉(zhuǎn)敗為勝與馬、孫臏、田忌、齊威王這四個因素有關(guān)，他們是缺一不可的。威王這四個因

8、素有關(guān)，他們是缺一不可的。 但主要是由于孫臏的原因。但主要是由于孫臏的原因。第8頁/共34頁 田忌與齊王的三局賽馬可以有哪幾種方案？田忌田忌齊王齊王比分比分方案一方案一 上馬上馬上馬上馬 中馬中馬中馬中馬 下馬下馬下馬下馬方案二方案二 上馬上馬上馬上馬 下馬下馬中馬中馬 中馬中馬下馬下馬方案三方案三 中馬中馬上馬上馬 上馬上馬中馬中馬 下馬下馬下馬下馬方案四方案四 中馬中馬上馬上馬 下馬下馬中馬中馬 上馬上馬下馬下馬方案五方案五 下馬下馬上馬上馬 上馬上馬中馬中馬 中馬中馬下馬下馬方案六方案六 下馬下馬上馬上馬 中馬中馬中馬中馬 上馬上馬下馬下馬0 _ 31 _ 21 _ 21 _ 21 _

9、22 _ 12 _ 1第9頁/共34頁運用系統(tǒng)分析的方法處理具體問題時，主要運用系統(tǒng)分析的方法處理具體問題時，主要要遵循三大原則：要遵循三大原則：整體性原則、科學性原則、綜合性原則。整體性原則、科學性原則、綜合性原則。第10頁/共34頁整體性原則分析系統(tǒng)首先要著眼于系統(tǒng)整體：先分析整體，再分析部分先分析整體，再分析部分先看全局，后看局部先看全局，后看局部先看全過程，再看某一個階先看全過程，再看某一個階段段先看長遠，再看當前先看長遠，再看當前第11頁/共34頁第一，需要把大量的廢墟垃圾清理掉；第一，需要把大量的廢墟垃圾清理掉；第二，要運來大批木材和石料；第二，要運來大批木材和石料；第三，要運來大

10、量新土。第三，要運來大量新土。 宋真宗在位時，皇宮曾起火。一夜之間，大片的宮室樓臺殿閣亭榭變成了廢墟。宋真宗在位時，皇宮曾起火。一夜之間，大片的宮室樓臺殿閣亭榭變成了廢墟。為了修復(fù)這些宮殿，宋真宗派當時的晉國公丁謂主持修繕工程。為了修復(fù)這些宮殿，宋真宗派當時的晉國公丁謂主持修繕工程。當時，要完成這項重大的建筑工程，面臨著三個大問題：當時，要完成這項重大的建筑工程，面臨著三個大問題：第12頁/共34頁丁謂研究了工程之后，制訂了這樣的施工方案：丁謂研究了工程之后，制訂了這樣的施工方案：首先，從施工現(xiàn)場向外挖了若干條大深溝，把挖出來的土作為施工需要的新土備首先，從施工現(xiàn)場向外挖了若干條大深溝，把挖出

11、來的土作為施工需要的新土備用，于是就解決了新土問題。用，于是就解決了新土問題。第二步，從城外把汴水引入所挖的大溝中，于是就可以利用木排及船只運送木材第二步，從城外把汴水引入所挖的大溝中，于是就可以利用木排及船只運送木材石料，解決了木材石料的運輸問題。石料，解決了木材石料的運輸問題。最后，等到材料運輸任務(wù)完成之后，再把溝中的水排掉，把工地上的垃圾填入溝最后，等到材料運輸任務(wù)完成之后，再把溝中的水排掉，把工地上的垃圾填入溝內(nèi)，使溝重新變?yōu)槠降?。?nèi)，使溝重新變?yōu)槠降?。?3頁/共34頁簡單歸納起來，就是這樣一個過程：簡單歸納起來，就是這樣一個過程：挖溝（取土）挖溝（取土）引水入溝（水道運輸）引水入溝

12、（水道運輸）填溝（處理垃圾）。填溝（處理垃圾）。 按照這個施工方案，不僅節(jié)約了許多時間和經(jīng)費，而且使工地秩序井然，使按照這個施工方案，不僅節(jié)約了許多時間和經(jīng)費，而且使工地秩序井然，使城內(nèi)的交通和生活秩序不受施工太大的影響，因而確實是很科學的施工方案。城內(nèi)的交通和生活秩序不受施工太大的影響，因而確實是很科學的施工方案。 丁謂在修復(fù)皇宮工程中，運用了整體的解決方案，使取土、運輸材料、處丁謂在修復(fù)皇宮工程中，運用了整體的解決方案，使取土、運輸材料、處理垃圾三項繁重的任務(wù)協(xié)調(diào)起來，在總體上得到了最佳解決。理垃圾三項繁重的任務(wù)協(xié)調(diào)起來，在總體上得到了最佳解決。第14頁/共34頁趙明同學家所在街道的人行道

13、在一年內(nèi)進行了三次施工，分別是電信部門鋪設(shè)趙明同學家所在街道的人行道在一年內(nèi)進行了三次施工，分別是電信部門鋪設(shè)通訊線路、煤氣公司預(yù)埋煤氣管道、市政部門維修下水管道，結(jié)果重復(fù)施工，通訊線路、煤氣公司預(yù)埋煤氣管道、市政部門維修下水管道，結(jié)果重復(fù)施工，造成了人力和財力資源的浪費，同時也給市民帶來了不便。造成了人力和財力資源的浪費，同時也給市民帶來了不便。請分析這一事件的問題所在，你認為怎樣處理更為請分析這一事件的問題所在，你認為怎樣處理更為合理？合理？第15頁/共34頁科學性原則系統(tǒng)分析一方面要有嚴格的工作步驟，另一方面應(yīng)盡可能地運用科學方法和系統(tǒng)分析一方面要有嚴格的工作步驟，另一方面應(yīng)盡可能地運用

14、科學方法和數(shù)學工具進行定量分析，使決策的過程和結(jié)構(gòu)更具說服力。數(shù)學工具進行定量分析，使決策的過程和結(jié)構(gòu)更具說服力。例如，在比較種稻是一年三季合算還是一年兩季合算時，有人就提出例如，在比較種稻是一年三季合算還是一年兩季合算時，有人就提出“三三三三進九不如二五一十進九不如二五一十”，這就是最簡單而且也是最實用的定量分析。當然，在，這就是最簡單而且也是最實用的定量分析。當然，在處理復(fù)雜系統(tǒng)的分析和優(yōu)化問題時，往往需要使用比較復(fù)雜的數(shù)學工具。處理復(fù)雜系統(tǒng)的分析和優(yōu)化問題時，往往需要使用比較復(fù)雜的數(shù)學工具。第16頁/共34頁 優(yōu)選法是快速尋找最佳方案的科學方法。具體的優(yōu)選法有很多，如黃金分割法、分數(shù)法、

15、對分法等，這里只介紹黃金分割法。 黃金分割法也稱0.618法，它是優(yōu)選法的一種。以技術(shù)試驗為例，先把整個試驗范圍看做1，然后在整個試驗范圍的0.618處選點做第一次試驗，再在倒過來的0.618處選點做第二次試驗，比較兩次試驗的結(jié)果，去掉效果差的那個點以外的試驗范圍部分；再在余下的范圍內(nèi)繼續(xù)采用這種方法，再比較試驗結(jié)果，這樣逐漸縮小試驗范圍，迅速找到試驗?zāi)繕恕５?7頁/共34頁 例如，要在某種合金鋼中加入某元素以提高它的強度，假設(shè)試驗范圍是每噸加入量為10002000g，那么究竟應(yīng)加入多少？若用一般試驗方法，每隔5g試驗一次需要做200次，每隔10g試驗一次需要做100次。若用0.618法，只需

16、做11次，就可以找到最佳加入量了。 第18頁/共34頁綜合性原則系統(tǒng)分析總是為實現(xiàn)系統(tǒng)目標服務(wù)的。當系統(tǒng)存在若干個目標時，應(yīng)將目標系統(tǒng)分析總是為實現(xiàn)系統(tǒng)目標服務(wù)的。當系統(tǒng)存在若干個目標時，應(yīng)將目標排除優(yōu)先次序，首先選取最優(yōu)先的目標，然后盡可能在不損害第一個目標的排除優(yōu)先次序，首先選取最優(yōu)先的目標，然后盡可能在不損害第一個目標的前提下完成下一個目標。這就需要綜合分析，統(tǒng)籌兼顧，不可顧此失彼，因前提下完成下一個目標。這就需要綜合分析，統(tǒng)籌兼顧，不可顧此失彼，因小失大。小失大。例如，工業(yè)生產(chǎn)既要求產(chǎn)量大，又要求質(zhì)量好、成本低，如果片面強調(diào)一方面例如，工業(yè)生產(chǎn)既要求產(chǎn)量大，又要求質(zhì)量好、成本低，如果片

17、面強調(diào)一方面就會產(chǎn)生偏差；城市公交系統(tǒng)既要強化公共交通的安全，又要縮短車輛行駛的就會產(chǎn)生偏差；城市公交系統(tǒng)既要強化公共交通的安全，又要縮短車輛行駛的時間，實現(xiàn)社會效益和經(jīng)濟效益雙豐收。時間，實現(xiàn)社會效益和經(jīng)濟效益雙豐收。第19頁/共34頁綜合性原則系統(tǒng)分析還需要考慮設(shè)計方案出臺所帶來的后果。有的工廠在生產(chǎn)產(chǎn)品的系統(tǒng)分析還需要考慮設(shè)計方案出臺所帶來的后果。有的工廠在生產(chǎn)產(chǎn)品的同時，也向周圍環(huán)境排放出同時，也向周圍環(huán)境排放出“三廢三廢”，造成污染；毀林開荒雖然能收獲農(nóng)，造成污染；毀林開荒雖然能收獲農(nóng)產(chǎn)品，但造成水土流失，貽害很大產(chǎn)品，但造成水土流失，貽害很大某些情況下，綜合若干方案的優(yōu)點，會取得意

18、外效果。現(xiàn)代醫(yī)學采用中某些情況下，綜合若干方案的優(yōu)點，會取得意外效果?，F(xiàn)代醫(yī)學采用中西醫(yī)結(jié)合的方法攻克了很多疑難雜癥；農(nóng)業(yè)為了保水，可以配合地面水西醫(yī)結(jié)合的方法攻克了很多疑難雜癥；農(nóng)業(yè)為了保水，可以配合地面水庫、地下水庫、土壤水庫、綠色水庫（山區(qū)造林種草，每畝地可蓄水庫、地下水庫、土壤水庫、綠色水庫（山區(qū)造林種草，每畝地可蓄水20m320m3）等不同的方案綜合進行。）等不同的方案綜合進行。第20頁/共34頁湖北省的孝襄高速公路總投資額達湖北省的孝襄高速公路總投資額達7272億元人民幣，是億元人民幣，是“十五十五”期間該省投資規(guī)模最大、建設(shè)里程最長的一條高速公路期間該省投資規(guī)模最大、建設(shè)里程最長

19、的一條高速公路 。按照設(shè)計方案，孝襄高速公路要穿越占地面積達按照設(shè)計方案，孝襄高速公路要穿越占地面積達19km219km2的的“洛洛陽銀杏保護區(qū)陽銀杏保護區(qū)”，2 2萬多棵樹齡在百年以上的古銀杏樹將面臨萬多棵樹齡在百年以上的古銀杏樹將面臨毀滅性的破壞。銀杏樹的成長周期特別長，移栽成活率極低，毀滅性的破壞。銀杏樹的成長周期特別長，移栽成活率極低，一旦被毀損，勢必破壞當?shù)氐纳锒鄻有?。一旦被毀損，勢必破壞當?shù)氐纳锒鄻有?。如果更改最初的設(shè)計方案，繞避保護區(qū)如果更改最初的設(shè)計方案，繞避保護區(qū)1.4km1.4km，工程指揮部就，工程指揮部就要為此增加投資要為此增加投資42004200萬元。萬元。根據(jù)以

20、上內(nèi)容，你認為孝襄高速公路的設(shè)計應(yīng)該綜合根據(jù)以上內(nèi)容，你認為孝襄高速公路的設(shè)計應(yīng)該綜合考慮哪些目標？考慮哪些目標？第21頁/共34頁孝襄高速公路孝襄高速公路1 1：保護珍稀的銀杏名貴樹木。：保護珍稀的銀杏名貴樹木。2 2：控制工程投資額度、堅持原設(shè)計不變。：控制工程投資額度、堅持原設(shè)計不變。 孝襄高速公路抱著洛陽銀杏園繞了個圈，好處有：孝襄高速公路抱著洛陽銀杏園繞了個圈，好處有： 一是有利于保護我國珍稀物種銀杏樹，實現(xiàn)生物多樣性。一是有利于保護我國珍稀物種銀杏樹，實現(xiàn)生物多樣性。 二是在當前國內(nèi)外心血管疾病呈增加趨勢，治療心血管疾病的中藥銀杏供不二是在當前國內(nèi)外心血管疾病呈增加趨勢，治療心血管

21、疾病的中藥銀杏供不應(yīng)求的情況下，有利于保護和開發(fā)銀杏的藥物資源。應(yīng)求的情況下，有利于保護和開發(fā)銀杏的藥物資源。 三是保住了當?shù)匕傩盏闹赂毁Y源。三是保住了當?shù)匕傩盏闹赂毁Y源。第22頁/共34頁二、二、系統(tǒng)的優(yōu)化系統(tǒng)的優(yōu)化系統(tǒng)優(yōu)化：系統(tǒng)優(yōu)化：目標函數(shù)目標函數(shù)約束條件約束條件 約束條件是對系統(tǒng)的功能起著限制作用、并且是不能人為調(diào)節(jié)的因素。約束條件是對系統(tǒng)的功能起著限制作用、并且是不能人為調(diào)節(jié)的因素。 是在給定的條件下，根據(jù)系統(tǒng)的優(yōu)化目標，采取一定的手段和方法，使系統(tǒng)的目是在給定的條件下，根據(jù)系統(tǒng)的優(yōu)化目標，采取一定的手段和方法，使系統(tǒng)的目標值達到最大（或最小）。標值達到最大（或最小）。 目標函數(shù)是系

22、統(tǒng)目標與系統(tǒng)中的某些元素之間的關(guān)系。目標函數(shù)是系統(tǒng)目標與系統(tǒng)中的某些元素之間的關(guān)系。影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素 對系統(tǒng)的目標函數(shù)產(chǎn)生顯著影響，并且可以人為調(diào)節(jié)的因素。對系統(tǒng)的目標函數(shù)產(chǎn)生顯著影響，并且可以人為調(diào)節(jié)的因素。農(nóng)作物種植系統(tǒng)的優(yōu)化農(nóng)作物種植系統(tǒng)的優(yōu)化-農(nóng)業(yè)間作套種農(nóng)業(yè)間作套種第23頁/共34頁四、優(yōu)化方法四、優(yōu)化方法優(yōu)化方法是為使系統(tǒng)達到最優(yōu)的目標而提出的求解方法。優(yōu)化方法是為使系統(tǒng)達到最優(yōu)的目標而提出的求解方法。 系統(tǒng)優(yōu)化的方法是多種多樣的，但不論運用怎樣的優(yōu)化方法，都需要經(jīng)過系統(tǒng)優(yōu)化的方法是多種多樣的，但不論運用怎樣的優(yōu)化方法，都需要經(jīng)過若干次的完善和驗證，才能得到最優(yōu)

23、解或滿意解。若干次的完善和驗證，才能得到最優(yōu)解或滿意解。求解過程：求解過程：數(shù)學模型估算、試驗最優(yōu)解滿意解完善、驗證第24頁/共34頁農(nóng)業(yè)間作套種農(nóng)業(yè)間作套種約束條件 農(nóng)作物的生長周期、氣候等因素。 提高土地利用率和土地單位面積農(nóng)作物收益總和之間的關(guān)系。影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素 套種的模式、套種的技術(shù)水平、套種的田間管理、病蟲害防治等等。目標函數(shù)第25頁/共34頁裝修施工的組織優(yōu)化（裝修施工的組織優(yōu)化（1）一、明確問題，設(shè)立目標施工項目：教學樓裝修施工內(nèi)容：教學樓A、B、C棟，需要水電、木工、油漆三個施工過程，每個施工過程需要3周時間目標：組織裝修，使裝修工期和資源利用最為合理。二、收集資料，制定方案方案一：按照施工要求，從A到B到C，依此進行施工方案二：按照施工要求，A、B、C棟同時進行施工方案三：按照施工要求，A、B、C棟進行流水施工三、檢驗核實，確定方案根據(jù)分析，確定按照方案三進行施工。四、分析計算，評價比較各種方案比較。選擇出最佳方案：方案三第26頁/共34頁方案一方案一樓樓裝修裝修過程過程工工期期裝修施