第11章_智能決策支持系統(tǒng)資料

1、主講人：XX郵 箱：第十一章 智能決策支持系統(tǒng) 本 章 內(nèi) 容第一節(jié) 決策和決策科學第二節(jié) 決策支持系統(tǒng)的定義、分類與系統(tǒng)結構第三節(jié) 智能決策支持系統(tǒng)第四節(jié) Agent和Multi-Agent系統(tǒng)2021-11-20第十一章 智能決策支持系統(tǒng)21.1 決策和決策科學智能決策支持系統(tǒng)(IDSS)是決策支持系統(tǒng)(DSS)與人工智能(AI)技術相結合的產(chǎn)物, 它將人工智能中的知識表示與知識處理的思想引入到DSS，其獨特的研究方法和廣泛的發(fā)展前途引起了國內(nèi)外學術界和企業(yè)界的極大重視。決策是人們?yōu)檫_到一定目的而進行的有意識、有選擇的活動。在一定的人力、設備、材料、技術、資金和時間因素的制約下，人們?yōu)榱藢?/p>

2、現(xiàn)特定目標，可從多種可供選擇的策略中做出決斷，以求得最優(yōu)或較好效果的過程就是決策過程。決策科學先驅(qū)西蒙（H.A.Simon）教授在著名的決策過程模型論著中指出：以決策者為主體的管理決策過程經(jīng)歷情報（intelligence）、設計（design）和抉擇（choice）三個階段。2021-11-20第十一章 智能決策支持系統(tǒng)3情報 指進行“情報”（數(shù)據(jù)）的收集和處理、研究決策環(huán)境、分析和確定影響決策的因素或條件的一系列活動；設計 指發(fā)現(xiàn)、制訂和分析各種可能的行動方案；抉擇 指從可行方案中選擇一個特定的方案，對它進行方案評價與審核，并付諸實施。1.1 決策和決策科學現(xiàn)在我們把決策過程的四個階段列為

3、情報活動階段、設計活動階段、選擇活動階段和實施活動階段，并稱之為決策過程模型的四個階段。2021-11-20第十一章 智能決策支持系統(tǒng)4情報活動階段調(diào)查環(huán)境，并定義要決策的事件和條件，獲取決策所需要的有關信息。在決策目標的制定過程中，自始至終都需要進行數(shù)據(jù)、信息的收集和調(diào)查研究工作。設計活動階段識別限制性因素，并把注意力放到如何克服這些限制因素上去，就可能找出更多的備選方案。在制定方案的過程中，尋求和辨認限制性因素是沒有終結的。選擇活動階段從各種可能的備選方案中，針對決策目標，選出最合理的方案。通常這個階段包括方案論證和決策形成兩個步驟。實施活動階段選定方案后，即可付之實施。在實施過程中還要收

4、集實施過程中的情報。根據(jù)這些情報來進一步做出繼續(xù)實施、停止實施或修改后繼續(xù)實施的決定。1.2 決策的科學化傳統(tǒng)的決策依靠決策者個人經(jīng)驗，憑直覺判斷，因而決策被認為是一種藝術和技巧。決策的科學化是現(xiàn)實管理提出的要求，而信息技術、管理科學和數(shù)學的發(fā)展，為它提供了實現(xiàn)的可能性。目前，決策科學化正在向以下一些方向發(fā)展：2021-11-20第十一章 智能決策支持系統(tǒng)5 將計算機用于企業(yè)管理的重點逐漸由事務性處理轉(zhuǎn)向企業(yè)的管理、控制、計劃和分析等高層次決策制定方面，國內(nèi)外相繼出現(xiàn)了多種高功能的通用和專用決策支持系統(tǒng)。用信息系統(tǒng)支持和輔助決策 在現(xiàn)代科學中的系統(tǒng)工程學、仿真技術、計算機理論、預測學，特別是運

5、籌學、布爾代數(shù)、模糊數(shù)學等引進決策活動，為決策的定量化奠定了基礎。決策的本質(zhì)是人的主觀認識能力，用計算機進行定量分析必須與人的創(chuàng)造性形象思維相結合。定性決策向定量與定性相結合決策的方向發(fā)展 決策活動的目標本身也構成一個難以確定的龐大系統(tǒng)?，F(xiàn)代決策活動的目標不是單一的，這不僅指以經(jīng)濟利益為核心的目標是多目標，而且還包括更多的社會的和非經(jīng)濟領域的（環(huán)境等）目標。單目標決策向多目標綜合決策發(fā)展 決策是對未來實踐的方向、原則、目標和方法等所作的決定，所以決策從本質(zhì)上說乃是對應于未來的。為了避免遠期可能出現(xiàn)的破壞造成的虧損抵消甚至超過近期的利益，要求戰(zhàn)略決策在時域上向更遙遠的未來延伸。戰(zhàn)略決策向更遠的未

6、來決策發(fā)展1.3 決策問題的類型西蒙教授提出按問題的結構化程度不同可將決策劃分為三種類型：結構化決策、半結構化決策和非結構化決策。2021-11-20第十一章 智能決策支持系統(tǒng)6結構化決策 結構化決策問題相對比較簡單、直接、其決策過程和決策方法有固定的規(guī)律可以遵循，能用明確的語言和模型加以描述，并可依據(jù)一定的通用模型和決策規(guī)則實現(xiàn)其決策過程的基本自動化。非結構化決策 非結構化決策問題是指那些決策過程復雜，其決策過程和決策方法沒有固定的規(guī)律可以遵循，沒有固定的決策規(guī)則和通用模型可依，決策者的主觀行為（學識、經(jīng)驗、直覺、判斷力、洞察力、個人偏好和決策風格等）對各階段的決策效果有相當影響。往往是決策

7、者根據(jù)掌握的情況和數(shù)據(jù)臨時做出決定。半結構化決策 半結構化決策問題介于上述兩者之間，其決策過程和決策方法有一定規(guī)律可以遵循，但又不能完全確定，即有所了解但不全面，有所分析但不確切，有所估計但不確定。這樣的決策問題一般可適當建立模型，但無法確定最優(yōu)方案。1.3 決策問題的類型不同結構化程度的決策問題：2021-11-20第十一章 智能決策支持系統(tǒng)7決策問題的結構化程度并不是一成不變的，當人們掌握了足夠的信息和知識時，非結構化問題有可能轉(zhuǎn)化為半結構化問題，半結構化問題也有可能向結構化轉(zhuǎn)化，這是人們對客觀事物認識不斷提高的過程。通常認為，管理信息系統(tǒng)主要解決結構化的決策問題，而決策支持系統(tǒng)則以支持半

8、結構化和非結構化問題為目標。 本 章 內(nèi) 容第一節(jié) 決策和決策科學第二節(jié) 決策支持系統(tǒng)的定義、分類與系統(tǒng)結構第三節(jié) 智能決策支持系統(tǒng)第四節(jié) Agent和Multi-Agent系統(tǒng)2021-11-20第十一章 智能決策支持系統(tǒng)8決策支持系統(tǒng)是以信息技術為手段，應用決策科學及有關學科的理論與方法，以人機交互方式輔助決策者解決半結構化和非結構化的決策問題的信息系統(tǒng)。DSS的兩種基本結構形式是三庫結構和基于知識的結構。2021-11-20第十一章 智能決策支持系統(tǒng)9三庫結構2 決策支持系統(tǒng)的定義、分類與系統(tǒng)結構2 決策支持系統(tǒng)的定義、分類與系統(tǒng)結構基于知識的DSS結構是一種以自然語言、問題處理、知識庫

9、等子系統(tǒng)為基本部件構成的系統(tǒng)結構。如下圖所示：2021-11-20第十一章 智能決策支持系統(tǒng)10DSS的決策支持過程是一個人機交互的啟發(fā)式過程，該過程往往要分解成若干階段，一個階段完成后用戶獲得階段的結果及某些啟示，然后進入下一階段的人機會話，如此反復，直至用戶形成決策意見，確定問題的解。DSS部件之間不同的關系構成了各異的系統(tǒng)結構，但對話子系統(tǒng)的位置及其與用戶之間的關系總體上是一致的。在三庫結構基礎上，再引入基于知識管理的功能就構成了四庫結構的智能決策支持系統(tǒng)。 本 章 內(nèi) 容第一節(jié) 決策和決策科學第二節(jié) 決策支持系統(tǒng)的定義、分類與系統(tǒng)結構第三節(jié) 智能決策支持系統(tǒng)第四節(jié) Agent和Mult

10、i-Agent系統(tǒng)2021-11-20第十一章 智能決策支持系統(tǒng)113.1 智能決策支持系統(tǒng)的基本概念人工智能有多個分支領域，其中專家系統(tǒng)（Expert Systems，簡稱ES）和人工神經(jīng)網(wǎng)絡（Artificial Neural Network，簡稱ANN）是兩個較主要的分支。專家系統(tǒng)是以計算機為工具，利用專家知識及知識推理等技術來理解與求解問題的知識系統(tǒng)。將ES和傳統(tǒng)DSS結合而形成的IDSS,在結構上增設了知識庫、推理機與問題處理系統(tǒng)，人機對話部分還加入了自然語言處理功能。人工神經(jīng)網(wǎng)絡采用物理可實現(xiàn)的器件或計算機來模擬生物體中神經(jīng)網(wǎng)絡的某些結構與功能，就其性質(zhì)看，神經(jīng)網(wǎng)絡屬于基于案例學習

11、的模型，它模擬人的神經(jīng)元結構，構造人工神經(jīng)元，吸取了生物神經(jīng)網(wǎng)絡的部分優(yōu)點。人工神經(jīng)網(wǎng)絡在結構上由許多很小的處理單元相互聯(lián)接而成，局部或部分的神經(jīng)元損壞后不影響全局的活動，其聯(lián)接權值和聯(lián)接結構都可以通過對樣本數(shù)據(jù)的學習而得到。2021-11-20第十一章 智能決策支持系統(tǒng)123.2 智能決策支持系統(tǒng)的結構人工智能技術應用于DSS的程度與范圍不同，可以構成不同結構的IDSS，但都以含有知識庫或知識處理系統(tǒng)為標志，較完整和典型的IDSS結構是在傳統(tǒng)三庫DSS的基礎上增設知識庫與推理機，在人機對話子系統(tǒng)加入自然語言處理系統(tǒng)形成智能人機接口，與四庫之間插入問題處理系統(tǒng)而構成的四庫系統(tǒng)結構。2021-1

12、1-20第十一章 智能決策支持系統(tǒng)13四庫DSS的基本結構3.2 智能決策支持系統(tǒng)的結構（一）智能人機接口決策者可以使用自然語言來提出決策問題，由自然語言處理功能通過語法、語義結構分析等方法轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)能理解的形式。人機交互過程中和運行后，系統(tǒng)則以決策者能清晰理解的或指定的方式輸出求解進程與結果。（二）問題處理系統(tǒng)問題處理系統(tǒng)處于IDSS的中心位置，是聯(lián)系人與機器及所存儲的求解資源的橋梁，主要由問題分析器與問題求解器兩部分組成。其工作流程如圖所示。2021-11-20第十一章 智能決策支持系統(tǒng)143.2 智能決策支持系統(tǒng)的結構（三）知識庫子系統(tǒng)與推理機知識庫子系統(tǒng)是有關規(guī)則、因果關系及經(jīng)驗等知識

13、的獲取、解釋、表示、推理以及管理與維護的系統(tǒng)，在DSS中引進知識庫子系統(tǒng)提高了系統(tǒng)的智能化程度。2021-11-20第十一章 智能決策支持系統(tǒng)15知識庫子系統(tǒng)1知識庫管理系統(tǒng)。功能主要有兩個，一是回答對知識庫知識增、刪、改等知識維護的請求，二是回答決策過程中問題分析與判斷所需知識的請求。2知識庫。知識庫是知識庫子系統(tǒng)的核心，知識庫中存儲的是那些既不能用數(shù)據(jù)表示也不能用模型方法描述的專家知識和經(jīng)驗。3推理機。推理是指從已知事實推出新事實（結論）的過程，推理機是一組程序，它針對用戶問題去處理知識庫（規(guī)則和事實）。3.3 人工智能及其應用人工智能是機器模仿人類而獲得智能。其最為主要的應用領域有專家系

14、統(tǒng)、機器學習、人工神經(jīng)網(wǎng)絡、智能代理，以及比較新的數(shù)據(jù)挖掘和知識發(fā)現(xiàn)等。IDSS中結合應用比較多的要數(shù)專家系統(tǒng)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡。專家系統(tǒng)是利用專家的某些領域知識求解特定問題的計算機信息系統(tǒng)。專家思考、表示和處理問題主要使用符號方式，專家系統(tǒng)也同樣使用符號方式求解問題。所謂符號方式是相對于數(shù)字方式而言的，即分析和求解問題不是依靠數(shù)值的計算而是依靠符號的判斷。例：計算機打印故障診斷幫助系統(tǒng)2021-11-20第十一章 智能決策支持系統(tǒng)16檢查指示檢查結果提問3.3 人工智能及其應用專家系統(tǒng)有很多優(yōu)點，但同樣也有其不足之處。2021-11-20第十一章 智能決策支持系統(tǒng)17與專家系統(tǒng)相比，人工神經(jīng)網(wǎng)絡

15、具有良好的自組織、自學習和自適應能力，因而特別適用于處理復雜問題或開放系統(tǒng)，這正好可以能彌補專家系統(tǒng)的不足。人工神經(jīng)元模仿自然神經(jīng)元，用一個加權和處理單元表示，多個輸入乘上不同的權值再求和，然后經(jīng)過傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一個輸出。將一群人工神經(jīng)元的輸入輸出聯(lián)接起來，通過一定量案例數(shù)據(jù)的學習訓練即構成了人工神經(jīng)網(wǎng)絡。知識獲取困難，人工地獲取人類專家頭腦中的領域知識并轉(zhuǎn)移到知識庫中，費時、低效；對于動態(tài)和復雜的系統(tǒng)，由于其推理規(guī)則是固定的，難以適應變化的情況；專家系統(tǒng)不能從過去處理過的事例中繼續(xù)地學習。1233.3 人工智能及其應用人工神經(jīng)網(wǎng)絡的應用2021-11-20第十一章 智能決策支持系統(tǒng)18應用

16、領域問題解決辦法產(chǎn)品評價和選擇方面由人來分析評價股票和債券需要相當豐富的金融知識和經(jīng)驗，由于涉及的因素多且關系復雜，不可能為個人全面掌握。利用已經(jīng)充分學習了股票漲落走勢因果對應關系的人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型，輸入一個被分析評價證券的現(xiàn)狀和相關因素，就能得到關于該股票今后走勢的評價結果輸出。同樣，用人工神經(jīng)網(wǎng)絡做掃描式的分析和評價，發(fā)現(xiàn)有看好跡象和走壞征兆的股票，為證券管理和投資決策提供支持。客戶關系管理和交易服務方面一些客戶眾多的企業(yè)，有浩瀚的客戶基本信息和交易信息，加之客戶分析評估問題的結構化程度較低，處理工作量非常大且頗有難度。這些企業(yè)面臨的客戶抱怨和信用風險成為突出的問題，僅靠人力難以解決。將客

17、戶基本屬性和貢獻記錄轉(zhuǎn)換出客戶優(yōu)質(zhì)度的人工神經(jīng)網(wǎng)絡可以用來劃分客戶，找出優(yōu)質(zhì)客戶；人工神經(jīng)網(wǎng)絡通過客戶基本信息和信用記錄的處理能發(fā)現(xiàn)風險前兆，為防范措施的確定提供依據(jù)，能得出貸款與否的結論，為減少不良貸款提供事前的支持。人工神經(jīng)網(wǎng)絡除上述優(yōu)點外，還具有開發(fā)時間短，只需案例的輸入和輸出就能學會處理問題等有利條件。同樣，人工神經(jīng)網(wǎng)絡也有其弱點，如知識分布在整個系統(tǒng)內(nèi)部，對用戶而言是個黑箱；對于自己得出的結論不能做出合理的解釋。因此，將人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術與專家系統(tǒng)集成，取長補短，是IDSS發(fā)展的一個有利方向。3.4 知識庫知識庫的概念產(chǎn)生于專家系統(tǒng)，但現(xiàn)在已被廣泛地應用于各類信息系統(tǒng)和知識系統(tǒng)中。知識

18、庫的主要問題是知識的內(nèi)容和知識的組織與表示。知識有多種角度的劃分，就DSS而言，決策問題的知識包括基本知識和領域知識（專業(yè)知識），決策方法主要是過程知識和推理知識。知識表示是知識庫系統(tǒng)研究的一個重要課題。知識表示是經(jīng)驗知識的符號化過程，對于同一知識，可有不同的知識表示形式，知識的表示形式直接影響推理方式，并在很大程度上決定著一個系統(tǒng)的能力和通用性。2021-11-20第十一章 智能決策支持系統(tǒng)19 是一種因果關系的表示方法，一般用一系列結構化的IFTHEN規(guī)則語句表達某種知識。產(chǎn)生式規(guī)則法 模仿人類通過框架結構記憶和認識事物的方式來表示知識，每種事物都可以用一組特征屬性來表述，這組屬性構成一個

19、框架。例如，產(chǎn)品結構是有關產(chǎn)品構成的知識，可以由零部件及其數(shù)量、構成零部件的原材料及其數(shù)量等一組屬性來表示。框架表示法 是一種以節(jié)點表示事物單元，描述節(jié)點之間關系的圖形化知識表示方法，例如，客戶訂單中的需求品種、數(shù)量和要貨時間，計劃中的生產(chǎn)產(chǎn)品、數(shù)量和時間兩組節(jié)點，具有依據(jù)和派生的關系。語義網(wǎng)3.4 知識庫知識的邏輯表示方法決定知識庫如何在物理上儲存知識，例如，產(chǎn)生式規(guī)則法表示的知識可以轉(zhuǎn)化為前提、條件、結論、行動等數(shù)據(jù)項，以及規(guī)則函數(shù)的符號數(shù)據(jù)項，然后再設計若干關聯(lián)的兩維數(shù)據(jù)表寫入這些數(shù)據(jù)項，采用關系型數(shù)據(jù)庫來存儲。知識庫中的知識是相互關聯(lián)的知識單元的集合，這些知識單元既有層次關系也有嵌套關

20、系。為了便于儲存、管理和應用知識，知識庫還要設計和存儲描述知識單元及其相互關系的數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)，一些復雜的知識庫還包括所儲存知識的來源線索、應用語境和使用記錄等相關信息。知識庫不能單獨產(chǎn)生作用，它必須與IDSS的其他構件相互配合一起工作。這其中主要是知識的存取、知識的維護、知識的推理等。知識的存取和維護是知識庫管理系統(tǒng)的任務，知識推理由知識推理機實現(xiàn)。2021-11-20第十一章 智能決策支持系統(tǒng)20 本 章 內(nèi) 容第一節(jié) 決策和決策科學第二節(jié) 決策支持系統(tǒng)的定義、分類與系統(tǒng)結構第三節(jié) 智能決策支持系統(tǒng)第四節(jié) Agent和Multi-Agent系統(tǒng)2021-11-20第十一章 智能決策支持系統(tǒng)21

21、4.1 智能體（Agent）2021-11-20第十一章 智能決策支持系統(tǒng)22Agent（智能體，智能代理）的概念Agent是處在某個環(huán)境中的計算機系統(tǒng)，它能接受另一個主體（用戶、計算機程序、系統(tǒng)或機器等）的委托并為之提供幫助或服務，能夠在目標任務的驅(qū)動下，主動采取包括學習、通訊、社交等各種手段來感知，并適應其外在環(huán)境的動態(tài)變化而作出相應的行動，以實現(xiàn)其設計目標。Agent 特性代理能力自治能力社交能力學習和適應性合作能力移動性Agent環(huán) 境動作輸出傳感器輸入4.2 Multi-Agent系統(tǒng)2021-11-20第十一章 智能決策支持系統(tǒng)23Multi-Agent系統(tǒng)的概念Multi-Age

22、nt系統(tǒng)是由多個Agent組成的集合，其中每個Agent可作用于自身和環(huán)境，并與其他Agent通信。各個Agent之間的活動是自治和獨立的，其行為和意圖不受其他Agent限制，它們之間通過競爭、協(xié)商、協(xié)作等手段來共同完成系統(tǒng)設定的目標。 Agent通過理性思考和推理而不是以通信的方式，得到其他Agent的任務或計劃。無通信(No Communication)模式 Agent使用一組事先約定的格式和規(guī)則通過消息相互傳遞計算請求和處理結果。消息傳遞(Message Passing)模式 在相互合作的Agent之間，一方通過給對方傳遞其整個任務方案，相互取得對問題的一致理解和相應的解決方案。方案傳遞(Plan Passing)模式 黑板喻指一個可供Agent發(fā)布信息、公布處理結果和獲取有用信息的共享區(qū)域。黑板(Blackboard)模式 Multi-Agent中多個Agent通過協(xié)調(diào)各自的行為來完成共同的協(xié)作目標。Agent之間利用通信語言進行通信4.2 Multi-Agent系統(tǒng)Multi-Agent中多個Agent通過協(xié)調(diào)各自的行為來完成共同的協(xié)作目標。目前主要使用對策論來研究Multi-Agent的協(xié)調(diào)與協(xié)作問題。2021-11-20第十一章 智能決策支持系統(tǒng)24購買商Agent各Agent的資料庫管理Age