1、系統(tǒng)分析與優(yōu)化,1,PPT學(xué)習(xí)交流,復(fù)習(xí)鞏固,什么是系統(tǒng)？ 系統(tǒng)的基本特性是什么？,作為系統(tǒng)，它們就具有整體性、相關(guān)性、目的性、動態(tài)性和環(huán)境適應(yīng)性，就構(gòu)成系統(tǒng)的的基本思想。對系統(tǒng)分析的基本方法就是運用系統(tǒng)的思想和定性定量相結(jié)合的方法對系統(tǒng)進行分析。,由相互依存的若干要素組成的、具有特定功能的有機整體。 系統(tǒng)的基本特性可歸納為：整體性、相關(guān)性、目的性、動態(tài)性和環(huán)境適應(yīng)性。,2,PPT學(xué)習(xí)交流,本節(jié)主要內(nèi)容,系統(tǒng)分析 系統(tǒng)分析的步驟及主要原則 系統(tǒng)優(yōu)化,3,PPT學(xué)習(xí)交流,為什么進行系統(tǒng)分析？,情景設(shè)置： 某家庭購買了一套房子，要進行地面的裝修，請問，應(yīng)該考慮哪些因素，請你幫他選擇一種合適的材料。

2、,材料：地板磚（瓷磚） 木地板：又分為實木地板、強化地板、復(fù)合地板,考慮的因素：居住的人（年齡、顏色喜好）、鋪設(shè)的位置（客廳、浴室、臥室等）、經(jīng)濟狀況（支出預(yù)算）、材料性能、取暖狀況（是否地暖）,在統(tǒng)籌考慮了整體的目標之后，才能做出決策，而不是盲目的選擇。 這種運用科學(xué)的方法對系統(tǒng)加以周詳?shù)目疾?、分析、比較、試驗，并在此基礎(chǔ)上擬訂一套有效的處理步驟和程序的過程，就是系統(tǒng)分析。,4,PPT學(xué)習(xí)交流,一、系統(tǒng)分析,1. 公共交通線路的決策（鐵路、高速公路、大城市公交設(shè)置等）,公共交通,人口規(guī)模及密度,道路狀況,公眾對交通的需求,。,例：高速鐵路,5,PPT學(xué)習(xí)交流,一、系統(tǒng)分析,2. 日本阪神高速

3、公路,6,PPT學(xué)習(xí)交流,出發(fā)點是為了發(fā)揮系統(tǒng)的整體功能， 目的是尋求解決問題的最佳途徑， 而生產(chǎn)和生活中的一些問題，往往存在著許多相互關(guān)聯(lián)的因素和一些不確定的因素，所以，最佳決策只是在若干方案中尋求的相對令人滿意的方案。,系統(tǒng)分析的：,7,PPT學(xué)習(xí)交流,二、系統(tǒng)分析的步驟,案例：田忌賽馬,提出解決問題的方案,分析、評價各種方案，選擇最佳方案,（1）田忌與齊王的三局賽馬可以有哪幾種方案？,（2）孫臏所出的主意，為什么能使田忌贏了齊王？,8,PPT學(xué)習(xí)交流,分析計算，評價比較 對資料和數(shù)據(jù)做必要計算， 進行各子系統(tǒng)的分析，再 進行系統(tǒng)的整體分析，將 各種方案進行評價對比， 選擇最佳方案,明確問

4、題，設(shè)立目標 明確所要研究問題的 性質(zhì)和范圍，提出所 要達到的目標，明確 約束條件,系統(tǒng)分析的一般步驟,9,PPT學(xué)習(xí)交流,系統(tǒng)分析首先要著眼于系統(tǒng)整體，要先分析整體，再分析部分；先看全局，后看局部；先看全過程，再看某一個階段；先看長遠，再看當(dāng)前。,1、整體性原則及應(yīng)用實例,系統(tǒng)分析的主要原則,10,PPT學(xué)習(xí)交流,傳說宋真宗在位時，皇宮曾起火。一夜之間，大片的宮室樓臺殿閣亭榭變成了廢墟。為了修復(fù)這些宮殿，宋真宗派當(dāng)時的晉國公丁謂主持修繕工程。當(dāng)時，要完成這項重大的建筑工程，面臨著三個大問題：第一，需要把大量的廢墟垃圾清理掉；第二，要運來大批木材和石料；第三，要運來大量新土。不論是運走垃圾還是

5、運來建筑材料和新土，都涉及到大量的運輸問題。如果安排不當(dāng)，施工現(xiàn)場會雜亂無章，正常的交通和生活秩序都會受到嚴重影響。朝中大臣莫不認為這是一項耗資巨大，曠日持久的工程。可是丁渭卻欣然承諾。,11,PPT學(xué)習(xí)交流,他接受使命后，“患取土遠”而首先下令挖宮前的大街取土，不幾天大街就成了一條寬大的水渠。于是，他下令將汴水引入這條水渠，用“竹水筏和船”運輸建筑材料“入至宮門”?；蕦m修復(fù)后，又將瓦礫灰壤填入溝中，“復(fù)為街衢”，結(jié)果，不僅“省費以萬億計”，而且還大大加快了工程進度。,12,PPT學(xué)習(xí)交流,在系統(tǒng)科學(xué)理論中，所謂系統(tǒng)方法，就是按照客觀事物本身的系統(tǒng)性，把對象放在系統(tǒng)的形式中加以考察的一種方法。

6、即從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，始終著重從整體與部分（要素）之間，整體與外部環(huán)境的相互聯(lián)系、相互作用、相互制約的關(guān)系中綜合地、精確地考察對象，提示系統(tǒng)性質(zhì)和運動規(guī)律，從而達到最佳地處理問題的一種方法。,13,PPT學(xué)習(xí)交流,回歸生活： 我們經(jīng)常遇到在人行道上重復(fù)施工的情況，給城市交通及居民生活帶來不便。有人戲稱最好給馬路安上個大拉鏈其不更方便？ 涉及的部門：電信鋪設(shè)通訊線路、煤氣公司、市政部門維修下水管道、電力部門、自來水公司 這一事件的問題所在?怎樣處理更為合理?,14,PPT學(xué)習(xí)交流,1、科學(xué)性原則及應(yīng)用實例,系統(tǒng)分析的主要原則,系統(tǒng)分析一方面要有嚴格的工作步驟，另一方面應(yīng)盡可能地運用科學(xué)方法和數(shù)學(xué)工

7、具進行定量分析，使決策的過程和結(jié)果更具說服力。,15,PPT學(xué)習(xí)交流,案例分析1：作物輪種,我國南方，為了擴大糧食作物復(fù)種指數(shù)，曾盲目推廣種植兩季水稻一季小麥，結(jié)果適得其反，違反用地養(yǎng)地的原則，又影響下茬水稻的栽植時間，導(dǎo)致早季糧食大大減產(chǎn)。后改為小麥與蠶豆、油菜輪作。這樣，油菜根部分泌的有機酸，能使土壤中的無效磷變?yōu)橛行Я?，蠶豆可把空氣中的游離氮固化為氮肥，其莖和葉又可做綠肥。油菜和蠶豆的生長周期都比較短，不誤下茬水稻的農(nóng)時。這樣的輪作安排合理，優(yōu)化了品種結(jié)構(gòu)，有效保證了糧食產(chǎn)量，增加了經(jīng)濟效益。,16,PPT學(xué)習(xí)交流,中國人和德國人煮雞蛋的故事,一個中國人和一個德國人每天早餐都是一杯牛奶一

8、個雞蛋，中國人把雞蛋往鍋里一放，然后出去洗漱洗漱或干點別的，等再回來雞蛋就煮好了。但德國人會用一個差不多剛好裝得下一個雞蛋的專門容器，下面焊一托盤，然后加滿水，1分鐘水就開了，3分鐘就關(guān)火。關(guān)火之后他們利用余熱再煮3分鐘，把雞蛋煮到剛剛達到營養(yǎng)價值最高的狀態(tài)。接下來用涼水泡3分鐘，使這個蛋很好打開，德國人認為這樣做很標準。跟中國人相比，他們節(jié)約了4/5的水、2/3的熱，同時還讓雞蛋達到了最佳的營養(yǎng)狀態(tài)。,17,PPT學(xué)習(xí)交流,啟示：同樣的結(jié)果，不同的方式方法能夠帶來不一樣的效果。,拿“煮雞蛋”來說，我們可以發(fā)現(xiàn)中國人和德國人的煮法有較大的差別。兩者同樣是把雞蛋煮熟，但德國人按照嚴格的標準和規(guī)范

9、去執(zhí)行，不但雞蛋能煮熟，而且資源占用最少，效果也最佳(營養(yǎng)價值)。,18,PPT學(xué)習(xí)交流,優(yōu)選法是快速尋找最佳方案的科學(xué)方法。具體的優(yōu)選法有很多，如黃金分割法、分數(shù)法、對分法等。黃金分割法也稱0.618法。,案例分析2：優(yōu)選法,19,PPT學(xué)習(xí)交流,優(yōu)選法簡介及其應(yīng)用實例,尋找最佳加入量 試驗范圍：每噸加入量為10002000g 每隔5g試驗一次：需要做200次 每隔10g試驗一次：需要做100次 0.618法：只需做11次,關(guān)鍵詞：優(yōu)選法、黃金分割、0.618,查閱：華羅庚與優(yōu)選法,應(yīng)用舉例,20,PPT學(xué)習(xí)交流,1、“兩面針”牙膏：采用優(yōu)選法科學(xué)生產(chǎn)大幅度降低鋁材消耗，每年節(jié)約鋁材幾噸；結(jié)

10、果打了3年漂亮仗. 2、著名數(shù)學(xué)家華羅庚教授在他晚年時，在全國講學(xué)，介紹他的優(yōu)選法。當(dāng)時廣東有5個水泥廠，經(jīng)過優(yōu)選法的改良，生產(chǎn)出6個水泥廠的產(chǎn)量，少建1個水泥廠，這個貢獻就很大。這就是說知識、健康帶來的財富，可以估算的和不可估算的都是很巨大的。 3、優(yōu)選法使得新西蘭培育出世界上最好的肉牛和奶牛。為了發(fā)展羊毛和肉類生產(chǎn)，新西蘭采用先進的培育技術(shù)，改進當(dāng)?shù)匮蛑坏钠贩N，使其具有國外引進種群的特殊優(yōu)點.,21,PPT學(xué)習(xí)交流,2、綜合性原則及應(yīng)用實例,系統(tǒng)分析的主要原則,系統(tǒng)分析總是為實現(xiàn)系統(tǒng)目標服務(wù)的。當(dāng)存在多個目標時，需要綜合分析，統(tǒng)籌兼顧，不可顧此失彼，因小失大。,工業(yè)成產(chǎn)既要求產(chǎn)量大，又要求

11、質(zhì)量好，成本低，如果片面強調(diào)一方面就會產(chǎn)生偏差。,22,PPT學(xué)習(xí)交流,楚天第一生態(tài)路,湖北省的孝襄高速公路總投資額達72億元人民幣，是“十五”期間該省投資規(guī)模最大、建設(shè)里程最長的一條高速公路。 按照最初的設(shè)計方案，孝襄高速公路要穿越占地面積達19平方公里的“洛陽銀杏保護區(qū)”，兩萬多棵樹齡在百年以上的古銀杏樹將面臨著毀滅性的破壞。 銀杏樹的成長周期特別長、移栽成活率極低，一旦被毀損，勢必破壞當(dāng)?shù)氐纳锒鄻有?。建高速公路要講經(jīng)濟效益，更要講生態(tài)效益、社會效益。為此，指揮部果斷決定增加投資4200萬元,根據(jù)以上內(nèi)容，你認為孝襄高速公路的設(shè)計應(yīng)該綜合考慮那些目標？,23,PPT學(xué)習(xí)交流,為保護兩萬多

12、棵樹齡在百年以上的銀杏樹，湖北省孝（感）襄（樊） 指揮部果斷決定增加投資4200萬元，更改設(shè)計方案，繞避了有“中華銀杏第一鎮(zhèn)”之稱的湖北省隨州市洛陽店鎮(zhèn)“洛陽銀杏保護區(qū)”1.4公里，孝襄高速公路建設(shè)這種寧愿多花錢也要保護環(huán)境的做法，得到了廣大群眾的贊揚。,24,PPT學(xué)習(xí)交流,臨沂：青萊高速公路增加千萬元“跨”過齊長城,大眾網(wǎng)齊魯晚報臨沂月日訊 建設(shè)中的青萊高速公路臨沂段增加萬元投資，將原設(shè)計為中橋的路段變更為一座長多米的孔大橋，“跨”過了齊長城遺址，使這處國家重點文物得到了保護。 據(jù)介紹，齊長城為春秋戰(zhàn)國時期齊國的屏障，是我國歷史上最早修筑的長城之一，目前保存下來的齊長城遺址主要分布在沂水縣

13、東北部山區(qū)。作為研究古代長城文化不可多得的珍貴歷史遺跡，齊長城遺址屬于國家重點保護文物，有著極其重要的歷史文化價值。 在建的青島至萊蕪高速公路臨沂段原規(guī)劃設(shè)計恰巧占壓了部分齊長城遺址。為保護這一國家重點文物，臨沂市青萊高速公路項目建設(shè)辦公室立即向省公路局進行匯報，省公路局迅速聯(lián)系文物部門，經(jīng)過專家論證后，決定對原設(shè)計進行變更，在高速公路無法改線的情況下，增加萬元投資，將原設(shè)計為中橋的路段變更為一座長多米的孔大橋，這樣青萊高速公路就從齊長城遺址上面跨過，從而有效地保全了這一國家重點文物的原貌。,25,PPT學(xué)習(xí)交流,三、系統(tǒng)的優(yōu)化,作為一個系統(tǒng)，通常就會有這樣或那樣的問題。如：效果不佳；或是投入

14、的人力、物力、財力不是最小；或是某種性能不理想等等。因此系統(tǒng)需要改善，需要優(yōu)化。 系統(tǒng)的優(yōu)化是指在給定的條件（或約束條件）下，根據(jù)系統(tǒng)的優(yōu)化目標，采取一定的手段和方法，使系統(tǒng)的目標值達到最大化（或最小化）。不同的目標對應(yīng)著不同的優(yōu)化效果。,26,PPT學(xué)習(xí)交流,案例：農(nóng)作物種植的優(yōu)化農(nóng)業(yè)間作套種,目標：實現(xiàn)增產(chǎn)、增收，提高土地利用率 條件：農(nóng)作物的生產(chǎn)特性，天氣、氣候等 手段：利用農(nóng)作物生長的季節(jié)差、時間差，把相同或不同的作物套種在一起，有“麥、棉、瓜”，“麥、棉、菜”，“麥、瓜、棉、玉米”等。,27,PPT學(xué)習(xí)交流,案例：改善城市交通擁擠狀況,某市為改善交通狀況，新購200臺公共汽車，結(jié)果使

15、本來非常繁忙的交通更加擁擠，出現(xiàn)了更多交通堵塞現(xiàn)象。后請專家對全市的交通道路及車輛流向等進行了全面分析，提出了以下整改措施： 調(diào)整內(nèi)外環(huán)路進出口，使之更加合理 新開公交線路，延長部分公交車線路，使上下班職工減少轉(zhuǎn)車次數(shù) 在交通導(dǎo)向方面，多處調(diào)整，改雙向行車為單向行車，增加環(huán)島流向，使市內(nèi)主干道的車流更順暢 錯開上下班時間 在主要路口加裝電視監(jiān)控錄像裝置；在不復(fù)雜的路口設(shè)置紅綠燈，騰出人力加強復(fù)雜路口路段及車站的交通安全管理 在落實以上措施后，全市交通堵塞的情況得到了有效緩解。,28,PPT學(xué)習(xí)交流,案例分析：利潤問題,目標：家具銷售獲取最大利潤 約束條件：材料、勞動力、合同 影響因素：椅子數(shù)量

16、x1、桌子數(shù)量x2 。（決策變量）,目標函數(shù)：Smax=50 x1+60 x2 約束條件：4x1+6 x2600（材料） 20 x1+18 x2400（工時） x18 ， x25（合同） 最優(yōu)方案：,三個要素,建立關(guān)系：,29,PPT學(xué)習(xí)交流,用數(shù)學(xué)公式或圖表等描述客觀事物的特征模型，稱為數(shù)學(xué)模型。,數(shù)學(xué)模型：,30,PPT學(xué)習(xí)交流,最優(yōu)化方法：,（1）運用數(shù)學(xué)模型求解。 能夠通過優(yōu)化建立數(shù)學(xué)模型的，得到的解就是最優(yōu)解,（2）通過科學(xué)的估算、試驗實現(xiàn) 不能夠確切描述目標函數(shù)的，通過推算或推斷得到滿意解,注意：無論什么方法都需要經(jīng)過若干次完善和驗證,31,PPT學(xué)習(xí)交流,小結(jié)1：系統(tǒng)優(yōu)化的一般步驟,提出需要優(yōu)化的問題； 如：城市干道噪音污染問題就是需要進行優(yōu)化的問題 需要收集有關(guān)資料和數(shù)據(jù)，確定變量、建立定量計算方程（數(shù)學(xué)模型）和約束條件，選擇合適的最優(yōu)化方法 如:具體測量噪音的嚴重程度；為保持方案可行，必須勘測、預(yù)算；建立隔音墻防噪音的數(shù)學(xué)模型及墻體參數(shù)條件，求解數(shù)