決策支持系統(tǒng)的知識庫與方法庫.ppt

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第五章 DSS的方法庫與知識庫,,第5章 DSS的方法庫和知識庫,——引 言—— 為了使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加清晰，將方法庫從模型庫中分離出來，單獨(dú)組織成一個方法庫并配以相應(yīng)的方法庫系統(tǒng)，共同構(gòu)成DSS的另一個組成部分——方法庫系統(tǒng)。配備一個內(nèi)容豐富、性能優(yōu)越的方法庫，可使DSS更富有活力。 當(dāng)DSS向智能方向發(fā)展時，知識和推理的研究就顯得起來越重要。事實(shí)上，也只有當(dāng)知識和推理技術(shù)被成功運(yùn)用于DSS時，才可能真正達(dá)到?jīng)Q策支持所提出的目標(biāo)。許多非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化問題很復(fù)雜，因此除了需要常規(guī)DSS的功能以外，還需要問題求解的專門知識。這些專門知識可由ES或其他智能系統(tǒng)提供，所以先進(jìn)的DSS中需要包含知識庫系統(tǒng)。,學(xué)習(xí)目標(biāo)： ◆正確理解方法庫在DSS中的作用 ◆正確認(rèn)識方法庫與數(shù)據(jù)庫的關(guān)系 ◆正確認(rèn)識知識庫在DSS中的作用和地位 ◆了解推理機(jī)制設(shè)計(jì)原理和方法 ◆了解常見的幾種知識表示方法和知識組織的方式,第5章 DSS的方法庫和知識庫,教學(xué)內(nèi)容：,第5章 DSS的方法庫和知識庫,方法庫系統(tǒng),5.1.1 建立方法庫的理論依據(jù) 5.1.2 方法庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 5.1.3 方法庫系統(tǒng)的邏輯層次及其對應(yīng)的語言 5.1.4 方法庫系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5.1.5 方法庫管理系統(tǒng) 5.1.6 方法庫與數(shù)據(jù)庫的關(guān)系,方法庫系統(tǒng),為了使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加清晰，將方法從模型庫中分離出來，單獨(dú)組織成一個方法庫（Arithmetic Base）并配以相應(yīng)的方法庫管理系統(tǒng)（Arithmetic Base Management System） ，共同構(gòu)成DSS的另一個組成部分－－方法庫系統(tǒng)。 方法庫系統(tǒng)主要是一個軟件系統(tǒng)，它綜合了數(shù)據(jù)庫和程序庫。它為求解模型提供算法，是模型應(yīng)用的后援系統(tǒng)。 方法指基本算法，例如，數(shù)學(xué)方法、數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法、經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)方法等。,5.1.1 建立方法庫系統(tǒng)的理論依據(jù),程序庫的局限性 引入方法庫的優(yōu)點(diǎn),建立方法庫系統(tǒng)的理論依據(jù),程序庫的局限性 程序庫中的子程序被不同用戶調(diào)用時，每次都要進(jìn)行編譯、連接； 修改程序庫中的子程序時，也要相應(yīng)地修改調(diào)用它的用戶程序，不靈活； 為了使用程序庫，用戶必須熟悉有關(guān)程序設(shè)計(jì)語言和數(shù)據(jù)規(guī)則，這就限制了程序庫的用戶只能是應(yīng)用程序員。,建立方法庫系統(tǒng)的理論依據(jù),引入方法庫的優(yōu)點(diǎn) 提供各種通用計(jì)算、分析、加工處理的能力； 提高模型的運(yùn)行效率； 實(shí)現(xiàn)軟件資源共享。 既考慮應(yīng)用程序員用戶，又考慮了非程序員用戶的需要，增加了命令語言接口。,5.1.2 方法庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),方法的基本概述 方法是能完成預(yù)定功能的程序單位。方法完成的功能不僅有數(shù)值算法，而且也包括控制、組織數(shù)據(jù)處理以及報告、圖形生成等非數(shù)學(xué)功能。 方法作為程序單位，是完全模塊化的。 方法與外界的信息交換只能通過接口進(jìn)行。完全模塊化的標(biāo)志之一是，方法接口上有載荷狀態(tài)報告的參數(shù)，指出方法是否被正常地執(zhí)行了;如屬非正常結(jié)束，則指出錯誤類型，這就顯著地提高了可靠性。 方法在形態(tài)上是一種封裝程序(Canned Programm)。 方法通過調(diào)用而執(zhí)行。調(diào)用方法時，要傳送參數(shù)。 方法從運(yùn)行邏輯上看，方法是子程序。但方法又是積木塊，它能組合成功能更強(qiáng)的方法，直至完成題解。在整體中的地位來看，方法是模塊。有人把它稱為子模型(Submodel)。,方法庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),方法庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),方法庫 方法庫是方法的匯萃。它應(yīng)該是方法的可擴(kuò)充集合。 方法庫由方法程序庫和方法字典組成。 方法程序庫是存儲方法模塊的工具，包括存儲方法程序的源碼庫和目標(biāo)碼庫以及存放方法本身信息的方法、字典等。 方法程序有：排序算法、分類算法、最短路徑法、計(jì)劃評審技術(shù)、線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、各種統(tǒng)計(jì)算法、各種組合算法等。 方法字典則用來對方法庫中的程序進(jìn)行登錄和索引。 描述方法信息（名稱、類型是、使用范圍等文字說明）和方法數(shù)據(jù)抽象（數(shù)據(jù)存取說明）。 按方法的存儲方式，方法庫可分為層次結(jié)構(gòu)型方法庫、關(guān)系型方法庫、語義網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型方法庫和含有人工智能技術(shù)的方法庫等。,方法庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),方法庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),方法庫管理系統(tǒng) 是方法庫系統(tǒng)的核心，是方法庫的控制機(jī)構(gòu)。 內(nèi)部數(shù)據(jù)庫 是方法庫本身的一個數(shù)據(jù)，用于存放輸入的數(shù)據(jù)及經(jīng)過方法加工后的輸出數(shù)據(jù)。 用戶界面 它包括系統(tǒng)管理員界面、程序員界面和終端用戶界面。,方法庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),用戶利用方法庫與數(shù)據(jù)庫求解過程,方法庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),執(zhí)行過程 用戶根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)和解題要求從方法庫中選擇一個或若干個方法。選擇方法時用戶可以得到輔助學(xué)習(xí)子系統(tǒng)的必要支持，如查閱各類方法的說明書，使用判定表或菜單等。 進(jìn)而根據(jù)處理數(shù)據(jù)的不同特點(diǎn)，從同類型方法中挑選合適的一個。為了解題，通常需要將選出的若干方法加以組合，如將輸入、參數(shù)轉(zhuǎn)換、某(些)個數(shù)學(xué)方法、輸出(包括報表或圖形生成)等方法合成一個符合題意的新方法。 在執(zhí)行方法前，應(yīng)該訪問數(shù)據(jù)庫，向方法輸送數(shù)據(jù)。 對于執(zhí)行方法后獲得的結(jié)果，如有必要，還可以調(diào)用分析結(jié)果的方法，加以確認(rèn)。,5.1.3 方法庫系統(tǒng)的邏輯層次及其對應(yīng)的語言,卡爾斯魯厄樣板系統(tǒng)的三級層次結(jié)構(gòu),5.1.3方法庫系統(tǒng)的邏輯層次及其對應(yīng)的語言,方法庫系統(tǒng)的邏輯層次 基礎(chǔ)級 基礎(chǔ)級上提供的方法稱為元方法 這一級方法構(gòu)成了方法庫的基本集 系統(tǒng)管理員負(fù)責(zé)建立基礎(chǔ)的、公用的模塊，維護(hù)方法庫管理系統(tǒng)軟件。,方法庫系統(tǒng)的邏輯層次 應(yīng)用級 在應(yīng)用級上，方法庫為終端用戶提供應(yīng)用問題的數(shù)學(xué)模型； 早期這種形態(tài)的方法庫稱為模型庫。 匹配級 處于基礎(chǔ)級和應(yīng)用之間 把基本方法合成為專用方法，并使數(shù)據(jù)和加工方法相銜接； 向應(yīng)用程序員提供剪裁應(yīng)用軟件的工具，使方法庫適應(yīng)不同的應(yīng)用領(lǐng)域。,方法庫系統(tǒng)的邏輯層次及其對應(yīng)的語言,方法庫語言 對應(yīng)于方法庫的3種用戶，理想情況是配備3種方法庫語言。 方法庫描述語言 面向方法庫系統(tǒng)管理員 系統(tǒng)管理員可使用方法庫 描述語言建立方法庫的概念模式 決定方法的存儲結(jié)構(gòu)和存儲方式 定義方法的完整性和有效性 建立方法以及對方法的修改、刪除及分類等。 建立方法庫時，應(yīng)考慮統(tǒng)一的接口，用來解決各種編程語言接口之間的差異。,方法庫系統(tǒng)的邏輯層次及其對應(yīng)的語言,方法庫語言 方法庫操縱語言 面向程序員 在方法庫中，方法的運(yùn)算主要是方法的鏈接 通過鏈接運(yùn)算將幾個方法鏈接起來而稱為一個新的方法； 鏈接后的方法還可以繼續(xù)參加鏈接運(yùn)算； 鏈接運(yùn)算中主要解決方法與方法之間的參數(shù)轉(zhuǎn)換及參數(shù)傳遞問題。 操縱語言可以是封閉式的，也可以嵌入某一宿主語言中。 利用方法庫操縱語言，程序員根據(jù)需要編制程序輸入到系統(tǒng)中，即可進(jìn)行方法的查找、合成、對方法的數(shù)據(jù)輸入與輸出、方法的執(zhí)行等工作。,方法庫系統(tǒng)的邏輯層次及其對應(yīng)的語言,方法庫語言 方法庫使用語言 面向一般用戶，如用于決策的領(lǐng)導(dǎo)干部等。 用戶只需輸入一些非過程化的命令形式或提供一些必要的參數(shù)，方法庫即可進(jìn)行運(yùn)算，得到用戶所需的決策信息。 方法庫使用語言是一種自封閉式的語言，要求非過程化程度高，應(yīng)該具有對話式及批處理兩種操作方式。 方法庫使用語言應(yīng)該簡明易懂。,5.1.4 方法庫系統(tǒng)設(shè)計(jì),方法庫系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)成 方法庫系統(tǒng)包括兩個子系統(tǒng) 一個具有通用模塊的基本子系統(tǒng) 一個具有面向具體應(yīng)用模塊的用戶子系統(tǒng) 兩個子系統(tǒng)均可分為兩層，因些整個系統(tǒng)可分為4個相互聯(lián)系的層次。,方法庫系統(tǒng)設(shè)計(jì),方法庫系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)成 0層 它具有最基本的功能，因些也稱為“方法庫操作系統(tǒng)”，其主要部分有： 對各解釋器提供公共服務(wù)的中心控制器。 與非方法庫系統(tǒng)的連接的基本接口：如文件系統(tǒng)、DBMS等 與操作系統(tǒng)功能的連接的接口：如請求與釋放系統(tǒng)資源 方法庫系統(tǒng)的文件管理。,方法庫系統(tǒng)設(shè)計(jì),方法庫系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)成 1層 是與應(yīng)用無關(guān)的部分，需要時才裝配進(jìn)來。包括： 實(shí)現(xiàn)運(yùn)用廣泛的數(shù)據(jù)類型或類型產(chǎn)生器的模塊 方法庫系統(tǒng)自身文件的定義說明和處理功能。 常駐的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的管理。,方法庫系統(tǒng)設(shè)計(jì),方法庫系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)成 2層 相應(yīng)于程序庫提供的功能。包括： 基本程序 為實(shí)現(xiàn)一些更復(fù)雜的用戶要求而特別編制的一些程序。 相應(yīng)于一些新命令的用戶過程，由用戶在已有命令的基礎(chǔ)上定義。,方法庫系統(tǒng)設(shè)計(jì),方法庫系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)成 3層 它相應(yīng)于交互式的用戶接口，包括進(jìn)行語法、語義分析的解釋器，并通過中控制器調(diào)用2層相應(yīng)功能。 如果從用戶角度看，系統(tǒng)可處于不同的運(yùn)行狀態(tài)，如命令狀態(tài)、初始狀態(tài)、輔助狀態(tài)和過程狀態(tài)，每種狀態(tài)都有相應(yīng)的解釋器。,方法庫系統(tǒng)設(shè)計(jì),用系統(tǒng)化方法實(shí)現(xiàn)方法庫 構(gòu)造方法庫的主要任務(wù)是選擇合適的構(gòu)件，編制少數(shù)特別的構(gòu)件，再把它們組合起來。 構(gòu)件選擇要求把所有可用程序存儲起來，并建立一個類似數(shù)據(jù)字典的信息系統(tǒng)。對程序加以說明； 編程支持包括傳統(tǒng)的編輯器、編譯器，還有產(chǎn)生與外部方法接口的自動支持； 構(gòu)件組合需要使用靜態(tài)聯(lián)結(jié)、動態(tài)組裝等方法自動生成表格、測試環(huán)境等。,方法庫系統(tǒng)設(shè)計(jì),用系統(tǒng)化方法實(shí)現(xiàn)方法庫 軟件支持環(huán)境 工具庫：包括編譯器、編輯器、接口產(chǎn)生器、解釋器的構(gòu)造系統(tǒng)； 構(gòu)件庫：所有可能成為方法庫系統(tǒng)一部分的軟件構(gòu)件； 信息系統(tǒng)提供對構(gòu)件庫和工具庫的描述，記錄庫中各部分之間的關(guān)系。,方法庫系統(tǒng)設(shè)計(jì),用系統(tǒng)化方法實(shí)現(xiàn)方法庫 從構(gòu)件庫產(chǎn)生方法庫 首先通過信息系統(tǒng)了解是否有缺少的程序； 編制這些程序，加入構(gòu)件庫中，再把需要的構(gòu)件加入方法庫。 庫中包含一個方法庫中已有的構(gòu)件目錄表，設(shè)計(jì)者只需交互地填寫這些表，并把相應(yīng)的構(gòu)件加入系統(tǒng)，并增添相應(yīng)的表格，產(chǎn)生出來的方法庫經(jīng)過測試就可以使用了。,5.1.5 方法庫管理系統(tǒng),方法庫管理系統(tǒng)組成 方法庫運(yùn)行控制程序—方法庫的管理程序、方法的存儲程序、方法的更新程序、方法的鏈接程序、運(yùn)行方法的程序、完整性與安全性保護(hù)程序等。 語言解釋器—用來解釋各級界面語言。 數(shù)據(jù)處理程序—用來控制與數(shù)據(jù)庫的通信。 模型接口的控制程序 公用程序—字典維護(hù)程序、方法庫維護(hù)程序等,方法庫管理系統(tǒng),方法庫管理系統(tǒng),方法庫管理系統(tǒng)的任務(wù) 方法庫管理系統(tǒng)的主要任務(wù)是管理方法、合成方法、執(zhí)行方法、管理數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)與方法銜接、安全保護(hù)及輔助學(xué)習(xí)。,方法庫管理系統(tǒng),方法管理 方法管理的內(nèi)容包括:源碼的編輯、目標(biāo)碼的生成、方法入庫、修改、刪除及劃組分類。 用系統(tǒng)內(nèi)部語言(KARAMBA采用了PASCAL的系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語言LIS)編制的方法稱為內(nèi)部方法。其它語言生成的方法稱為外部方法。 為了充分利用現(xiàn)有軟件，應(yīng)該允許外部方法入庫。為此，方法采用統(tǒng)一接口加上方法體的結(jié)構(gòu)。方法的首部規(guī)定了統(tǒng)一接口，負(fù)責(zé)參數(shù)傳送。對于外部方法，則用內(nèi)部語言寫統(tǒng)一接口以及這個接口向外部方法體目標(biāo)結(jié)構(gòu)的映射。如下圖：,方法庫管理系統(tǒng),方法管理 用源碼寫成的方法、方法接口(及必要的映射)經(jīng)過編譯連接，生成目標(biāo)碼。 為便于將來更新、查閱方法的源碼及目標(biāo)碼分別入源碼庫和目標(biāo)碼庫。 方法管理的要點(diǎn)之一是要維護(hù)方法庫的完整性。 倘若從庫中刪除了方法M，則所有直接或間接調(diào)用M的方法都將因某一關(guān)節(jié)失靈而無法運(yùn)行。不加控制地修改庫中方法，也會出現(xiàn)類似的問題。更新、擴(kuò)充或縮編方法庫的時候，避免造成這種情況出現(xiàn)、保證完整性，是首要目標(biāo)。,方法庫管理系統(tǒng),方法管理 刪除方法時應(yīng)注意： 首先，要在刪除方法時，審查是否破壞了完整性。按照方法在嵌套調(diào)用中的地位，把它們劃分成元方法和非元方法。所有被別的方法調(diào)用作為其組成部分的方法，都是元方法。不被任何方法調(diào)用作為組成部分的方法，是非元方法。為了保證方法庫的完整性，只允許刪除非元方法。 其次，要仔細(xì)設(shè)計(jì)修改過程，保證修改后的元方法與調(diào)用它的方法之間的銜接。 修改方法 要區(qū)分修改的規(guī)模。只改方法體不改接口，調(diào)用格式有效。體和接口都改，原有調(diào)用格式無效，所有調(diào)用者都要重新縮譯，花費(fèi)將顯著增加。 區(qū)分修改規(guī)模，有助于控制修改，如禁止修改接口，或?qū)ń涌谛薷牡墓ぷ骷衅饋恚窟M(jìn)行。,方法庫管理系統(tǒng),方法管理 為了便于輔助用戶選擇方法，簡化方法庫的安全保護(hù)，有必要將方法分組分類。 首先，按照功能將方法劃組。 其次，按照應(yīng)用需求或保密要求，將方法分組劃類。 各類方法為不同領(lǐng)域的應(yīng)用提供了標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境。 所有應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境構(gòu)成方法庫。如圖所示：,方法庫管理系統(tǒng),方法管理 分組劃類,方法庫管理系統(tǒng),方法合成 合成指的是兩個以上的方法相互補(bǔ)充以組成更高級功能的方法。參與合成的方法要轉(zhuǎn)換、傳送參數(shù)。 方法合成中可采用順序、選擇及循環(huán)控制機(jī)構(gòu)。合成后的方法，被稱為過程。有些文獻(xiàn)中，也稱它們?yōu)槟Ｐ退惴ǎ鄳?yīng)地，基本方法被稱為基本算法。 過程也是方法，可以被執(zhí)行。在一個理想的方法庫中，應(yīng)該允許過程繼續(xù)參與合成。,方法庫管理系統(tǒng),方法與數(shù)據(jù) 為了滿足方法庫對數(shù)據(jù)管理的要求，即多用戶并行訪問，數(shù)據(jù)按其邏輯結(jié)構(gòu)向用戶開放以及必要的安全保護(hù)措施，最好由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來承擔(dān)數(shù)據(jù)管理。這里，需要系統(tǒng)在配置自含數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和連接數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之間作出抉擇。 先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，大都提供了Call接口，允許將DML嵌入宿主語言(如方法庫的內(nèi)部語言)，從而建立起方法庫和數(shù)據(jù)庫的聯(lián)系。,方法庫管理系統(tǒng),方法庫的用戶接口 方法庫的終端用戶是專業(yè)人員。 使用命令語言，調(diào)用一個或一系列方法或過程，向被調(diào)用的方法提供數(shù)據(jù)。這樣的用戶，被稱為參數(shù)用戶。 參數(shù)用戶的接口采用交互會話方式，所使用的命令包括:說明數(shù)據(jù)類型、定義過程、調(diào)用方法或過程、輸人參數(shù)、存儲或輸出結(jié)果、查閱方法(特別是接口)說明、查閱方法庫索引、查閱命令一覽表等。 方法庫還應(yīng)提供過程型或描述性高級語言，使具有一定數(shù)據(jù)處理經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人員能描述更為復(fù)雜問題的數(shù)學(xué)模型，如社會經(jīng)濟(jì)問題的預(yù)測。這樣的用戶被稱為模型用戶。,5.1.6 方法庫與數(shù)據(jù)庫的關(guān)系,方法庫與數(shù)據(jù)庫 方法庫的內(nèi)部數(shù)據(jù)庫用來存放輸入數(shù)據(jù)及經(jīng)過方法加工后的輸出數(shù)據(jù)。 內(nèi)部數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可以從外部數(shù)據(jù)庫傳來，也可以用戶自己輸入。 方法庫中不存儲決策所需的數(shù)據(jù)，需要的數(shù)據(jù)由方法庫管理系統(tǒng)通過接口從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中調(diào)用。,方法庫與數(shù)據(jù)庫傳遞數(shù)據(jù),5.1.6 方法庫與數(shù)據(jù)庫的關(guān)系,方法庫與數(shù)據(jù)庫傳遞數(shù)據(jù) 方法庫與內(nèi)部數(shù)據(jù)庫的聯(lián)系兩種形式 方法庫管理系統(tǒng)自動地調(diào)度 由用戶通過宿主語言進(jìn)行通信,5.1.6 方法庫與數(shù)據(jù)庫的關(guān)系,習(xí)題,1.為什么要引入方法庫，采用方法庫有什么優(yōu)點(diǎn) 2.簡述方法庫系統(tǒng)的組成。 3.簡述常用的方法算法。 4.簡述方法庫與數(shù)據(jù)庫結(jié)合進(jìn)行方法求解的過程。 5.簡述方法庫系統(tǒng)的三個邏輯層次。 6.簡述三種方法庫語言。 7.怎樣用系統(tǒng)化方法實(shí)現(xiàn)方法庫 8.方法管理包括哪些。 9.簡述方法庫與數(shù)據(jù)庫的關(guān)系。 10.對方法庫系統(tǒng)的新要求有哪些。,The End, Thank You,