南郵系統(tǒng)工程課件第三章

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.華費爾特教授于1973年作為分析復雜的社會經(jīng)濟系統(tǒng)有關(guān)問題的一種方法而開發(fā)的。特點是把復雜的系統(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的行所對應的節(jié)點,全為0的列所對應的節(jié)點,鄰接矩陣的特性,13,匯點：全零的行所對應的點（沒有線段離開該點），即系統(tǒng)的輸出要素；源點：全零的列所對應的點（沒有線段進入該點），即系統(tǒng)的輸入要素；對應于每點的行中1的數(shù)目就是離開該點的線段數(shù)；對應于每點的列中1的數(shù)目就是進入該點的線段數(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的情況。,（二）可達矩陣,15,可達矩陣（M）表明各點間經(jīng)長度不大于n–1的通路的可達情況。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Pj（Pi有一條路至Pj），Pj可達Pk（Pj有一條路至Pk），則Pi必可達Pk。這一特性在建立可達矩陣時要用到。,（a）可達矩陣通過鄰接矩陣

7、運算得到,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）的通路后的可達情況。(A+I)2描述了各點間經(jīng)長度不大于2的路的可達情況。這里所做的加法和乘法運算均為布爾運算，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的通路后的可達程度,,,第三步：,20,可見，A3=A2，因此得到可達矩陣為A3,,,（三）縮減可達矩陣,在可達矩陣中存在兩個節(jié)點相應的行、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，這樣就可簡化可達矩陣，稱為縮減可達矩陣。,,可達矩陣的直接建立,

9、22,求可達矩陣是建立結(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矩陣。但是，利用可達矩陣的轉(zhuǎn)移特性，由推斷方法可以更有效地決定可達矩陣。這種方法特別適合于由計算機產(chǎn)生可達矩陣。,(b) 按推移律特性建立可達矩陣,23,(1) 關(guān)鍵要素選擇(2) 集的劃分(3) 可達矩陣的推斷,(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)模型法的小組設定問題選擇構(gòu)成系統(tǒng)的要素建立鄰接矩陣和可達矩陣對可達矩陣進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）建立可達矩陣,32,33,求取可達矩陣以后，可由可達矩陣尋求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型。 為此需要對可達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. 強連通塊劃分,（三）劃 分,34,上位集(可達集合) 可達矩陣第ni行中所有矩陣元素為1的列對應的要素集合先行集 可達矩陣第ni列中所有元素為1的行對應的要素集合共同集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關(guān)系、不可達關(guān)系兩大類,----到達要素ni的要素集合,----從要素ni出發(fā)的可達集合,35,2．區(qū)域

14、劃分 將系統(tǒng)分成若干個相互獨立的、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，特別是在用計算機輔助設計時，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)域里進行的。,38,39,4．強連通塊劃分： 找同一級中相互可

15、達的要素。強連通塊：在同一區(qū)域中同級要素相互可達的要素。,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)于學生逃課問題的分析,一、確定研究對象,49,大學生逃課現(xiàn)象日益嚴重，學生對逃課習以為常，老師對逃課視而不見。嚴重影響了學校的教學質(zhì)量和學習風氣。學校卻沒有有效的解決措施。

17、 選擇對學生的逃課問題進行分析，具有重要的實際意義。對整頓學風、提高教學質(zhì)量有重大影響。,二、系統(tǒng)分析方法與步驟,50,1、分析學生逃課原因2、確定影響因素體系（ISM）；3、進行因素分析。,三、應用ISM進行分析,51,1、經(jīng)過小組討論認為，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睡懶覺貪玩老師水平差老師要求不嚴格學習風氣不好學校教學管理不嚴格,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)，,可達矩陣,53,,54,練習,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)模型法進行分析。建立可達矩陣，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2,1. 鄰接矩陣,,2. 一步可達矩陣:,,3. 可達矩陣:,,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3,一步可達矩陣：,,可達矩陣為：,,區(qū)域劃分:Ｔ＝{１}級間劃分: L1＝{７}，L2＝{６}，L3＝{２,５}， L4＝{３,４