《系统的分析》教学课件.ppt

系统的分析,房子电路布线,当我们为了解决问题需要做出决策时，常常有两种选择，一种是依据过去的经验，叫经验决策；另一种是用科学的分析作出判断，叫科学决策。 如果问题比较简单，凭过去的经验或许还能应付；但如果问题比较复杂，涉及的关系很多，显然仅凭经验是不够的，需要作深入的科学分析，而系统分析就是一种科学的决策方法。,什么是系统分析,系统分析正是这样一种方法：为了发挥系统的功能，实现系统的目标，运用科学的方法对系统加以周详的考察、分析、比较、试验，并在此基础上拟定一套有效的处理步骤和程序，或对原有的系统提出改进方案的过程。,系统分析是完整而不是零星地处理问题，考虑各种主要变化因素及其相互影响，全面地思考解决问题的方法。,系统分析的显著特点,系统分析的一般步骤,田忌赛马（案例分析-P78）,思考：田忌还有胜算吗？,田忌赛马战术分析,按系统分析的一般步骤对田忌赛马进行分析,高考后，你如何选择要报考的学校和专业？,系统分析的主要原则,整体性原则 系统分析首先要着眼于系统整体，要先分析整体，再分析部分；先看全局，后看局部；先看全过程，再看某一个阶段；先看长远，再看当前。,丁谓修复皇宫（案例分析-P79）,宋人沈括在梦溪笔谈中记载了一个“一举而三役济”的故事。大意是：贞宗年间，内宫失火，楼榭亭台，付之一炬。贞宗命晋国公丁谓修葺宫廷。丁采取了“挖沟取土，解决土源；引水入沟，运输建材；废土建沟，处理垃圾”的施工方案，不仅“省费以亿方计”不定期大大缩短了工期。 当时，由于皇城失火，皇宫被焚，宋真宗命丁谓重修皇宫。这是一个复杂的工程，不仅要设计施工，运输材料，还要清理废墟，任务十分艰巨。丁谓首先在皇宫前开沟渠，然后利用开沟取出的土烧砖，再把京城附近的汴水引人沟中，使船只运送建筑材料直达工地。工程完工后，又将废弃物填人沟中，复原大街，这就很好地解决了取土烧砖、材料运输、清理废墟三个难题，使工程如期完成。工程建设的过程，同现代系统管理思想何其吻合。丁谓主持的皇宫修建工程体现了中国古人高超智慧的管理实践。,过程：挖沟（取土）引水入沟（水道运输）填沟（处理垃圾),马上行动（P79）,赵明同学家所在街道的人行道路在一年内进行了三次施工，分别是电信部门铺设通讯线路、煤气公司预埋煤气管道、市政部门维修下水管道，结果重复施工，造成了人力和财力资源的浪费，同时也给市民带来了不便。,请分析这一事件的问题所在，你认为怎样处理更为合适？,概念区别,如何区别系统分析中的整体性原则和系统基本特性中的整体性？,系统都是以整体的形式出现的，内部包含了各种要素或子系统。系统的整体性是系统本身的一种属性，是对系统本身所具备的一些特点的归纳；而系统分析是一种分析问题的方法，其中的整体性原则要求我们用整体的而不是孤立的观点看问题。所以，这两个整体性是有区别的，但同时又有联系，正因为系统的整体特性，才要求我们采用整体的分析方法。,科学性原则 系统分析一方面要有严格的工作步骤，另一方面应尽可能地运用科学方法和数学工具进行定量分析，使决策的过程和结果更具有说服力。,黄金分割优选法（知识点拓展）,比如我们要试制一种新型材料，需要加入某一种原料增强其强度，这就有加入多少的问题，加多了不行，加少了也不行，只有完全合适才行。比如我们估出每吨加入量在1克至1000克之间，这样我们就可以借用黄金分割规律来简化试验次数，而不必1克，2克，1000克这样逐一试验，我们用一个有刻度的纸条来表示1至1000克。在纸条上找到618(1000*0.618)克的地点画一条竖线，做一次试验，然后把纸条对折起来，找到618的对称点382(618*0.618)，再做一次试验，如果382克为最好，则把618以外的纸条裁掉。然后再对折，找到382的对称点236(382*0.618)做试验，这样循环往复，就可以找到最佳的数值，这就是数学家华罗庚所推广的优选法。,1、“两面针”牙膏：采用优选法科学生产大幅度降低铝材消耗，每年节约铝材几吨；结果打了3年漂亮仗。 2、著名数学家华罗庚教授在他晚年时，在全国讲学，介绍他的优选法。当时广东有5个水泥厂，经过优选法的改良，生产出6个水泥厂的产量，少建1个水泥厂，这个贡献就很大。 3、优选法使得新西兰培育出世界上最好的肉牛和奶牛。为了发展羊毛和肉类生产，新西兰采用先进的培育技术，改进当地羊只的品种，使其具有国外引进种群的特殊优点。 4、在炼钢时需加入某种元素来增加钢材强度，若将试验点取在这一元素用量区间的0.618处，获得理想用量的试验次数将大大减少。,综合性原则 系统分析总是为实现系统目标服务的。当存在多个目标时，需要综合分析，统筹兼顾，不可顾此失彼，因小失大。,阿斯旺水坝,阿斯旺水坝的兴建为什么会导致这样的结果？,案例分析（P80）,湖北省的孝襄高速公路总投资额达72亿元人民币，是“十五”期间该省投资规模最大、建设里程最长的一条高速公路。 按照设计方案，孝襄高速公路要穿越占地面积达19km2的“洛阳银杏保护区”，2万多棵树龄在百年以上的古银杏树将面临毁灭性的破坏。银杏树的成长周期特别长，移栽成活率极低，一旦被毁损，势必破坏当地的生物多样性。如果更改最初的设计方案，绕避保护区1.4km，工程指挥部就要为此增加投资4200万元。 如果你是总设计师，你会怎么做？,一味追求眼前利益，势必带来更大的损失！,系统的优化,系统优化的方法是多样的，有的运用数学模型求解，有的通过科学的估算、试验等方法实现。但无论运用怎样的优化方法，都需要经过若干次完善和验证，才能得出最优解或满意解。,书P81农作物种植系统的优化农业间作套种,目标：实现增产、增收，提高土地利用率。 条件：农作物的生长特性、天气、气候等。 手段：利用农作物生长的季节差、时间差，把相同或不同类的农作物套种在一起，有“麦、棉、瓜”，“麦、棉、菜”，“麦、瓜、棉、玉米”等多种套种模式供选择。,什么是间作套种？ 间作是指一茬有两种或两种以上生育季节相近的作物，在同一块田地上成行或成带（多行）间隔种植的方式。套种是指在前季作物生长后期的株、行或畦间播种或栽植后季作物的种植方式。一般把几种作物同时期播种的叫间作，不同时期播种的叫套种。 间作套种是我国农民的传统经验，是农业上的一项增产措施。,知识拓展,采用间作套种的好处。 农作物间套复种充分利用光能、空间、时间和地力。 合理利用光能。农作物间套种复合群体中，不同作物的高矮、株型、叶形、叶角、分枝习性、需光特性、生育期等各不相同。通过搭配良好的种植方式，增加复合群体的总密度，就有可能合理地充分利用空间，增加截光量，减少漏光与反射，改善群体内上部与下部的受光状况。通过不同需光特性作物（如玉米喜光、大豆耐荫等）的搭配，实现光的异质互补；通过不同生育期作物的搭配，提高光热资源利用率。 争取农时季节。间套复种相对增加作物的生长期和积温，充分利用光热资源，调剂农活。间套种作物生育期的差别采取错期播种法，使不同作物吸肥吸水高峰期错开，减缓种间竞争，合理利用资源。,采用间作套种的好处。 发挥边际优势。种植在边行的高位作物由于通风透光和营养条件较好，增强边行优势。群体内风速与二氧化碳的流量呈正比，对光合作用影响甚大。据研究，套种玉米宽行行间风速比单作玉米行间大12倍，作物群体与空气接触面积愈大，交换扩散的气体也就愈多，从而促进复合群体内二氧化碳的更新，产生边行优势。 用地结合养地。不同作物根系生长特点不同，对土壤、水分、养分、空气等需求不同，为土壤遗留下的残茬和分泌物也有差异。竞争力强的作物扎根深，分布广，吸收能力比较强；另一些作物扎根浅，分布集中，吸收能力相对较差。据测定，玉米根系生长快，分布广，侧根及根毛多，最深分布可达地面以下 2.0米，80%根系在4050厘米土层内，而大豆、谷子、甘薯等根系深度为1530厘米，所以玉米与大豆等作物间套种，可以利用不同层次土壤养分。玉米需氮多而磷、钾较少，吸收氮、磷、钾的时期比较集中；豆类作物需氮少而吸收磷、钾较多，吸收肥水能力较弱。每种作物根系的残留物在质与量上均有明显的差异，豆科作物具有根瘤固氮能力，其破裂根瘤、残枝落叶、分泌物遗留于土壤，有益于间作玉米生长，还可以培肥地力。,系统优化是一种指在给定的条件（约束条件）下，根据系统的优化目标，采取一定的手段和方法，使系统的目标值达到最大化（或最小化）。,在给定的条件（约束条件）下； 根据系统优化的目标；（不同的目标对应着不同的优化结果） 采取一定的手段和方法； 目的（使系统的目标值达到最大化或最小化）,案例分析（书P81农作物种植系统的优化农业间作套种）,1、目标：实现增产、增收，提高土地利用率。 案例中，增产增收和提高土地利用率这一目标与土地的单位面积农作物收益总和之间的关系就是目标函数。 2、约束条件：农作物的生长周期、气候等因素。 约束条件是对系统的功能起着限制作用，并且是不能人为调节的因素。 3、影响因素：套种的模式、套种的技术水平、套种的田间管理、病虫害防治等等。 影响因素是指对系统的目标函数产生显著影响，但可以人为调节的因素。,现实世界的原型,数学模型,数学结论,对原型的分析,用数学公式、图表等描述客观事物的特征模型，称为数学模型。,学生活动：阅读案例，说说该厂每周生产桌子和椅子的数量分别为多少时，获得的利润最大？,为了实现最大利润的目标，要用系统优化的方法来安排上面的生产，那么影响利润大小的可调因素有哪些？ 在这个生产计划中，有些条件我们不能改变，也就是问题求解的约束条件。此案例中哪些是约束条件呢？,优化的目标：获得最大的利润,Smax=50X1+60X2,约束条件,（1）4X1+6X2 600（材料）,（2）20X1+18X2 400（工时）,（3）X1 8， X2 5,约束条件：材料和劳力的限制及应遵守的合同,设 x1 为 每周生产桌子数， x2 为 每周生产椅子数,最优解,活学活用,【案例分析】书P83装修施工的组织优化,（1）、明确问题，设立目标,施工项目：教学楼装修,施工内容：教学楼A、B、C栋，需要水电、木工、油漆三个施工过程，每个施工过程需要3周时间。,目标：组织装修，使装修工期和资源利用最为合理。,【书本提示】分析：根据装修的施工流程、资源利用、空间等要求进行分析，可以得到依次施工和平行施工两种方案，说说它们各自的特点。,（2） 、收集资料，制定方案,方案一：按照施工要求，从A到B到C，依次进行施工。,方案二：按照施工要求，A、B、C栋同时进行施工。,依次施工的特点： 工期长； 需要水电、木工和油漆各一个装修队工作； 单位时间内投入的施工设备、材料较少； 装修现场的管理较简单。 平行施工的特点： 工期短； 需要水电、木工和油漆各三个装修队同时工作； 单位时间内投入的施工设备、材料成倍增加； 装修现场的管理较复杂。,除了这两种施工方案，你还能想到其他的方案吗？, , , ,（3） 、分析计算，评价比较,