模型庫及其管理系統(tǒng)

1、.模型與模型庫的基本概念第第8章章模型庫及其管理系統(tǒng)模型庫及其管理系統(tǒng)模型生成技術(shù)模型管理技術(shù)模型管理和數(shù)據(jù)管理的結(jié)合與結(jié)構(gòu) . 模型概念模型概念 模型特點(diǎn)模型特點(diǎn) 模型群和模型體系模型群和模型體系 模型庫模型庫8.1模型與模型庫的基本概念.模型是以某種形式對一個系統(tǒng)的本質(zhì)屬性的描述，以揭示系統(tǒng)的功能、行為及其變化規(guī)律。模型概念.模型是客觀世界的一個表征和體現(xiàn)，同時又是客觀事物的抽象和概括 模型比現(xiàn)實(shí)世界容易操作，尤其一些參數(shù)值的改變在模型中操作比在實(shí)際問題中操作更容易。 有些實(shí)際問題，很難、甚至根本不可能做實(shí)驗(yàn)，通過建立模型可以克服這種困難，而且模型比現(xiàn)實(shí)容易理解一些。 有些變量在現(xiàn)實(shí)中需要

2、很長時間才能觀察出它的變化情況，但用模型研究則很快看出變化規(guī)律，從而能最迅速抓住本質(zhì)特征。 用模型研究變量之間的關(guān)系，可以節(jié)約時間，降低費(fèi)用。 可以通過模型進(jìn)行靈敏度分析，以便看出哪些因素對系統(tǒng)影響更大。模型特點(diǎn).知識外部環(huán)境內(nèi)部各要素之間的相互關(guān)系模型特點(diǎn).模型群 預(yù)測模型群(2) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型群(3) 數(shù)量經(jīng)濟(jì)模型群(4) 優(yōu)化模型群(5) 不確定模型群(6) 決策模型群(7) 系統(tǒng)綜合模型群模型群和模型體系 .模型體系是針對某一具體的系統(tǒng)工程課題，在利用模型技術(shù)分析、規(guī)劃、評價(jià)該課題時，它可以應(yīng)用不同模型群中的模型，也可以應(yīng)用不同種類的模型，構(gòu)成了解決這一系統(tǒng)工程課題的模型體系。3個特點(diǎn)

3、模型群和模型體系 .模型庫模型庫是提供模型存儲和表示模式的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，還包含一個以上適當(dāng)?shù)拇鎯δＪ竭M(jìn)行模型提取、訪問、更新和合成等操作的軟件系統(tǒng)，這個軟件系統(tǒng)稱為“模型管理系統(tǒng)模型管理系統(tǒng)”。模型庫(model base)和模型軟件包(model package)的重要區(qū)別在于： 在模型庫中模型的存儲模式和求解過程并不相連，并不是為某一目的而建立的獨(dú)立程序及其集合，而是以基本模塊和基本要素為存儲單元的集合。從理論上講，利用這些基本單元，可以構(gòu)造任意形式和無窮多個模型。模型庫 .基本單元采用不同的存儲方式，目前主要有以下3種。 模型的程序表示模型的程序表示：傳統(tǒng)的模型表示方法，適用

4、于：傳統(tǒng)的模型表示方法，適用于描述結(jié)構(gòu)化的計(jì)算模型描述結(jié)構(gòu)化的計(jì)算模型 模型的數(shù)據(jù)表示模型的數(shù)據(jù)表示：參考數(shù)據(jù)庫、模型數(shù)據(jù)庫、用：參考數(shù)據(jù)庫、模型數(shù)據(jù)庫、用戶數(shù)據(jù)庫戶數(shù)據(jù)庫 模型的邏輯表示模型的邏輯表示：確定輸入輸出之間的邏輯關(guān)系，：確定輸入輸出之間的邏輯關(guān)系，定量和定性描述定量和定性描述模型庫 .傳統(tǒng)建模方法及其缺陷模型生成技術(shù)模型生成的一般步驟模型的動態(tài)生成8.2模型生存技術(shù).u表示實(shí)體的控制變量y表示實(shí)體的觀測變量所謂建模就是根據(jù)u和y尋找實(shí)體的描述方式，即模型傳統(tǒng)建模方法及其缺陷 .傳統(tǒng)的建模方法面臨6個主要的問題：建模所必要的數(shù)據(jù)往往難于獲取，或者不能滿足建模的要求 根據(jù)模型所得的計(jì)

5、算值與實(shí)際的觀測值之間有時存在很大的差異，因此模型被否定 對于一個復(fù)雜的、綜合性很強(qiáng)的實(shí)體，建模工作十分困難 管理人員難于理解大型的復(fù)雜模型，因此往往不信任這種模型，在利用模型進(jìn)行重大決策時，不愿意接收不理解其來由的建議和方案 建模方法中，有一種趨勢是用一組簡單模型來模擬復(fù)雜問題 一般來講，傳統(tǒng)的建模方法沒有使決策者和利用模型做決策的過程進(jìn)行充分的交互 傳統(tǒng)建模方法及其缺陷 .模型生成技術(shù) 模型生成過程具有如下4個特點(diǎn)：(1) 模型在系統(tǒng)內(nèi)的主要存儲方式是非程序式的(2) 在生成模型的過程中，采用定量建模和推理分析相結(jié)合的技術(shù)(3) 模型生成在人機(jī)交互中完成(4) 模型生成應(yīng)該是一個動態(tài)過程.

6、模型生成技術(shù) DSS所研究的模型生成環(huán)境并不是實(shí)體仿真環(huán)境的具體內(nèi)容，而是為了構(gòu)造仿真環(huán)境，在DSS中應(yīng)該具備的條件和軟件框架，人們稱之為模型的框架環(huán)境。設(shè)計(jì)框架環(huán)境時應(yīng)該考慮如下5個問題 交互方式模型表達(dá)方式定量計(jì)算能力推理分析框架框架環(huán)境的管理.模型生成的一般步驟模型生成經(jīng)歷的一般步驟系統(tǒng)分析確定模型的描述方式 參數(shù)設(shè)定 模型評價(jià)和結(jié)果檢驗(yàn) 模型求解 報(bào)告輸出.模型生成的一般步驟舉例說明多目標(biāo)線性規(guī)劃模型生成系統(tǒng)構(gòu) 模型生成系統(tǒng)工作流程 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模塊功能描述 模型生成系統(tǒng)工作流程 .模型的動態(tài)生成模型的動態(tài)生成：根據(jù)系統(tǒng)的內(nèi)因和外因變化修改模型，使之跟蹤系統(tǒng)運(yùn)動形態(tài)的過程。一般模型的動態(tài)

7、生成包括仿真環(huán)境跟蹤、模型參數(shù)更新、模型重構(gòu)和推理調(diào)整等方面的內(nèi)容。 一般模型的動態(tài)生成仿真環(huán)境跟蹤模型參數(shù)更新推理調(diào)整模型重構(gòu).仿真環(huán)境跟蹤(tracing of simulation enviroment)模型的動態(tài)生成仿真環(huán)境修改數(shù)據(jù)的增加或刪除描述解釋變量和參數(shù)的變化系統(tǒng)仿真模型的變化知識更新. 模型參數(shù)更新 當(dāng)系統(tǒng)的內(nèi)因或外因發(fā)生變化時，模型的結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，僅變更模型的參數(shù)就可以了。在DSS中，模型參數(shù)的修改最好用人機(jī)交互來修改模型參數(shù)。 模型重構(gòu)(model restructure) 系統(tǒng)的環(huán)境變化和內(nèi)部因素的變化都會引起模型結(jié)構(gòu)的變化，這就涉及模型重構(gòu)的問題。 調(diào)整推理(rea

8、soning adjustment) 系統(tǒng)的內(nèi)因和外因發(fā)生變化不僅影響模型的計(jì)算結(jié)果，而且還影響模型的推理分析。 模型的動態(tài)生成.8.3模型管理技術(shù)模型管理系統(tǒng)的主要研究內(nèi)容模型管理系統(tǒng)模型管理系統(tǒng)（model management system,MMS） 模型管理技術(shù)的發(fā)展過程.MMS功能要求 :模型表示方法可以將模型分解成基本單元，并能以知識的形式存在，使模型成為系統(tǒng)的一組共享資源。模型的存儲技術(shù)適用于整個管理過程，并且與數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)和知識表示技術(shù)兼容。系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶描述問題的性質(zhì)和環(huán)境條件選擇適當(dāng)?shù)哪Ｐ?模型應(yīng)用規(guī)則能保證用戶在模型庫中正確地使用模型。模型維護(hù)和集成技術(shù)可以擴(kuò)展模型庫

9、的適用范圍，即當(dāng)模型庫中沒有現(xiàn)成的模型接近新的問題性質(zhì)和環(huán)境條件，應(yīng)能構(gòu)造出符合問題條件的混合模型。模型生成技術(shù)應(yīng)為用戶提供足夠的建模知識和算法，在交互過程中完成對新問題性質(zhì)和條件的建模。模型管理系統(tǒng)（MMS）MMS為生成模型和管理模型提供一個用戶友好環(huán)境為生成模型和管理模型提供一個用戶友好環(huán)境的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)。 .模型管理技術(shù)的發(fā)展過程子程序庫 模型軟件包 模型管理系統(tǒng) 人工智能管理方法 簡單復(fù)雜.模型管理系統(tǒng)的主要內(nèi)容模型管理系統(tǒng)模型規(guī)范建模操作運(yùn)行操作使用管理模型表示零值處理解釋系統(tǒng)（交互系統(tǒng)）問題抽象模型生成模型體系的生成完善性檢查校驗(yàn)驗(yàn)證模型的使用生成一致性進(jìn)入權(quán)模型

10、選擇檢索聯(lián)合訪問.8.4模型管理和數(shù)據(jù)管理的結(jié)合與結(jié)構(gòu) 模型管理系統(tǒng)應(yīng)滿足以下4個要求(1) 能支持各類用戶的不同要求，模型用戶可分為信息用戶(決策 者)、模型建立者、工具建造者三類，模型管理系統(tǒng)應(yīng)支持這三方面的用戶。(2) 系統(tǒng)應(yīng)能把模型和數(shù)據(jù)結(jié)合起來，提供模型庫和數(shù)據(jù)庫之間的公共接口。(3) 能夠通過DSS通用的用戶接口模塊同用戶通信。(4) 由于許多DSS是在分布環(huán)境中為多個用戶開發(fā)，因此，模型共享就成為設(shè)計(jì)模型管理系統(tǒng)的一個重要方面。其中數(shù)據(jù)和模型接口最為重要在DSS的開發(fā)中，應(yīng)重點(diǎn)研究模型管理和數(shù)據(jù)管理的結(jié)合和實(shí)現(xiàn).模型管理和數(shù)據(jù)管理的結(jié)合 從軟件設(shè)計(jì)的角度看，模型管理和數(shù)據(jù)管理有機(jī)

11、結(jié)合 模型管理和數(shù)據(jù)管理的發(fā)展過程 .模型管理和數(shù)據(jù)管理的結(jié)合 特點(diǎn)缺陷第一代模型和數(shù)據(jù)在單獨(dú)的應(yīng)用程序中結(jié)合起來，程序員不僅要編制程序的計(jì)算過程，還要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并把兩者結(jié)合起來。效率很高 開發(fā)模型費(fèi)時、昂貴，也難于維護(hù) 第二代利用應(yīng)用程序的公共計(jì)算過程，以程序包的形式收集，這些子程序包提供了統(tǒng)計(jì)和矩陣的運(yùn)算 。把計(jì)算工作可以看做一個函數(shù)模型的輸入轉(zhuǎn)化為解決問題而用的輸出工具與問題域是無關(guān)第三代廣泛使用DBMS管理復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫，模型和數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)庫管理語言結(jié)合在一起。 模型太多，這種方法的性能則不能令人滿意 第四代把模型和數(shù)據(jù)有機(jī)地結(jié)合。減少重復(fù)、增強(qiáng)靈活性、 模型共享.第四代模型管理系統(tǒng)

12、的結(jié)構(gòu)外部層 邏輯層 物理計(jì)算層 模型管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) .第四代模型管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)外部模式外部模式是輸入到輸出映射的邏輯表示，反映了信息用戶的視圖，用戶關(guān)心的是在有限輸入情況下可能的輸出INPUT（模型名，輸入名）OUTPUT（模型名，輸出名） 此種關(guān)系模式的優(yōu)點(diǎn)：(1) 該關(guān)系模式可存儲在數(shù)據(jù)庫中，既可簡化模型檢索和存儲，又可簡化模型庫和數(shù)據(jù)庫的結(jié)合。(2) 高度模塊化，獨(dú)立于模型的邏輯計(jì)算順序，邏輯計(jì)算層和物理計(jì)算工作的變化對這層影響很小。(3) 用戶甚至可以不知道模型名就可以輸出信息，用戶通過用戶接口輸入數(shù)據(jù)、輸出定義名稱，這樣系統(tǒng)就可通過輸入、輸出名檢索模型、運(yùn)行模型，再把輸出值告知用戶

13、。另外，還提供用戶一個模型目錄，用戶也可自選適宜的模型。 .第四代模型管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)邏輯結(jié)構(gòu)邏輯結(jié)構(gòu)反映了模型中用到的計(jì)算工具之間的邏輯關(guān)系，把模型的各元素合理地組織起來，由外部模式調(diào)用。 邏輯結(jié)構(gòu)層對模型的處理需兩種語言，即模型定義語言(MDL)和模型操縱語言(MML)。MDL定義模型的每個組成部分，包括模型名、輸入要求、輸出數(shù)據(jù)、工具和其他相連接的模型，MML涉及模型的操作，如建立、存儲、修改、增加、刪除、連接、使用等.第四代模型管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一個模型結(jié)構(gòu)如下所示：Name:OUTPUT: INPUT: TOOL: MODEL: BEGIN USE IF THEN LINK ELSE USE(tool2)END .第四代模型管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)物理計(jì)算物理計(jì)算工具庫中的每個工具都是獨(dú)立的模塊，工具之間不能相互通信，而是通過邏輯層和物理工具層的接口相連接。接口接口 第四代模型管理系統(tǒng)，不同層之間的接口起著重要作用，一般有兩個重要接口。一個是模式模型接口，它是外部模式和邏輯結(jié)構(gòu)之間的接口，一