南郵系統(tǒng)工程課件第三章_第1頁
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文檔簡介

1、,1,第三章 結(jié)構(gòu)模型化技術(shù),系統(tǒng)是由具有一定功能的要素組成,各要素之間存在著相互支持或相互制約的邏輯關(guān)系 只有了解系統(tǒng)各要素之間存在著怎樣的關(guān)系,才能更好的開發(fā)或改造一個系統(tǒng),而要素間的關(guān)系就是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。,2,3,第一節(jié) 結(jié)構(gòu)模型第二節(jié) 解釋結(jié)構(gòu)模型法第三節(jié) 案例分析,第一節(jié) 結(jié)構(gòu)模型,4,結(jié)構(gòu)模型應(yīng)用有向連接圖來描述系統(tǒng)各要素之間的關(guān)系,以表示一個作為要素集合體的系統(tǒng)的模型。,示例,,,,,,,,,,,,節(jié)點:系統(tǒng)

2、的元素 有向邊:要素間所存在的關(guān)系(影響,先于,需要,取決于,導(dǎo)致),結(jié)構(gòu)模型的基本性質(zhì),6,結(jié)構(gòu)模型是一種以定性分析為主的幾何模型;還可以用矩陣形式來描述,使定性分析與定量分析相結(jié)合;結(jié)構(gòu)模型介于數(shù)學(xué)模型形式與邏輯分析形式之間。結(jié)構(gòu)模型比較適宜于描述以社會科學(xué)為對象的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的描述,結(jié)構(gòu)模型化技術(shù),7,結(jié)構(gòu)模型化技術(shù):建立結(jié)構(gòu)模型的方法論。采用結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)的依據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)關(guān)系分解協(xié)調(diào)思想,第二節(jié) 解釋結(jié)構(gòu)模型法,8,解釋

3、結(jié)構(gòu)模型法(Interpretative Structural Modeling,簡稱ISM)是美國J.華費(fèi)爾特教授于1973年作為分析復(fù)雜的社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)有關(guān)問題的一種方法而開發(fā)的。特點是把復(fù)雜的系統(tǒng)分解為若干個子系統(tǒng)(要素),利用經(jīng)驗和知識以及計算機(jī)的幫助,最終將系統(tǒng)構(gòu)造成一個多級遞階的結(jié)構(gòu)模型。ISM屬于概念模型。,一、圖的有關(guān)基本概念回顧,9,有向連接圖:由節(jié)點和有向邊連接而成的圖回路:兩個節(jié)點之間的邊多于一條時。環(huán):一個

4、節(jié)點的有向邊直接與該節(jié)點相連樹:只有一個源點或匯點,沒有回路和環(huán)關(guān)聯(lián)樹:節(jié)點上有加權(quán)值W,而邊上有關(guān)聯(lián)值r,二、圖的矩陣表示法:(一)鄰接矩陣,對于有n個要素的系統(tǒng)(P1,P2,……Pn),定義鄰接矩陣A: 鄰接矩陣與有向圖間有著一一對應(yīng)的關(guān)系, 即從鄰接矩陣可畫出唯一的有向圖; 反之,根據(jù)有向圖可寫出唯一的鄰接矩陣。,10,11,P4,例如,由下圖所示的有向圖,可以寫出鄰接矩陣A如下:,1

5、 2 3 4 5,,,鄰接矩陣示例,12,匯點,源點,全為0的行所對應(yīng)的節(jié)點,全為0的列所對應(yīng)的節(jié)點,鄰接矩陣的特性,13,匯點:全零的行所對應(yīng)的點(沒有線段離開該點),即系統(tǒng)的輸出要素;源點:全零的列所對應(yīng)的點(沒有線段進(jìn)入該點),即系統(tǒng)的輸入要素;對應(yīng)于每點的行中1的數(shù)目就是離開該點的線段數(shù);對應(yīng)于每點的列中1的數(shù)目就是進(jìn)入該點的線段數(shù)。,14,鄰接矩陣表示了系統(tǒng)的各要素間的直接關(guān)系。若該矩陣中第i行第j列的元素為1,

6、則表明從點Pi到Pj有一長度為1的通路。也可以說,從點Pi可以到達(dá)點Pj。實際上,鄰接矩陣描述了各點間通過長度為1的通路相互可以到達(dá)的情況。,(二)可達(dá)矩陣,15,可達(dá)矩陣(M)表明各點間經(jīng)長度不大于n–1的通路的可達(dá)情況。對于點數(shù)為n的圖,最長的通路不能超過n–1。推移律特性:若Pi可達(dá)Pj(Pi有一條路至Pj),Pj可達(dá)Pk(Pj有一條路至Pk),則Pi必可達(dá)Pk。這一特性在建立可達(dá)矩陣時要用到。,(a)可達(dá)矩陣通過鄰接矩陣

7、運(yùn)算得到,16,若在上述矩陣A上加一單位矩陣I,即得:A+I。它描述了各點間經(jīng)長度為0和1(不大于1)的通路后的可達(dá)情況。(A+I)2描述了各點間經(jīng)長度不大于2的路的可達(dá)情況。這里所做的加法和乘法運(yùn)算均為布爾運(yùn)算,即1+1=1,1+0=0+1=1,1×1=1,1×0=0×1=0, 依次類推,得到: (A+I)r-2≠(A+I)r-1=(A+I)r=M ;r≤n-1,例1:求鄰接矩陣A的可

8、達(dá)矩陣,17,第一步:,18,A1描述了各節(jié)點經(jīng)過長度不大于1的通路后的可達(dá)程度,第二步,19,A2描述了各節(jié)點經(jīng)過長度不大于1的通路后的可達(dá)程度,,,第三步:,20,可見,A3=A2,因此得到可達(dá)矩陣為A3,,,(三)縮減可達(dá)矩陣,在可達(dá)矩陣中存在兩個節(jié)點相應(yīng)的行、列元素值分別完全相同,則說明這兩個節(jié)點構(gòu)成回路集,此時,只要選擇其中的一個節(jié)點即可代表回路集中的其他節(jié)點,這樣就可簡化可達(dá)矩陣,稱為縮減可達(dá)矩陣。,,可達(dá)矩陣的直接建立,

9、22,求可達(dá)矩陣是建立結(jié)構(gòu)模型的第一步。對于有n個要素的系統(tǒng),必須知道n(n–1)個矩陣元素,即對n(n–1)個元素成對地加以檢查才能完全決定可達(dá)矩陣。但是,利用可達(dá)矩陣的轉(zhuǎn)移特性,由推斷方法可以更有效地決定可達(dá)矩陣。這種方法特別適合于由計算機(jī)產(chǎn)生可達(dá)矩陣。,(b) 按推移律特性建立可達(dá)矩陣,23,(1) 關(guān)鍵要素選擇(2) 集的劃分(3) 可達(dá)矩陣的推斷,(1)關(guān)鍵要素的選擇,24,確定要素集之間的關(guān)系:4種關(guān)系從全體要素中

10、選擇能承上啟下的要素,即選擇一個既有有向邊輸入,也有有向邊輸出的要素Si,(2)集的劃分,25,沒有回路的上位集A(Si):Si與A(Si)中的要素有關(guān),而A(Si)中的要素與Si無關(guān)有回路的上位集B(Si): Si與B(Si)中的要素具有回路的要素集合。即Si到B(Si)、 B(Si)到Si均存在有向邊無關(guān)集C(Si): Si與C(Si)中的要素完全無關(guān)下位集D(Si): D(Si)中的要素與Si有關(guān),反之無關(guān)。,26,要素集之

11、間的關(guān)系圖,B(Si),A(Si),D(Si),C(Si),,,s,,,,,,,,(3)可達(dá)矩陣的推斷,,,,,,,,,,,,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,,三、解釋結(jié)構(gòu)模型法的工作程序,28,成立一個實施解釋結(jié)構(gòu)模型法的小組設(shè)定問題選擇構(gòu)成系統(tǒng)的要素建立鄰接矩陣和可達(dá)矩陣對可達(dá)矩陣進(jìn)行分解之后建立系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型根據(jù)結(jié)構(gòu)模型建立解釋結(jié)構(gòu)模型,四、ISM的建模步驟,1.有關(guān)專家與系統(tǒng)人員一起討論,選擇確定有關(guān)元素,

12、建立鄰接矩陣。2.建立可達(dá)矩陣。3.劃分:4.求壓縮矩陣5.求骨干矩陣6.做出遞階有向圖,29,30,7,5,4,2,1,3,6,例2,求解步驟:,(一)寫出鄰接矩陣,31,(二)建立可達(dá)矩陣,32,33,求取可達(dá)矩陣以后,可由可達(dá)矩陣尋求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型。 為此需要對可達(dá)矩陣給出的各單元間的關(guān)系加以劃分。劃分包括4部分: 1. 關(guān)系劃分 2. 區(qū)域劃分 3. 級間

13、劃分 4. 強(qiáng)連通塊劃分,(三)劃 分,34,上位集(可達(dá)集合) 可達(dá)矩陣第ni行中所有矩陣元素為1的列對應(yīng)的要素集合先行集 可達(dá)矩陣第ni列中所有元素為1的行對應(yīng)的要素集合共同集T: 共同集合中的元素一定是入度為0,或入度與出度的差小于等于0,1.關(guān)系劃分 把所有各單元分成可達(dá)關(guān)系、不可達(dá)關(guān)系兩大類,----到達(dá)要素ni的要素集合,----從要素ni出發(fā)的可達(dá)集合,35,2.區(qū)域

14、劃分 將系統(tǒng)分成若干個相互獨(dú)立的、沒有直接或間接影響的子系統(tǒng)。 這種劃分對于很多的系統(tǒng)來說,可以把系統(tǒng)分成若干子系統(tǒng)來研究,特別是在用計算機(jī)輔助設(shè)計時,這種劃分會帶來許多方便。,36,T={3,7}且R(3)∩R(7)=φ,則系統(tǒng)分為兩個連通域{1,2,7}和{3,4,5,6},37,3.級別劃分:將系統(tǒng)中的所有要素劃分成不同層次,是在每一區(qū)域里進(jìn)行的。,38,39,4.強(qiáng)連通塊劃分: 找同一級中相互可

15、達(dá)的要素。強(qiáng)連通塊:在同一區(qū)域中同級要素相互可達(dá)的要素。,去掉6,得到縮減矩陣,(四)壓縮矩陣,40,(五)骨干矩陣,41,(六)做出遞階有向圖,42,1,2,7,3,4,5,6,L1,L2,L3,ISM實用化方法原理圖,43,,,初步分析,,規(guī)范分析,綜合分析,ISM的缺陷,44,推移規(guī)律的假定,級與級之間不存在反饋回路系統(tǒng)各要素邏輯關(guān)系的確定,依賴人們的主觀經(jīng)驗實施過程中需要三種角色人員:方法技術(shù)專家、參與者、協(xié)調(diào)人,第三節(jié)

16、案例分析,45,案例一:人口系統(tǒng)案例二:關(guān)于逃課現(xiàn)象的原因分析,案例一:人口系統(tǒng),46,一個人口系統(tǒng)影響總?cè)丝谠鲩L問題的解釋結(jié)構(gòu)模型 系統(tǒng)要素:總?cè)丝?、出生率、死亡率、生育能力、政策、期望壽命、醫(yī)療保健水平、收入水平、環(huán)境污染等,47,,,48,案例二:關(guān)于學(xué)生逃課問題的分析,一、確定研究對象,49,大學(xué)生逃課現(xiàn)象日益嚴(yán)重,學(xué)生對逃課習(xí)以為常,老師對逃課視而不見。嚴(yán)重影響了學(xué)校的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)風(fēng)氣。學(xué)校卻沒有有效的解決措施。

17、 選擇對學(xué)生的逃課問題進(jìn)行分析,具有重要的實際意義。對整頓學(xué)風(fēng)、提高教學(xué)質(zhì)量有重大影響。,二、系統(tǒng)分析方法與步驟,50,1、分析學(xué)生逃課原因2、確定影響因素體系(ISM);3、進(jìn)行因素分析。,三、應(yīng)用ISM進(jìn)行分析,51,1、經(jīng)過小組討論認(rèn)為,逃課因素很多:課程太過容易課程太過難對課程不感興趣不重視課程更喜歡自學(xué)睡懶覺貪玩老師水平差老師要求不嚴(yán)格學(xué)習(xí)風(fēng)氣不好學(xué)校教學(xué)管理不嚴(yán)格,52,2、經(jīng)過分析討論,

18、得到各因素之間的關(guān)系圖,Si × Sj ,即Si與Sj和Sj和Si互有關(guān)系,Si○Sj, 即Si與Sj和Sj和Si均無關(guān)系, Si∧ Sj, 即Si與Sj有關(guān),Sj和Si無關(guān),Si∨ Sj, 即Si與Sj無關(guān),Sj和Si有關(guān),,可達(dá)矩陣,53,,54,練習(xí),1、解釋結(jié)構(gòu)模型法是定量技術(shù)嗎?為什么?2、利用解釋結(jié)構(gòu)模型法進(jìn)行分析。建立可達(dá)矩陣,并建立解釋結(jié)構(gòu)模型。,55,3. 根據(jù)如下鄰接矩陣A建立系統(tǒng)的解釋結(jié)構(gòu)模型。,

19、參考答案練習(xí)2,1. 鄰接矩陣,,2. 一步可達(dá)矩陣:,,3. 可達(dá)矩陣:,,區(qū)域劃分:T={1}級間劃分:L1= {S5},L2= {S2}, L3= {S3,S4},L4= {S1},系統(tǒng)的分階結(jié)構(gòu)模型:,參考答案練習(xí)3,一步可達(dá)矩陣:,,可達(dá)矩陣為:,,區(qū)域劃分:T={1}級間劃分: L1={7},L2={6},L3={2,5}, L4={3,4

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