解释结构模型ISM及其应用.ppt

1、解释结构模型解释结构模型ISM及其应用及其应用uInterpretive Structural Modeling (ISM)1 解决复杂系统问题，困难在于弄清楚要解决什解决复杂系统问题，困难在于弄清楚要解决什解决复杂系统问题，困难在于弄清楚要解决什解决复杂系统问题，困难在于弄清楚要解决什么问题，什么是表面问题，什么是潜在问题，什么问题，什么是表面问题，什么是潜在问题，什么问题，什么是表面问题，什么是潜在问题，什么问题，什么是表面问题，什么是潜在问题，什么是原因层的问题，什么是根子层的问题。这就么是原因层的问题，什么是根子层的问题。这就么是原因层的问题，什么是根子层的问题。这就么是原因层的问题，

2、什么是根子层的问题。这就是问题诊断和系统概念开发。是问题诊断和系统概念开发。是问题诊断和系统概念开发。是问题诊断和系统概念开发。如何能使用自然语言或图形等较直观的方式如何能使用自然语言或图形等较直观的方式如何能使用自然语言或图形等较直观的方式如何能使用自然语言或图形等较直观的方式来描述和阐明问题，这就是根据问题导向，建立来描述和阐明问题，这就是根据问题导向，建立来描述和阐明问题，这就是根据问题导向，建立来描述和阐明问题，这就是根据问题导向，建立概念模型。系统结构模型是一种概念模型。系统结构模型是一种概念模型。系统结构模型是一种概念模型。系统结构模型是一种较正规的概念模较正规的概念模较正规的概念

3、模较正规的概念模型。这类模型对于理清思路、明确问题，与利益型。这类模型对于理清思路、明确问题，与利益型。这类模型对于理清思路、明确问题，与利益型。这类模型对于理清思路、明确问题，与利益相关者进行沟通，都极为有用。这种结构化的概相关者进行沟通，都极为有用。这种结构化的概相关者进行沟通，都极为有用。这种结构化的概相关者进行沟通，都极为有用。这种结构化的概念模型就是念模型就是念模型就是念模型就是系统结构模型系统结构模型系统结构模型系统结构模型。从概念模型到结构模型从概念模型到结构模型从概念模型到结构模型从概念模型到结构模型系统概念开发系统概念开发系统概念开发系统概念开发2结构模型：结构模型：系统有很

4、多要素构成，建立要素之间的相互关系，即系系统有很多要素构成，建立要素之间的相互关系，即系统的结构模型，是系统分析的重要方法。统的结构模型，是系统分析的重要方法。3 凡系统必有结构，系统结构决定系统功能；凡系统必有结构，系统结构决定系统功能；凡系统必有结构，系统结构决定系统功能；凡系统必有结构，系统结构决定系统功能；破坏结构，就会完全破坏系统的总体功能。这说破坏结构，就会完全破坏系统的总体功能。这说破坏结构，就会完全破坏系统的总体功能。这说破坏结构，就会完全破坏系统的总体功能。这说明了系统结构的普遍性与重要性。明了系统结构的普遍性与重要性。明了系统结构的普遍性与重要性。明了系统结构的普遍性与重要

5、性。结构模型描述系统结构形态，即系统各部分间结构模型描述系统结构形态，即系统各部分间结构模型描述系统结构形态，即系统各部分间结构模型描述系统结构形态，即系统各部分间及其与环境间的关系（因果、顺序、联系、隶属、及其与环境间的关系（因果、顺序、联系、隶属、及其与环境间的关系（因果、顺序、联系、隶属、及其与环境间的关系（因果、顺序、联系、隶属、优劣对比等）。优劣对比等）。优劣对比等）。优劣对比等）。结构模型是从概念模型过渡到定结构模型是从概念模型过渡到定结构模型是从概念模型过渡到定结构模型是从概念模型过渡到定量分析的中介，即使对那些难以量化的系统来说量分析的中介，即使对那些难以量化的系统来说量分析的

6、中介，即使对那些难以量化的系统来说量分析的中介，即使对那些难以量化的系统来说也可以建立结构模型，故在系统分析中应用很广也可以建立结构模型，故在系统分析中应用很广也可以建立结构模型，故在系统分析中应用很广也可以建立结构模型，故在系统分析中应用很广泛。泛。泛。泛。45lInterpretive Structure Model解析结构模型属于解析结构模型属于解析结构模型属于解析结构模型属于静态静态静态静态的定性模型。的定性模型。的定性模型。的定性模型。它的基本理论是图论的重构理论，通过一些基本它的基本理论是图论的重构理论，通过一些基本它的基本理论是图论的重构理论，通过一些基本它的基本理论是图论的重构

7、理论，通过一些基本假设和图、矩阵的有关运算，可以得到可达性矩假设和图、矩阵的有关运算，可以得到可达性矩假设和图、矩阵的有关运算，可以得到可达性矩假设和图、矩阵的有关运算，可以得到可达性矩阵；然后再通过人阵；然后再通过人阵；然后再通过人阵；然后再通过人-机结合，分解可达性矩阵，机结合，分解可达性矩阵，机结合，分解可达性矩阵，机结合，分解可达性矩阵，使复杂的系统分解成使复杂的系统分解成使复杂的系统分解成使复杂的系统分解成多级递阶结构形式多级递阶结构形式多级递阶结构形式多级递阶结构形式。在总体设计、区域规划、技术评估和系统诊断方在总体设计、区域规划、技术评估和系统诊断方在总体设计、区域规划、技术评估

8、和系统诊断方在总体设计、区域规划、技术评估和系统诊断方面应用广泛。面应用广泛。面应用广泛。面应用广泛。要研究一个由大量单元组成的、各单元之间又存要研究一个由大量单元组成的、各单元之间又存要研究一个由大量单元组成的、各单元之间又存要研究一个由大量单元组成的、各单元之间又存在着相互关系的系统，就必须了解系统的结构，在着相互关系的系统，就必须了解系统的结构，在着相互关系的系统，就必须了解系统的结构，在着相互关系的系统，就必须了解系统的结构，一个有效的方法就是建立系统的结构模型，而结一个有效的方法就是建立系统的结构模型，而结一个有效的方法就是建立系统的结构模型，而结一个有效的方法就是建立系统的结构模型

9、，而结构模型技术已发展到构模型技术已发展到构模型技术已发展到构模型技术已发展到100100余种。余种。余种。余种。6一、几个相关的重要数学概念一、几个相关的重要数学概念1、关系图关系图 假设系统所涉及到的关系都是二元关假设系统所涉及到的关系都是二元关系。则系统的单元可用节点表示，单元之系。则系统的单元可用节点表示，单元之间的关系可以用带有箭头的边（箭线）来间的关系可以用带有箭头的边（箭线）来表示，从而构成一个有向连接图。这种图表示，从而构成一个有向连接图。这种图统称关系图。关系图中，称具有对称性关统称关系图。关系图中，称具有对称性关系的单元系的单元 ei 和和ej 具有强连接性。具有强连接性。

10、7例：一个孩子的学习问题例：一个孩子的学习问题例：一个孩子的学习问题例：一个孩子的学习问题1.1.成绩不好成绩不好成绩不好成绩不好 2.2.老师常批评老师常批评老师常批评老师常批评 3.3.上课不认真上课不认真上课不认真上课不认真4.4.平时作业不认真平时作业不认真平时作业不认真平时作业不认真5.5.学习环境差学习环境差学习环境差学习环境差6.6.太贪玩太贪玩太贪玩太贪玩7.7.父母常打牌父母常打牌父母常打牌父母常打牌 8.8.父母不管父母不管父母不管父母不管 9.9.朋友不好朋友不好朋友不好朋友不好 10.10.给很多钱给很多钱给很多钱给很多钱11.11.缺乏自信缺乏自信缺乏自信缺乏自信一、

11、几个相关的数学概念35678910412118例：温带草原食物链l l1.1.草草草草l l2.2.兔兔兔兔l l3.3.鼠鼠鼠鼠l l4.4.吃草的鸟吃草的鸟吃草的鸟吃草的鸟l l5.5.吃草的昆虫吃草的昆虫吃草的昆虫吃草的昆虫l l6.6.捕食性昆虫捕食性昆虫捕食性昆虫捕食性昆虫l l7.7.蜘蛛蜘蛛蜘蛛蜘蛛l l8.8.蟾蜍蟾蜍蟾蜍蟾蜍l l9.9.吃虫的鸟吃虫的鸟吃虫的鸟吃虫的鸟l l10.10.蛇蛇蛇蛇l l11.11.狐狸狐狸狐狸狐狸l l12.12.鹰和猫头鹰鹰和猫头鹰鹰和猫头鹰鹰和猫头鹰92、邻接矩阵邻接矩阵 用来表示关系图中各单元之间的用来表示关系图中各单元之间的用来表示关系

12、图中各单元之间的用来表示关系图中各单元之间的直接连接状态直接连接状态直接连接状态直接连接状态的矩阵的矩阵的矩阵的矩阵A A。设系统。设系统。设系统。设系统S S共有共有共有共有n n个单元个单元个单元个单元S S=e e1 1,e e2 2,e en n 则则则则 其中其中其中其中10l l邻接矩阵的特点邻接矩阵的特点邻接矩阵的特点邻接矩阵的特点矩阵元素按布尔运算法则进行运算。矩阵元素按布尔运算法则进行运算。矩阵元素按布尔运算法则进行运算。矩阵元素按布尔运算法则进行运算。与关系图一一对应。与关系图一一对应。与关系图一一对应。与关系图一一对应。例例例例4-34-3：一个一个一个一个4 4单元系统

13、的关系图和邻接矩阵。单元系统的关系图和邻接矩阵。单元系统的关系图和邻接矩阵。单元系统的关系图和邻接矩阵。1324113 3、可达性矩阵可达性矩阵可达性矩阵可达性矩阵 若若若若D D是由是由是由是由n n个单元组成的系统个单元组成的系统个单元组成的系统个单元组成的系统S S=e e1 1,e e2 2,e en n 的关系图，的关系图，的关系图，的关系图，则元素为则元素为则元素为则元素为的的的的nnnn 矩阵矩阵矩阵矩阵 MM，称为图，称为图，称为图，称为图D D的可达性矩阵。的可达性矩阵。的可达性矩阵。的可达性矩阵。可达性矩阵标明所有可达性矩阵标明所有可达性矩阵标明所有可达性矩阵标明所有S S

14、的单元之间相互是否存在可达路径。的单元之间相互是否存在可达路径。的单元之间相互是否存在可达路径。的单元之间相互是否存在可达路径。如从如从如从如从 出发经出发经出发经出发经 k k 段支路到达段支路到达段支路到达段支路到达 ，称，称，称，称 到到到到 可达且可达且可达且可达且“长度长度长度长度”为为为为 k k。12 性质：性质：性质：性质：一般对于任意正整数一般对于任意正整数一般对于任意正整数一般对于任意正整数r r(n n)，若若若若e ei i到到到到e ej j是可达的且是可达的且是可达的且是可达的且“长度长度长度长度”为为为为r r，则，则，则，则A Ar r中第中第中第中第 i i

15、行第行第行第行第 j j 列上的元素等于列上的元素等于列上的元素等于列上的元素等于1 1。对有回路系统来说，当对有回路系统来说，当对有回路系统来说，当对有回路系统来说，当 k k 增大时，增大时，增大时，增大时，A Ak k 形成一定的周期性形成一定的周期性形成一定的周期性形成一定的周期性重复。重复。重复。重复。对无回路系统来说，到某个对无回路系统来说，到某个对无回路系统来说，到某个对无回路系统来说，到某个 k k 值值值值，A Ak k=0 0。1324131、关系划分、关系划分 关系划分将系统各单元按照相互间的关系分关系划分将系统各单元按照相互间的关系分成两大类成两大类 R与与 ，R类包括

16、所有可达关系，类包括所有可达关系，类类包括所有不可达关系。有序对包括所有不可达关系。有序对(ei,ej)，如果，如果 ei到到e j 是可达的，则是可达的，则(ei,ej)属于属于R 类，否则类，否则(ei,ej)属于属于 类。类。从可达性矩阵各元素是从可达性矩阵各元素是 1 还是还是 0 很容易进很容易进行关系划分行关系划分。关系划分可以表示为：关系划分可以表示为：二、可达性矩阵的划分二、可达性矩阵的划分14 2、区域划分、区域划分 区域划分将系统分成若干个相互独立的、区域划分将系统分成若干个相互独立的、没有直接或间接影响的子系统。没有直接或间接影响的子系统。可达集可达集可达集可达集先行集先行集先行集先行集底层单元集（底层单元集（底层单元集（底层单元集（初始集初始集，其中元素具有此性质：，其中元素具有此性质：，其中元素具有此性质：，其中元素具有此性质：不能存在一个单元只指向它而不被它所指向。不能存在一个单元只指向它而不被它所指向。不能存在一个单元只指向它而不被它所指向。不能存在一个单元只指向它而不被它所指向。）15 对属于初始集对属于初始集对属于初始集对属于初始集B B的任意两个元素