系統(tǒng)工程第三章系統(tǒng)模型與模型化

系統(tǒng)工程第三章系統(tǒng)模型與模型化第一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三

一.概述

1.基本概念及意義模型——對現(xiàn)實系統(tǒng)抽象表達(dá)的結(jié)果。應(yīng)能反映（抽象或模仿）出系統(tǒng)某個方面的組成部分（要素）及其相互關(guān)系。第二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三概述模型化——構(gòu)建系統(tǒng)模型的過程及方法。要注意兼顧到現(xiàn)實性和易處理性。意義及特點：對系統(tǒng)問題進(jìn)行規(guī)范研究的基礎(chǔ)和標(biāo)志；經(jīng)濟、方便、快速、可重復(fù)，“思想”或“政策”試驗；經(jīng)過了分析人員對客體的抽象，因而必須再拿到現(xiàn)實中去檢驗。第三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三概述2.模型的分類與模型化的基本方法模型的分類：

A——概念模型A1（思維或意識模型A11;字句模型

A12;描述模型A13）

符號模型A2（圖表模型A21;數(shù)學(xué)模型A22）仿真模型A3

形象模型A4（物理模型A41;圖像模型A42）

類比模型A5

第四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三概述——模型的分類與模型化的基本方法B——分析模型B1[通常用數(shù)學(xué)關(guān)系式表達(dá)]

仿真模型B2[主要基于“計算機導(dǎo)向”]

博弈模型B3[主要基于“人的行為導(dǎo)向”]

判斷模型B4[基于專家調(diào)查的判斷]C——結(jié)構(gòu)模型C1

數(shù)學(xué)模型C2

仿真模型C3

第五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三概述——模型的分類與模型化的基本方法D——實體模型D1（實物模型D11;模擬模型D12）

抽象模型或符號模型D2（數(shù)學(xué)模型D21;

結(jié)構(gòu)模型D22；仿真模型D23;……）第六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三概述——模型的分類與模型化的基本方法模型化的基本方法：機理法或分析方法（A22,B1,B3,C2,D21）實驗方法：擬合法——“理論”導(dǎo)向經(jīng)驗法——“數(shù)據(jù)”導(dǎo)向（A22,B1,C2,D21）模擬法——“計算機”或“實物”導(dǎo)向（A3,A4,B2,C3,D1,D23）專家法或老手法（A21,B4,C1,D22）

……第七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三概述3.建模的一般原則（1）建立方框圖；（2）考慮信息相關(guān)性；（3）考慮準(zhǔn)確性；（4）考慮結(jié)集性。第八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三概述4.建模的基本步驟（1）明確建模目的和要求；（2）弄清系統(tǒng)或子系統(tǒng)中的主要因素及其相互關(guān)系；（3）選擇模型方法；（4）確定模型結(jié)構(gòu)；（5）估計模型參數(shù)；（6）模型試運行；（7）對模型進(jìn)行實驗研究；（8）對模型進(jìn)行必要修正。第九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三概述5.模型的簡化

（1）減少變量；（2）改變變量性質(zhì)；（3）合并變量；（4）改變函數(shù)關(guān)系；（5）改變約束條件。第十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三

幾種典型的系統(tǒng)模型

ISM（InterpretativeStructuralModeling）SS（StateSpace）SD（SystemDynamics）CA（ConflictAnalysis）

……第十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三二.解釋結(jié)構(gòu)模型（ISM）（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化基礎(chǔ)1.概念

結(jié)構(gòu)→結(jié)構(gòu)模型→結(jié)構(gòu)模型化→結(jié)構(gòu)分析

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)表達(dá)及分析方法

理解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的概念（構(gòu)成系統(tǒng)諸要素間的關(guān)聯(lián)方式或關(guān)系）及其有向圖（節(jié)點與有向?。┖途仃嚕蛇_(dá)矩陣等）這兩種常用的表達(dá)方式。

第十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本表達(dá)方式第十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本表達(dá)方式第十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本表達(dá)方式第十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本表達(dá)方式第十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本表達(dá)方式第十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本表達(dá)方式第十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本表達(dá)方式第十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本表達(dá)方式第二十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本表達(dá)方式第二十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本表達(dá)方式第二十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本表達(dá)方式第二十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本表達(dá)方式第二十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化基礎(chǔ)

比較有代表性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析方法有：關(guān)聯(lián)樹（如問題樹、目標(biāo)樹、決策樹）法、解釋結(jié)構(gòu)模型化（ISM）方法、系統(tǒng)動力學(xué)（SD）結(jié)構(gòu)模型化方法等。

本部分要求大家主要學(xué)習(xí)和掌握ISM方法（實用化方法、規(guī)范方法）。第二十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三（二）ISM實用化方法設(shè)定問題、形成意識模型找出影響要素要素關(guān)系分析（關(guān)系圖）建立可達(dá)矩陣(M)和縮減矩陣（M/）矩陣層次化處理(ML/)繪制多級遞階有向圖建立解釋結(jié)構(gòu)模型分析報告比較/F學(xué)習(xí)初步分析規(guī)范分析綜合分析圖2ISM實用化方法原理圖第二十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三（二）ISM實用化方法第二十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三（二）ISM實用化方法第二十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三（二）ISM實用化方法第二十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三（二）ISM實用化方法第三十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三（二）ISM實用化方法第三十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三（二）ISM實用化方法第三十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三（三）ISM規(guī)范化方法第三十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三（三）ISM規(guī)范化方法第三十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三（三）ISM規(guī)范化方法第三十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三（三）ISM規(guī)范化方法第三十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三（三）ISM規(guī)范化方法15第三十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三（三）ISM規(guī)范化方法第三十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三（三）ISM規(guī)范化方法第三十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三（三）ISM規(guī)范化方法第四十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三（三）ISM規(guī)范化方法第四十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三（三）ISM規(guī)范化方法第四十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三（三）ISM規(guī)范化方法第四十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三（三）ISM規(guī)范化方法第四十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三（三）ISM規(guī)范化方法第四十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三（三）ISM規(guī)范化方法第四十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三（三）ISM規(guī)范化方法第四十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三（三）ISM規(guī)范化方法第四十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三（三）ISM規(guī)范化方法第四十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三（四）ISM的實施及應(yīng)用

ISM的實施：一般來說，需要三種角色的人員參加，即掌握建模方法的專家、協(xié)調(diào)人和參與者。方法技術(shù)專家協(xié)調(diào)人參與者第五十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三（四）ISM的實施及應(yīng)用經(jīng)小組討論得出影響人口增長的諸多因素：(1)社會保障(8)社會思想習(xí)慣(2)老年服務(wù)(9)營養(yǎng)水平(3)生育欲望(10)污染(4)平均壽命(11)國民收入(5)醫(yī)療保健水平(12)出生率(6)生育能力(13)死亡率(7)計劃生育政策(14)總?cè)丝趹?yīng)用實例：討論人口控制綜合策略問題第五十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三通過小組成員的經(jīng)驗分析，并經(jīng)過多次小組討論，確定各因素間的關(guān)系：S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12S13S14（四）ISM的實施及應(yīng)用第五十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三由此建立可達(dá)矩陣，再進(jìn)行劃分，建立結(jié)構(gòu)模型如下圖所示：總?cè)丝诔錾仕劳雎噬夏攴?wù)社會保障社會思想習(xí)慣國民收入保健生育能力計生政策平均壽命污染營養(yǎng)●●●●●●（四）ISM的實施及應(yīng)用第五十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三（四）ISM的實施及應(yīng)用

ISM的缺陷推移律的假定可能會影響分析的正確性；（通過可達(dá)矩陣來）確定系統(tǒng)各要素間邏輯關(guān)系的確定，依賴人們的經(jīng)驗；實施ISM的三種人員，也會影響方法的應(yīng)用效果。第五十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三三.狀態(tài)空間模型（SSM

）（數(shù)學(xué)）模型建模概論機理法建模（人口預(yù)測模型）擬合法建模兩類系統(tǒng)及其相應(yīng)狀態(tài)空間系統(tǒng)方程離散系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)空間方程實例連續(xù)系統(tǒng)：宏觀經(jīng)濟模型離散系統(tǒng)：1人才系統(tǒng)；2宏觀經(jīng)濟模型；3人口遷移模型第五十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三（一）數(shù)學(xué)模型建模方法概述1數(shù)學(xué)模型定義數(shù)學(xué)模型是案照某種數(shù)學(xué)語言（數(shù)學(xué)關(guān)系式、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、計算機語言等）對研究對象系統(tǒng)的某些屬性抽象描述和定量表達(dá)的結(jié)果。2利用數(shù)學(xué)模型建模的程序例1全球人口總數(shù)預(yù)測例2城鎮(zhèn)人口遷移第五十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三數(shù)學(xué)模型建模程序第五十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三變量類型

領(lǐng)域類型1類型2經(jīng)濟外生變量內(nèi)生變量控制輸入變量決策變量（可控）干擾變量（不可控）輸出變量數(shù)學(xué)自變量/參數(shù)因變量第五十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三

3建模方法圖解法：定性為主，變量不超過2~3個。機理法：定性+定量擬合法：定量為主，以歷史數(shù)據(jù)為依據(jù)建模及量化，建模根據(jù)某種假設(shè)，選擇一種理論模型和模式，用以解釋所觀察行為。如果所收集到的數(shù)據(jù)說明建模者的假設(shè)基本合理，則進(jìn)一步按照某種法則去選擇模型參數(shù)。（擬合法建模實例：人口預(yù)測）第五十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三（二）狀態(tài)空間系統(tǒng)方程兩類系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)：工程系統(tǒng)（微分方程描述）離散系統(tǒng)：如銀行存款本利和（差分方程描述）。社會經(jīng)濟系統(tǒng)大多為離散系統(tǒng)。例1宏觀經(jīng)濟系統(tǒng)模型例2銀行儲蓄第六十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期三

例1宏觀經(jīng)濟模型 變量說明:Z(t)為總需；C(t)為總消費；I(t)為總投資；G(t)為政府支出；Y(t)為總供給；K(t)為總資本存量；vy(t)為期望資本存量。例2某人存入銀行一定數(shù)量的錢，假定在t=KT時有u(k)元，T為計息周期（例如月），利率為B，求第K個周期的本利和y(k)。第六十一頁，共六十五頁，編輯于2023年