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第五章 DSS的方法庫與知識庫,,第5章 DSS的方法庫和知識庫,——引 言—— 為了使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加清晰，將方法庫從模型庫中分離出來，單獨組織成一個方法庫并配以相應的方法庫系統(tǒng)，共同構(gòu)成DSS的另一個組成部分——方法庫系統(tǒng)。配備一個內(nèi)容豐富、性能優(yōu)越的方法庫，可使DSS更富有活力。 當DSS向智能方向發(fā)展時，知識和推理的研究就顯得起來越重要。事實上，也只有當知識和推理技術(shù)被成功運用于DSS時，才可能真正達到?jīng)Q策支持所提出的目標。許多非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化問題很復雜，因此除了需要常規(guī)DSS的功能以外，還需要問題求解的專門知識。這些專門知識可由ES或其他智能系統(tǒng)提供，所以先進的DSS中需要包含知識庫系統(tǒng)。,學習目標： ◆正確理解方法庫在DSS中的作用 ◆正確認識方法庫與數(shù)據(jù)庫的關(guān)系 ◆正確認識知識庫在DSS中的作用和地位 ◆了解推理機制設計原理和方法 ◆了解常見的幾種知識表示方法和知識組織的方式,第5章 DSS的方法庫和知識庫,教學內(nèi)容：,第5章 DSS的方法庫和知識庫,方法庫系統(tǒng),5.1.1 建立方法庫的理論依據(jù) 5.1.2 方法庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 5.1.3 方法庫系統(tǒng)的邏輯層次及其對應的語言 5.1.4 方法庫系統(tǒng)設計 5.1.5 方法庫管理系統(tǒng) 5.1.6 方法庫與數(shù)據(jù)庫的關(guān)系,方法庫系統(tǒng),為了使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加清晰，將方法從模型庫中分離出來，單獨組織成一個方法庫（Arithmetic Base）并配以相應的方法庫管理系統(tǒng)（Arithmetic Base Management System） ，共同構(gòu)成DSS的另一個組成部分－－方法庫系統(tǒng)。 方法庫系統(tǒng)主要是一個軟件系統(tǒng)，它綜合了數(shù)據(jù)庫和程序庫。它為求解模型提供算法，是模型應用的后援系統(tǒng)。 方法指基本算法，例如，數(shù)學方法、數(shù)理統(tǒng)計方法、經(jīng)濟數(shù)學方法等。,5.1.1 建立方法庫系統(tǒng)的理論依據(jù),程序庫的局限性 引入方法庫的優(yōu)點,建立方法庫系統(tǒng)的理論依據(jù),程序庫的局限性 程序庫中的子程序被不同用戶調(diào)用時，每次都要進行編譯、連接； 修改程序庫中的子程序時，也要相應地修改調(diào)用它的用戶程序，不靈活； 為了使用程序庫，用戶必須熟悉有關(guān)程序設計語言和數(shù)據(jù)規(guī)則，這就限制了程序庫的用戶只能是應用程序員。,建立方法庫系統(tǒng)的理論依據(jù),引入方法庫的優(yōu)點 提供各種通用計算、分析、加工處理的能力； 提高模型的運行效率； 實現(xiàn)軟件資源共享。 既考慮應用程序員用戶，又考慮了非程序員用戶的需要，增加了命令語言接口。,5.1.2 方法庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),方法的基本概述 方法是能完成預定功能的程序單位。方法完成的功能不僅有數(shù)值算法，而且也包括控制、組織數(shù)據(jù)處理以及報告、圖形生成等非數(shù)學功能。 方法作為程序單位，是完全模塊化的。 方法與外界的信息交換只能通過接口進行。完全模塊化的標志之一是，方法接口上有載荷狀態(tài)報告的參數(shù)，指出方法是否被正常地執(zhí)行了;如屬非正常結(jié)束，則指出錯誤類型，這就顯著地提高了可靠性。 方法在形態(tài)上是一種封裝程序(Canned Programm)。 方法通過調(diào)用而執(zhí)行。調(diào)用方法時，要傳送參數(shù)。 方法從運行邏輯上看，方法是子程序。但方法又是積木塊，它能組合成功能更強的方法，直至完成題解。在整體中的地位來看，方法是模塊。有人把它稱為子模型(Submodel)。,方法庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),方法庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),方法庫 方法庫是方法的匯萃。它應該是方法的可擴充集合。 方法庫由方法程序庫和方法字典組成。 方法程序庫是存儲方法模塊的工具，包括存儲方法程序的源碼庫和目標碼庫以及存放方法本身信息的方法、字典等。 方法程序有：排序算法、分類算法、最短路徑法、計劃評審技術(shù)、線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、各種統(tǒng)計算法、各種組合算法等。 方法字典則用來對方法庫中的程序進行登錄和索引。 描述方法信息（名稱、類型是、使用范圍等文字說明）和方法數(shù)據(jù)抽象（數(shù)據(jù)存取說明）。 按方法的存儲方式，方法庫可分為層次結(jié)構(gòu)型方法庫、關(guān)系型方法庫、語義網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)模型方法庫和含有人工智能技術(shù)的方法庫等。,方法庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),方法庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),方法庫管理系統(tǒng) 是方法庫系統(tǒng)的核心，是方法庫的控制機構(gòu)。 內(nèi)部數(shù)據(jù)庫 是方法庫本身的一個數(shù)據(jù)，用于存放輸入的數(shù)據(jù)及經(jīng)過方法加工后的輸出數(shù)據(jù)。 用戶界面 它包括系統(tǒng)管理員界面、程序員界面和終端用戶界面。,方法庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),用戶利用方法庫與數(shù)據(jù)庫求解過程,方法庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),執(zhí)行過程 用戶根據(jù)數(shù)據(jù)特點和解題要求從方法庫中選擇一個或若干個方法。選擇方法時用戶可以得到輔助學習子系統(tǒng)的必要支持，如查閱各類方法的說明書，使用判定表或菜單等。 進而根據(jù)處理數(shù)據(jù)的不同特點，從同類型方法中挑選合適的一個。為了解題，通常需要將選出的若干方法加以組合，如將輸入、參數(shù)轉(zhuǎn)換、某(些)個數(shù)學方法、輸出(包括報表或圖形生成)等方法合成一個符合題意的新方法。 在執(zhí)行方法前，應該訪問數(shù)據(jù)庫，向方法輸送數(shù)據(jù)。 對于執(zhí)行方法后獲得的結(jié)果，如有必要，還可以調(diào)用分析結(jié)果的方法，加以確認。,5.1.3 方法庫系統(tǒng)的邏輯層次及其對應的語言,卡爾斯魯厄樣板系統(tǒng)的三級層次結(jié)構(gòu),5.1.3方法庫系統(tǒng)的邏輯層次及其對應的語言,方法庫系統(tǒng)的邏輯層次 基礎級 基礎級上提供的方法稱為元方法 這一級方法構(gòu)成了方法庫的基本集 系統(tǒng)管理員負責建立基礎的、公用的模塊，維護方法庫管理系統(tǒng)軟件。,方法庫系統(tǒng)的邏輯層次 應用級 在應用級上，方法庫為終端用戶提供應用問題的數(shù)學模型； 早期這種形態(tài)的方法庫稱為模型庫。 匹配級 處于基礎級和應用之間 把基本方法合成為專用方法，并使數(shù)據(jù)和加工方法相銜接； 向應用程序員提供剪裁應用軟件的工具，使方法庫適應不同的應用領(lǐng)域。,方法庫系統(tǒng)的邏輯層次及其對應的語言,方法庫語言 對應于方法庫的3種用戶，理想情況是配備3種方法庫語言。 方法庫描述語言 面向方法庫系統(tǒng)管理員 系統(tǒng)管理員可使用方法庫 描述語言建立方法庫的概念模式 決定方法的存儲結(jié)構(gòu)和存儲方式 定義方法的完整性和有效性 建立方法以及對方法的修改、刪除及分類等。 建立方法庫時，應考慮統(tǒng)一的接口，用來解決各種編程語言接口之間的差異。,方法庫系統(tǒng)的邏輯層次及其對應的語言,方法庫語言 方法庫操縱語言 面向程序員 在方法庫中，方法的運算主要是方法的鏈接 通過鏈接運算將幾個方法鏈接起來而稱為一個新的方法； 鏈接后的方法還可以繼續(xù)參加鏈接運算； 鏈接運算中主要解決方法與方法之間的參數(shù)轉(zhuǎn)換及參數(shù)傳遞問題。 操縱語言可以是封閉式的，也可以嵌入某一宿主語言中。 利用方法庫操縱語言，程序員根據(jù)需要編制程序輸入到系統(tǒng)中，即可進行方法的查找、合成、對方法的數(shù)據(jù)輸入與輸出、方法的執(zhí)行等工作。,方法庫系統(tǒng)的邏輯層次及其對應的語言,方法庫語言 方法庫使用語言 面向一般用戶，如用于決策的領(lǐng)導干部等。 用戶只需輸入一些非過程化的命令形式或提供一些必要的參數(shù)，方法庫即可進行運算，得到用戶所需的決策信息。 方法庫使用語言是一種自封閉式的語言，要求非過程化程度高，應該具有對話式及批處理兩種操作方式。 方法庫使用語言應該簡明易懂。,5.1.4 方法庫系統(tǒng)設計,方法庫系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)成 方法庫系統(tǒng)包括兩個子系統(tǒng) 一個具有通用模塊的基本子系統(tǒng) 一個具有面向具體應用模塊的用戶子系統(tǒng) 兩個子系統(tǒng)均可分為兩層，因些整個系統(tǒng)可分為4個相互聯(lián)系的層次。,方法庫系統(tǒng)設計,方法庫系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)成 0層 它具有最基本的功能，因些也稱為“方法庫操作系統(tǒng)”，其主要部分有： 對各解釋器提供公共服務的中心控制器。 與非方法庫系統(tǒng)的連接的基本接口：如文件系統(tǒng)、DBMS等 與操作系統(tǒng)功能的連接的接口：如請求與釋放系統(tǒng)資源 方法庫系統(tǒng)的文件管理。,方法庫系統(tǒng)設計,方法庫系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)成 1層 是與應用無關(guān)的部分，需要時才裝配進來。包括： 實現(xiàn)運用廣泛的數(shù)據(jù)類型或類型產(chǎn)生器的模塊 方法庫系統(tǒng)自身文件的定義說明和處理功能。 常駐的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的管理。,方法庫系統(tǒng)設計,方法庫系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)成 2層 相應于程序庫提供的功能。包括： 基本程序 為實現(xiàn)一些更復雜的用戶要求而特別編制的一些程序。 相應于一些新命令的用戶過程，由用戶在已有命令的基礎上定義。,方法庫系統(tǒng)設計,方法庫系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)成 3層 它相應于交互式的用戶接口，包括進行語法、語義分析的解釋器，并通過中控制器調(diào)用2層相應功能。 如果從用戶角度看，系統(tǒng)可處于不同的運行狀態(tài)，如命令狀態(tài)、初始狀態(tài)、輔助狀態(tài)和過程狀態(tài)，每種狀態(tài)都有相應的解釋器。,方法庫系統(tǒng)設計,用系統(tǒng)化方法實現(xiàn)方法庫 構(gòu)造方法庫的主要任務是選擇合適的構(gòu)件，編制少數(shù)特別的構(gòu)件，再把它們組合起來。 構(gòu)件選擇要求把所有可用程序存儲起來，并建立一個類似數(shù)據(jù)字典的信息系統(tǒng)。對程序加以說明； 編程支持包括傳統(tǒng)的編輯器、編譯器，還有產(chǎn)生與外部方法接口的自動支持； 構(gòu)件組合需要使用靜態(tài)聯(lián)結(jié)、動態(tài)組裝等方法自動生成表格、測試環(huán)境等。,方法庫系統(tǒng)設計,用系統(tǒng)化方法實現(xiàn)方法庫 軟件支持環(huán)境 工具庫：包括編譯器、編輯器、接口產(chǎn)生器、解釋器的構(gòu)造系統(tǒng)； 構(gòu)件庫：所有可能成為方法庫系統(tǒng)一部分的軟件構(gòu)件； 信息系統(tǒng)提供對構(gòu)件庫和工具庫的描述，記錄庫中各部分之間的關(guān)系。,方法庫系統(tǒng)設計,用系統(tǒng)化方法實現(xiàn)方法庫 從構(gòu)件庫產(chǎn)生方法庫 首先通過信息系統(tǒng)了解是否有缺少的程序； 編制這些程序，加入構(gòu)件庫中，再把需要的構(gòu)件加入方法庫。 庫中包含一個方法庫中已有的構(gòu)件目錄表，設計者只需交互地填寫這些表，并把相應的構(gòu)件加入系統(tǒng)，并增添相應的表格，產(chǎn)生出來的方法庫經(jīng)過測試就可以使用了。,5.1.5 方法庫管理系統(tǒng),方法庫管理系統(tǒng)組成 方法庫運行控制程序—方法庫的管理程序、方法的存儲程序、方法的更新程序、方法的鏈接程序、運行方法的程序、完整性與安全性保護程序等。 語言解釋器—用來解釋各級界面語言。 數(shù)據(jù)處理程序—用來控制與數(shù)據(jù)庫的通信。 模型接口的控制程序 公用程序—字典維護程序、方法庫維護程序等,方法庫管理系統(tǒng),方法庫管理系統(tǒng),方法庫管理系統(tǒng)的任務 方法庫管理系統(tǒng)的主要任務是管理方法、合成方法、執(zhí)行方法、管理數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)與方法銜接、安全保護及輔助學習。,方法庫管理系統(tǒng),方法管理 方法管理的內(nèi)容包括:源碼的編輯、目標碼的生成、方法入庫、修改、刪除及劃組分類。 用系統(tǒng)內(nèi)部語言(KARAMBA采用了PASCAL的系統(tǒng)程序設計語言LIS)編制的方法稱為內(nèi)部方法。其它語言生成的方法稱為外部方法。 為了充分利用現(xiàn)有軟件，應該允許外部方法入庫。為此，方法采用統(tǒng)一接口加上方法體的結(jié)構(gòu)。方法的首部規(guī)定了統(tǒng)一接口，負責參數(shù)傳送。對于外部方法，則用內(nèi)部語言寫統(tǒng)一接口以及這個接口向外部方法體目標結(jié)構(gòu)的映射。如下圖：,方法庫管理系統(tǒng),方法管理 用源碼寫成的方法、方法接口(及必要的映射)經(jīng)過編譯連接，生成目標碼。 為便于將來更新、查閱方法的源碼及目標碼分別入源碼庫和目標碼庫。 方法管理的要點之一是要維護方法庫的完整性。 倘若從庫中刪除了方法M，則所有直接或間接調(diào)用M的方法都將因某一關(guān)節(jié)失靈而無法運行。不加控制地修改庫中方法，也會出現(xiàn)類似的問題。更新、擴充或縮編方法庫的時候，避免造成這種情況出現(xiàn)、保證完整性，是首要目標。,方法庫管理系統(tǒng),方法管理 刪除方法時應注意： 首先，要在刪除方法時，審查是否破壞了完整性。按照方法在嵌套調(diào)用中的地位，把它們劃分成元方法和非元方法。所有被別的方法調(diào)用作為其組成部分的方法，都是元方法。不被任何方法調(diào)用作為組成部分的方法，是非元方法。為了保證方法庫的完整性，只允許刪除非元方法。 其次，要仔細設計修改過程，保證修改后的元方法與調(diào)用它的方法之間的銜接。 修改方法 要區(qū)分修改的規(guī)模。只改方法體不改接口，調(diào)用格式有效。體和接口都改，原有調(diào)用格式無效，所有調(diào)用者都要重新縮譯，花費將顯著增加。 區(qū)分修改規(guī)模，有助于控制修改，如禁止修改接口，或?qū)ń涌谛薷牡墓ぷ骷衅饋?，批量進行。,方法庫管理系統(tǒng),方法管理 為了便于輔助用戶選擇方法，簡化方法庫的安全保護，有必要將方法分組分類。 首先，按照功能將方法劃組。 其次，按照應用需求或保密要求，將方法分組劃類。 各類方法為不同領(lǐng)域的應用提供了標準環(huán)境。 所有應用的標準環(huán)境構(gòu)成方法庫。如圖所示：,方法庫管理系統(tǒng),方法管理 分組劃類,方法庫管理系統(tǒng),方法合成 合成指的是兩個以上的方法相互補充以組成更高級功能的方法。參與合成的方法要轉(zhuǎn)換、傳送參數(shù)。 方法合成中可采用順序、選擇及循環(huán)控制機構(gòu)。合成后的方法，被稱為過程。有些文獻中，也稱它們?yōu)槟Ｐ退惴?，相應地，基本方法被稱為基本算法。 過程也是方法，可以被執(zhí)行。在一個理想的方法庫中，應該允許過程繼續(xù)參與合成。,方法庫管理系統(tǒng),方法與數(shù)據(jù) 為了滿足方法庫對數(shù)據(jù)管理的要求，即多用戶并行訪問，數(shù)據(jù)按其邏輯結(jié)構(gòu)向用戶開放以及必要的安全保護措施，最好由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來承擔數(shù)據(jù)管理。這里，需要系統(tǒng)在配置自含數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和連接數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之間作出抉擇。 先進的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，大都提供了Call接口，允許將DML嵌入宿主語言(如方法庫的內(nèi)部語言)，從而建立起方法庫和數(shù)據(jù)庫的聯(lián)系。,方法庫管理系統(tǒng),方法庫的用戶接口 方法庫的終端用戶是專業(yè)人員。 使用命令語言，調(diào)用一個或一系列方法或過程，向被調(diào)用的方法提供數(shù)據(jù)。這樣的用戶，被稱為參數(shù)用戶。 參數(shù)用戶的接口采用交互會話方式，所使用的命令包括:說明數(shù)據(jù)類型、定義過程、調(diào)用方法或過程、輸人參數(shù)、存儲或輸出結(jié)果、查閱方法(特別是接口)說明、查閱方法庫索引、查閱命令一覽表等。 方法庫還應提供過程型或描述性高級語言，使具有一定數(shù)據(jù)處理經(jīng)驗的專業(yè)人員能描述更為復雜問題的數(shù)學模型，如社會經(jīng)濟問題的預測。這樣的用戶被稱為模型用戶。,5.1.6 方法庫與數(shù)據(jù)庫的關(guān)系,方法庫與數(shù)據(jù)庫 方法庫的內(nèi)部數(shù)據(jù)庫用來存放輸入數(shù)據(jù)及經(jīng)過方法加工后的輸出數(shù)據(jù)。 內(nèi)部數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可以從外部數(shù)據(jù)庫傳來，也可以用戶自己輸入。 方法庫中不存儲決策所需的數(shù)據(jù)，需要的數(shù)據(jù)由方法庫管理系統(tǒng)通過接口從數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中調(diào)用。,方法庫與數(shù)據(jù)庫傳遞數(shù)據(jù),5.1.6 方法庫與數(shù)據(jù)庫的關(guān)系,方法庫與數(shù)據(jù)庫傳遞數(shù)據(jù) 方法庫與內(nèi)部數(shù)據(jù)庫的聯(lián)系兩種形式 方法庫管理系統(tǒng)自動地調(diào)度 由用戶通過宿主語言進行通信,5.1.6 方法庫與數(shù)據(jù)庫的關(guān)系,習題,1.為什么要引入方法庫，采用方法庫有什么優(yōu)點 2.簡述方法庫系統(tǒng)的組成。 3.簡述常用的方法算法。 4.簡述方法庫與數(shù)據(jù)庫結(jié)合進行方法求解的過程。 5.簡述方法庫系統(tǒng)的三個邏輯層次。 6.簡述三種方法庫語言。 7.怎樣用系統(tǒng)化方法實現(xiàn)方法庫 8.方法管理包括哪些。 9.簡述方法庫與數(shù)據(jù)庫的關(guān)系。 10.對方法庫系統(tǒng)的新要求有哪些。,The End, Thank You,