空間決策支持與專家系統(tǒng)課件

空間決策支持與專家系統(tǒng)第一節(jié)空間決策支持決策的概念決策支持系統(tǒng)的概念和特點決策支持系統(tǒng)的構(gòu)成空間決策支持的一般過程一、決策的概念決策是為達到某一目的而在若干可行方案中經(jīng)過科學(xué)分析、比較、判斷，從中選取最優(yōu)方案并賦予實施的過程。

決策過程一般分為五個步驟：⑴識別問題或?qū)Q策的要求；⑵分析和闡明方案；⑶做出選擇；⑷傳達和執(zhí)行決策；⑸追蹤和反饋決策的結(jié)果。一、決策的概念根據(jù)決策過程的可描述程度，西蒙（H.A.Simon）把決策劃分為結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化決策三種。⑴結(jié)構(gòu)化決策：一般指決策方法和決策過程有固定規(guī)律可尋:⑵非結(jié)構(gòu)化決策：一般指決策方法和決策過程有固定規(guī)律可尋:⑶半結(jié)構(gòu)化決策：是指介于結(jié)構(gòu)化決策和非結(jié)構(gòu)化決策之間的一種情況.以上三種劃分不是絕對的，它隨著人們對決策認識程度的加深而變化。從認識論的角度看，非結(jié)構(gòu)化問題會不斷地進化成為半結(jié)構(gòu)化問題，進而完全被認識成為結(jié)構(gòu)化問題。

二、決策支持系統(tǒng)的概念和特點決策支持系統(tǒng)的概念決策支持系統(tǒng)（DSS）是以管理科學(xué)、運籌學(xué)、控制論和行為科學(xué)為基礎(chǔ)，以計算機技術(shù)、仿真技術(shù)和信息技術(shù)為手段，利用各種數(shù)據(jù)、信息、知識、人工智能和模型技術(shù)，面對半結(jié)構(gòu)化的決策問題，支持決策活動的人機交互信息系統(tǒng)。決策支持系統(tǒng)的特點⑴主要解決半結(jié)構(gòu)化的決策問題。雖然解決問題的方法\模型已有規(guī)律可循,但因人、因時、因條件而異，不是唯一和確定的。⑵面向決策者。DSS的輸入和輸出、起源和歸宿都是決策者。

⑸強調(diào)交互式的處理方式。⑶強調(diào)支持的概念。力求擴展決策者做出科學(xué)決策的能力，而不是取而代之。⑷模型和用戶共同驅(qū)動。決策過程和決策模型是動態(tài)的，根據(jù)決策的不同層次、周圍環(huán)境，按用戶需求提供新的性能。⑸強調(diào)交互式的處理方式。問題的解決是一個交互的和遞歸的過程，通過大量、反復(fù)、經(jīng)常性的人機對話方式將計算機無法處理的因素（如人的偏好、主觀判斷能力、經(jīng)驗、價值觀念等）輸入計算機，并以此規(guī)定和影響著決策的進程。三、決策支持系統(tǒng)的構(gòu)成1.交互語言系統(tǒng)

它是用戶與DSS的接口部分，功能是使用戶能方便地表達和描述決策問題并能把解題的要求輸入給DSS，DSS也能把處理結(jié)果顯示給用戶。2.問題處理系統(tǒng)

它是整個DSS的核心部分，其他各部分都是為問題處理系統(tǒng)服務(wù)的。

⑴根據(jù)交互式人機對話的結(jié)果，識別問題。⑵根據(jù)所識別的問題構(gòu)造出求解問題的模型和方案。⑶根據(jù)所構(gòu)造的模型和方案，聯(lián)系或匹配所需要的算法、變量、數(shù)據(jù)等。⑷運行求解系統(tǒng)。⑸根據(jù)實際問題、用戶要求、評價結(jié)果和反饋信息等，修正方案或模型。⑹形成最終問題的解，以支持用戶進行決策。⑺提供一種問題描述語言，以幫助用戶更方便的描述問題和構(gòu)造整個問題處理系統(tǒng)的框架。

3.知識庫系統(tǒng)

它是一個能提供各種知識的表達方式，能夠把知識存貯于系統(tǒng)之內(nèi)并能夠?qū)崿F(xiàn)對知識方便靈活的調(diào)用和管理的程序系統(tǒng)。

一般由知識庫和知識庫管理系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。當(dāng)求解問題時,利用邏輯語言進行問題描述,而后在知識庫中尋求相關(guān)知識,并利用DSS規(guī)則模型進行推理判斷,從而模擬人的決策思維過程,達到輔助決策的目的。4.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

它是由數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)組成。

5.模型庫系統(tǒng)

它由模型庫及其管理系統(tǒng)組成。

DSS的模型庫具有智能作用。在DSS中,模型的重要性大大提高了,數(shù)據(jù)需求由模型確定,DSS的分析與設(shè)計是以決策所依據(jù)的模型為重要對象的。在DSS中，不是簡單地使用模型，而是幫助人構(gòu)建、檢驗?zāi)Ｐ汀⑿薷哪Ｐ秃烷_發(fā)模型，并提供強有力的分析功能。6.方法庫系統(tǒng)

它是由方法庫及其管理系統(tǒng)組成。

其基本功能是對各種模型的求解分析提供必要的算法。四、空間決策支持的一般過程1.空間決策支持的概念

空間決策支持是應(yīng)用空間分析的各種手段，對空間數(shù)據(jù)進行變換，以提取出隱含于空間數(shù)據(jù)中的某些事實與關(guān)系，并以圖形和文字的形式直觀地加以表達，為現(xiàn)實世界中的各種應(yīng)用提供科學(xué)、合理的支持，幫助決策者解決復(fù)雜的空間問題。

2.空間決策支持的一般過程

⑴確定目標(biāo)根據(jù)用戶的要求、任務(wù)等，確定目標(biāo)。

⑵搜集數(shù)據(jù)廣泛搜集與解題有關(guān)的各種數(shù)據(jù)

⑶建立模型根據(jù)目標(biāo)，形成定量分析模型。⑷尋求手段尋找空間分析手段，形成分析的結(jié)果，提交用戶使用。

⑸結(jié)果評價對空間分析結(jié)果進行評價，確定結(jié)果的可靠性和合理性。第二節(jié)專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)是研究模擬有關(guān)專家的推理思維過程，將有關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗，以知識庫的形式存入計算機。系統(tǒng)可以根據(jù)這些知識對輸入的原始事實進行復(fù)雜的推理，并做出判斷和決策，從而起到專門領(lǐng)域?qū)＜业淖饔?，具有這種功能的系統(tǒng)稱為專家系統(tǒng)。將專家系統(tǒng)應(yīng)用于地理信息系統(tǒng)領(lǐng)域有重要的意義：GIS需要利用專家系統(tǒng)來提高系統(tǒng)的推理分析功能和智能決策功能，專家系統(tǒng)所需的許多知識恰好隱含在GIS數(shù)據(jù)庫中，這就為專家系統(tǒng)在地理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了一個相互促進、相互作用的集成環(huán)境；GIS在各領(lǐng)域的應(yīng)用（如進行環(huán)境評價、城市規(guī)劃、空間模擬等）都離不開專家系統(tǒng)的支持。

一、專家系統(tǒng)的基本組成

專家系統(tǒng)的核心內(nèi)容是知識庫和推理機制，主要組成部分是：專家知識庫、推理模塊、用戶控制模塊、解釋程序和知識獲取程序，其一般結(jié)構(gòu)如下圖所示。

用戶專家知識庫專家知識獲取程序用戶控制模塊推理模塊專家解釋模塊

二、專家系統(tǒng)的知識表示與推理知識表示綜合采取多種有效的形式，推理模塊是不同應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)模塊的有機綜合。推理模塊是其關(guān)鍵所在，是空間分析模塊與專家系統(tǒng)的結(jié)合，穩(wěn)定、完善的推理模塊是系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵問題。

1.知識表示

(1)知識表示的形式知識表達效果最好的知識表示形式是產(chǎn)生式規(guī)則。產(chǎn)生式規(guī)則的知識一般表示為：ifAthenB,簡化為A→B(產(chǎn)生式規(guī)則)，意思是：如果A成立，則B成立。產(chǎn)生式規(guī)則的知識表示具有如下特點：①相同的條件可以得出不同的結(jié)論。②相同的結(jié)論可以有不同的條件來得到。③條件之間可以是“與”（AND）連接和“或”（OR）連接。④一般規(guī)則中的結(jié)論，可以是另一條規(guī)則中的條件。

(2)知識精確程度由于專家的大部分決策都是在知識不確定的情況下作出的，因此，在決策模型的實際應(yīng)用過程中，經(jīng)常使用可信度（CF）來表示事實和規(guī)則的確信程度。造成事實不確定性的因素有含糊性、不完全性、不精確性、隨機性和模糊性。事實的不確定性可以用可信度CF值表示，CF的取值范圍為：0≤CF≤1或0≤CF≤100

(3)規(guī)則的結(jié)構(gòu)形式一個規(guī)則的前提條件可以是一個對象的事實也可以是兩個或兩個以上對象事實經(jīng)過邏輯“與”、“或”的連接來表達。但后續(xù)結(jié)果只能包含一個對象事實。規(guī)則中的前提條件和后續(xù)結(jié)果除了可以表示不同的對象事實之間的關(guān)系以外，還可以表示對象事實和函數(shù)之間的關(guān)系。

２.知識推理知識推理方法有前向推理（數(shù)據(jù)驅(qū)動）和后向推理（目標(biāo)驅(qū)動）。由于空間決策問題的復(fù)雜性，在空間決策分析過程中，兩種推理方法經(jīng)常結(jié)合起來使用。規(guī)則推理經(jīng)常使用后向推理方法，而模型推理則使用前向推理方法。

三、人工智能與專家系統(tǒng)從廣義上講，一般認為用計算機模擬