智能決策與專家系統(tǒng)

智能決策與專家系統(tǒng)課件第1頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月決策的捷徑決策的支撐決策的基礎決策的統(tǒng)一想與做的問題決策科學決策系統(tǒng)論信息論控制論

耗散論前言解決方案第2頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月想與做第3頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月想與做第4頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月決策的三大類型決策有三種類型；定型化、啟發(fā)式、臆測式。舉例來說，若A=2，B=3，問C=A+B?這個決定只有一個最正確的答案，被稱為定型化(programmed)的決策。若決策內容改為“問C=A+B+X=?”，則我們就只能回答“若X=5，則C=10；若X=100，則C=105……”，換言之我們只能做模擬，視x的狀況而得到一個滿意的答案，這是啟發(fā)式(heuristic)的決策類型。臆測式的決策是在回答C=A+B+X+Y+?+?的問題，換句話說，C的決策因素太多而不能都掌握，只能憑當事人的經驗或感覺來猜測可能的答案了。

在科研工作過程中，定型化的決策愈多愈好，還是愈少愈好?若有正確的邏輯可以依循，當然是愈多愈好，因為定型化的決策有惟一正確的答案，它可以減少決策者的痛苦，更保證了決策的正確性與及時性。舉一個生活中的例子來說明定型化決策的優(yōu)點。第5頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月第6頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月好東西卻用不好ERP是英文EnterpriseResourcesPlanning的縮寫，中文多數(shù)翻譯為“企業(yè)資源規(guī)劃”。只看字面，實在不知道它是啥玩意兒，但大家都從各種宣傳中知道：(1)它是由美國和歐洲等經濟發(fā)達國家中發(fā)展出來的一個企業(yè)信息化的大型應用系統(tǒng)，已經普遍為各種規(guī)模與行業(yè)的企業(yè)所采用，而被證明是一個十分成熟的管理工具；(2)ERP的重要性在國內得到了政府的大力支持，也經過廣泛的宣傳，許多企業(yè)都上了ERP，尤其是規(guī)模較大的企業(yè)，現(xiàn)在連規(guī)模較小的企業(yè)也開始在上ERP，ERP在中國開始進入普及應用階段；(3)雖然ERP的成功率在逐年上升，但憑良心說，真把ERP用得非常好的企業(yè)不是很多。而實施ERP高風險、高失敗率的印象，卻讓許多企業(yè)產生了很大的戒心。這就怪了，這么一個好東西，又有這么多企業(yè)在用它，但許多人卻用不好，這是為什么?第7頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月第8頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月第9頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月第10頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月第11頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月決策的基礎：控制論經典控制理論現(xiàn)代控制理論

大系統(tǒng)理論賽博論第12頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月一、經典控制理論無論是什么自動控制系統(tǒng)，其基本任務都是——自動地維持工作設備的穩(wěn)定狀態(tài)(抗擾)與操縱狀態(tài)(復現(xiàn))。因此，一個控制系統(tǒng)可以說就是在通過有測量、計算、執(zhí)行功能的控制器，以足夠的準確度來維持控制對象的抗擾與復現(xiàn)能力?？刂普摰慕浀淅?，就是瓦特蒸汽機上的轉速自動控制系統(tǒng)。它被用來自動地保持轉速不變。即：把轉速作為蒸汽機的輸出量，感知它的大小，并把它“反饋”回來，與輸入量的給定值相比較。當發(fā)現(xiàn)轉速偏高時，離心飛重被甩起來張開，帶動套筒下移，傳動桿上移，使蒸汽閥門關小，減少供給蒸汽機的蒸汽量，從而使輸出功率降低，轉速得以回降，于是自動地保持了轉速的給定值。同理，當發(fā)現(xiàn)轉速偏低時，離心飛重因甩不開而收攏，使套筒上移，桿下移，蒸汽閥門開大，增加供給蒸汽機的蒸汽量，從而使輸出功率增加，轉速回升，于是也自動地保持了轉速。但是，這一看來足夠精巧的發(fā)明，在工作了幾十年之后，卻出現(xiàn)了問題。原來，隨著技術的進步，機械的摩擦(阻尼)不斷地減小，而蒸汽機本身卻又不斷地大型化，離心飛重也越來越大，因而引起了轉速超差、振蕩等“工作不穩(wěn)定"問題。第13頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月一、經典控制理論經典控制理論的方法可以概括為——將對象最常見、最基本、最不利的因素抽象出來，形成“典型系統(tǒng)”(線性、非線性、單變量、多變量、常系數(shù)、變系數(shù)、連續(xù)、離散……)，以及“典型外作用”(脈沖、階躍、等速、加速、正弦、隨機……)，在此基礎上，再建構控制模型，列寫控制方程，用解析或圖解的方法來求解方程，從而可以對系統(tǒng)的各種參數(shù)作某些改進。于是，有人將經典控制理論表示為：經典控制理論=解析法+圖解法+經驗技巧

經典控制理論的特點是：直觀、靈便、成熟，直到現(xiàn)代仍在工程設計上廣泛應用。第14頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月二、現(xiàn)代控制理論20世紀50～70年代，是現(xiàn)代控制理論階段，又稱第二代控制理論時期。50年代末，主要因航空、航天技術的發(fā)展，經典控制理論已逐漸滿足不了要求：一是對控制系統(tǒng)的要求更“高”了，不僅要穩(wěn)定性好、調節(jié)時間短、靜態(tài)誤差小，而且還要內部結構設計合理，總體性能達到“最優(yōu)”；二是要求更“全”了，不僅要局部自動化，而且要全部自動化，并采用計算機控制。于是，又發(fā)展了第二代控制理論，亦稱現(xiàn)代控制理論，包括：結構理論、狀態(tài)辨識、系統(tǒng)設計等許多內容。

第15頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月第一代和第二代控制理論比較經典控制理論現(xiàn)代控制理論系統(tǒng)基本是單變量、定常系統(tǒng)多變量、定?；驎r變指標簡單綜合（既考慮效果又考慮代價）數(shù)學工具積分變換積分變換、線性代數(shù)中心問題穩(wěn)定性、動態(tài)品質最優(yōu)控制、動態(tài)識別校正方法有源和無源網(wǎng)絡計算機、微處理機典型框圖第16頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月三、大系統(tǒng)理論20世紀70年代后，是大系統(tǒng)理論階段，又稱第三代控制理論的發(fā)展時期。它是隨著大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)、電力系統(tǒng)、大型石油化工企業(yè)等生產實踐的發(fā)展而發(fā)展的。大系統(tǒng)理論的特點是：多輸入、多輸出、多干擾、多變量，系統(tǒng)堪稱“巨型”，數(shù)據(jù)可謂“海量”，方程可達幾千階，參數(shù)可超幾萬個。這樣的系統(tǒng)當然難于控制，也不便調試，所以難度較大。對它的研究方向一般集中在：模型簡化，遞階控制，分散控制，大系統(tǒng)設計優(yōu)化與決策等問題上。以模型簡化為例，方法很多，一般有：第17頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月三、大系統(tǒng)理論集結法：在保留系統(tǒng)主要動態(tài)特性(如穩(wěn)定性)條件下，用低階模型去代替高階模型；但這種方法一般只適于線性系統(tǒng)，而且計算量也往往很大。攝動法：從原高階方程中略去含小參數(shù)的“攝動”項，得到低階的簡化模型，方法比較簡便，對線性與非線性系統(tǒng)都適用；但要求原方程具有能快慢分離的“弱耦合"形式才行。分散法：即把原方程看成是許多部分的疊加，先分散開來處理，最后再加以綜合。這相當把難點分散。顯然，由于大系統(tǒng)理論研究的變量更多，也更復雜。因而，其重心也正在由工程系統(tǒng)轉向非工程系統(tǒng)——例如：軍事、生物、經濟、社會、人口等。這種轉變意義重大，致使其具有了真正的“大系統(tǒng)"的現(xiàn)代含義。

第18頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月四、賽博論維納給出“控制論”的定義是：“研究動物(包括人)與機器內部的控制和通訊的一般規(guī)律的學科”。他經由數(shù)學作為紐帶，接觸了各種領域的專家，打破了學科的界限，跨越了從機器到活體的鴻溝。這種意義深遠的“跨越”，“基石”在哪里呢?原來“基石”就是“反饋”概念。維納把“反饋”這種本屬瓦特蒸汽機的轉速自動控制系統(tǒng)那樣的工程機器的機制，介紹給了生理學家，并解釋了拿茶杯、穿針線……等現(xiàn)象，提出了機器與生物的“可類比性”。同時，維納又把“目的”這種意識行為介紹給了工程機械學家，并給出了那句名言——“一切有目的的行為，都可看成是需要負反饋的行為”。這樣一來，在20世紀40年代興起了一股“反饋效應”熱潮。1946年在紐約，維納與生物物理學家麥卡洛克等專門召開了“反饋效應”學術會議。兩年后，維納的《賽博論》一書正式出版。第19頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月四、賽博論所以，控制論實際就是賽博論。其特點是：略去了被研究對象和系統(tǒng)的許多物理屬性，著重研究它們之間的相互關系和影響。在這里，物質和能量的交換不是主要的，而信息的傳輸和接收則是第一位的。于是，賽博論也就被喻為“負反饋萬能原理”，因為任何系統(tǒng)只有通過反饋信息才能實現(xiàn)控制。也許有人會提到按補償原理的“前饋控制”，不是沒有反饋么?其實，前饋控制的基礎也是反饋，因為前饋只有在系統(tǒng)“學習”之后，才能找到主要干擾，從而才能再對這個“主要干擾”去進行補償。也就是說，是先經反饋，才能前饋。系統(tǒng)學家貝特朗菲則說：“大量的技術系統(tǒng)和生物系統(tǒng)，都是依照反饋方案的。于是，正像大家所熟知的，為了研究這些現(xiàn)象，一門名叫賽博論的新學科被維納提了出來，其理論試圖表明：反饋性機理是人造機器、有生命組織以及社會系統(tǒng)之中的目的論行為的基礎?！笨傊?，完全可以說：控制論是“決策”的基礎；反饋則是最下面的那塊基石。第20頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月控制論解決問題的常見方案樹狀圖分枝可能性的觀念對概率學家或統(tǒng)計學家來說，是極為自然的，因為一種稱為樹狀圖的方法（可追溯到17世紀末的荷蘭數(shù)學家克利斯蒂安·惠更斯(ChristianHuygens)）對決定一串事件的概率很有用。第21頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月樹狀圖一個好學而心術不正的人，正在對他的孩子們講萊奧·羅斯滕(LeoRosten)的關于猶太法師的著名故事。這位猶太法師被他的一位敬仰的學生問道，為什么他對任何主題都能有非常完美的比喻。猶太法師用一個寓言答道，一名沙皇軍隊的征兵員正騎馬通過一個小鎮(zhèn)，發(fā)現(xiàn)在一個谷倉的壁上有幾十個用粉筆畫的圓形靶子，每一個靶子的中心都有一個彈孔。這位征兵員感到很驚奇，就向周圍的人打聽這位優(yōu)秀的射手是誰。周圍的人回答說：“噢，那是希珀賽爾，鞋匠的兒子。他是一個小精靈?！敝钡竭@位鄰居補充說：“你看，希珀賽爾先射擊，然后在每個彈孔周圍用粉筆畫上圓圈?！睙嵝牡恼鞅鴨T才算弄明白。法師咧著嘴笑道：“那就是我的方法，我并不是去找一個寓言適應主題，而只是介紹那些已有寓言的主題?！彼仙蠒?，一臉正經地催孩子們上床，對妻子隨口道了聲晚安，就同來繼續(xù)讀書。他開始信筆亂涂，打電話，作計算，精心策劃。一場有利可圖的把戲，在他的腦海里變得越來越清晰。第二天，他作了些調查，順道去了郵局。在接下來的兩個晚上，發(fā)了幾千封信給已知的參與體育博彩的人，“預測”某場體育比賽的結果。他對這些人中的一半預測主隊將贏，而對另一半，他預測主隊將輸。他的騙術基于一目了然的事實，那就是無論這場體育比賽結局如何，總有一半博彩者說他是對的。第22頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月樹狀圖他的妻子對他家嚇人的郵費帳單和不斷的陌生電話大為驚訝，對他不斷嘮叨他們越來越糟的財政和婚姻狀況。接下來的一周，他再次發(fā)信，作出另一個預言，但是這一一次他只寄給他上次預測對的那一半博彩者，而不再理會另外一半。在這個較小范圍內，他又對一半人預測另一場體育比賽會贏，而對另一半則預測會輸。于是又會在一半人中他的預測是對的，使得對最初的人群中的四分之一來說，他將一連兩次都對。在下一周，他又對這四分之一中的一半預測贏，另一半預測輸；同時再次不再理會那些他曾通報過錯誤預測的那些人。他又一次預測正確，并且是連續(xù)三次，不過只是對原來人群中的八分之一而言。他就這樣對越來越小的博彩者群體繼續(xù)不斷地發(fā)送他的“成功預測”。然后，他滿懷希望地對那些余下的人寄出一封信，指出他那激動人心的一連串的成功，并要求一筆豐厚的報酬，以便繼續(xù)對他們寄送這些看來價值不菲、猶如神助的“預測”。第23頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月樹狀圖這樣他就收到許多報酬，并且再做進一步的預測。他的預測仍然是對余下的博彩者的一半是對的，而不對的那一半又被扔掉。他對前者繼續(xù)預測的要價更高，收到錢后，再故伎重演。最后僅留下幾個博彩者。其中之一是黑幫頭目，開始跟蹤并綁架他，要求他預測該黑幫頭目下了重注的賭局。綁架者以他的家庭來威脅他，他們不明白他怎么能連續(xù)不斷地預感這么多次正確的預言，并拒絕相信這是一個騙局。他極力用一些富有哲理的論點，想說服綁架者他不是神。心術不正、詭計多端的騙子和蠻橫無理、貪得無厭的綁架者成了鮮明對照：他們說著不同的語言，帶著不同的參照框架，但是，看來在對女人和錢的態(tài)度上臭味相投。騙子在綁架者的暴力脅迫下又作了一次預測，碰巧又對了。這使綁架者比以前更加確信，無疑他掌握了一顆搖錢樹，現(xiàn)在準備在下一輪預測中把他與他的同伙的所有資產都押上。結局涉及騙子的情婦，本來就是因為她，他才會去想用這個詭計賺錢來應付這額外的需要。在他作出將導致他滅門之災的不正確的預測之前，她幫助他從綁架者手中逃脫。他們使用一種他們之間獨創(chuàng)的密碼，使綁架者中斷了賭博，并且嚇得不敢再來騷擾他們。在最后一幕中，他重操舊業(yè)，但是這次是針對股市指數(shù)，因為他希望有些層次較高的客戶。他與他的情婦結了婚，但又有另外一個情婦，并且開始要賺更多更多的錢。他坐在他的書桌旁，又開始在一個信封上亂畫靶心和目標。第24頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月樹狀圖注意：當決策的焦點針對決策用戶自身時，樹狀圖方法，或者說概率理論會被人為屏蔽，例如一部關于一種疫苗罕見副作用的受害者被電視臺披露，就能使公眾對該疫苗所帶來的巨大益處視而不見。這種媒體導向的例子不計其數(shù)。在統(tǒng)計中，當我們拒絕真相時，我們被說成是犯第一類錯誤；當我們接受假象時，我們是犯第二類錯誤。第25頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月墨非定律第26頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月墨菲定律和受騙感墨菲定律由工程師愛德華·墨菲(EdwardMurphy)首先陳述：一般而言，可能犯錯誤者將犯錯誤。與這一刻畫的表面上的調侃相反，這句話所描述的現(xiàn)象有其深刻的原因。在許多情況下，工作上的失誤不是由個人的壞運氣所引起的結果，而是許多系統(tǒng)的復雜性和相互關聯(lián)性的后果——控制論和概率論聯(lián)合作用的結果。羅伯特·馬修斯(RobertMatthews)舉過一個例子：想象你有l(wèi)0雙襪子，并且不管你怎么保管，還是丟了6只。問題在于，什么事情最會發(fā)生?是最幸運的情況你還剩7雙完整的襪子(即丟掉的6只襪子剛好來自3雙襪子)，還是最不幸的情況你只有4雙完整的襪子(即6只丟失的襪子來自6雙不同的襪子)?使人驚奇的是最終得到最壞可能的結果(4雙襪子加6個單只襪子)比得到最好可能的結果(7雙襪子，沒有單只襪子)的可能性要大100倍。第27頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月墨菲定律和受騙感兩個事件稱為是相互獨立的，是指一個事件的發(fā)生不會使另一個事件的發(fā)生增加或減少可能。如果你擲硬幣兩次，兩次所擲的結果是相互獨立的。如果你在電話本中任找兩個人，一個人的出生月份與另一個人的出生月份是相互獨立的。計算兩個獨立事件發(fā)生的概率很容易：只需簡單地把兩者發(fā)生的概率相乘。這樣，擲硬幣得到兩次正面的概率就是l／4：1／2×l／2。從電話本中找兩個人，他們的生日都在六月的概率是1／144：1／12×l／12。概率的這種乘法原理可以推廣到事件的序列中。擲骰子4次得到3點的概率為(1／6)4；扔硬幣6次得到正面的概率是(1／2)6；俄羅斯輪盤賭開三槍還活著的概率是(5／6)3。襪子丟失它的配對的傾向無疑是帶有報復性的墨菲定律!第28頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月墨菲定律和受騙感兩個事件稱為是相互獨立的，是指一個事件的發(fā)生不會使另一個事件的發(fā)生增加或減少可能。如果你擲硬幣兩次，兩次所擲的結果是相互獨立的。如果你在電話本中任找兩個人，一個人的出生月份與另一個人的出生月份是相互獨立的。計算兩個獨立事件發(fā)生的概率很容易：只需簡單地把兩者發(fā)生的概率相乘。這樣，擲硬幣得到兩次正面的概率就是l／4：1／2×l／2。從電話本中找兩個人，他們的生日都在六月的概率是1／144：1／12×l／12。概率的這種乘法原理可以推廣到事件的序列中。擲骰子4次得到3點的概率為(1／6)4；扔硬幣6次得到正面的概率是(1／2)6；俄羅斯輪盤賭開三槍還活著的概率是(5／6)3。襪子丟失它的配對的傾向無疑是帶有報復性的墨菲定律!盡管如此，我們將不希望這樣的事發(fā)生，并且不必為發(fā)現(xiàn)我們的襪子成單而自認晦氣。我意識到，大多數(shù)人在說起一大堆微不足道的倒霉事時，只是為了作為茶余飯后的談話資料，就像大多數(shù)人說起妖魔鬼怪來，并不真信其有。另外，我們經常會真切地感到不知所措，以至感到老天爺真會與我們作對，其實數(shù)學能幫助我們消除這一幻覺。第29頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月墨菲定律和受騙感墨菲定律的另一個例子是等待時間悖論。我們來假定你被放逐到撒哈拉沙漠的某個小角落，并被告知說，每天有兩輛客車能把你帶回文明世界。如果你在某個隨機時間到達車站，而客車每隔12小時到站一次，那么，把你定期地放逐在那里的平均等待時間估計為6小時是合理的(有時是不足1小時，如果你很走運；有時會超過1l小時，如果你不走運；有時是4小時，有時是8小時等等)。但是如果客車到達時間有變化，那么你的等待時間將會變長。例如，兩輛客車之一總是在午夜到達，另一輛在半夜2點到達，而你仍然在某個隨機時間到車站露面。如果你在午夜到半夜2點之間的兩小時間隔中露面，即你是在你的時間的十二分之一中出現(xiàn)，那么你的平均等待時間是1小時。如果你是存半夜2點到午夜的22小時的間隔中露面，即你是在你的時間的十二分之十一中出現(xiàn)，那么你的平均等待時間將是11小時。把這兩者放在一起考慮，就得到總平均等待時間為（）。這一推導不如其底線那樣重要：這里的底線是指：客車到達時間的任何變化都會使得你的等待時間變長，即使每天客車的平均車次仍保持不變?？蛙嚥⑽刺澊?，使你等得更久，僅僅是因為客車到達時間上的任何變化。第30頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月墨菲定律和受騙感等待時間變長一般會在從超市到診所的各種情況下都發(fā)生。即使顧客或病人在每小時的平均到達次數(shù)和每人花費的平均時間，都不引起瓶頸現(xiàn)象，對不發(fā)生瓶頸現(xiàn)象的期望，通常還是會寄托在人們均勻地到達和每人都花費同樣的時間。當事情并非如此時，變化是你被耽誤的理由，而不是老天爺要懲罰你。當然，我們不應把長長的等待時間總看成是某種壞事；例如，我們是在等待一個討厭的晚宴賓客的到來，那么長長的等待時間就可能被認為是件好事。我們總感到有一個精靈在與我們作對。如此這般的感覺大概就會帶來生存的價值。這可能是墨菲定律的真實基礎，而它經常被錯誤地當作一種倒霉的共同感覺。第31頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月墨菲定律和受騙感需要說明的是，我們的個人觀點和心理弱點也會起作用。甚至在數(shù)學上等價的情形，我們也會被巧妙的措辭所迷惑。在一項研究中，調查對象一般傾向于選擇以20％的概率接受300美元，而不是以25％的概率接受200美元。這是合理的，因為在第一種情形下的平均增益為60美元(300的20％)，而在第二種情形下的平均增益為50美元(200的25％)。不那么合理的是，當人們的選擇是按下列階段來進行時，調查對象會作出相反的選擇。另一種選擇的形成分兩個階段：第一階段時主題以75％的概率被取消，從而什么也沒接受。如果某人到達第二階段，他或她可選擇肯定接受200美元或以80％的概率接受300美元。這等價于在以25％的概