1、模型與模型庫的基本概念第第8章章模型庫及其管理系統模型庫及其管理系統模型生成技術模型管理技術模型管理和數據管理的結合與結構 1 模型概念模型概念 模型特點模型特點 模型群和模型體系模型群和模型體系 模型庫模型庫8.1模型與模型庫的基本概念2模型是以某種形式對一個系統的本質屬性的描述，以揭示系統的功能、行為及其變化規律。模型概念邏輯推理法邏輯推理法實驗法實驗法模型法模型法3模型是客觀世界的一個表征和體現，同時又是客觀事物的抽象和概括 模型比現實世界容易操作，尤其一些參數值的改變在模型中操作比在實際問題中操作更容易。 有些實際問題，很難、甚至根本不可能做實驗，通過建立模型可以克服這種困難，而且模型

2、比現實容易理解一些。 有些變量在現實中需要很長時間才能觀察出它的變化情況，但用模型研究則很快看出變化規律，從而能最迅速抓住本質特征。 用模型研究變量之間的關系，可以節約時間，降低費用。 可以通過模型進行靈敏度分析，以便看出哪些因素對系統影響更大。模型特點4分析研究對象建模者想象力、技巧和創造性模型知識外部環境內部各要素之間的相互關系模型特點5模型群(1) 預測模型群(2) 系統結構模型群(3) 數量經濟模型群(4) 優化模型群(5) 不確定模型群(6) 決策模型群(7) 系統綜合模型群模型群和模型體系 6模型體系是針對某一具體的系統工程課題，在利用模型技術分析、規劃、評價該課題時，它可以應用不

3、同模型群中的模型，也可以應用不同種類的模型，構成了解決這一系統工程課題的模型體系。多層次性多形式多功能3個特點模型群和模型體系 7模型庫模型庫是提供模型存儲和表示模式的計算機系統。在這個系統中，還包含一個以上適當的存儲模式進行模型提取、訪問、更新和合成等操作的軟件系統，這個軟件系統稱為“模型管理系統模型管理系統”。模型庫(model base)和模型軟件包(model package)的重要區別在于： 在模型庫中模型的存儲模式和求解過程并不相連，并不是為某一目的而建立的獨立程序及其集合，而是以基本模塊和基本要素為存儲單元的集合。從理論上講，利用這些基本單元，可以構造任意形式和無窮多個模型。模型

4、庫 8基本單元采用不同的存儲方式，目前主要有以下3種。 模型的程序表示模型的程序表示：傳統的模型表示方法，適用于：傳統的模型表示方法，適用于描述結構化的計算模型描述結構化的計算模型 模型的數據表示模型的數據表示：參考數據庫、模型數據庫、用：參考數據庫、模型數據庫、用戶數據庫戶數據庫 模型的邏輯表示模型的邏輯表示：確定輸入輸出之間的邏輯關系，：確定輸入輸出之間的邏輯關系，定量和定性描述定量和定性描述模型庫 9傳統建模方法及其缺陷模型生成技術模型生成的一般步驟模型的動態生成8.2模型生存技術10u表示實體的控制變量y表示實體的觀測變量所謂建模就是根據u和y尋找實體的描述方式，即模型傳統建模方法及其

5、缺陷 11傳統的建模方法面臨6個主要的問題：(1) 建模所必要的數據往往難于獲取，或者不能滿足建模的要求 (2) 根據模型所得的計算值與實際的觀測值之間有時存在很大的差異，因此模型被否定 (3) 對于一個復雜的、綜合性很強的實體，建模工作十分困難 (4) 管理人員難于理解大型的復雜模型，因此往往不信任這種模型，在利用模型進行重大決策時，不愿意接收不理解其來由的建議和方案 (5) 建模方法中，有一種趨勢是用一組簡單模型來模擬復雜問題 (6) 一般來講，傳統的建模方法沒有使決策者和利用模型做決策的過程進行充分的交互 傳統建模方法及其缺陷 12模型生成技術 模型生成過程具有如下4個特點：(1) 模型

6、在系統內的主要存儲方式是非程序式的(2) 在生成模型的過程中，采用定量建模和推理分析相結合的技術(3) 模型生成在人機交互中完成(4) 模型生成應該是一個動態過程13模型生成技術 dss所研究的模型生成環境并不是實體仿真環境的具體內容，而是為了構造仿真環境，在dss中應該具備的條件和軟件框架，人們稱之為模型的框架環境。設計框架環境時應該考慮如下5個問題 交互方式模型表達方式定量計算能力推理分析框架框架環境的管理14模型生成的一般步驟模型生成經歷的一般步驟系統分析確定模型的描述方式 參數設定 模型評價和結果檢驗 模型求解 報告輸出15模型生成的一般步驟舉例說明多目標線性規劃模型生成系統構 模型生

7、成系統工作流程 系統的結構模塊功能描述 模型生成系統工作流程 16模型的動態生成模型的動態生成：根據系統的內因和外因變化修改模型，使之跟蹤系統運動形態的過程。一般模型的動態生成包括仿真環境跟蹤、模型參數更新、模型重構和推理調整等方面的內容。 一般模型的動態生成仿真環境跟蹤模型參數更新推理調整模型重構17仿真環境跟蹤(tracing of simulation enviroment)模型的動態生成仿真環境修改數據的增加或刪除描述解釋變量和參數的變化系統仿真模型的變化知識更新18 模型參數更新 當系統的內因或外因發生變化時，模型的結構不發生變化，僅變更模型的參數就可以了。在dss中，模型參數的修改

8、最好用人機交互來修改模型參數。 模型重構(model restructure) 系統的環境變化和內部因素的變化都會引起模型結構的變化，這就涉及模型重構的問題。 調整推理(reasoning adjustment) 系統的內因和外因發生變化不僅影響模型的計算結果，而且還影響模型的推理分析。 模型的動態生成198.3模型管理技術模型管理系統的主要研究內容模型管理系統模型管理系統（model management system,mms） 模型管理技術的發展過程20mms功能要求 :模型表示方法可以將模型分解成基本單元，并能以知識的形式存在，使模型成為系統的一組共享資源。模型的存儲技術適用于整個管理過

9、程，并且與數據庫管理技術和知識表示技術兼容。系統能夠根據用戶描述問題的性質和環境條件選擇適當的模型;模型應用規則能保證用戶在模型庫中正確地使用模型。模型維護和集成技術可以擴展模型庫的適用范圍，即當模型庫中沒有現成的模型接近新的問題性質和環境條件，應能構造出符合問題條件的混合模型。模型生成技術應為用戶提供足夠的建模知識和算法，在交互過程中完成對新問題性質和條件的建模。模型管理系統（mms）mms為生成模型和管理模型提供一個用戶友好環境為生成模型和管理模型提供一個用戶友好環境的計算機軟件系統的計算機軟件系統。 21模型管理技術的發展過程子程序庫 模型軟件包 模型管理系統 人工智能管理方法 簡單復雜

10、22模型管理系統的主要內容模型管理系統模型規范建模操作運行操作使用管理模型表示零值處理解釋系統（交互系統）問題抽象模型生成模型體系的生成完善性檢查校驗驗證模型的使用生成一致性進入權模型選擇檢索聯合訪問238.4模型管理和數據管理的結合與結構 dss模型庫數據庫入機接口模型管理系統應滿足以下4個要求(1) 能支持各類用戶的不同要求，模型用戶可分為信息用戶(決策 者)、模型建立者、工具建造者三類，模型管理系統應支持這三方面的用戶。(2) 系統應能把模型和數據結合起來，提供模型庫和數據庫之間的公共接口。(3) 能夠通過dss通用的用戶接口模塊同用戶通信。(4) 由于許多dss是在分布環境中為多個用戶

11、開發，因此，模型共享就成為設計模型管理系統的一個重要方面。其中數據和模型接口最為重要在dss的開發中，應重點研究模型管理和數據管理的結合和實現24模型管理和數據管理的結合 從軟件設計的角度看，模型管理和數據管理有機結合 模型管理和數據管理的發展過程 25模型管理和數據管理的結合 特點缺陷第一代模型和數據在單獨的應用程序中結合起來，程序員不僅要編制程序的計算過程，還要設計數據結構，并把兩者結合起來。效率很高 開發模型費時、昂貴，也難于維護 第二代利用應用程序的公共計算過程，以程序包的形式收集，這些子程序包提供了統計和矩陣的運算 。把計算工作可以看做一個函數模型的輸入轉化為解決問題而用的輸出工具與

12、問題域是無關第三代廣泛使用dbms管理復雜的數據庫，模型和數據通過數據庫管理語言結合在一起。 模型太多，這種方法的性能則不能令人滿意 第四代把模型和數據有機地結合。減少重復、增強靈活性、 模型共享26第四代模型管理系統的結構外部層 邏輯層 物理計算層 模型管理系統的結構 27第四代模型管理系統的結構外部模式外部模式是輸入到輸出映射的邏輯表示，反映了信息用戶的視圖，用戶關心的是在有限輸入情況下可能的輸出input（模型名，輸入名）output（模型名，輸出名） 此種關系模式的優點：(1) 該關系模式可存儲在數據庫中，既可簡化模型檢索和存儲，又可簡化模型庫和數據庫的結合。(2) 高度模塊化，獨立于

13、模型的邏輯計算順序，邏輯計算層和物理計算工作的變化對這層影響很小。(3) 用戶甚至可以不知道模型名就可以輸出信息，用戶通過用戶接口輸入數據、輸出定義名稱，這樣系統就可通過輸入、輸出名檢索模型、運行模型，再把輸出值告知用戶。另外，還提供用戶一個模型目錄，用戶也可自選適宜的模型。 28第四代模型管理系統的結構邏輯結構邏輯結構反映了模型中用到的計算工具之間的邏輯關系，把模型的各元素合理地組織起來，由外部模式調用。 邏輯結構層對模型的處理需兩種語言，即模型定義語言(mdl)和模型操縱語言(mml)。mdl定義模型的每個組成部分，包括模型名、輸入要求、輸出數據、工具和其他相連接的模型，mml涉及模型的操作，如建立、存儲、修改、增加、刪除、連接、使用等29第四代模型管理系統的結構一個模型結構如下所示：name:output: input: tool: model: begin use if then link else use(tool2)end 30第四代模型管理系統的結構物理計算物理計算工具庫中的每個工具都是獨立的模塊，工具之間不能相互通信，而是通過邏輯層和物理工具層的接口相連接。接口接口 第四代模型管理系統，不同層之間的接口起著重要作用，一般有兩個重要接口。一個是模式模型接口，它是外部模式和邏輯結構之間的接