我用系統(tǒng)分析

1、技術與設計技術與設計2 2第三單元 系統(tǒng)與設計系統(tǒng)的分析遇到問題，面臨選擇、面臨決策。決策方法有經(jīng)驗決策和科學決策。經(jīng)驗決策是人們慣用的方法，有時可能會導致失誤；科學決策則可以最大限度地減少失誤。系統(tǒng)分析就是一種科學決策的方法。 綜合考察全市的道路狀況、人口密度的綜合考察全市的道路狀況、人口密度的分布、不同區(qū)域的居民對公共交通的要求等，分布、不同區(qū)域的居民對公共交通的要求等，運用科學的方法進行綜合分析和研究，就能運用科學的方法進行綜合分析和研究，就能找出城市公交線路規(guī)劃設計的最佳方案。找出城市公交線路規(guī)劃設計的最佳方案。路口控制系統(tǒng)路口控制系統(tǒng)車輛和行人都少的情況：司機自己控制行或停。車輛和行

2、人都少的情況：司機自己控制行或停。車輛多的情況：紅綠燈控制車輛的行或停。車輛多的情況：紅綠燈控制車輛的行或停。車輛和人都多的情況：紅綠燈不僅控制車輛的行或停，還控車輛和人都多的情況：紅綠燈不僅控制車輛的行或停，還控制人的行或停。制人的行或停。紅綠燈控制行或停的時間是事先經(jīng)過抽樣統(tǒng)計的結果確定的。紅綠燈控制行或停的時間是事先經(jīng)過抽樣統(tǒng)計的結果確定的。問題：有時會出現(xiàn)在一條道路上行駛時，總是遇到紅燈。司問題：有時會出現(xiàn)在一條道路上行駛時，總是遇到紅燈。司機常常會說機常常會說 “ “一步趕不上，步步趕不上一步趕不上，步步趕不上”。路口控制系統(tǒng)的改進：路口控制系統(tǒng)的改進：在一些主干道路上，實現(xiàn)一路綠燈

3、。在一些主干道路上，實現(xiàn)一路綠燈。方法：主干道路上的綠燈按一定的時間順序依此亮。方法：主干道路上的綠燈按一定的時間順序依此亮。 這種為了這種為了發(fā)揮系統(tǒng)的功能發(fā)揮系統(tǒng)的功能，實現(xiàn)系統(tǒng)的，實現(xiàn)系統(tǒng)的目標，運用目標，運用科學的方法科學的方法對系統(tǒng)加以周詳對系統(tǒng)加以周詳?shù)目疾?、分析、比較、試驗，并在此基的考察、分析、比較、試驗，并在此基礎上擬定一套礎上擬定一套有效的處理步驟和程序有效的處理步驟和程序，或對原有的系統(tǒng)或對原有的系統(tǒng)提出改進方案提出改進方案的過程，的過程，就是就是系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析。系統(tǒng)分析的定義系統(tǒng)分析的定義系統(tǒng)分析的定義設置紅綠燈控制車輛的行或停。設置紅綠燈控制車輛的行或停。設置紅綠燈

4、控制人的行或停。設置紅綠燈控制人的行或停。設置智能路口控制。設置智能路口控制。系統(tǒng)分析的出發(fā)點是：為了發(fā)揮系統(tǒng)的整體功能。系統(tǒng)分析的出發(fā)點是：為了發(fā)揮系統(tǒng)的整體功能。系統(tǒng)分析的目的是：尋求解決問題的最佳決策。系統(tǒng)分析的目的是：尋求解決問題的最佳決策。鉛與火的時代鉛字印刷就是以火熔鉛，以鉛鑄字，以字排版，以版印刷。 漢字激光照排系統(tǒng)漢字激光照排系統(tǒng)王選教授王選教授激光照排機激光照排機思考：思考：在漢字照排方案的決策中，系統(tǒng)的整體目在漢字照排方案的決策中，系統(tǒng)的整體目標是什么？王選進行決策的依據(jù)主要有哪些標是什么？王選進行決策的依據(jù)主要有哪些？ 解決漢字的存儲和輸出解決漢字的存儲和輸出：一是漢字字

5、形信息量一是漢字字形信息量大大, ,要解決字型信息量壓縮問題；二是漢字字形信要解決字型信息量壓縮問題；二是漢字字形信息壓縮后存入計算機，需要將其快速還原和輸出。息壓縮后存入計算機，需要將其快速還原和輸出。 輪廓描述方法 高速還原漢字字型算法明確問題設立目標收集資料 制定方案檢驗核實 作出決策分析計算 評價比較系統(tǒng)分析的步驟系統(tǒng)分析的步驟 明確要研究問題的性質和范明確要研究問題的性質和范圍，提出所要達到的目標，明圍，提出所要達到的目標，明確約束條件。確約束條件。 收集相關資料，制定解決問收集相關資料，制定解決問題的各種備選方案，預計可能產題的各種備選方案，預計可能產生的各種結果。生的各種結果。

6、對資料和數(shù)據(jù)做必要的計算，進行各子對資料和數(shù)據(jù)做必要的計算，進行各子系統(tǒng)的分析，再進行系統(tǒng)的整體分析，將各系統(tǒng)的分析，再進行系統(tǒng)的整體分析，將各種方案進行評價對比，選擇最佳方案。種方案進行評價對比，選擇最佳方案。 如果對制定的方案不滿如果對制定的方案不滿意，還可按上述程序反復進意，還可按上述程序反復進行，直到獲的滿意為止。行，直到獲的滿意為止。P78頁案例分析田忌賽馬明確問題設立目標收集資料制定方案分析計算評價比較檢驗核實作出決策6種比賽方案種比賽方案選擇合適的馬的出場選擇合適的馬的出場順序。第順序。第5方案方案問題：跑馬比賽，問題：跑馬比賽，目標：取得比賽勝利，目標：取得比賽勝利，約束條件：

7、三匹馬參加比約束條件：三匹馬參加比賽，每匹馬比賽一次。賽，每匹馬比賽一次。 田忌賽馬能轉敗為田忌賽馬能轉敗為勝與馬、孫臏、田忌、勝與馬、孫臏、田忌、齊王這四個因素有關，齊王這四個因素有關，他們是缺一不可的。但他們是缺一不可的。但主要是由于孫臏的原因。主要是由于孫臏的原因。第5方案田忌賽馬田忌賽馬戰(zhàn)術戰(zhàn)術的的 田忌與齊王的三局賽馬可以有哪幾種方案？田忌與齊王的三局賽馬可以有哪幾種方案？田忌田忌齊王齊王比分比分方案一方案一 上馬上馬上馬上馬 中馬中馬中馬中馬 下馬下馬下馬下馬方案二方案二 上馬上馬上馬上馬 下馬下馬中馬中馬 中馬中馬下馬下馬方案三方案三 中馬中馬上馬上馬 上馬上馬中馬中馬 下馬下馬

8、下馬下馬方案四方案四 中馬中馬上馬上馬 下馬下馬中馬中馬 上馬上馬下馬下馬方案五方案五 下馬下馬上馬上馬 上馬上馬中馬中馬 中馬中馬下馬下馬方案六方案六 下馬下馬上馬上馬 中馬中馬中馬中馬 上馬上馬下馬下馬0 _ 31 _ 21 _ 21 _ 21 _ 22 _ 12 _ 1青蛙過河運用系統(tǒng)分析的方法處理具體問題時，主要要遵運用系統(tǒng)分析的方法處理具體問題時，主要要遵循三大原則：循三大原則：整體性原則、科學性原則、綜合性原則整體性原則、科學性原則、綜合性原則。整體性原則整體性原則分析系統(tǒng)首先要著眼于系統(tǒng)整體：分析系統(tǒng)首先要著眼于系統(tǒng)整體：先分析整體，再分析部分先分析整體，再分析部分先看全局，后看

9、局部先看全局，后看局部先看全過程，再看某一個階段先看全過程，再看某一個階段先看長遠，再看當前先看長遠，再看當前第一，需要把大量的廢墟垃圾清理掉；第一，需要把大量的廢墟垃圾清理掉；第二，要運來大批木材和石料；第二，要運來大批木材和石料；第三，要運來大量新土。第三，要運來大量新土。 宋真宗在位時，皇宮曾起火。一夜之間，大片的宮室樓臺宋真宗在位時，皇宮曾起火。一夜之間，大片的宮室樓臺殿閣亭榭變成了廢墟。為了修復這些宮殿，宋真宗派當時的晉殿閣亭榭變成了廢墟。為了修復這些宮殿，宋真宗派當時的晉國公丁謂主持修繕工程。國公丁謂主持修繕工程。當時，要完成這項重大的建筑工程，面臨著三個大問題：當時，要完成這項重

10、大的建筑工程，面臨著三個大問題：丁謂研究了工程之后，制訂了這樣的施工方案：丁謂研究了工程之后，制訂了這樣的施工方案：首先，從施工現(xiàn)場向外挖了若干條大深溝，把挖出來的土作首先，從施工現(xiàn)場向外挖了若干條大深溝，把挖出來的土作為施工需要的新土備用，于是就解決了新土問題。為施工需要的新土備用，于是就解決了新土問題。第二步，從城外把汴水引入所挖的大溝中，于是就可以利用第二步，從城外把汴水引入所挖的大溝中，于是就可以利用木排及船只運送木材石料，解決了木材石料的運輸問題。木排及船只運送木材石料，解決了木材石料的運輸問題。最后，等到材料運輸任務完成之后，再把溝中的水排掉，把最后，等到材料運輸任務完成之后，再把

11、溝中的水排掉，把工地上的垃圾填入溝內，使溝重新變?yōu)槠降亍９さ厣系睦钊霚蟽?，使溝重新變?yōu)槠降亍：唵螝w納起來，就是這樣一個過程：簡單歸納起來，就是這樣一個過程：挖溝（取土）挖溝（取土）引水入溝（水道運輸）引水入溝（水道運輸）填溝（處理垃圾）。填溝（處理垃圾）。 按照這個施工方案，不僅節(jié)約了許多時間和經(jīng)費，而且按照這個施工方案，不僅節(jié)約了許多時間和經(jīng)費，而且使工地秩序井然，使城內的交通和生活秩序不受施工太大的使工地秩序井然，使城內的交通和生活秩序不受施工太大的影響，因而確實是很科學的施工方案。影響，因而確實是很科學的施工方案。 丁謂在修復皇宮工程中，運用了整體的解決方案，使取丁謂在修復皇宮工程中

12、，運用了整體的解決方案，使取土、運輸材料、處理垃圾三項繁重的任務協(xié)調起來，在總體土、運輸材料、處理垃圾三項繁重的任務協(xié)調起來，在總體上得到了最佳解決。上得到了最佳解決。趙明同學家所在街道的人行道在一年內進行了三次施工，趙明同學家所在街道的人行道在一年內進行了三次施工，分別是電信部門鋪設通訊線路、煤氣公司預埋煤氣管道、分別是電信部門鋪設通訊線路、煤氣公司預埋煤氣管道、市政部門維修下水管道，結果重復施工，造成了人力和財市政部門維修下水管道，結果重復施工，造成了人力和財力資源的浪費，同時也給市民帶來了不便。力資源的浪費，同時也給市民帶來了不便。請分析這一事件的問題所在，你認為請分析這一事件的問題所在

13、，你認為怎樣處理更為合理？怎樣處理更為合理？科學性原則科學性原則系統(tǒng)分析一方面要有嚴格的工作步驟，另一方面應盡可能地運用科學方法和數(shù)學工具進行定量分析定量分析，使決策的過程和結構更具說服力。例如，在比較種稻是一年三季合算還是一年兩季合算時，例如，在比較種稻是一年三季合算還是一年兩季合算時，有人就提出有人就提出“三三進九不如二五一十三三進九不如二五一十”，這就是最簡單而，這就是最簡單而且也是最實用的定量分析。當然，在處理復雜系統(tǒng)的分析且也是最實用的定量分析。當然，在處理復雜系統(tǒng)的分析和優(yōu)化問題時，往往需要使用比較復雜的數(shù)學工具。和優(yōu)化問題時，往往需要使用比較復雜的數(shù)學工具。優(yōu)選法是快速尋找最佳方

14、案的科學方法。具體的優(yōu)選法有很多，優(yōu)選法是快速尋找最佳方案的科學方法。具體的優(yōu)選法有很多，如黃金分割法、分數(shù)法、對分法等，這里只介紹黃金分割法。如黃金分割法、分數(shù)法、對分法等，這里只介紹黃金分割法。黃金分割法也稱黃金分割法也稱0.618法，它是優(yōu)選法的一種。以技術試驗為法，它是優(yōu)選法的一種。以技術試驗為例，先把整個試驗范圍看做例，先把整個試驗范圍看做1，然后在整個試驗范圍的，然后在整個試驗范圍的0.618處選點做第一次試驗，再在倒過來的處選點做第一次試驗，再在倒過來的0.618處選點做處選點做第二次試驗，比較兩次試驗的結果，去掉效果差的那個點以第二次試驗，比較兩次試驗的結果，去掉效果差的那個點

15、以外的試驗范圍部分；再在余下的范圍內繼續(xù)采用這種方法，外的試驗范圍部分；再在余下的范圍內繼續(xù)采用這種方法，再比較試驗結果，這樣逐漸縮小試驗范圍，迅速找到試驗目再比較試驗結果，這樣逐漸縮小試驗范圍，迅速找到試驗目標。標。例如，要在某種合金鋼中加入某元素以提高它的強度，假設試例如，要在某種合金鋼中加入某元素以提高它的強度，假設試驗范圍是每噸加入量為驗范圍是每噸加入量為10002000g，那么究竟應加入多，那么究竟應加入多少？若用一般試驗方法，每隔少？若用一般試驗方法，每隔5g試驗一次需要做試驗一次需要做200次，每次，每隔隔10g試驗一次需要做試驗一次需要做100次。若用次。若用0.618法，只需

16、做法，只需做11次，次，就可以找到最佳加入量了。就可以找到最佳加入量了。 綜合性原則綜合性原則系統(tǒng)分析總是為實現(xiàn)系統(tǒng)目標服務的。當系統(tǒng)存在若干個系統(tǒng)分析總是為實現(xiàn)系統(tǒng)目標服務的。當系統(tǒng)存在若干個目標時，應將目標排除優(yōu)先次序，首先選取最優(yōu)先的目標，目標時，應將目標排除優(yōu)先次序，首先選取最優(yōu)先的目標，然后盡可能在不損害第一個目標的前提下完成下一個目標。然后盡可能在不損害第一個目標的前提下完成下一個目標。這就需要綜合分析，統(tǒng)籌兼顧，不可顧此失彼，因小失大。這就需要綜合分析，統(tǒng)籌兼顧，不可顧此失彼，因小失大。例如，工業(yè)生產既要求產量大，又要求質量好、成本低，例如，工業(yè)生產既要求產量大，又要求質量好、成

17、本低，如果片面強調一方面就會產生偏差；城市公交系統(tǒng)既要強如果片面強調一方面就會產生偏差；城市公交系統(tǒng)既要強化公共交通的安全，又要縮短車輛行駛的時間，實現(xiàn)社會化公共交通的安全，又要縮短車輛行駛的時間，實現(xiàn)社會效益和經(jīng)濟效益雙豐收。效益和經(jīng)濟效益雙豐收。綜合性原則綜合性原則系統(tǒng)分析還需要考慮設計方案出臺所帶來的后果。有的系統(tǒng)分析還需要考慮設計方案出臺所帶來的后果。有的工廠在生產產品的同時，也向周圍環(huán)境排放出工廠在生產產品的同時，也向周圍環(huán)境排放出“三廢三廢”，造成污染；毀林開荒雖然能收獲農產品，但造成水土流造成污染；毀林開荒雖然能收獲農產品，但造成水土流失，貽害很大失，貽害很大某些情況下，綜合若干

18、方案的優(yōu)點，會取得意外效果。某些情況下，綜合若干方案的優(yōu)點，會取得意外效果?，F(xiàn)代醫(yī)學采用中西醫(yī)結合的方法攻克了很多疑難雜癥；現(xiàn)代醫(yī)學采用中西醫(yī)結合的方法攻克了很多疑難雜癥；農業(yè)為了保水，可以配合地面水庫、地下水庫、土壤農業(yè)為了保水，可以配合地面水庫、地下水庫、土壤水庫、綠色水庫（山區(qū)造林種草，每畝地可蓄水水庫、綠色水庫（山區(qū)造林種草，每畝地可蓄水20m320m3）等不同的方案綜合進行。等不同的方案綜合進行。湖北省的孝襄高速公路總投資額達湖北省的孝襄高速公路總投資額達7272億元人民幣，是億元人民幣，是“十五十五”期間該省投資規(guī)模最大、建設里程最長的一條高速公路期間該省投資規(guī)模最大、建設里程最長

19、的一條高速公路 。按照設計方案，孝襄高速公路要穿越占地面積達按照設計方案，孝襄高速公路要穿越占地面積達19km219km2的的“洛洛陽銀杏保護區(qū)陽銀杏保護區(qū)”，2 2萬多棵樹齡在百年以上的古銀杏樹將萬多棵樹齡在百年以上的古銀杏樹將面臨毀滅性的破壞。銀杏樹的成長周期特別長，移栽成活面臨毀滅性的破壞。銀杏樹的成長周期特別長，移栽成活率極低，一旦被毀損，勢必破壞當?shù)氐纳锒鄻有?。率極低，一旦被毀損，勢必破壞當?shù)氐纳锒鄻有?。如果更改最初的設計方案，繞避保護區(qū)如果更改最初的設計方案，繞避保護區(qū)1.4km1.4km，工程指揮部就，工程指揮部就要為此增加投資要為此增加投資42004200萬元。萬元。根據(jù)以

20、上內容，你認為孝襄高速公路的設計應該綜合根據(jù)以上內容，你認為孝襄高速公路的設計應該綜合考慮哪些目標？考慮哪些目標？孝襄高速公路孝襄高速公路1 1：保護珍稀的銀杏名貴樹木。：保護珍稀的銀杏名貴樹木。2 2：控制工程投資額度、堅持原設計不變。：控制工程投資額度、堅持原設計不變。 孝襄高速公路抱著洛陽銀杏園繞了個圈，好處有：孝襄高速公路抱著洛陽銀杏園繞了個圈，好處有： 一是有利于保護我國珍稀物種銀杏樹，實現(xiàn)生物多樣性。一是有利于保護我國珍稀物種銀杏樹，實現(xiàn)生物多樣性。 二是在當前國內外心血管疾病呈增加趨勢，治療心血管二是在當前國內外心血管疾病呈增加趨勢，治療心血管疾病的中藥銀杏供不應求的情況下，有利

21、于保護和開發(fā)銀杏疾病的中藥銀杏供不應求的情況下，有利于保護和開發(fā)銀杏的藥物資源。的藥物資源。 三是保住了當?shù)匕傩盏闹赂毁Y源。三是保住了當?shù)匕傩盏闹赂毁Y源。湖北省隨州市洛陽鎮(zhèn)二、系統(tǒng)的優(yōu)化系統(tǒng)的優(yōu)化系統(tǒng)優(yōu)化：系統(tǒng)優(yōu)化：目標函數(shù)目標函數(shù)約束條件約束條件 約束條件是對系統(tǒng)的功能起著限制作用、并且是不能人為調約束條件是對系統(tǒng)的功能起著限制作用、并且是不能人為調節(jié)的因素。節(jié)的因素。 是在給定的條件下，根據(jù)系統(tǒng)的優(yōu)化目標，采取一定的手段是在給定的條件下，根據(jù)系統(tǒng)的優(yōu)化目標，采取一定的手段和方法，使系統(tǒng)的目標值達到最大（或最?。?。和方法，使系統(tǒng)的目標值達到最大（或最?。?。 目標函數(shù)是系統(tǒng)目標與系統(tǒng)中的某些元

22、素之間的關系。目標函數(shù)是系統(tǒng)目標與系統(tǒng)中的某些元素之間的關系。影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素 對系統(tǒng)的目標函數(shù)產生顯著影響，并且可以人為調節(jié)的因素。對系統(tǒng)的目標函數(shù)產生顯著影響，并且可以人為調節(jié)的因素。農作物種植系統(tǒng)的優(yōu)化農作物種植系統(tǒng)的優(yōu)化-農業(yè)間作套種農業(yè)間作套種四、優(yōu)化方法優(yōu)化方法是為使系統(tǒng)達到最優(yōu)的目標而提出的求解方法。優(yōu)化方法是為使系統(tǒng)達到最優(yōu)的目標而提出的求解方法。 系統(tǒng)優(yōu)化的方法是多種多樣的，但不論運用怎樣的優(yōu)化系統(tǒng)優(yōu)化的方法是多種多樣的，但不論運用怎樣的優(yōu)化方法，都需要經(jīng)過若干次的完善和驗證，才能得到最優(yōu)解或方法，都需要經(jīng)過若干次的完善和驗證，才能得到最優(yōu)解或滿意解。滿意

23、解。求解過程：求解過程：數(shù)學模型估算、試驗最優(yōu)解滿意解完善、驗證農業(yè)間作套種農業(yè)間作套種約束條件約束條件 農作物的生長周期、氣候等因素。農作物的生長周期、氣候等因素。 提高土地利用率和土地單位面積農作物收益總和之間的提高土地利用率和土地單位面積農作物收益總和之間的關系。關系。影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素 套種的模式、套種的技術水平、套種的田間管理、病蟲套種的模式、套種的技術水平、套種的田間管理、病蟲害防治等等。害防治等等。目標函數(shù)目標函數(shù)生產利潤問題（生產利潤問題（1）產品需木料需工時利潤計劃產量桌子42050椅子61860受約束因素約束內容木料最多600工時最多400個桌子至少6張椅

24、子至少5把生產利潤問題（生產利潤問題（2）優(yōu)化的目標是：獲得最大的利潤優(yōu)化的目標是：獲得最大的利潤目標函數(shù)：目標函數(shù)：（設（設 x1 為為 每周生產桌子數(shù)，每周生產桌子數(shù)， x2 為為 每周生產桌子數(shù)）每周生產桌子數(shù)）Smax=50X1+60X2約束條件約束條件（1）4X1+6X2 600（2）20X1+18X2 400（3）X1 8（4）X2 5我們列出了一個目標函數(shù)和四個約束條件，實際上我們已經(jīng)我們列出了一個目標函數(shù)和四個約束條件，實際上我們已經(jīng)建立了一個數(shù)學模型。建立了一個數(shù)學模型。生產利潤問題（生產利潤問題（3）我們通過數(shù)學模型，計算出的目標值是每周獲取的最大我們通過數(shù)學模型，計算出的目標值是每周獲取的最大利潤，所得到的就是最優(yōu)解：每周生產桌子數(shù)量是利潤，所得到的就是最優(yōu)解：每周生產桌子數(shù)量是X1、生產椅子的數(shù)量是生產椅子的數(shù)量是X2）。）。裝修施工的組織優(yōu)化（裝修施工的組織優(yōu)化（1）一、明確問題，設立目標一、明確問題，設立目標施工項目：教學樓裝