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上海海洋大学2007届信息技术讲座A（论文）

模型库管理系统的探讨及应用

目 录

引言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2页 1 模型库类型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2页 1.1模型库体系构成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2页 1.2模型库组织方式 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2页 1.3模型库应用方式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3页 1.3.1通用模型库．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3页 1.3.2专用模型库．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3页 1.3.3智能模型库．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3页 2 模型库管理系统功能．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4页 2.1用户接口．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4页 2.2模型操作．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4页 2.2.1模型编辑．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4页 2.2.2操作权限．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4页 2.2.3模型装载．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4页 2.2.4模型验证．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4页 2.3数据管理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5页 2.3.1数据存取．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5页 2.3.2数据操作．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5页 2.3.3数据抽取．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5页 2.3.4模型组台．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5页 2.4信息反馈．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5页 3 模型库系统结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6页 4 模型库系统开发．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6页 4.1系统开发策略．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6页 4.2模型库开发途径．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7页 4.3模型构造原则．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7页 结束语．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7页 参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7页

上海海洋大学2007届信息技术讲座A（论文）

模型库管理系统的探讨及应用

模型库管理系统的探讨及应用

摘要：七十年代后期．模型的开发和利用已作为辅助决策的有力手段．因而在管理信息系统的研制过程中，利用数学方法．开发辅助决策模型是一项重要的任务．但由于缺乏使用模型和管理模型的支持，模型利用率不高．应用效果欠佳． 近年来，模型应用已从微观领域延伸到宏观领域中，不少国家的政府或企业组织建立了大型信息系统，开始利用宏观模型进行决策．决策系统是一综合信息系统，是以决策模型为基础的．因此，模型的开发和利用是建立一个有效的决策支持系统（Decision Support System简称DSS）所应具备的基本条件．为提高模型利用效率和应用效果，应当建立模型库和模型库管理系统，并作为信息系统的重要组成部分，以解决模型建立、使用和维护困难的问题．从而模型库系统的研究和应用已提到议事日程上来．本文讨论了模型库类型、模型库管理系统功能、模型库系统结构等技术问题．提出了模型库系统开发策略和模型库开发途径，以及模型构造原则

关键词：模型库系统 决策支持系统 模型库管理系统功能

模型（model）是现实世界的抽象，这里所指的是数学模型．所谓数学模型，是指对于现实世界的某一特定对象，为了某个特定目的．做出一些必要的简化和假设，运用适当的数学工具得到的一个数学结构．它能预测对象的未来状况和提供处理对象的最优决策或控制，对生产力的发展起着无法估量的促进作用．

模型库（model base简称MB）是模型的集合，这些模型是按照一定的方式进行组织和管理的．由模型库管理系统（Model Base Management System简称MBMS）进行集中控制．模型库和模型库管理系统构成模型库系统（Model Base System简称MBS）．

1模型库类型

模型库类型可以从不同的角度来划分．我们从三个方面，即模型库体系构成、模型库的组织和应用方式来讨论模型库的类型

1.1模型库体系构成

由于信息系统涉及许多领域和不同级别的部门．所以模型类别也不同．确定模型库体系的关键在于所依据的构成准则．例如：

按地理分布．有中央、省、地区宏观模型库和企业微观模型库：

按管理职能，有计划平衡、经费预算、统计分析，…，等模型库；

依照这种分类，同类模型库在功能结构及其使用方式方面，可能有明显差别．

1.2模型库组织方式

模型库的组织方式通常有以下几种：

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模型库管理系统的探讨及应用

（1）按决策层次组织

任何一个组织的决策活动．均可分为高、中、低三层，即战略计划、管理控制和业务管理三种不同的管理范畴：因此，模型库由三级（战略、战术和战役）模型组成．

这种组织模型库的方式强调系统的观点．实际上．对于不同层次的决策活动．其目的、手段和途径不同，因而相应模型的复杂程度、运算精度、交互程度及信息要求也不同．但是它们之间又有密切联系，即高层模型的输出往往作为其低一层次模型的输入、反之，低层次模型的输出又可作为其高一层次模型的约束与限制．这种模型连接的机理保证了模型的一致性和可靠性．模型连接是通过数据连接实现的．这种关系称为模型之间的弱依赖．

（2）接管理职能组织

任何一个组织的管理活动都具有若干职能．因而可按管理职能来组织模型库．这些模型构成一个有机的整体．模型之间有着协调、相互制约的关系．支持某种决策的模型可能是其中的一个子集．

在这类模型库中，模型之间不仅有数据连接，而且有模型组合，即若干模型组合成一个更加复杂的模型．这种关系称为模型之间的强依赖．

（3）按模型求解方法组织

目前常用的方法主要有：统计分析、规划、投入产出、启发式等．每一类又分为若干子类．例如统计分析又分为回归分析、判别分析、聚类分析、趋势分析、时间序列分析、主量分析、因子分析等等．上述子类还可细分．

这种模型库组织是在方法库系统基础上发展起来的．其主要优点是保证了模型求解方法的共享，使模型库系统的方法模块冗余度达到最小．

1.3模型库应用方式

从应用角度看，模型库主要有以下三类：

（1）通用模型库

由用户创建模型，系统提供宿主语言和一些模型的求解方法．并对模型进行编译、装载、存取数据和执行．

（2）专用模型库

是为某些决策专门设计的．用户引用预制的模型，系统从用户和数据库搜集信息．以满足模型运行条件、（3）智能模型库

由模型的基本组件、问题识别器和形式化机制等组成．用户给出问题的描述，系统自动进行问题识别、形式化、建模及分析．

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模型库管理系统的探讨及应用

2模型库管理系统功能

模型库管理系统的功能可分为用户接口、模型操作、数据管理、信息反馈等四个方面．

2.1用户接口

为用户提供解决问题的环境，通常提供以下语言：

（1）模型定义语言

由模型查询语言、模型操纵语言和模型描述语言组成．前者用于调用和选择模型，后两种语言用于进行模型与数据的连接、子模型的连接及创建新模型．

（2）模型控制语言

在求解过程中，为用户提供某些控制参数的机会，这些参数起连接求解过程的作用．控制参数的表示应为用户所熟悉．

（3）辅助学习语言

在求解过程中，给用户以辅助，包括提供模型使用说明，模型评价，选择合适的模型及示范等．这些辅助功能基于一个知识库．该知识库存贮着模型结构、适应场合及求解技术等．

2.2模型操作

对模型库进行集中控制，提供如下操作：

（1）模型编辑

提供进行模型更新的手段．模型更新主要是指模型数据更新、模型的等式约束或系鼓的改变等．

（2）操作权限

模型作为一种辅助决策的共享资源，存在着保密问题．因而对模型的操作，ＭＢＭＳ进行集中控制，采取分别授权、分层保密的措施，以保证模型使用的一致性．

（3）模型装载

模型装载是指调用模型或解释执行、调用内部方法或外部程序等．ＭＢＭＳ自动地进行模型装载．通常提供多种装载和运行方式，以便于用户运用模型．例如：建立一个完善模型的运行周期、一个或一组模型的交互重算、一组模型按照预定义过程顺序执行等

（4）模型验证

对于一个完善的模型库系统来讲，应提供模型验证手段．模型验证有三种主要类型结构参数的统计显著性检验，模型变量先验和后验估计值与实际值的比较分析，以及模型灵敏度分析等．ＭＢＭＳ应将模型验证自动地与模型装载和运行连接起来，提供可选的自动验证机制

2.3数据管理

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模型库管理系统的探讨及应用

模型库系统有一个自含的数据库，用于存放供模型运行的数据和计算结果．对于这些数据的管理如下：

（1）数据存取

ＭＢＭＳ提供数据存取机制，使得模型与数据建立起对应关系，并实现这一对应．当模型运行时，从库中取出数据参加运算．并将计算结果存入数据库中．

（2）数据操作

一般说，模型的输入是以时间序列或向量、矩阵的形式．这与通常数据库的记录结构不同．ＭＢＭＳ提供对这种数据结构操作的功能．如序列的查询、修改、台并等．

（3）数据抽取

为了满足模型对于数据的要求，需要将外部数据或源数据转换为目标数据．这是通过数据抽取操作实现的．数据抽取包括子集选取、聚合、编辑等一系列数据加工．

（4）模型组台

为了解决复杂问题，往往需要将一组逻辑相关的模型集成为一个具有更强描述能力的模型．模型的组合实际上是一种数据的连接，即若干模型的输入与输出的对应，或模型之间的通讯．组台的方式是动态的，在实际运行时，根据问题的场台和用户的选择，将物理上独立存在的模型加以组合．

2.4信息反馈

在复杂问题求解过程中，ＭＢＭＳ可根据用户的要求终止模型执行过程，并返回执行状态和中间结果，以供分析．

各种图表是辅助用户理解计算结果的有力手段．ＭＢＭＳ应提供各种显示、输出装置，并对这些装置进行集中控制，以便共享．

3模型库系统结构

模型库系统依赖于数据库系统和方法库系统，在逻辑上它们构成了一个总的应用系统，但在物理上它应是一个独立的实体．即独立于其它两个系统而运行．

从研制和应用的角度看，模型库系统的组成分为三个层次：应用级、生成级和工具级．

其中应用级由若干模型子系统组成．这些子系统是专用的或共享的，相互之间是独立的，也可能有联系．其用户是决策者．生成级由模型管理软件和基础库组成．它是模型库系统的核心．对工具级进行组织和控制，并用这些工具来完成各专用子系统所要实现的功能．其用户是设计人员，他们根据决策者的需求创建模型，建立、修改和扩充应用子系统．

例如将模型子语言与图形软件连接起来、使用户可用图形显示模型的输出．将问题的分析形式化．模

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模型库管理系统的探讨及应用

型的一系列处理连续化．为用户创造良好的问题求解环境．

在生成级的支持和控制下，不同的决策者可根据自己的视图来建立和使用模型，不同的工具也可加入到系统中 为此，模型库系统应包括以下几部分．

其中除ＭＢＭＳ外，主要有四个基本库：

模型库用于存贮模型代码，如模型的方程式和可执行代码． 通常模型的执行方式有两种：

解释和编辑，因而还包括两个子库：源码库和目标库．

数据库是模型库系统自含的，是专为模型运行提供和存取数据的实俸．

模型字典用来存放有关模型的描述信息和模型数据抽象．前者是模型的名称、类型、使用 参考知识库用于辅助用户学习使用模型．提供模型的性能、输入输出的含义等说明．

也可将模型字典和参考知识库合为一体，统称为知识库．

4模型库系统开发

建立模型库系统是一项重要而艰巨的工作，应谨慎从事，认清现状．遵循基本原则．

4.1系统开发策略

系统开发应注意以下几点：

（1）首先应集中力量建立起各种信息库．模型库开发的规模一定要与数据库开发和利用的基础相适应

（2）模型库的建设是以模型应用为基础的．因此，我们强调模型应用系统的开发与研制，强调模型的开发与利用．

（3）模型开发应同当前的经济体制改革相结合．集中力量解决改革面临的关键性问题．建立辅助这类问题研究的模型库系统．

（4）鉴于目前我国管理机制和社会计算机化的水平，短期内模型库系统的用户主要还是决策者的辅助人员，决策者间接地利用模型分析结果．因此，当前系统开发工作的重点是尽快地建立起一些实用系统，至于功能齐全和具有智能机制的模型库系统还是研究的对象．不应急于上马．

（5）尽管由于模型库系统类型繁多．难以给出其设计的标准规范．但仍要在总系统范围内进行统一管理，做到系统结构模块化，程序结构化，数据格式标准化，文档规范化，以便于推广

（6）系统的开发与推广应交叉进行．先开发那些见效快、影响大和急需的模型子系统，研制一个推广一个．根据用户的需求和应用情况扩展和完善系统．

4.2模型库开发途径

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模型库管理系统的探讨及应用

建立模型库的途径如下：

(1)设计模型体系，确定应开发的模型序列．

(2)调查、收集、整理目前已有的模型．

（3）组织管理科学、数学、系统科学等方面的人才，联合开发新模型．

（4）开发模型库管理系统．

（5）经规范化处理后，将各种模型入库．

4.3模型构造原则

创建模型应遵循如下原则：

（1）模型体系：根据系统总的功能目标、布局、重点、模型库的设计等因素，确定模型体系，使进入模型库的模型有机地联系在一起．

（2）模块化：为实现模型的共享，应将模型模块化、（3）模型独立于方法：模型所需要的各类数值和非数值方法由方法库调用．

（4）方法独立于数据：模型运行时所处理的数据应由数据库提取或者由用户输入．

（5）一致性：系统中所有数据的含义要统一，模型功能说明语言和表达的意义要一致． 结束语

总之，模型库系统是一门综合性学科应用成果．因此，需要多方面人员相互配合，各自发挥其专长，联合攻关，进行系统开发．决策支持系统 DSS的设计目标是充分利用计算机技术和互联网技术的优势 ,发挥对群体决策的支持作用 ,包括提高决策效率、增强决策结果可信度、模拟执行决策方案等。决策者使用 DSS不是直接依靠数据进行决策 ,而是依靠模型库中的模型进行决策在开发中要充分利用已有的技术和条件。模型的开发和利用已作为辅助决策的有力手段。

参考文献

[1]姜启源，数学模型，北京：高等教育出版，１９８７：１～２６５

[2]王亚芬等．决策支持系统西安 陕西科学技术出版杜，１９８８：ｌ～２ｌ５