面向系統(tǒng)建模的模型集成介紹-文庫(kù)吧
2025-06-03 02:35 本頁(yè)面
【正文】 境。不過(guò)目前大多數(shù)的理論研究集中于技術(shù)角度。Geoffrion 從結(jié)構(gòu)建模的角度對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)/過(guò)程集成對(duì)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]?？v深集成合成兩個(gè)以上的模型以創(chuàng)建一個(gè)新的模型；新模型采用同樣的表達(dá)方式。功能集成并不產(chǎn)生同樣表達(dá)方式的新模型。通過(guò)疊加一個(gè)計(jì)算議程而協(xié)調(diào)模型的運(yùn)算，議程規(guī)定了如何實(shí)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(yùn)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(shí)例(instance), 模型類(class), 模型或問(wèn)題模板 (paradigm)和模型領(lǐng)域(tradition)[13]。如一個(gè)傳統(tǒng)的運(yùn)輸模型可視為 Hitchcock Koopmans 運(yùn)輸模型類的一個(gè)實(shí)例，后者又是運(yùn)籌/管理領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)流建模問(wèn)題；其他一些相關(guān)的建模領(lǐng)域可能包括數(shù)據(jù)庫(kù)管理和人工智能。以下為 10 種可能的集成類型（其中兩個(gè)指兩個(gè)或兩個(gè)以上）：(1) 兩個(gè)建模領(lǐng)域的接合；(2) 一個(gè)建模領(lǐng)域中兩個(gè)問(wèn)題的接合；(3) 不同建模領(lǐng)域中兩個(gè)問(wèn)題的接合；(4) 同一領(lǐng)域同一問(wèn)題的兩個(gè)模型類的接合；(5) 同一領(lǐng)域不同問(wèn)題的兩個(gè)模型類的接合；(6) 不同領(lǐng)域和問(wèn)題的兩個(gè)模型類的接合；(7) 同一領(lǐng)域同一問(wèn)題同一模型類的兩個(gè)模型實(shí)例的接合；(8) 同一領(lǐng)域同一問(wèn)題不同模型類的兩個(gè)模型實(shí)例的接合；(9) 同一領(lǐng)域不同問(wèn)題的不同模型類的兩個(gè)模型實(shí)例的接合；(10) 不同領(lǐng)域的不同問(wèn)題的不同模型類的兩個(gè)模型實(shí)例的接合；其中類型（13）的集成由于涉及建模領(lǐng)域和問(wèn)題的混雜屬于病態(tài)結(jié)構(gòu)問(wèn)題，只有當(dāng)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(guān)系用于指導(dǎo)研究投入的分配是很謹(jǐn)慎的，因?yàn)楣δ芗刹槐叵窨v深集成那樣協(xié)調(diào)不同的模型類或?qū)嵗?。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(shí)際些。類型(810)可能沒(méi)有多少意義，因?yàn)槎鄶?shù)基于模型的工作更多地關(guān)注模型的類。在這樣的前提下，Geoffrion 認(rèn)為應(yīng)當(dāng)更關(guān)注類型(47) 。如果類型(45)的研究沒(méi)有顯著的進(jìn)展時(shí)，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(lái)集成建模環(huán)境(integrated modeling environment)就是夏威夷國(guó)際系統(tǒng)科學(xué)會(huì)議知識(shí)與決策支持系統(tǒng)主題中的一個(gè)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(guān)的不同的理論與實(shí)踐問(wèn)題。IME 可加快模型集成的過(guò)程，主要用于模型集成的快速實(shí)現(xiàn)。在模型實(shí)現(xiàn)過(guò)程中需要考慮 4 個(gè)原則：①模型數(shù)據(jù)的獨(dú)立性；②模型求解器的獨(dú)立性；③模型模板的獨(dú)立性；④元表達(dá)和元推理。電子數(shù)據(jù)表和計(jì)劃系統(tǒng)是很流行的模型實(shí)現(xiàn)工具；但它們不支持模型數(shù)據(jù)的獨(dú)立性，因?yàn)槊總€(gè)電子數(shù)據(jù)表模型是一個(gè)模型實(shí)例。這在理解、驗(yàn)證和維護(hù)方面限制了模型的規(guī)模。不過(guò)電子數(shù)據(jù)表保證求解器的獨(dú)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(yǔ)言及其支持環(huán)境也是一種 IME。代數(shù)建模語(yǔ)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(dú)立，但不支持模型數(shù)據(jù)或模板獨(dú)立。AMPL 支持模型數(shù)據(jù)和求解器獨(dú)立，但不支持模板獨(dú)立。沒(méi)有一種代數(shù)建模語(yǔ)言支持元表達(dá)或推理。關(guān)系型建模語(yǔ)言則根據(jù)一些數(shù)學(xué)規(guī)劃模型擴(kuò)展了數(shù)據(jù)庫(kù)中常用 SQL 語(yǔ)言。這種方式最顯著的優(yōu)點(diǎn)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(dá)而發(fā)展的模型語(yǔ)言如結(jié)構(gòu)建模語(yǔ)言有 SML，邏輯建模語(yǔ)言 TEFA [17]和圖建模語(yǔ)言NETWORKS [8]。它們的設(shè)計(jì)發(fā)展也努力遵循模型實(shí)現(xiàn)的四原則。模型集成支持工具的發(fā)展緊隨技術(shù)進(jìn)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(shù)特別是分布式計(jì)算觸發(fā)了新一代的模板集成，還有軟件工程領(lǐng)域基于面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計(jì)的統(tǒng)一建模語(yǔ)言(unified modeling language –UML)等等。Agent 技術(shù)為系統(tǒng)建模和 IME 的發(fā)展提供了新的契機(jī)。馬里蘭大學(xué)開(kāi)發(fā)的集成建模工具箱(integrating modeling toolkit – IMT)是一個(gè)功能全面可擴(kuò)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(guò)程中完成各自的任務(wù)。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(jiǎn)單計(jì)算、仿真、優(yōu)化、GIS 分析和高級(jí)的統(tǒng)計(jì)分析，這些agent 很容易與上一層的仿真粘合起來(lái)，從而集成了不同的模型模板和工具集(基于 agent 技術(shù)的專用 IME[18]。下面我們討論如何實(shí)現(xiàn)模型集成。3 模型集成實(shí)現(xiàn)策略當(dāng)前技術(shù)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(gè)對(duì)象被分解為基本的部件或模塊，并能夠按功能匯聚起來(lái)。采用該策略，需要對(duì)問(wèn)題有一個(gè)全面綜合的模型，以便對(duì)問(wèn)題進(jìn)行有效的分解。該策略反映了一種對(duì)問(wèn)題分而治之的集中機(jī)制。這時(shí)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(gè)試圖包括企業(yè)集成眾多議題的一個(gè)項(xiàng)目 [19]，探討了許多問(wèn)題，如是否存在一個(gè)通用企業(yè)模型(generic enterprise model)？它能否準(zhǔn)確定義？所有的知識(shí)都可以明確表達(dá)嗎？如何判別好的企業(yè)模型？組織會(huì)接受它們嗎？TOVE 的可重用表達(dá)是關(guān)于工業(yè)概念的本體化工程。在TOVE 中有關(guān)于活動(dòng)、狀態(tài)、時(shí)間、資源、庫(kù)存、定貨需求和部件等的本體，有
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