淺談面向系統(tǒng)建模的模型集成(已修改)
2025-05-28 06:20 本頁面
【正文】 299 / 9面向系統(tǒng)建模的模型集成 *唐錫晉 **（中國科學院數(shù)學與系統(tǒng)科學研究院系統(tǒng)科學研究所， 100080）摘要 本文簡述了模型集成有關(guān)的問題。模型集成是為了系統(tǒng)建模，其研究始于模型管理，但前者擴展了后者的范圍，特別是在對復雜的社會經(jīng)濟或環(huán)境問題建模時。怎樣實現(xiàn)模型集成？本文總結(jié)了 3 種方法，自上而下，自下而上和系統(tǒng)方法。文章最后并例舉目前比較常用的模型集成平臺和一些典型的模型集成的例子。關(guān)鍵詞 模型 系統(tǒng)建模 模型集成1 引言使用模型就像找專家咨詢來幫助解決問題。當問題既不尋常又少見，有必要尋求多方意見而綜合考慮，這是對系統(tǒng)建模中模型集成的一個很通俗的解釋。規(guī)范一些，系統(tǒng)是一些對象或部件如人、資源、概念或者過程的集合，以完成某些功能或者達到某個目標。模型是有關(guān)一個系統(tǒng)、理論或現(xiàn)象的一個概要性的描述，它闡明已知或可推出的性征以用于深入的研究。在分析問題時，常需要創(chuàng)建一個或多個模型，特別是對于復雜的問題。多個模型的組織是模型集成所考慮的問題。但模型集成不僅僅囿于單純地建立模型間的連接，它與系統(tǒng)建模過程緊密聯(lián)系。關(guān)于模型集成的研究因領(lǐng)域人員對模型的理解而有所不同，尤其體現(xiàn)在運籌/管理科學和信息系統(tǒng)領(lǐng)域人員對此問題的認識上，實際表現(xiàn)為對模型與知識的區(qū)別。從知識工程來看，知識可定義為一種模式(pattern)，而模型是一種特殊形式的模式。知識表達可以是專家系統(tǒng)知識庫中的邏輯形式，亦可以是各種分析形式的表達。從其他領(lǐng)域，特別是運籌與管理領(lǐng)域，則持相反的觀點，認為模式是一種特殊形式的模型 [1]。關(guān)于知識與模型的爭論始終持續(xù)著，這也反映在決策支持系統(tǒng)的發(fā)展上。DSS 最初是基于模型的，有優(yōu)化模型、仿真模型、啟發(fā)式模型、其它的描述型模型、預測模型等等。模型的增多，就有一個管理以提高效率的問題。20 世紀 70 年代中期數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展開始成熟，人們借鑒數(shù)據(jù)管理上的方法實現(xiàn)模型管理。由于數(shù)學模型的結(jié)構(gòu)不能顯性表達，簡單套用數(shù)據(jù)管理的方法實現(xiàn)模型管理有很大的局限，因為建模是復雜的、迭代的過程，于是發(fā)展了支持建模過程的模型管理。建模過程包括識別問題、創(chuàng)建、實現(xiàn)、驗證、求解、分析和維護模型等任務，支持建模過程即提供相應的工具，這些工具有任務表達的語言并能執(zhí)行完成任務的操作。而具體實現(xiàn)時“模型集成”被視為創(chuàng)建模型的一個目標。關(guān)于模型管理的一些代表性的綜述，較早的有 Elam 和 Lee 主編的 1986 年在 Decision Support Systems 第 2 卷第 1 期對過去 7 年研究的思考和今后研究的展望 [2]，之后有Shetty, Bhargava 和 Krishnan 等主編的 Annals of Operations Research1992 年的一期專集 [3]，**唐錫晉，1967 年生，女，博士，副研究員，主要研究方向：綜合集成與決策支持，電話：62553291， 62651427， .300 / 9Blanning 主編的 1993 年 Decision Support Systems 的一期專集 [4]，正是 7 年前展望的一些成果。最新的一篇綜述由 Krishnan 和 Chari 所著，2022 年在網(wǎng)絡雜志 Interactive Transactions of ORMS 上發(fā)表 [5]。9394 年間涌現(xiàn)了大批有關(guān)模型管理的文獻，體現(xiàn)了該領(lǐng)域的豐富成果。而模型集成逐漸不再視為模型管理的一支，它已涵蓋模型創(chuàng)建任務中的所有問題。但自那以后直到 2022 年的 7 年間很少有深刻或全面的文章，研究似乎處于低潮。實際上，深入的研究走向?qū)⒗碚撗芯砍晒麘糜诂F(xiàn)實的復雜性，涌現(xiàn)了一批面向特定領(lǐng)域或問題的建模支持軟件。另一方面，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)自 90 年代以來的迅猛發(fā)展為模型集成與管理帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)，如分布式技術(shù)。本文集中討論模型集成，它源于考慮這樣的問題：面對新問題沒有現(xiàn)成模型時，系統(tǒng)建模者如何利用已有資源（模型和經(jīng)驗）而構(gòu)建一個關(guān)于問題的描述模型，以深入探索？2 模型集成與集成式建模環(huán)境 模型表達在過去的十幾年間模型管理的主要成就體現(xiàn)在模型表達，有三個主要流派：結(jié)構(gòu)建模、邏輯建模和圖建模。結(jié)構(gòu)建模(structured modeling)是一種基于圖論的標準的描述型模板，它擴充了數(shù)據(jù)庫技術(shù)中的語義數(shù)據(jù)模型以描述數(shù)學模型中的復雜性 [6]。結(jié)構(gòu)建模允許用戶在不同的抽象層面上以圖形、文本或代數(shù)形式察看模型。邏輯建模(logic modeling)是人工智能和數(shù)學規(guī)劃的一種結(jié)合，主要是應用一階邏輯表達模型知識 [7]。圖建模(graph grammars)將模型比喻為圖，從而提供了一種形象化的模型表達方式 [8]。這種描述和操縱模型的方式在使用可視化程序設(shè)計技術(shù)時特別有利于模型的實現(xiàn)。這三種模型表達方式相互借鑒，相互融合也是模型表達重要的研究領(lǐng)域 [9,10]。 集成方式模型集成有兩類廣泛的議題，即結(jié)構(gòu)(scheme)集成和過程(process )或求解器的集成 [11]。這是從技術(shù)角度根據(jù)傳統(tǒng)的程序設(shè)計語言考慮的。結(jié)構(gòu)集成指合并兩個模型的體系以創(chuàng)立一個新模型。過程集成指求解過程的連接；簡單地可理解為一個模型的輸入是另一個模型的輸出，問題是求解過程的組織序列是否可以推理出來。這里值得研究的問題很多，如化解沖突、模型表達、求解控制等。這時模型不再被視為黑盒子，而是玻璃盒子。允許訪問模型的全部結(jié)構(gòu)的設(shè)計是極為復雜的。目前有關(guān)研究主要在化解沖突和模型表達上。給定模型結(jié)構(gòu)變化的范圍，人們怎樣才能判定集成的模型是有效的？在這方面最著名的工作是Geoffrion 的結(jié)構(gòu)建模。文[11]則是過程集成方面的先驅(qū)性的工作，其中也討論了從組織視角和實現(xiàn)視角等方面的考察。當一個組織有模型集成的動機時一般立足于戰(zhàn)略性建模，因為有效的戰(zhàn)略規(guī)劃需要集成有關(guān)特定功能和操作的各種模型，如后勤管理系統(tǒng)中的復雜操作。而實現(xiàn)視角則關(guān)注于面向?qū)ο蟮募墒浇－h(huán)
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