《定量分析方法（第三版）》第三講：系統(tǒng)建模與系統(tǒng)分析

定量分析方法

第3章系統(tǒng)建模與系統(tǒng)分析系統(tǒng)模型是定量分析的基礎(chǔ)，系統(tǒng)建模與系統(tǒng)分析方法是公共管理人員必須掌握的方法。第3章系統(tǒng)建模與系統(tǒng)分析主要內(nèi)容與重點問題一、系統(tǒng)模型與建模方法二、系統(tǒng)目標(biāo)分析三、系統(tǒng)環(huán)境分析四、系統(tǒng)功能分析第3章系統(tǒng)建模與系統(tǒng)分析

系統(tǒng)模型是一個系統(tǒng)某一方面本質(zhì)屬性的描述，以某種確定形式(文字、符號、圖表、實物、數(shù)學(xué)公式等）提供關(guān)于該系統(tǒng)的知識。系統(tǒng)模型的定義一、系統(tǒng)模型與建模方法系統(tǒng)與模型的對應(yīng)關(guān)系同一系統(tǒng)，不同模型。同一模型，不同系統(tǒng)。由反映S本質(zhì)或特征的主要因素構(gòu)成的；集中體現(xiàn)了這些主要因素之間的關(guān)系；一般是現(xiàn)實系統(tǒng)的抽象或模仿，并非系統(tǒng)本身。系統(tǒng)模型的特性一、系統(tǒng)模型與建模方法系統(tǒng)模型的必要性系統(tǒng)開發(fā)的需要：未來系統(tǒng)經(jīng)濟上的考慮：小子樣試驗等安全上的考慮：核試驗時間上的考慮：可靠性試驗，經(jīng)濟調(diào)控S模型易操作、易理解，便于多方案分析比較，例如經(jīng)濟，軍事試驗客觀世界中不同事物具有同型性（即相似規(guī)律——不同本質(zhì)的事物在撇開其具體屬性之后彼此之間還存在的相似性），故可以在系統(tǒng)分析過程中通過建立系統(tǒng)模型來對真實系統(tǒng)進(jìn)行分析。為什么能用系統(tǒng)模型一、系統(tǒng)模型與建模方法是指通過抽象和簡化，使用數(shù)學(xué)語言對研究對象的一個近似的刻畫，以便于人們更深刻地認(rèn)識所研究的對象。包括幾何圖形、代數(shù)結(jié)構(gòu)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、序結(jié)構(gòu)、分析表達(dá)式。大量的數(shù)學(xué)模型是對系統(tǒng)進(jìn)行定量分析的工具。數(shù)學(xué)模型同樣可以作為系統(tǒng)定性描述的工具，例如為了描述系統(tǒng)演化現(xiàn)象，人們關(guān)心的主要是系統(tǒng)定性性質(zhì)的改變與否，定性分析則更加基本。數(shù)學(xué)模型是抽象模型，必須以正確認(rèn)識系統(tǒng)的定性性質(zhì)為前提。數(shù)學(xué)模型一、系統(tǒng)模型與建模方法可變性好適應(yīng)性強分析問題速度快省時、省錢，且便于使用計算機使用廣泛是定量分析的基礎(chǔ)是系統(tǒng)預(yù)測和決策的工具數(shù)學(xué)模型的優(yōu)點一、系統(tǒng)模型與建模方法計算機模型是指用計算機程序定義的模型所有數(shù)學(xué)模型都可以轉(zhuǎn)化為計算機模型，通過計算機來研究系統(tǒng)許多無法建立數(shù)學(xué)模型的系統(tǒng)，如復(fù)雜的物理過程，特別是生物、社會和行為過程，也可能建立計算機模型（Agent,經(jīng)濟模型）計算機模型一、系統(tǒng)模型與建模方法用計算機程序定義的模型，可以做到既嚴(yán)格又可執(zhí)行，能夠在計算機上研究和預(yù)測系統(tǒng)，通過計算機實驗來檢驗結(jié)果用數(shù)學(xué)表達(dá)式定義的模型，求解和處理往往需要復(fù)雜、艱深的理論和技巧，費時費力，可行性常常較差，所得結(jié)果有時無法用實驗檢驗對于那些無法用真實的實驗來檢驗的復(fù)雜系統(tǒng)，計算實驗是唯一可用的實驗檢驗手段計算實驗是一種新興的實驗形式，其中有許多科學(xué)和哲學(xué)的問題尚未解決。但它為研究復(fù)雜巨系統(tǒng)提供了唯一普遍可行的實驗手段計算機模型的優(yōu)點一、系統(tǒng)模型與建模方法系統(tǒng)模型的分類一、系統(tǒng)模型與建模方法常用的幾種系統(tǒng)模型的特性比較一、系統(tǒng)模型與建模方法系統(tǒng)建模方法系統(tǒng)建模的要求一、系統(tǒng)模型與建模方法現(xiàn)實性：即能較好反映系統(tǒng)客觀實際。應(yīng)把系統(tǒng)本質(zhì)的特征和關(guān)系反映進(jìn)去，而把非本質(zhì)的東西去掉，但又不影響反映本質(zhì)的真實程度。即系統(tǒng)模型應(yīng)有足夠的精度。如：地球儀和世界地圖，肖像漫畫簡明性：在滿足現(xiàn)實性要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量使系統(tǒng)模型簡單明了，以節(jié)約建模的費用和時間。如：世界地圖標(biāo)準(zhǔn)化（規(guī)范化）：應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化模型，或者對標(biāo)準(zhǔn)化模型加以某些修改，使之適合對象系統(tǒng)。如：標(biāo)準(zhǔn)的制圖圖例系統(tǒng)建模方法系統(tǒng)建模的原則一、系統(tǒng)模型與建模方法抓主要矛盾清晰明了精度要求適當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)建模方法系統(tǒng)建模的主要方法一、系統(tǒng)模型與建模方法推理法——對白箱系統(tǒng)，可以利用已知的定律和定理，經(jīng)過一定的分析和推理，得到系統(tǒng)模型。實驗法——對允許實驗的黑箱或灰箱系統(tǒng)，可以通過實驗方法測量其輸入和輸出，然后按照一定的辨識方法，得到系統(tǒng)模型。統(tǒng)計分析法——對不允許實驗的黑箱或灰箱系統(tǒng)，可采用數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計分析的方法來建造系統(tǒng)模型?；旌戏ā鲜鰩追N方法的綜合運用。數(shù)學(xué)建模方法一、系統(tǒng)模型與建模方法往往要采用推理法，其一般步驟如下：(1)明確目標(biāo)；(2)找出主要因素，確定主要變量；(3)找出各種關(guān)系(內(nèi)含的科學(xué)定律，如產(chǎn)品生產(chǎn)的物耗、能耗等)；(4)明確系統(tǒng)的資源和約束條件；(5)用數(shù)學(xué)符號、公式表達(dá)各種關(guān)系和條件；(6)代入數(shù)據(jù)進(jìn)行“符合計算”，檢查模型是否反映所研究的問題；(7)簡化和規(guī)范模型的表達(dá)形式。模型進(jìn)行修正與簡化的方法一、系統(tǒng)模型與建模方法去除一些變量合并一些變量改變變量的性質(zhì)改變變量之間的函數(shù)關(guān)系改變約束----由粗到細(xì)二、系統(tǒng)分析概述系統(tǒng)分析是從運籌學(xué)（OR，OperationResearch）派生出來，由RAND公司的工作而出名的。系統(tǒng)分析與運籌學(xué)的區(qū)別：運籌學(xué)：簡單、確定條件下的優(yōu)化，采用定量分析方法解決；系統(tǒng)分析：復(fù)雜、不確定條件下的優(yōu)化，定性與定量相結(jié)合的方法。什么是系統(tǒng)分析二、系統(tǒng)分析概述

什么是系統(tǒng)分析二、系統(tǒng)分析概述目標(biāo)：即對系統(tǒng)的要求，它是系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)可行方案：是指能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)的各種可能的途徑、措施和方法。費用：用貨幣形式表示的每一方案所需消耗的全部資源。模型：是對系統(tǒng)的本質(zhì)描述，是方案的表達(dá)形式。效果：系統(tǒng)達(dá)到目標(biāo)后所得到的結(jié)果，它既可用貨幣形式表示，也可用其它指標(biāo)來評價；準(zhǔn)則：是目標(biāo)的具體化，是系統(tǒng)價值的量度，用以評價方案的優(yōu)劣；結(jié)論：系統(tǒng)分析得到的結(jié)果，具體形式有報告、建議或意見等。系統(tǒng)分析的要素二、系統(tǒng)分析概述系統(tǒng)分析要素結(jié)構(gòu)圖二、系統(tǒng)分析概述內(nèi)外因素相結(jié)合。內(nèi)因可控，選為決策變量；外因不可控，作為約束條件；當(dāng)前利益與長遠(yuǎn)利益相結(jié)合。要兩者兼顧，如發(fā)生矛盾，應(yīng)堅持當(dāng)前利益服從長遠(yuǎn)利益的原則；局部效益與總體效益相結(jié)合。必須堅持“系統(tǒng)總體效益最優(yōu)，局部效益服從總體效益”的原則。定性分析與定量分析相結(jié)合。定性分析不可忽視，必須兩者結(jié)合或交叉地進(jìn)行。系統(tǒng)分析的原則二、系統(tǒng)分析概述系統(tǒng)分析的要點二、系統(tǒng)分析概述(1)明確問題和確定目標(biāo)；(2)搜集資料，探索可行方案（S綜合）；(3)建立模型（SA）；(4)綜合評價（S評價）；(5)檢驗和核實（S評價后排出方案的優(yōu)先序）。系統(tǒng)分析的步驟三、系統(tǒng)目標(biāo)分析目標(biāo)分析是整個系統(tǒng)分析工作的關(guān)鍵，是系統(tǒng)目的的具體化目的----系統(tǒng)預(yù)期達(dá)到的水平目標(biāo)----系統(tǒng)目的的具體化，多個，沖突目標(biāo)的屬性----對目標(biāo)的度量三、系統(tǒng)目標(biāo)分析1、總體目標(biāo)----對系統(tǒng)的總體要求全局、發(fā)展、戰(zhàn)略的目光社會、經(jīng)濟、環(huán)境、科學(xué)技術(shù)新要求合理性、現(xiàn)實性、目標(biāo)性系統(tǒng)目標(biāo)的確定三、系統(tǒng)目標(biāo)分析2、建立系統(tǒng)的目標(biāo)集形成目標(biāo)樹系統(tǒng)目標(biāo)的確定三、系統(tǒng)目標(biāo)分析2、建立系統(tǒng)的目標(biāo)集形成目標(biāo)樹，例如國家教育系統(tǒng)規(guī)劃目標(biāo)樹系統(tǒng)目標(biāo)的確定三、系統(tǒng)目標(biāo)分析2、建立系統(tǒng)的目標(biāo)集畫出目標(biāo)手段系統(tǒng)圖系統(tǒng)目標(biāo)的確定三、系統(tǒng)目標(biāo)分析1、目標(biāo)沖突分析

目標(biāo)間的關(guān)系：獨立：德、體互補：？沖突：

經(jīng)濟發(fā)展、環(huán)境保護目標(biāo)沖突與協(xié)調(diào)三、系統(tǒng)目標(biāo)分析1、目標(biāo)沖突分析

目標(biāo)關(guān)系矩陣：目標(biāo)沖突與協(xié)調(diào)三、系統(tǒng)目標(biāo)分析1、目標(biāo)沖突分析

沖突的情況：存在相容或并存的可能—弱沖突絕對排斥—強沖突目標(biāo)沖突與協(xié)調(diào)三、系統(tǒng)目標(biāo)分析2、目標(biāo)協(xié)調(diào)的方法利益分配法—權(quán)重，AHP評定等級法—打分目標(biāo)沖突與協(xié)調(diào)四、系統(tǒng)環(huán)境分析環(huán)境是存在于系統(tǒng)邊界外的物質(zhì)的、經(jīng)濟的、信息的和人際的相關(guān)因素的總稱。環(huán)境因素的確定與評價確定環(huán)境因素：根據(jù)實際系統(tǒng)的特點，通過考察環(huán)境與系統(tǒng)之間的相互影響和作用，找出對系統(tǒng)有重要影響的環(huán)境要素的集合，劃定系統(tǒng)與環(huán)境的邊界評價環(huán)境因素：通過對有關(guān)環(huán)境因素的分析，區(qū)分有利和不利的環(huán)境因素，弄清環(huán)境因素對系統(tǒng)的影響程度、作用方向和后果等四、系統(tǒng)環(huán)境分析SWOT分析法：Strengths，Weaknesses，Opportunities，Threatens四、系統(tǒng)環(huán)境分析SWOT基本分析過程五、系統(tǒng)功能分析目標(biāo)分析和環(huán)境分析階段—確定總體功能總體功能是針對系統(tǒng)作為一個整體所應(yīng)起的總體作用而言的一個完整的系統(tǒng)是由硬件、軟件、設(shè)施、數(shù)據(jù)、信息和人員等各種要素以一定的方式結(jié)合而成，每個系統(tǒng)要素或若干系統(tǒng)要素的結(jié)合都在系統(tǒng)中起著各自特有的作用（或稱子功能）五、系統(tǒng)功能分析1、功能的分類與結(jié)合形式(1)按系統(tǒng)動作形式(2)按結(jié)合形式系統(tǒng)功能描述五、系統(tǒng)功能分析2、功能流程和功能層次(1)功能流程圖(2)功能層次圖系統(tǒng)功能描述五、系統(tǒng)功能分析3、使用功能系統(tǒng)功能描述五、系統(tǒng)功能分析3、使用功能

子功能系統(tǒng)功能描述五、系統(tǒng)功能分析4、維護職能以系統(tǒng)使用功能的性能要求及性能水平的檢測狀況為依據(jù)可靠性、維修性、測試性、保障性系統(tǒng)功能描述五、系統(tǒng)功能分析系統(tǒng)總體功能分解