组合智能决策支持系统及应用组合智能决策支持系统及应用主讲人：黄牧涛第1页，共31页。摘要：o针对现有DSS存在信息支持不足、专家知识难以获取与表示等问题，通过对人工神经网络、小波分析、遗传算法等优化建模方法进行组合利用，建立组合智能信息处理器，将之与传统DSS相结合，产生智能决策支持系统IDSS，进行知识自动提取和系统智能建模，并基于C#语言利用组件技术搭建IDSS集成结构。以流域水资源DSS各子系统为例，验证方案的可行性和有效性。第2页，共31页。主要内容oDSS的基本组成与流程的基本组成与流程o智能决策支持系统的开发方案智能决策支持系统的开发方案o组合智能处理器的构建组合智能处理器的构建o实例应用实例应用水资源管理决策支持系统水资源管理决策支持系统WMIDSS第3页，共31页。DSS的产生与发展的产生与发展o模型系统对系统中人的因素考虑不够oMIS难以适应多变的外部和内部管理环境o70年代产生时期（Scott Morton管理决策科学）o80年代迅速发展时期o90年代成熟时期o21世纪出现群决策支持系统GDSS、分布式DDSS、智能型IDSS、会商决策支持中心DSC第4页，共31页。DSS的基本流程o描述和表示决策问题o生成候选决策方法o通过模型分析、逻辑推理等手段演绎方案o建立评价方案的标准o评价方案，从中选出满意结果o如不满意，提出修改方案o允许决策者通过人机交互界面参与上述过程第5页，共31页。DSS的基本组成：数据+模型+知识知识库数据库方法库模型库人机交互人机交互第6页，共31页。组合智能决策支持系统关键技术：o组合智能信息处理器组合智能信息处理器+模型模型 智能建模智能建模o组合智能信息处理器组合智能信息处理器+知识库知识库+推理机推理机 知识知识自动提取自动提取+数据挖掘数据挖掘o4库系统库系统+GIS构建构建o基于基于COM技术构建进行系统集成技术构建进行系统集成第7页，共31页。逻辑结构第8页，共31页。数据库及其管理系统o为方案计算提供计算参数和数据o存储模型计算结果o存储中间过程数据o为决策者提供辅助信息o包括基础数据、模型数据、结果数据o添加、新建、修改、删除、查询、排序、统计、索引、转换、打印等功能第9页，共31页。水资源管理数据库系统设计水资源管理数据库系统设计l基础数据库存储的内容包括：单元描述、水利工程、水文、水资源、气象、生态环境、土地利用等多种资料。 l模型数据库是基础数据库、结果数据库与各个模型之间的桥梁,它存储模型所必需的输入和输出数据l结果数据库主要存储由各专业系统的模型、评价和虚拟现实所产生的各种预案和决策者进行一系列决策干预和操作之后所提供的方案描述信息，供辅助决策分析调用 第10页，共31页。专用GIS库o主要存放用于专题分析的图层o管理栅格和矢量图o与三维可视化模块交互所需的数据o基于公用GIS库提取的专题图层进行二次开发的，接收从关系数据库中的信息,并转换成GIS的属性数据,使决策者对空间数据和属性数据进行综合分析,获得各种数据视图,来进行辅助决策 第11页，共31页。方法库通用算法库o存放各种通用的标准计算方法的子程序库o各种统计方法o各种数学函数第12页，共31页。模型库及其管理系统o存放各专业领域计算与决策分析模型o专业模型使用面向对象的程序设计语言研发并封装成软件包，模型库中每个模型相对独立,以动态链接库(DLL)、ActiveX控件(OCX)、可执行文件(EXE)、组件 (COM/DCOM)等形式存储,为其他业务系统提供相应的接口,实现特定的运算功能。 o建立一个模型字典来索引描述对应的各个模型文件第13页，共31页。知识库及其管理系统o存放领域专家的经验和知识以及事实、规则等。内容包括：各专业项目的指标体系；评价规则与标准；数据误差限值；专业规律指标；专家知识经验；法律、法规，行业规程、标准规范等。第14页，共31页。一是通过智能知识编辑器对领域专家知识进行处理，用规则、框架来表示；二是通过组合智能信息处理器自动获取知识，在特定的逻辑输入条件下,产生相应的逻辑输出。该信息处理器包括三部分:输入转换器、组合智能信息处理器和输出转换器，均以动态链接库(DLL)、组件（COM）形式存储。 第15页，共31页。人机交互界面o多样性同时支持有经验的或无经验用户o容错性较好的错误修复能力o有效性完成任务只需较少的努力o便利性友好的访问途径o柔性通过多种途径进行某项操作o一致性最少的用户培训第16页，共31页。组合信息处理器在IDSS中的作用o系统优化建模o专业知识提取o数据挖掘第17页，共31页。组合智能信息处理器设计 o基本思路是：通过对人工神经网络、小波分析、遗传算法、模拟退火等优化建模方法进行组合利用和加以改进， 建立以人工神经网络为运行主体，其他算法辅助改善网络性能的组合智能信息处理器，对输入的样本数据进行训练，得到期望的输出。 第18页，共31页。基本原理o对于p个样本集合o对于这样时间序列映射的建立，可以采用输入节点为m个，输出节点为n个，隐节点为s个的三层神经网络来实现。其中，网络的隐层神经元采用小波函数、模糊聚类函数、支持向量机函数等作激励函数，输出层神经元采用Sigmoid函数作激励函数 第19页，共31页。X1X2X3X4预测目标输出层输入层隐含层神经网络模型神经网络模型Xn第20页，共31页。小波遗传神经网络o该模型求解的关键在于确定网络结构和网络的模型参数。 第21页，共31页。把问题空间映射为遗传空间，组合智能神经网络模型的基本数学方程 o利用遗传算法求解如上的二次非线性优化问题，将得到网络的结构和连接权， 如果小于设定的误差限值，则完成网络训练。第22页，共31页。基于基于COM技术的技术的IDSS集成集成l通用组件： 基本数据对象组件基本数据对象组件、 全局对象组件全局对象组件 数据管理组件数据管理组件、 GIS通用功能组件通用功能组件、 空间分析功能组件、空间分析功能组件、 可视化组件可视化组件、 数据访问组数据访问组件件 l模型组件l接口组件 第23页，共31页。组合会商系统组合会商系统l分为主会商现场和基于Internet连接的分会商现场两个部分，l其中，主会商系统采用C/S结构构建，提供对会商方案的深层次功能调用和信息集成显示，所有会商信息在大屏幕上进行显示l分会商现场采用B/S结构构建，提供基于Internet的会商支持数据的查询和浏览器显示，同时能够接收主会商现场提供的大屏幕视频流。第24页，共31页。主会商现场主会商现场C/S第25页，共31页。分会商现场分会商现场B/S第26页，共31页。专业化专业化IDSS水资源管理决策支持系统水资源管理决策支持系统WMIDSSl主要服务于流域水文预报、水资源评价、需水预测、水库调度与可供水量分析、水资源优化配置，是一个复杂的集预测、模拟、优化和辅助决策分析、信息服务等功能于一体的可视化的人机交互系统,第27页，共31页。总体逻辑结构总体逻辑结构第28页，共31页。流程流程与与IDSS原原型型集集成成构构成成水水资源管理决策支持系统资源管理决策支持系统径流预报径流预报需水预测需水预测来水量估算来水量估算优化的水库调度和水资优化的水库调度和水资源配置策略源配置策略数据库数据库 第29页，共31页。实例研究实例研究某流域水资源管理某流域水资源管理决策支持系统决策支持系统 第30页，共31页。Thank you!第31页，共31页。