淺談面向系統(tǒng)建模的模型集成-文庫吧
2025-05-01 06:20 本頁面
【正文】 境。不過目前大多數(shù)的理論研究集中于技術角度。Geoffrion 從結構建模的角度對應于結構/過程集成對模型集成方式作了一種劃分：縱深301 / 9(deep)集成和功能 (functional)集成 [12]。縱深集成合成兩個以上的模型以創(chuàng)建一個新的模型；新模型采用同樣的表達方式。功能集成并不產(chǎn)生同樣表達方式的新模型。通過疊加一個計算議程而協(xié)調模型的運算，議程規(guī)定了如何實現(xiàn)功能集成。典型的如指定某些已有模型的輸出是另外一些模型的輸入但需要明確模型運算的順序。區(qū)分這兩種集成很重要，更重要的是辨明什么需要集成。Geoffrion 解釋了四種層次的模型抽象：模型實例(instance), 模型類(class), 模型或問題模板 (paradigm)和模型領域(tradition)[13]。如一個傳統(tǒng)的運輸模型可視為 Hitchcock Koopmans 運輸模型類的一個實例，后者又是運籌/管理領域的網(wǎng)絡流建模問題；其他一些相關的建模領域可能包括數(shù)據(jù)庫管理和人工智能。以下為 10 種可能的集成類型（其中兩個指兩個或兩個以上）：(1) 兩個建模領域的接合；(2) 一個建模領域中兩個問題的接合；(3) 不同建模領域中兩個問題的接合；(4) 同一領域同一問題的兩個模型類的接合；(5) 同一領域不同問題的兩個模型類的接合；(6) 不同領域和問題的兩個模型類的接合；(7) 同一領域同一問題同一模型類的兩個模型實例的接合；(8) 同一領域同一問題不同模型類的兩個模型實例的接合；(9) 同一領域不同問題的不同模型類的兩個模型實例的接合；(10) 不同領域的不同問題的不同模型類的兩個模型實例的接合；其中類型（13）的集成由于涉及建模領域和問題的混雜屬于病態(tài)結構問題，只有當其他類型的集成討論清楚后才好深入討論。顯然，456 和 78910；這里表示更容易研究。這樣的偏序關系用于指導研究投入的分配是很謹慎的，因為功能集成不必像縱深集成那樣協(xié)調不同的模型類或實例。它更適合處理更難研究的集成類型，所以功能集成比縱深集成更實際些。類型(810)可能沒有多少意義，因為多數(shù)基于模型的工作更多地關注模型的類。在這樣的前提下，Geoffrion 認為應當更關注類型(47) 。如果類型(45)的研究沒有顯著的進展時，類型(6)的研究也是很難深入的。文[14]給出了各種類型的例子。 集成建模環(huán)境自 1988 年以來集成建模環(huán)境(integrated modeling environment)就是夏威夷國際系統(tǒng)科學會議知識與決策支持系統(tǒng)主題中的一個分主題，討論包括模型管理方面所有的論題并圍繞決策支持建模有關的不同的理論與實踐問題。IME 可加快模型集成的過程，主要用于模型集成的快速實現(xiàn)。在模型實現(xiàn)過程中需要考慮 4 個原則：①模型數(shù)據(jù)的獨立性；②模型求解器的獨立性；③模型模板的獨立性；④元表達和元推理。電子數(shù)據(jù)表和計劃系統(tǒng)是很流行的模型實現(xiàn)工具；但它們不支持模型數(shù)據(jù)的獨立性，因為每個電子數(shù)據(jù)表模型是一個模型實例。這在理解、驗證和維護方面限制了模型的規(guī)模。不過電子數(shù)據(jù)表保證求解器的獨立。如這些工具中有優(yōu)化模型、回歸模型，它們互有聯(lián)系。302 / 9此外建模語言及其支持環(huán)境也是一種 IME。代數(shù)建模語言是一種提高建模效率的工具，較有名的有 GAMS[15]和 AMPL[16]。GAMS 支持求解器獨立，但不支持模型數(shù)據(jù)或模板獨立。AMPL 支持模型數(shù)據(jù)和求解器獨立，但不支持模板獨立。沒有一種代數(shù)建模語言支持元表達或推理。關系型建模語言則根據(jù)一些數(shù)學規(guī)劃模型擴展了數(shù)據(jù)庫中常用 SQL 語言。這種方式最顯著的優(yōu)點是采用數(shù)據(jù)字典獲得一些元信息，以支持元推理。還有基于三種模型表達而發(fā)展的模型語言如結構建模語言有 SML，邏輯建模語言 TEFA [17]和圖建模語言NETWORKS [8]。它們的設計發(fā)展也努力遵循模型實現(xiàn)的四原則。模型集成支持工具的發(fā)展緊隨技術進步，如軟件集成提高了支持模板集成的建模環(huán)境的可行程度，互聯(lián)網(wǎng)技術特別是分布式計算觸發(fā)了新一代的模板集成，還有軟件工程領域基于面向對象的分析與設計的統(tǒng)一建模語言(unified modeling language –UML)等等。Agent 技術為系統(tǒng)建模和 IME 的發(fā)展提供了新的契機。馬里蘭大學開發(fā)的集成建模工具箱(integrating modeling toolkit – IMT)是一個功能全面可擴展的集成建模環(huán)境，其中可定義并能共同使用模型組件，建模者可創(chuàng)建由 IMT agent 組成的 IMT 世界，這些 agent 在建模過程中完成各自的任務。IMT agent 的核心集合可以描述一般性的、模塊化的、分布式的模型組件，它們分別完成諸如簡單計算、仿真、優(yōu)化、GIS 分析和高級的統(tǒng)計分析，這些agent 很容易與上一層的仿真粘合起來，從而集成了不同的模型模板和工具集(基于 agent 技術的專用 IME[18]。下面我們討論如何實現(xiàn)模型集成。3 模型集成實現(xiàn)策略當前技術研究中模型集成通常有兩種策略：自上而下(topdown)和自下而上(bottomup)。自上而下指一個對象被分解為基本的部件或模塊，并能夠按功能匯聚起來。采用該策略，需要對問題有一個全面綜合的模型，以便對問題進行有效的分解。該策略反映了一種對問題分而治之的集中機制。這時綜合的模型最為重要，決定集成的成敗或者集成后系統(tǒng)的性能。以企業(yè)集成為背景，多倫多虛擬企業(yè) TOVE (TOronto Virtual Enterprise)就是一個試圖包括企業(yè)集成眾多議題的一個項目 [19]，探討了許多問題，如是否存在一個通用企業(yè)模型(generic enterprise model)？它能否準確定義？所有的知識都可以明確表達嗎？如何判別好的企業(yè)模型？組織會接受它們嗎？TOVE 的可重用表達是關于工業(yè)概念的本體化工程。在TOVE 中有關于活動、狀態(tài)、時間、資源、庫存、定貨需求和部件等的本體，有
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