1、第三單元 系統(tǒng)與設(shè)計(jì),系統(tǒng)的優(yōu)化,復(fù)習(xí)前課,系統(tǒng)最優(yōu)化實(shí)踐練習(xí),最優(yōu)化案例分析,小結(jié),什么是系統(tǒng)？ 系統(tǒng)的基本特性是什么？ 系統(tǒng)的基本特性可歸納為：整體性、相關(guān)性、目的性、環(huán)境適應(yīng)性。 作為系統(tǒng)，它們就具有整體性、相關(guān)性、目的性、環(huán)境適應(yīng)性，就構(gòu)成系統(tǒng)的基本思想。對(duì)系統(tǒng)分析的基本方法就是運(yùn)用系統(tǒng)的思想和定性定量相結(jié)合的方法對(duì)系統(tǒng)及性分析。,案例分析：田忌賽馬,戰(zhàn)國(guó)時(shí)代，齊王常與他的大將田忌賽馬，雙方約定每場(chǎng)各出一匹馬，分三場(chǎng)進(jìn)行比賽。齊王的馬有上、中、下三等，田忌的馬也有上、中、下三等，但每一等都比不上齊王同等的馬，于是田忌屢賽屢輸。一日，田忌的賓客、對(duì)軍事頗有研究的孫臏給田忌出了一個(gè)主意，結(jié)

2、果以二比一贏了齊王。,在以上各方案中，齊王與田忌的賽馬結(jié)局有以30贏的，也有以2 1贏的，但只有一種情況是田忌以2 1取勝于齊王的，孫臏正是把這種方案推薦給了田忌，就是上述方案（3）。,作為一個(gè)系統(tǒng)，通常就會(huì)有這樣或那樣的問(wèn)題。如：效果不佳；或是投入的人力、物力、財(cái)力不是最?。换蚴悄撤N性能不理想等等。因此系統(tǒng)需要改善，需要優(yōu)化。 在現(xiàn)實(shí)生活中，由于受環(huán)境和條件的限制，不可能找出一切方案，也不可能對(duì)所有方案進(jìn)行全面比較，漫無(wú)邊際地去研究所有方案，無(wú)論在時(shí)間上還是人力上都不允許，運(yùn)用科學(xué)的方法就更為重要，缺乏資料，缺少對(duì)資料的科學(xué)計(jì)算和分析，只靠拍腦袋無(wú)法尋找到最優(yōu)方案。,案例分析： 通過(guò)“建造隔

3、音墻改善車流噪音污染”的案例定性的分析，體驗(yàn)系統(tǒng)優(yōu)化的意義。,2005年的新春，南京市人大十三屆三次會(huì)議上，王湘等10位代表共同提交議案，呼吁為城西干道沿線的民居和學(xué)校解決車流噪音污染問(wèn)題。 “城西干道從大橋南路到賽虹橋立交橋，是南京市貫穿城市交通的大動(dòng)脈。城西干道全線貫通于2000年，因?yàn)橛辛顺俏鞲傻?，許多從大橋過(guò)來(lái)的車輛不必經(jīng)過(guò)市中心就可以便捷地通過(guò)包括城西干道在內(nèi)的繞城公路通行。 城西干道的出現(xiàn)，除了帶來(lái)交通便捷，也給沿線的數(shù)十萬(wàn)市民帶來(lái)了噪音之苦。從大橋經(jīng)過(guò)城西干道的大多數(shù)是重型載貨車和大客車，而且城西干道的每天的車流量非常大。據(jù)調(diào)查，白天暢通時(shí)城西干道上的車輛平均時(shí)速為80邁，晚上可

4、以達(dá)到100邁。重量大、速度快是城西干道上車輛的一大特點(diǎn)，車身和空氣的摩擦聲、發(fā)動(dòng)機(jī)馬達(dá)聲是噪音的主要來(lái)源。,城西干道沿線分布著大量的居民區(qū)，按照國(guó)家相關(guān)環(huán)保劃分標(biāo)準(zhǔn)，這些居民區(qū)屬于商業(yè)、居民、文教混合區(qū)，白天最大噪音值是60分貝，晚上最大噪音值是50分貝。但是兩邊的居民區(qū)噪音全線超標(biāo)，在離高架不到15米的重噪音區(qū)圣淘沙花城19樓的一戶人家，更是測(cè)出了開窗峰值81.6分貝、谷值65.8分貝，關(guān)窗峰值66.7分貝、谷值54.2分貝的超標(biāo)噪音。長(zhǎng)期生活在噪音中，人的健康會(huì)受到損害，可能導(dǎo)致心血管疾病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病。 城西干道沿線不僅有民居還有學(xué)校，有的學(xué)生戴耳機(jī)睡覺，老師上課用喇叭講課，有的學(xué)生說(shuō)

5、：“在城西干道邊上住了4年，記得剛進(jìn)校的時(shí)候整整一個(gè)星期就沒睡著覺。后來(lái)終于慢慢習(xí)慣了，如今到了夜里打雷都不醒，只是時(shí)常覺得精神疲勞、頭疼，還有點(diǎn)健忘?！痹胍粢呀?jīng)傷害到這些學(xué)生的神經(jīng)系統(tǒng)。 21世紀(jì)的城市人居環(huán)境不僅要講究安逸更要講究健康，現(xiàn)在正在建的城東干道高架已經(jīng)做了隔音墻的規(guī)劃，希望有關(guān)部門能考慮到城西干道沿線眾多居民區(qū)和學(xué)校的存在，也在這一區(qū)域安裝隔音墻，免去市民的噪音之苦。”,怎樣能夠改善城西干道周圍附近噪音的污染，優(yōu)化居民樓、學(xué)校等大環(huán)境系統(tǒng)？,措施：隔音墻作用的本質(zhì)是改變?cè)胍舻膫鞑ネ緩?，以達(dá)到改善污染的目的。,小組討論，代表發(fā)言,系統(tǒng)優(yōu)化的意義就是以最小的投入，獲取系統(tǒng)的最佳效益

6、或最佳功能。 再舉例： 如：在蔬菜、西瓜的種植中，要使蔬菜防病和提高產(chǎn)量，要使西瓜抗御低溫的能力，就應(yīng)采用嫁接技術(shù)，這是一項(xiàng)增產(chǎn)增收的栽培技術(shù)，嫁接的西瓜比自根西瓜增產(chǎn)1倍以上。 如：建筑材料的改進(jìn)也是一項(xiàng)優(yōu)化技術(shù)，以往建筑物的墻體多采用實(shí)心磚，現(xiàn)在采用了空心磚，在保證強(qiáng)度、隔熱隔音效果的同時(shí)，節(jié)省了材料。,對(duì)于比較復(fù)雜的系統(tǒng)，人們對(duì)其特征了解不夠，所以需要運(yùn)用一定的數(shù)學(xué)的手段描述它，進(jìn)而找到合適的解決方案。 系統(tǒng)建模的目的是要將系統(tǒng)的原型抽象為數(shù)學(xué)模型，并運(yùn)用已有的數(shù)學(xué)方法分析求解得出數(shù)學(xué)結(jié)論，再運(yùn)用這一結(jié)論來(lái)解決實(shí)際系統(tǒng)中的問(wèn)題。,案例分析： 在江邊一側(cè)有A、B兩個(gè)廠，它們到江邊的距離分別

7、是2km和3km，設(shè)兩廠沿江方向的距離是3.5km，現(xiàn)在要在江邊修建一個(gè)碼頭，使得兩廠的產(chǎn)品能夠順利過(guò)江，問(wèn)碼頭應(yīng)建在什么位置，才能使運(yùn)輸路線最短？,課堂小結(jié),1. 系統(tǒng)優(yōu)化的一般性步驟 提出需要優(yōu)化的問(wèn)題； 如：城西干道噪音污染問(wèn)題就是需要進(jìn)行優(yōu)化的問(wèn)題；碼頭的選址也是一個(gè)系統(tǒng)優(yōu)化問(wèn)題。 需要收集有關(guān)資料和數(shù)據(jù)，確定變量、建立定量計(jì)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(cè)量噪音的嚴(yán)重程度；為保持方案可行，必須勘測(cè)、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)學(xué)解；墻體結(jié)構(gòu)與材料與定量計(jì)算有關(guān)；經(jīng)費(fèi)預(yù)算包括：購(gòu)買器材、設(shè)備費(fèi)用；外請(qǐng)工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)人員費(fèi)用民工費(fèi)用、機(jī)動(dòng)調(diào)動(dòng)費(fèi)用 驗(yàn)證和實(shí)施。 條件校驗(yàn)：逐項(xiàng)校驗(yàn)修路工程所需的人力、物力、財(cái)力是否具備。 實(shí)施與調(diào)整：實(shí)施計(jì)劃的過(guò)程。,課堂小結(jié),2.影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素 優(yōu)化追求的目標(biāo)要適度。 希望投入最小，而取得的效益最大。 效/耗比 性/耗比 性/價(jià)比 （比值越大，就越接近或達(dá)到最優(yōu)化） 系統(tǒng)優(yōu)化使離不開條件，條件是否具備直接影響優(yōu)化。 某些不確定的或不可預(yù)見的因素也會(huì)影響系統(tǒng)的優(yōu)化。,課堂小結(jié),3.最優(yōu)化方法 最優(yōu)化方法是系統(tǒng)學(xué)中的一個(gè)重要方法，它通常是指在一定的人力、物力和財(cái)力資源的條件下，使取得的效果（如生產(chǎn)產(chǎn)值、利潤(rùn)、效益等）達(dá)到最大，而投入（如能源、資金、人力、時(shí)間等）達(dá)到最小的一種