面向系統(tǒng)建模的模型集成介紹-免費(fèi)閱讀
【正文】 信息技術(shù)的進(jìn)步對(duì)近期模型集成的發(fā)展起到了加速的作用，但復(fù)雜系統(tǒng)建模仍然需要新的視角。作為 DSS 核心的模型管理的擴(kuò)展，模型集成的研究因信息技術(shù)的進(jìn)步和人們探索復(fù)雜問(wèn)題的深入而演化得更豐富多彩，成為名副其實(shí)的活躍交叉研究領(lǐng)域。 Bhargava 等實(shí)現(xiàn)了分別以 AMPL 和GAMS 建模環(huán)境的兩類 agent，包括了有關(guān)供方與用戶間談判的不同設(shè)計(jì) [31]。 DecisionNet DecisionNet 是一個(gè) 4 年（9599）的研究項(xiàng)目，由美國(guó)海軍研究生院的 ，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的 和德國(guó) Humboldt 大學(xué)的 合作進(jìn)行。圖 1 為的 DOME 的體系結(jié)構(gòu)。重要的是弄清模型集成的目的（所要分析的系統(tǒng)） ，這需要對(duì)問(wèn)題或系統(tǒng)的更深入和更廣泛的了解。在最近的一項(xiàng)研究中，Dolk 的分布式集成建模思路是將一個(gè)包含決策矩陣的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、包含結(jié)構(gòu)化的決策模型的模型倉(cāng)303 / 9庫(kù)和運(yùn)用 UML 和基于組件的插件等相結(jié)合，以增強(qiáng)包括優(yōu)化、統(tǒng)計(jì)和其他建模模板的模型求解器的交叉表分析功能 [20]。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。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)。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。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。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?。功能集成并不產(chǎn)生同樣表達(dá)方式的新模型。目前有關(guān)研究主要在化解沖突和模型表達(dá)上。這三種模型表達(dá)方式相互借鑒，相互融合也是模型表達(dá)重要的研究領(lǐng)域 [9,10]。實(shí)際上，深入的研究走向?qū)⒗碚撗芯砍晒麘?yīng)用于現(xiàn)實(shí)的復(fù)雜性，涌現(xiàn)了一批面向特定領(lǐng)域或問(wèn)題的建模支持軟件。由于數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)不能顯性表達(dá)，簡(jiǎn)單套用數(shù)據(jù)管理的方法實(shí)現(xiàn)模型管理有很大的局限，因?yàn)榻Ｊ菑?fù)雜的、迭代的過(guò)程，于是發(fā)展了支持建模過(guò)程的模型管理。關(guān)于模型集成的研究因領(lǐng)域人員對(duì)模型的理解而有所不同，尤其體現(xiàn)在運(yùn)籌/管理科學(xué)和信息系統(tǒng)領(lǐng)域人員對(duì)此問(wèn)題的認(rèn)識(shí)上，實(shí)際表現(xiàn)為對(duì)模型與知識(shí)的區(qū)別。文章最后并例舉目前比較常用的模型集成平臺(tái)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(lái)幫助解決問(wèn)題。從知識(shí)工程來(lái)看，知識(shí)可定義為一種模式(pattern)，而模型是一種特殊形式的模式。建模過(guò)程包括識(shí)別問(wèn)題、創(chuàng)建、實(shí)現(xiàn)、驗(yàn)證、求解、分析和維護(hù)模型等任務(wù)，支持建模過(guò)程即提供相應(yīng)的工具，這些工具有任務(wù)表達(dá)的語(yǔ)言并能執(zhí)行完成任務(wù)的操作。另一方面，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)自 90 年代以來(lái)的迅猛發(fā)展為模型集成與管理帶來(lái)了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，如分布式技術(shù)。 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(guò)程(process )或求解器的集成 [11]。給定模型結(jié)構(gòu)變化的范圍，人們?cè)鯓硬拍芘卸傻哪Ｐ褪怯行У?？在這方面最著名的工作是Geoffrion 的結(jié)構(gòu)建模。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。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。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。沒(méi)有一種代數(shù)建模語(yǔ)言支持元表達(dá)或推理。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]。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，有關(guān)本體的知識(shí)視為原子知識(shí)，可用于演繹推理時(shí)回答常識(shí)問(wèn)題。文[21]總結(jié)了自上而下方法在企業(yè)集成遇到的問(wèn)題，并推薦了自底向上的集成方法。正如著名系統(tǒng)科學(xué)家阿可夫所講：“形成問(wèn)題、解決問(wèn)題、采取行動(dòng)是同時(shí)進(jìn)行的三個(gè)交互過(guò)程” [23]。采用 DOME 建模，主要采用自上而下的策略。該項(xiàng)目旨在李用戶聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)增進(jìn)決策技術(shù)的可用性、可重用性和相互操作性 [30]。敏捷的AMPL agent 可為雙方提供重要的知識(shí)和推理的需求，GAMS agent 封裝了 GAMS 語(yǔ)言和建模環(huán)境協(xié)調(diào)供方注冊(cè)模型并為用戶創(chuàng)建一個(gè)運(yùn)行界面。類似于數(shù)據(jù)管理，在模型集成的理論研究和集成建模環(huán)境長(zhǎng)期充斥著數(shù)據(jù)管理的思想，這體現(xiàn)在模型集成在上個(gè)世紀(jì) 80 年代到 90 年代初期迅速發(fā)展期中。模型并不是為集成而拼湊在一起，它服務(wù)于系統(tǒng)建模。對(duì)這些復(fù)雜議題或論題進(jìn)行綜合系統(tǒng)的思考是建立系統(tǒng)概念模型或形成設(shè)想的必經(jīng)之路，也是系統(tǒng)論證過(guò)程的起點(diǎn)。在模型管理研究中發(fā)現(xiàn)的潛在重要性超出了運(yùn)籌管理和其它以模型為主的領(lǐng)域。獨(dú)占技術(shù)是DecisionNet agent 提供的界面和動(dòng)態(tài)控制等技術(shù)。這類平臺(tái)為自底向上策略的實(shí)施提供了便利。4 一些模型集成的工具及應(yīng)用實(shí)踐 DOME (Distributed Objectbased Modeling and Evaluation)DOME 是 MIT 的 CAD 實(shí)驗(yàn)室自 1995 年開(kāi)始的 W. David 教授
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