2025年大學(xué)《系統(tǒng)科學(xué)與工程》專業(yè)題庫(kù)——聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)分析建?？荚嚂r(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的代表字母填寫在答題紙上。）1.聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計(jì)主要區(qū)別于傳統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)在于強(qiáng)調(diào)（）。A.系統(tǒng)的局部最優(yōu)性能B.子系統(tǒng)之間的獨(dú)立性與封裝性C.系統(tǒng)整體性能的最優(yōu)或次優(yōu)D.單一目標(biāo)的精確達(dá)成2.在系統(tǒng)分析階段，識(shí)別系統(tǒng)邊界和系統(tǒng)與環(huán)境之間的接口是哪個(gè)關(guān)鍵步驟的組成部分？（）A.系統(tǒng)目標(biāo)設(shè)定B.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析C.系統(tǒng)需求分析D.系統(tǒng)可行性分析3.對(duì)于包含多個(gè)相互沖突目標(biāo)的優(yōu)化問題，多目標(biāo)規(guī)劃方法是常用的建模工具之一，其目標(biāo)通常追求（）。A.所有目標(biāo)的同時(shí)絕對(duì)最優(yōu)B.單一目標(biāo)的局部最優(yōu)C.目標(biāo)之間的完全妥協(xié)D.不同目標(biāo)間的帕累托最優(yōu)（非支配解）4.在構(gòu)建系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型時(shí)，狀態(tài)變量通常代表的是（）。A.系統(tǒng)的輸入或輸出流量B.系統(tǒng)中積累隨時(shí)間變化的量C.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或因果關(guān)系D.系統(tǒng)的決策變量5.當(dāng)系統(tǒng)包含隨機(jī)因素或不確定性時(shí)，為了保證模型的有效性，常需要采用（）。A.減少模型復(fù)雜度的簡(jiǎn)化方法B.魯棒性分析或不確定性量化方法C.忽略隨機(jī)擾動(dòng)進(jìn)行確定性分析D.只使用歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行模型參數(shù)估計(jì)6.投入產(chǎn)出分析主要適用于分析（）。A.單個(gè)企業(yè)或產(chǎn)品的生產(chǎn)效率B.復(fù)雜社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)各部門間的相互依賴關(guān)系C.動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的演化過程D.人力資本投資回報(bào)率7.將一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)分解為多個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行分析，這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是（）。A.可以完全避免系統(tǒng)整體層面的協(xié)調(diào)問題B.有助于集中精力處理局部細(xì)節(jié)C.通常能更容易發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)的非預(yù)期行為D.簡(jiǎn)化了模型求解的計(jì)算復(fù)雜性8.在系統(tǒng)建模過程中，模型校驗(yàn)（Verification）和確認(rèn)（Validation）的核心區(qū)別在于（）。A.校驗(yàn)關(guān)注模型邏輯，確認(rèn)關(guān)注模型與現(xiàn)實(shí)的一致性B.校驗(yàn)需要仿真，確認(rèn)需要實(shí)驗(yàn)C.校驗(yàn)是主觀的，確認(rèn)是客觀的D.校驗(yàn)針對(duì)數(shù)學(xué)方程，確認(rèn)針對(duì)系統(tǒng)行為9.對(duì)于線性規(guī)劃模型`maximizeZ=c^Tx`subjectto`Ax<=b`,`x>=0`，若存在多個(gè)最優(yōu)解，則這些解的集合構(gòu)成（）。A.一條直線或一個(gè)平面B.一個(gè)點(diǎn)C.無界集合D.空集10.聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計(jì)的核心挑戰(zhàn)之一是如何有效處理不同子系統(tǒng)或不同目標(biāo)之間的（）。A.信息不對(duì)稱B.時(shí)滯效應(yīng)C.沖突與權(quán)衡D.技術(shù)瓶頸二、名詞解釋（每小題3分，共15分。請(qǐng)將定義寫在答題紙上。）1.聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計(jì)2.系統(tǒng)需求分析3.多目標(biāo)規(guī)劃4.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型5.帕累托最優(yōu)三、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共20分。請(qǐng)將答案寫在答題紙上。）1.簡(jiǎn)述聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計(jì)相比傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)。2.系統(tǒng)分析建模過程中通常包含哪些主要步驟？3.什么是系統(tǒng)建模中的“模型確認(rèn)”？其目的是什么？4.在實(shí)際應(yīng)用中，選擇使用數(shù)學(xué)規(guī)劃模型、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型還是其他類型的模型時(shí)，通常需要考慮哪些因素？四、模型建立題（10分。請(qǐng)將答案寫在答題紙上。）某城市交通系統(tǒng)包含高速公路和普通道路兩種類型的交通網(wǎng)絡(luò)。為提高整體交通效率，計(jì)劃進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計(jì)。假設(shè)系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo)為最小化總出行時(shí)間，約束條件包括：高速公路容量限制、普通道路容量限制、關(guān)鍵交叉口流量平衡以及所有路段行程時(shí)間非負(fù)。請(qǐng)嘗試為該問題建立一個(gè)初步的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型框架（需要明確決策變量、目標(biāo)函數(shù)和主要約束條件）。五、分析與應(yīng)用題（15分。請(qǐng)將答案寫在答題紙上?？紤]一個(gè)簡(jiǎn)單的供應(yīng)鏈系統(tǒng)，包含供應(yīng)商、制造商和零售商三個(gè)環(huán)節(jié)。供應(yīng)商向制造商供貨，制造商生產(chǎn)產(chǎn)品后向零售商供貨。該系統(tǒng)面臨的需求波動(dòng)和供應(yīng)成本變化等不確定性因素。系統(tǒng)分析表明，優(yōu)化整體供應(yīng)鏈的總成本（包括采購(gòu)成本、生產(chǎn)成本、庫(kù)存持有成本和缺貨成本）是關(guān)鍵目標(biāo)。請(qǐng)分析在此背景下進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性，并簡(jiǎn)述構(gòu)建系統(tǒng)分析模型（如系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型或數(shù)學(xué)規(guī)劃模型）時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注哪些要素和可能遇到的挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.D4.B5.B6.B7.B8.A9.A10.C二、名詞解釋1.聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計(jì)：指將一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)中的多個(gè)子問題或多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)視為相互關(guān)聯(lián)的整體進(jìn)行統(tǒng)一考慮和求解的設(shè)計(jì)方法，旨在獲得比分別優(yōu)化各子問題或目標(biāo)更好的系統(tǒng)整體性能。2.系統(tǒng)需求分析：指在系統(tǒng)開發(fā)生命周期早期，通過調(diào)查研究、訪談、分析等方法，明確系統(tǒng)所需滿足的功能性需求和非功能性需求（如性能、約束、接口等）的過程。3.多目標(biāo)規(guī)劃：是一種數(shù)學(xué)規(guī)劃方法，用于求解具有兩個(gè)或多個(gè)相互沖突的目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化問題，通常目標(biāo)是找到一組非支配解（Pareto最優(yōu)解集），而不是單一的最優(yōu)解。4.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型：是一種基于反饋回路和存量流量結(jié)構(gòu)的模擬工具，用于研究復(fù)雜系統(tǒng)（尤其是社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)）內(nèi)部變量之間的相互作用以及系統(tǒng)隨時(shí)間的行為模式。5.帕累托最優(yōu)：在多目標(biāo)優(yōu)化中，一個(gè)解被稱為帕累托最優(yōu)（或非支配解），如果不存在其他可行解能夠使得至少一個(gè)目標(biāo)得到改善，同時(shí)不使任何其他目標(biāo)變差。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計(jì)相比傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)。聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于能綜合考慮系統(tǒng)各部分之間的相互作用和聯(lián)系，追求系統(tǒng)整體性能的最優(yōu)化或次優(yōu)化，而非各部分性能的簡(jiǎn)單疊加；有助于發(fā)現(xiàn)和解決子系統(tǒng)間可能存在的沖突與權(quán)衡；通常能獲得更符合實(shí)際需求、更有效率的系統(tǒng)解決方案，并可能揭示單一優(yōu)化視角下無法觀察到的系統(tǒng)級(jí)協(xié)同效應(yīng)或非預(yù)期行為。2.系統(tǒng)分析建模過程中通常包含哪些主要步驟？系統(tǒng)分析建模的主要步驟通常包括：明確系統(tǒng)邊界與環(huán)境、進(jìn)行系統(tǒng)需求分析（功能與非功能）、識(shí)別系統(tǒng)關(guān)鍵要素與相互作用關(guān)系（結(jié)構(gòu)分析）、分析系統(tǒng)行為模式與動(dòng)態(tài)特性、選擇合適的建模方法與工具、構(gòu)建初步模型（數(shù)學(xué)或圖形）、模型校驗(yàn)（Verification，檢查模型正確性）與確認(rèn)（Validation，檢查模型有效性）、模型分析與應(yīng)用。3.什么是系統(tǒng)建模中的“模型確認(rèn)”？其目的是什么？模型確認(rèn)（Validation）是指評(píng)估已建成的模型是否能夠真實(shí)地反映它所模擬的現(xiàn)實(shí)世界的系統(tǒng)行為的過程。其目的是驗(yàn)證模型的有效性，即模型能否在給定的置信水平上再現(xiàn)實(shí)際系統(tǒng)的關(guān)鍵特性或行為趨勢(shì)，確保模型能夠用于有效的分析和預(yù)測(cè)。4.在選擇使用數(shù)學(xué)規(guī)劃模型、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型或其他類型的模型時(shí)，通常需要考慮哪些因素？選擇模型時(shí)通常需要考慮：?jiǎn)栴}的性質(zhì)（確定性與不確定性、靜態(tài)與動(dòng)態(tài)、離散與連續(xù)）；建模目標(biāo)（優(yōu)化、描述、仿真、預(yù)測(cè)）；數(shù)據(jù)的可獲得性與質(zhì)量；所需分析的問題類型（如最優(yōu)決策、行為演化、因果關(guān)系）；模型復(fù)雜性與求解難度；分析者的專業(yè)知識(shí)與建模能力；計(jì)算資源。例如，線性規(guī)劃適用于優(yōu)化問題且系統(tǒng)較穩(wěn)定；系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)適用于分析復(fù)雜系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為和反饋機(jī)制；網(wǎng)絡(luò)圖適用于項(xiàng)目管理或物流網(wǎng)絡(luò)分析等。四、模型建立題決策變量：*`x_i`:第`i`條高速公路路段上的交通流量*`y_j`:第`j`條普通道路路段上的交通流量目標(biāo)函數(shù)（最小化總出行時(shí)間）：*`minimizeZ=sum(t_{hi}*x_i)+sum(t_{hj}*y_j)+sum(t_{mj}*x_i)+sum(t_{mj}*y_j)+...`（其中`t_{hi}`,`t_{hj}`,`t_{mj}`,...分別代表相應(yīng)路段或模式的行程時(shí)間，該表達(dá)式需要根據(jù)具體路段和模式進(jìn)行完整定義）主要約束條件：*路段容量約束：*`x_i<=C_i`(對(duì)于所有高速公路路段`i`)*`y_j<=C_j`(對(duì)于所有普通道路路段`j`)*交叉口流量平衡約束（示例）：*`Inflow(A)-Outflow(A)+Rate(A)<=0`(對(duì)于每個(gè)交叉口`A`)*（需要為系統(tǒng)中的每個(gè)關(guān)鍵交叉口建立類似的流量平衡方程）*非負(fù)約束：*`x_i>=0`,`y_j>=0`(對(duì)于所有路段`i,j`)*其他可能約束：*如特定區(qū)域的最大流量限制、特定路徑的通行權(quán)限制等。*(注：此框架為初步模型，實(shí)際應(yīng)用中行程時(shí)間`t`的定義、流量轉(zhuǎn)換關(guān)系等會(huì)更復(fù)雜，可能需要引入排隊(duì)模型等)*五、分析與應(yīng)用題必要性分析：進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性在于該供應(yīng)鏈系統(tǒng)存在多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的環(huán)節(jié)（供應(yīng)商、制造商、零售商）和共同的成本構(gòu)成（采購(gòu)、生產(chǎn)、庫(kù)存、缺貨）。單一環(huán)節(jié)的局部?jī)?yōu)化（如僅最小化制造商生產(chǎn)成本）可能導(dǎo)致整體供應(yīng)鏈成本增加或效率低下（例如，過度生產(chǎn)導(dǎo)致高庫(kù)存成本，或供應(yīng)不及時(shí)導(dǎo)致零售商缺貨損失）。聯(lián)合優(yōu)化可以協(xié)調(diào)各環(huán)節(jié)的決策，平衡不同成本目標(biāo)，通過優(yōu)化整體流程（如庫(kù)存水平、生產(chǎn)批量、訂單頻率）來最小化總成本，從而實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈作為一個(gè)整體的最高效率和價(jià)值。模型要素與挑戰(zhàn)：重點(diǎn)關(guān)注要素：1.成本要素：準(zhǔn)確量化各類成本（采購(gòu)、生產(chǎn)、單位庫(kù)存持有、單位缺貨損失）隨各環(huán)節(jié)活動(dòng)水平（如訂單量、生產(chǎn)量、庫(kù)存量）的變化關(guān)系。2.流量要素：明確物料（原材料、半成品、成品）在各環(huán)節(jié)間的流轉(zhuǎn)數(shù)量和方向。3.時(shí)間要素：考慮各環(huán)節(jié)的提前期（LeadTime）、生產(chǎn)/處理時(shí)間、運(yùn)輸時(shí)間等。4.需求與供應(yīng)要素：模型需反映市場(chǎng)需求波動(dòng)（確定性或隨機(jī)性）以及各環(huán)節(jié)的供應(yīng)能力或產(chǎn)能限制。5.庫(kù)存要素：各環(huán)節(jié)的庫(kù)存水平及其對(duì)成本的影響。6.決策變量：需要明確模型中需要優(yōu)化的決策變量，如各環(huán)節(jié)的訂貨點(diǎn)、訂貨量、生產(chǎn)計(jì)劃、庫(kù)存策略等。可能遇到的挑戰(zhàn)：1.數(shù)據(jù)復(fù)雜性：供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)可能分散、格式不一、質(zhì)量不高，整合難度大。2.目標(biāo)沖突：不同環(huán)節(jié)可能存在目標(biāo)沖突（如制造商追