第四章系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型解析全部?jī)?nèi)容

1、第四章系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型為什么需要系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型系統(tǒng)工程的對(duì)象是復(fù)雜系統(tǒng)。由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，社會(huì)的發(fā)展，使得描述、分析，綜合、決策的問題日益增多，而復(fù)雜系統(tǒng)的難度也與日供增。采用一般的數(shù)學(xué)方法表述此類系統(tǒng)難以奏效，即是勉強(qiáng)地?cái)?shù)學(xué)模型。也只是表示系統(tǒng)諸問題的一部分。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型結(jié)構(gòu)模型，是定性模型它只表示對(duì)象的大致特點(diǎn)。根據(jù)結(jié)構(gòu)圖形與結(jié)構(gòu)矩陣之間一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，通過對(duì)矩陣的簡(jiǎn)單演算和變換，把不清楚、不條理錯(cuò)綜復(fù)雜的系統(tǒng)，變成簡(jiǎn)單的，易理解和直觀的遞階結(jié)構(gòu)模型。S1S1S4S2S4S2S3S3圖 7-1(a)圖 7-1(b)其在整個(gè)系統(tǒng)分析期中的作用（選出）（）（決議）主義的產(chǎn)生問題的提出問題的結(jié)構(gòu)問題

2、的解決集體創(chuàng)造性思考法內(nèi)容分析法形態(tài)分析法關(guān)聯(lián)樹形法（PATTERN）ISM 法( 結(jié)構(gòu)KSIM 法DYNAMO 法智力法文獻(xiàn)Delphi 法法表達(dá)法)會(huì)議法聽取意見法名義分組法(NGTNormal Group Techniques）retingMingstructural計(jì)算機(jī)會(huì)議法模擬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化對(duì)和參加者的意見的對(duì)照現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)法法問題挖掘技術(shù)發(fā)想法啟發(fā)法關(guān)聯(lián)數(shù)法模型（ISM）結(jié)構(gòu)問題挖掘技術(shù)決策試驗(yàn)與評(píng)價(jià)（DEMA）系統(tǒng)開發(fā)計(jì)劃程序結(jié)構(gòu)決定技術(shù)工作設(shè)計(jì)交叉影響仿真模型（KISM）快速仿真模型（QISM）系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)決定技術(shù)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)表述系統(tǒng)要素的選取及其關(guān)系的確定

3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的圖形表示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的矩陣表示系統(tǒng)的要素及其關(guān)系（1）挑選系統(tǒng)分析（2）明確問題（ 10人）（3）選擇（4）建立要問題的要素（p107）間的關(guān)系決定要素間有無直接關(guān)系（因果關(guān)系、優(yōu)先關(guān)系、包含關(guān)系、影響程度、重要程度等等。要素對(duì)應(yīng)關(guān)系（人機(jī)）計(jì)算機(jī)為學(xué)習(xí)的反饋決策說明書文件形式解釋結(jié)構(gòu)模型要素結(jié)合關(guān)系作圖結(jié)構(gòu)模型構(gòu)思模型問題理解可達(dá)矩模型要素明細(xì)表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的三、系統(tǒng)構(gòu)造與二元關(guān)系設(shè)系統(tǒng)的要素集為S，要間的S1關(guān)系集為RS=（S1, S2, , SN )S5R=rij), rij=(si,sj) 或 rij= siR sj（ si與sj存在二元關(guān)系）則系統(tǒng)G可表達(dá)成： G=S，R

4、如圖：S=（S1，S2，S3，S4，S5）S2S3S4R=（s1,s2),(s2,s3),(s3,s4),(s4,s2),(s2,s5),(s5,s1),(s5,s4)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的圖形表示圖的基本概念有向連接圖回路環(huán)樹關(guān)聯(lián)樹（賦權(quán)樹）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的圖形表示優(yōu)點(diǎn)：直觀、容易、明白地表示出系統(tǒng)的構(gòu)造，并使系統(tǒng)的信息傳遞路徑一目了然。缺點(diǎn)：如果系統(tǒng)為大規(guī)模系統(tǒng)或者復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)的有向連接圖就會(huì)變得錯(cuò)綜復(fù)雜而難以看清。這是圖形表示直觀的優(yōu)越性也喪失了。復(fù)雜系統(tǒng)的圖形表示不方便演算。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的矩陣表示鄰接矩陣A中的元素aij定義為:在系統(tǒng)（S，R）中，S為有限集合時(shí)，將S的元素矩陣A取作行和列，iRSj矩陣

5、有兩種類型，鄰接矩陣和可達(dá)矩陣，前者表示a =ij0 S RSij元間的直接關(guān)系，后者表示元間的可達(dá)關(guān)R表示有關(guān)系，R表示無關(guān)系系例：S1S4S2S3系統(tǒng)圖7-6定義鄰接矩陣及其性質(zhì)0+0=00+1=11+0=1 1+1=100=001=010=011=1例3124可達(dá)矩陣的簡(jiǎn)單計(jì)算考慮到(IA) 2=I (IA)A (IA)=IAA2依次類推：(IA) n= IAA2An = M只要計(jì)算(IA) n就行了，這時(shí)不僅計(jì)算量小，而且需要存貯的中間結(jié)果也少。其中， A為鄰接矩陣可達(dá)矩陣的性質(zhì)（ 111DEMA方法DEMA(DeciMaking Trial andEvaluation Laborat

6、ory)，全稱為“決策試驗(yàn)和評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)法”，是1971年Botle為了方解決現(xiàn)實(shí)世界中復(fù)雜、的問題而法論。該方法是一種運(yùn)用圖論與矩陣工具進(jìn)行系統(tǒng)要素分析的方法，通過分析系統(tǒng)中各要素之間的邏輯關(guān)系與直接影響關(guān)系，可以判斷要間關(guān)系的有無及其強(qiáng)弱評(píng)價(jià)。目前，該方法已經(jīng)成功應(yīng)用于企業(yè)創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)、綠色產(chǎn)品評(píng)價(jià)等多個(gè)領(lǐng)域中。DEMA方法實(shí)施步驟*當(dāng)n充分大時(shí)，可以用式G (I-G)-1近似計(jì)算綜合影響矩陣T，其中I為陣。先求X各元和并取最大值然后X各元素除以該最大值直接影響矩陣X規(guī)范化直接影響矩陣G綜合影響矩陣T T=G+ G2 Gn+例圖有向圖表示系ISM 法解釋結(jié)構(gòu)模型（ISM）是J特教授于1973年

7、作為分折復(fù)雜的社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)有關(guān)問題的法而開發(fā)的。其特點(diǎn)是把復(fù)雜的系統(tǒng)分解為若干子系統(tǒng)（要素），利用人們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，以及電子計(jì)算機(jī)的幫助，最終將系統(tǒng)構(gòu)造成一個(gè)多級(jí)遞階的結(jié)構(gòu)模型。ISM法的應(yīng)用可以應(yīng)用到系統(tǒng)工程的所有階段（明確問題、確定目標(biāo)、計(jì)劃、分析、綜合、評(píng)價(jià)、決策）可以應(yīng)用于任何問題（從能源、資源等國(guó)際性問題到地區(qū)開發(fā)，交通事故等國(guó)內(nèi)范圍的問題，以及企業(yè)、個(gè)人范圍內(nèi)的問題適于運(yùn)用ISM法的準(zhǔn)則：（1）想抓住問題的本質(zhì)；（2）想找到解決問題的有效對(duì)策；（3）想得到多數(shù)人的同意等等。ISM方法的操作步驟挑選實(shí)施ISM的成員設(shè)定問題選擇建立要問題的要素間的關(guān)系構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型根據(jù)問題建立可達(dá)矩

8、陣根據(jù)可達(dá)矩陣建立結(jié)構(gòu)解釋結(jié)構(gòu)模型的意義模型基本概念區(qū)域分解例可達(dá)矩陣112010300140015001600170123M 41000000001000010101110101000567010131411511611127340000 5011101MH61270111011001區(qū)域內(nèi)級(jí)間分解L1 si P1 | L(si ) F (si ) L(si ) si s3 , s4 , s5 , s6 | L(si ) F (si ) L(si ) s5L2 siP1 L1 | L(si ) F (si ) L(si ) si s3 , s4 , s6 | L(si ) F (si ) L

9、(si ) s4 , s6 L3 si P1 L1 L2 | L(si ) F (si ) L(si ) si s3 | L(si ) F (si ) L(si ) s351401601300127541011 6111101M H3127011101100131411511611127340005M 6127011101001110110015040030012754101M M I 3100127011001000第一級(jí)246第二級(jí)第三級(jí)37源點(diǎn)與匯點(diǎn)源點(diǎn)：在矩陣中如果有一行元素（例如第i行）全是1，則si是系統(tǒng)的源點(diǎn)，匯點(diǎn)：如果有一行元素（例如第k行）全為0，則sk是系統(tǒng)的匯點(diǎn)。系統(tǒng)沒有

10、回路STEP1：在鄰接矩陣中找出匯點(diǎn)STEP2：將該匯點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的行和列從矩陣中抹掉，余下的行和列仍保，形成一個(gè)降維矩陣A1持原STEP3：在矩陣A1中，出現(xiàn)新的匯點(diǎn)，仿照STEP2中的做法，得到一個(gè)新的降維矩陣A2STEP4：按照被抹去的點(diǎn)的順序?qū)仃囍匦屡帕?，便得到三角分塊矩陣1021304151101234500001000010101A 00 S 40101235001 2351000010001A01100 S 521021301A2 23010000 S3 31201 1A300 S2 244050030020010 子系統(tǒng)I451010A 310000子系統(tǒng)II2101100110

11、系統(tǒng)具有回路可達(dá)矩陣與它的轉(zhuǎn)秩矩陣的共同部分表示圖中的強(qiáng)連接（回路）R RT如果R RT =I，則表明圖中沒有回路對(duì)于有回路的情況，可以選擇回路中的某一節(jié)點(diǎn)為代表節(jié)點(diǎn)，從而可以簡(jiǎn)化可達(dá)矩陣，得到縮減可達(dá)矩陣R系統(tǒng)具有回路前提條件假設(shè)不是強(qiáng)連接的圖形，則R RT中有部分列（行）出現(xiàn)1，其余為零，STEP1：取值為1所對(duì)應(yīng)的元素作為集合S1 STEP2：從S中抹去S1，重復(fù)STEP1，得到S2 STEP3：直到所有元素被找出STEP4：按照新的序號(hào)對(duì)S重新排列，得到分塊矩陣STEP5：根據(jù)分塊矩陣構(gòu)造新的縮減矩陣BSTEP6：對(duì)縮減矩陣B按照“1”的方法進(jìn)行變換，得到矩陣BSTEP7：根據(jù)B的次序

12、變換，成為三角陣?yán)}：有向連接圖00101100001010011100110000000000000100000000001010A 0000010111010100001010000010000000010000001111101000001111001000000011111111110110110000001111111010 ( A I )10 M11111111111111111111001111110010010010011111110011112030415160708090100100231111000000001111004511000011110000000000M M

13、T 678000010010000001101100010011100009101010000001011010010014111111010100000010 S110511000000 0023800000001000100010000000000A S 20090000010000 001670111000100000100 S1130100S1000S 21101S 3方法三例123456781020001030100040000051000061000070000080123A 45010110006781000110001000000000000112111311140005100610070008100123010111 45101010111000M001167811111101011011001011 源點(diǎn)0111211110113111101140001000510011106100101081123M 1 4568010111 源