第四章決策支持與人工智能

1、1Decision Support and Artificial Intelligence2決策及決策過程決策及決策過程智能智能IT及其決策支持及其決策支持3管理即決策。管理即決策。決策：決策：針對某一問題，根據分析推斷，制定出多個解決針對某一問題，根據分析推斷，制定出多個解決方案，并從中選擇一個最佳方案的過程。方案，并從中選擇一個最佳方案的過程。決策過程決策過程1.情報情報 收集信息，識別并盡可能確切地表述需要作出決策的問收集信息，識別并盡可能確切地表述需要作出決策的問題題, 即分析問題。經過分析得到明確的決策陳述：目標、即分析問題。經過分析得到明確的決策陳述：目標、約束、決策準則。約束、決

2、策準則。2.設計設計 運用獲得的信息、計算方法或模型，設計出多個替代解運用獲得的信息、計算方法或模型，設計出多個替代解決方案。決方案。43.選擇選擇 根據決策準則從替代方案中選擇最佳方案。根據決策準則從替代方案中選擇最佳方案。4.實施實施 實施所選方案。實施所選方案。5根據決策問題的根據決策問題的結構化程度結構化程度決策可分為：決策可分為：結構化決策結構化決策 決策問題能準確、清晰描述，有嚴格決策規(guī)則、決策問題能準確、清晰描述，有嚴格決策規(guī)則、標準、算法的決策。標準、算法的決策。非結構化決策非結構化決策 決策問題不能準確、清晰描述，沒有規(guī)則和標決策問題不能準確、清晰描述，沒有規(guī)則和標準的決策。

3、準的決策。 半結構化決策半結構化決策 決策問題不能完全確切描述，可以用相對確切決策問題不能完全確切描述，可以用相對確切的決策規(guī)則、方法來解決，同時需要決策者的的決策規(guī)則、方法來解決，同時需要決策者的知識、經驗、直覺和判斷能力。知識、經驗、直覺和判斷能力。6根據決策問題的周期性決策可分為：根據決策問題的周期性決策可分為：重復決策重復決策 重復發(fā)生重復發(fā)生, 通常有周期性通常有周期性. 非重復決策非重復決策 不經常發(fā)生不經常發(fā)生, 或許只發(fā)生一次或許只發(fā)生一次.7決策支持系統(tǒng)決策支持系統(tǒng)(Decision Support Systems,DSS）群決策支持系統(tǒng)群決策支持系統(tǒng)(Group Decis

4、ion Support Systems, GDSS)地理信息系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)(Geographic Information Systems,GIS)人工智能系統(tǒng)人工智能系統(tǒng)(Artificial Intelligence Systems，AI)專家系統(tǒng)（專家系統(tǒng)（Expert Systems）神經網絡（神經網絡（Neural Networks）遺傳算法（遺傳算法（Genetic Algorithms）智能代理（智能代理（Intelligent Agents）8MIS提供管理者定期的固定格式的報告, 為管理者對組織活動的控制提供支持, 但不能針對特定問題提供專門信息, 為決策提供支持。管理者的主

5、要職責就是發(fā)現問題，做出決策。因此能針對特定問題提供決策支持的信息系統(tǒng)對管理者更有意義。20世紀70年代，MIT的S.S.Morton和G.W.Keen提出DSS概念。隨著人工智能技術和IT技術的發(fā)展，DSS在商業(yè)領域逐步得到越來越廣泛的應用。9決策支持系統(tǒng)的特征：DSS是一種高度柔性和交互式IT系統(tǒng)。主要支持半結構化和結構化問題的決策。 只能輔助決策者決策, 而非代替決策者決策。通過提供模型、分析技術、信息等支持決策。DSS的支持作用主要是改善決策，提高決策效率。 10決策者的優(yōu)勢決策者的優(yōu)勢DSS的貢獻的貢獻IT的優(yōu)勢的優(yōu)勢經驗經驗直覺直覺判斷判斷知識知識提高效率提高效率增進理解增進理解提

6、高靈活性提高靈活性減少成本、減少減少成本、減少問題的復雜性問題的復雜性速度速度信息信息處理能力處理能力決策者與決策支持系統(tǒng)的結合11Keen把DSS分為四類：被動支持型DSS用于模擬或驗證決策方案，發(fā)現決策方案中可能存在的問題。 DSS是一個仿真工具。規(guī)范支持型決策者提供決策數據和要求，DSS完成決策過程。擴展支持型DSS用于向決策者提供決策方案，并通過人機交互，尊重決策者的判斷，啟發(fā)誘導決策者，獲得高質量決策。12明年廣告費花在什么地方?了解了電視、報紙廣告對銷售的影響,知道在那里做廣告了用戶界面管理模型管理數據管理信息需求選擇模型模型結果問題答案DSS 組成部分組成部分13用戶界面模型管理

7、系統(tǒng)數據管理系統(tǒng)Whatif 模型最優(yōu)化模型統(tǒng)計模型目標搜索模型組織信息外部信息個人信息DSS組成元素簡便靈活、一致性、適應性好，符合用戶習慣幫助決策者方便的選擇、建立和運行模型存儲、訪問DSS所需信息14數據管理 由數據庫和數據庫管理系統(tǒng)組成，其作用是保由數據庫和數據庫管理系統(tǒng)組成，其作用是保存和訪問數據。存和訪問數據。 DSS與與MIS的數據管理不同：的數據管理不同：對數據的要求不同。對數據的要求不同。DSS經常需要的是經過經常需要的是經過處理的綜合性的數據。處理的綜合性的數據。對數據的管理要求不同。對數據的管理要求不同。DSS更強調對數據更強調對數據的預處理和分析。的預處理和分析。15模

8、型管理 由模型庫和模型管理系統(tǒng)組成，是由模型庫和模型管理系統(tǒng)組成，是DSS區(qū)別于區(qū)別于其他類型系統(tǒng)的特色部件，其作用是保存和訪其他類型系統(tǒng)的特色部件，其作用是保存和訪問模型。問模型。 模型：模型：各種統(tǒng)計模型，預測模型，財務分析模各種統(tǒng)計模型，預測模型，財務分析模型，運籌學模型，模擬模型，等等。型，運籌學模型，模擬模型，等等。 模型形式：模型形式： 程序：模型表示的傳統(tǒng)方法。模塊化、程序化的數程序：模型表示的傳統(tǒng)方法。模塊化、程序化的數學計算模型或算法。學計算模型或算法。 知識邏輯：基于知識的表示方法。如謂詞邏輯、產知識邏輯：基于知識的表示方法。如謂詞邏輯、產生式、語義網絡。生式、語義網絡。1

9、6 模型庫：模型庫：模型集合。模型集合。 模型庫管理系統(tǒng)模型庫管理系統(tǒng)生成模型和管理模型的軟件系統(tǒng)。生成模型和管理模型的軟件系統(tǒng)。創(chuàng)建模型：通過交互式集成環(huán)境，通過問題抽象（問創(chuàng)建模型：通過交互式集成環(huán)境，通過問題抽象（問題定義、定性定量因素定義、模型元定義）提供模型、題定義、定性定量因素定義、模型元定義）提供模型、算法等生成問題模型。算法等生成問題模型。模型管理：模型的組織（運用一個或多個模型的組合模型管理：模型的組織（運用一個或多個模型的組合試探，完成決策）、檢驗（樣例測試）、維護（刪除、試探，完成決策）、檢驗（樣例測試）、維護（刪除、修改）修改）運行模型，控制模型的運行狀態(tài)，控制模型訪問

10、權、運行模型，控制模型的運行狀態(tài)，控制模型訪問權、選擇、模型的數據訪問。選擇、模型的數據訪問。17用戶界面管理為決策者提供一個方便友好的交互環(huán)境，便為決策者提供一個方便友好的交互環(huán)境，便于對信息與模型的操作。于對信息與模型的操作。向用戶提供系統(tǒng)運行狀態(tài)、運行結果、推理向用戶提供系統(tǒng)運行狀態(tài)、運行結果、推理結論。向用戶提供所需的輸出形式。結論。向用戶提供所需的輸出形式。交互方式：交互方式：18 Q/A方式：系統(tǒng)提問方式：系統(tǒng)提問/給出選擇答案，由用戶回給出選擇答案，由用戶回答（答（Y/N）或選擇。）或選擇。 菜單方式菜單方式/命令方式：由用戶選擇命令菜單命令方式：由用戶選擇命令菜單/或輸或輸入命

11、令。入命令。 表格填充方式：用戶將輸入填充在系統(tǒng)顯示的表格填充方式：用戶將輸入填充在系統(tǒng)顯示的表格中。批量數據表格中。批量數據 的輸入。的輸入。 窗口：多窗口操作，不同窗口進行不同操作。窗口：多窗口操作，不同窗口進行不同操作。 多媒體方式：語音交互。多媒體方式：語音交互。 虛擬現實方式：通過臨境設備，如頭盔、手套虛擬現實方式：通過臨境設備，如頭盔、手套與系統(tǒng)交互。與系統(tǒng)交互。192021GDSS：具有支持群體決策活動所需處理功能的決策支持系統(tǒng)。這些功能包括：通信、文件共享、構造群體決策模型、集合個人觀點為群體觀點以及涉及群體交互活動的其他功能。GDSS的作用 支持群體決策：綜合不同人員的專業(yè)知

12、識；將復雜問題分解成不同專業(yè)領域的小問題，并行解決，提高決策效率。 克服群體會議的缺點，決策者的決策行為不受干擾。 實現跨時空的群體決策。 GDSS 幫助小組產生思想, 找到優(yōu)勢和不足,選擇方案, 達成一致意見。22 提供對意見的組織、評價工具。 改善文檔管理，保存決策及其過程信息。目前可用于的群決策支持的系統(tǒng) 電子會議系統(tǒng) 工作流系統(tǒng) 電子郵件系統(tǒng)23決策過程群件DSS功能通信團隊群體決策支持系統(tǒng)GDSS24情報階段頭腦風暴產生潛在問題描述問題分類與分析歸納小組問題描述確保每個團隊成員理解問題排序表決共同確定什么是真正的問題確定現狀或子問題設計階段頭腦風暴產生所有可能的解決方案問題分類與分析

13、歸納所有可能的解決方案確保每個人都了解每個可選方案排序表決根據實際情況對可能的解決方案進行選擇選擇階段頭腦風暴排出各種方案的順序問題分類與分析歸納各種可能的順序確保每個人都明確這個順序排序表決集體選出最好的解決方案群體決策中情報、設計和選擇的步驟25會議同一時間會議不同一時間會議會議室會議在會議室開會同城市會議在不同地點全球會議在世界各地同城市會議在不同地點全球會議在世界各地群件文件管理DSS功能通信LAN群件文件管理電子郵件視頻會議DSS功能通信LAN、MAN/Internet群件文件管理電子郵件視頻會議翻譯軟件DSS功能通信WAN/ Internet群件電子公告牌電子郵件視頻會議DSS功能

14、通信LAN、MAN/Internet群件電子公告牌電子郵件視頻會議翻譯軟件DSS功能通信WAN/InternetGDSS團隊會議類型26GIS：處理空間或與空間相關信息的信息系統(tǒng)。GIS特點以分層2D/3D圖形、表格形式表達信息。通常頂層表達概要信息，底層表達最細節(jié)的信息。GIS應用客戶群分布組織機構的布局促銷和廣告的定位物流城市規(guī)劃布局市政公用設施管理27行政區(qū)劃圖層行政區(qū)劃圖層 境界境界交通圖層交通圖層 上山公路、景區(qū)景點，縣道和鄉(xiāng)道、城區(qū)道路、城上山公路、景區(qū)景點，縣道和鄉(xiāng)道、城區(qū)道路、城市街道、公交線路，車站、汽車服務市街道、公交線路，車站、汽車服務服務圖層服務圖層 商業(yè)網點、會展場所

15、、其他場館會所、醫(yī)療衛(wèi)生、商業(yè)網點、會展場所、其他場館會所、醫(yī)療衛(wèi)生、居民小區(qū)居民小區(qū)其他圖層其他圖層 景區(qū)景點、綠地、水系、森林景區(qū)景點、綠地、水系、森林 2829GIS應用30全國現有各種糧庫地理分布及類型、倉容。全國現有各種糧庫地理分布及類型、倉容。根據新建任務，合理確定新建（擴建）庫點具根據新建任務，合理確定新建（擴建）庫點具體位置，類型和容量，提出優(yōu)化方案，體位置，類型和容量，提出優(yōu)化方案， 。確定庫點間或城市、地區(qū)間的最佳（經濟、快確定庫點間或城市、地區(qū)間的最佳（經濟、快速）調糧運輸線路和方式。速）調糧運輸線路和方式。對全國糧食流通作出糧流分析對全國糧食流通作出糧流分析31調糧路徑

16、選擇全國糧庫布局32人工智能：用人工方法在機器（計算機）上模擬人工智能：用人工方法在機器（計算機）上模擬人的思維和行為的學科人的思維和行為的學科專家系統(tǒng)（專家系統(tǒng)（EXPERT SYSTEMS）神經網絡（神經網絡（NEURAL NETWORKS）遺傳算法（遺傳算法（GENETIC ALGORITHMS）智能代理（智能代理（INTELLIGENT AGENTS） 33ES：在相關領域具有專家水平解題能力的智能系統(tǒng)。它運用領域專家積累的專門知識與經驗，模擬人的思維過程，通過推理或與人的交互，解決復雜問題。ES特征具有專門領域的系統(tǒng)的知識。能有效地推理：精確推理、不完全推理、試探推理。具有知識獲取能

17、力：通常由知識工程師通過知識編輯器把領域知識傳授給系統(tǒng)。有的系統(tǒng)具有初步的學習能力。具有交互性和解釋能力。34專業(yè)知識事實和“為什么”信息 來自ES的結果“為什么”信息解釋“為什么”信息事實專業(yè)知識的內部表達形式專業(yè)知識規(guī)則知識獲取知識庫用戶界面推理機解釋模塊用戶知識工程師專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)組成35知識獲取 由一組程序實現，負責把知識輸入到知識庫中，由一組程序實現，負責把知識輸入到知識庫中，并管理知識庫中的知識，保證其一致性及完整并管理知識庫中的知識，保證其一致性及完整性。性。 知識獲取方式：知識獲取方式：知識工程師向領域專家獲取知識，然后用知知識工程師向領域專家獲取知識，然后用知識編輯軟件將知

18、識輸入知識庫。識編輯軟件將知識輸入知識庫。系統(tǒng)通過與專家交互，獲取知識。系統(tǒng)通過與專家交互，獲取知識。系統(tǒng)從推理過程與結論中歸納析取知識。系統(tǒng)從推理過程與結論中歸納析取知識。36專家系統(tǒng)用符號串表示專家系統(tǒng)用符號串表示知識知識知識表示方法舉例知識表示方法舉例 謂詞邏輯謂詞邏輯表達表達事實事實、規(guī)則規(guī)則。如：。如： Morethan(OrderQuantity, Level) OldCustomer(CustomerName) Return(Rate) OldCustomer(CustomerName) Return(Rate) 產生式產生式表達有因果關系的知識：如：表達有因果關系的知識：如：

19、IF Morethan(X, L) AND OldCustomer(C) THEN Return(r) 其它表示方法其它表示方法37知識框架：用結構化形式表達知識。如：知識框架：用結構化形式表達知識。如：38前向推理：以事實為出發(fā)點的推理。如：前向推理：以事實為出發(fā)點的推理。如：39用戶界面實現系統(tǒng)與用戶、知識工程師、專家交互的接口（主實現系統(tǒng)與用戶、知識工程師、專家交互的接口（主要指軟件）實現人機對話。要指軟件）實現人機對話。輸入更新知識輸入更新知識輸入求解的問題、已知的事實、向系統(tǒng)提問、回答系輸入求解的問題、已知的事實、向系統(tǒng)提問、回答系統(tǒng)的提問統(tǒng)的提問輸出推理結果、回答用戶提問、向用戶索

20、取進一步的輸出推理結果、回答用戶提問、向用戶索取進一步的事實或提問事實或提問轉換內外部信息。將輸入的信息轉換為內部表現形式。轉換內外部信息。將輸入的信息轉換為內部表現形式。將輸出的信息表達成人們容易理解的形式。將輸出的信息表達成人們容易理解的形式。40綠燈亮了嗎？（是綠燈亮了嗎？（是/否）：否）：否否紅燈亮了嗎？紅燈亮了嗎？ （是（是/否）：否）：否否紅燈快要亮了嗎？紅燈快要亮了嗎？為什么？為什么？只有黃燈亮時才有這種情況，然后你有兩種選擇。只有黃燈亮時才有這種情況，然后你有兩種選擇。紅燈快要亮了嗎？紅燈快要亮了嗎？否否結論：通過路口結論：通過路口用戶界面的人機對話41規(guī)則規(guī)則1：IF綠燈亮綠

21、燈亮 THEN通過通過 Why 綠燈亮時是安全的，否則需綠燈亮時是安全的，否則需要更多信息要更多信息規(guī)則規(guī)則2：IF紅燈亮紅燈亮 THEN參照規(guī)則參照規(guī)則4或或3 Why應停車，或可不停車應停車，或可不停車知識規(guī)則42對話形式對話形式 菜單方式菜單方式 命令方式命令方式 自然語言方式自然語言方式 多媒體方式（語音）多媒體方式（語音） 虛擬現實方式虛擬現實方式解釋模塊解釋模塊是系統(tǒng)的一組程序。對系統(tǒng)的推理行為或結是系統(tǒng)的一組程序。對系統(tǒng)的推理行為或結論進行解釋，回答用戶提出的論進行解釋，回答用戶提出的 “為什么為什么?”或或“是怎是怎樣樣?” 的問題，提高系統(tǒng)和結論的可信度，同時，根據的問題，提

22、高系統(tǒng)和結論的可信度，同時，根據解釋，用戶可發(fā)現推理機及知識庫中存在的錯誤。解釋，用戶可發(fā)現推理機及知識庫中存在的錯誤。43知識庫知識庫是知識存儲機構，存儲領域專門知識，包括原理是知識存儲機構，存儲領域專門知識，包括原理性的知識、專家經驗及相關的事實。性的知識、專家經驗及相關的事實。推理機推理機是一組推理程序，專家系統(tǒng)的核心部分。根據當是一組推理程序，專家系統(tǒng)的核心部分。根據當前已知的問題事實、知識庫中的領域專門知識，按照一前已知的問題事實、知識庫中的領域專門知識，按照一定的推理方法和控制策略進行推理，求得問題的答案或定的推理方法和控制策略進行推理，求得問題的答案或證明某個假設的正確性。證明某

23、個假設的正確性。數據庫數據庫存儲用戶提供的初始事實、問題描述以及系統(tǒng)運行過程存儲用戶提供的初始事實、問題描述以及系統(tǒng)運行過程中得到的中間結果、最終結果、運行信息（如推出結果中得到的中間結果、最終結果、運行信息（如推出結果的知識鏈）的知識鏈）44建造方式建造方式 購買一個專家系統(tǒng)產品購買一個專家系統(tǒng)產品 購買一個專家系統(tǒng)外殼購買一個專家系統(tǒng)外殼 開發(fā)一個專家系統(tǒng)開發(fā)一個專家系統(tǒng)建造原則建造原則 恰當的劃定求解問題的領域恰當的劃定求解問題的領域 領域的寬度決定了系統(tǒng)知識庫的大小和質量及領域的寬度決定了系統(tǒng)知識庫的大小和質量及 求解問題的能力與效率求解問題的能力與效率 獲取完備的知識：知識的數量滿足

24、求解領域問題的獲取完備的知識：知識的數量滿足求解領域問題的需要，質量上要保證知識的一致性和完整性需要，質量上要保證知識的一致性和完整性 有友好的交互環(huán)境有友好的交互環(huán)境45 合理組織知識、選擇合適的推理模型。二者結合起合理組織知識、選擇合適的推理模型。二者結合起來考慮，分開設計，以提高推理效率和系統(tǒng)的靈活來考慮，分開設計，以提高推理效率和系統(tǒng)的靈活性。性。 在運用當中不斷完善。在運用當中不斷完善。建造工具建造工具 人工智能語言，如：人工智能語言，如：LISP，PROLOG 專家系統(tǒng)外殼，如：專家系統(tǒng)外殼，如：EMYCIN、EXPERT、KAS 專用開發(fā)工具，如：專用開發(fā)工具，如：AGE、OPS

25、X46Decision ManagementDiagnostic/TroubleshootingMaintenance/SchedulingDesign/ConfigurationSelection/Classification專家系統(tǒng)的主要應用專家系統(tǒng)的主要應用Process Monitoring/Control47對于具有清晰、完整規(guī)則的問題，對于具有清晰、完整規(guī)則的問題，ES有很好的作用：有很好的作用：處理大量的信息處理大量的信息減少錯誤減少錯誤改善客戶服務改善客戶服務提供決策的連續(xù)性提供決策的連續(xù)性提供新的信息提供新的信息減少成本減少成本專家的局限性專家的局限性難以處理領域的所有專門知

26、識難以處理領域的所有專門知識不能解決特定問題之外的問題不能解決特定問題之外的問題不能實現推理過程的完全自動化不能實現推理過程的完全自動化48神經網絡：又稱為人工神經網絡，是具有自組織，自學習，自適應能力的人工智能系統(tǒng)。它模擬人和動物大腦的神經細胞群的結構和功能，從一般類型問題的處理經驗中學習， 然后運用所學的知識去解決同類型的問題。神經網絡基本原理人工神經網絡是由大量的處理單元，即人工神經元，經過廣泛的互連而組成。其信息的處理是通過神經元之間的相互作用來實現的。知識與信息的存儲表現為網絡元件之間的聯系。網絡的學習和識別取決于各神經元連接權值的動態(tài)演化過程。49軸突(輸出)胞體(加權累加處理器)

27、樹突(電化學信號輸入)突觸簡單人腦神經元簡單人腦神經元50X1X2Xn人工神經元人工神經元輸入輸出YW1W2Wn權值輸入加權和超過閾值則神經元激活，產生輸出Y)()(1niiixtwftyiiixtydtwtw)()()1(調整權值：51典型的多層神經網絡結構輸入層輸出層隱藏層52神經網絡模型的信息大多存于它的各個結點之中。依賴模型本身的多層（一般為三層）結構和自學習特性，通過“培訓”或“學習”，建立及調整模型。計算由模型自身完成。神經網絡目前在語音識別，字符識別，影像技術，圖案識別和分類，信號處理，過程控制和優(yōu)化醫(yī)療診斷等領域得到廣泛應用。53SAS/EM的人工神經元網絡應用功能可以處理線性

28、模型、多層感知模型（MLP-Multilayer perceptron）。通過SAS/EM中的實現人工神經元網絡模型的工具,在交互式圖形化界面上，以在線導航（關于SAS人工神經元網絡問答）方式，經過以下四個步驟，高效地建立人工神經元網絡的模型： 數據準備神經網絡的定義人工神經元網絡的訓練生成模型 54遺傳算法是基于生物進化及遺傳工程思想的一種優(yōu)化算法?；驹?遺傳算法GA把問題的解表示成“染色體”。在執(zhí)行遺傳算法之前，給出一群“染色體”，也即假設解。然后，把這些假設解置于問題的“環(huán)境”中，并按適者生存的原則，從中選擇出較適應環(huán)境的“染色體”進行復制，再通過交叉、變異過程產生更適應環(huán)境的新一代

29、“染色體”群。這樣，一代一代地進化，最后就會收斂到最適應環(huán)境的一個“染色體”上，它就是問題的最優(yōu)解。55遺傳算法應用 模式識別、神經網絡、圖像處理、機器學習、工業(yè)優(yōu)化控制、自適應控制、生物科學、商業(yè)等等。 56智能代理Intelligent AgentsInterfaceTutorsPresentationAgentsNetworkNavigationAgentsRole-PlayingAgentsUserInterfaceAgentsInformationManagementAgentsSearchAgentsInformationBrokersInformationFilters根據人偏好，代替人獨立的完成重復性的工作。57充當電子助手充當電子助手, 對電子信息進行處理對電子信息進行處理, 如收集發(fā)送如收集發(fā)送過濾過濾e-mail查詢數據庫中的信息查詢數據庫中的信息收集、分類、分析網絡信息收集、分類、分析網絡信息 58AI System問題類型基礎初始信息Exp