系统工程第三章系统模型与模型化

系统模型与系统建模方法在信息系统领域，系统模型是描述系统各个组成部分及其之间关系的抽象表示。

而系统建模方法是指使用一套规范化的方法论和技术，以图、表、图形界面等方式，对系统进行描述、分析和设计的过程。

系统模型和系统建模方法是系统工程学的重要核心内容，有助于理清系统内部结构和相互关系，为系统设计和优化提供指导。

一、系统模型系统模型是对系统进行概念化和抽象化的表示，它可以是一个图形、图表、符号等，以直观、简洁、形象的方式反映系统的实质内容和内部关系。

常用的系统模型包括输入-输出模型、流程图、数据流图等。

下面分别介绍几种常见的系统模型：1.输入-输出模型：这种模型通过输入和输出来表示系统的功能和性能特征。

输入是系统接受的外部信息，输出是系统对外部环境的作用反馈，通过对输入和输出的研究和分析，可以推导出系统的功能和性能。

这种模型适用于描述关注系统的外部特性，而对内部结构关注较少的情况。

2.流程图：流程图是一种图形化的方式，通过表示系统处理过程中各个阶段和活动之间的关系，来描述系统的内部流程和交互情况。

流程图通常包括起始节点、中间过程、决策节点和结束节点等，通过这些节点之间的连接和条件逻辑，可以清晰地表示系统的工作流程。

3.数据流图：数据流图是表示系统中数据传输和处理的一种模型，它通过用箭头和圆圈等符号表示数据的流动和处理过程来描述系统的信息流。

数据流图常常包括数据流、处理过程和数据存储等组成部分，通过不同部分之间的连接和传输关系，可以描述系统的数据传递和处理过程。

系统建模方法是系统工程学的核心方法论，它通过一套规范化的流程和技术，辅助工程师对系统进行描述、分析和设计。

系统建模方法通常包括以下几个方面：1.需求分析方法：需求分析是系统工程的第一步，它通过对用户需求的调查、采集和整理，明确系统的功能和性能需求，为系统的后续设计和实施提供指导。

需求分析的方法包括面谈、问卷调查、头脑风暴等，通过这些方法可以充分了解用户的需求，从而为系统设计提供合理的需求基础。

第3章系统模型考生必做六件事1.记笔记2.下载课件3.及时复习课件和笔记4.落课的话及时看重播5.按时完成作业和随堂考6.记得给老师打分噢！《系统工程导论》第3章系统模型（重点）P61-P100第三章，大纲考核知识点和考核目标：（一）系统模型概述理解：模型的概念和分类、模型的构建3.1 系统模型概述P62-P66《系统工程导论》3.1.1模型的概念和分类（理解）P62-P641. 模型的概念模型：对现实世界某些属性的抽象。

而系统工程最常用的是数学模型，即分析模型。

Y=aX+bYX系统模型具有以下三个特征：（1）它是对现实世界部分的抽象或模仿。

（2）它由与分析问题有关的因素构成。

（3）它表明了有关因素间的相互关系。

3.1.1模型的概念和分类（理解）P62-P64在构造模型时，要兼顾它的现实性和易处理性。

3.1.1模型的概念和分类（理解）P62-P642. 模型的分类模型的分类图形与实物模型➢实物模型有城市规划模型和作战沙盘➢图形模型包括：1.不严格图：图画、草图、框图，没有严格的规定，用来表示那些还不太清楚的问题。

2.严格图：图论图、逻辑图、工程图。

有严格确定的结构形式和规范。

分析模型数学关系式表达变量间关系，应用在自然科学和工程技术仿真模型用“伪实验”预测行动的各种后果，实验对象不是真实世界而是仿真模型。

通常指计算机仿真。

3.1.1模型的概念和分类（理解）P62-P642. 模型的分类模型的分类博弈模型“人的行为导向”。

人的试验规则和计算机试验程序构成了博弈模型判断模型会议讨论，它的缺陷较多，影响处理问题的质量。

德尔菲法（专家调查法）。

3.1.1模型的概念和分类（理解）P62-P64例题单项选择题：系统工程人员常常用（）表示那些还不太清楚的问题，如描述效能原理、系统组态和宏观过程等。

A.框图B.图论图C.逻辑图D.工程图3.1.1模型的概念和分类（理解）P62-P64答案解析答案：A解析：P62图画、草图和框图为不严格图，即没有严格确定的规范，作图者常常需要附加文字说明。

课程名称系统工程计划学时 2授课章节第三章系统模型和模型化（1）教学目的和要求：在本讲中，使学生了解系统模型和模型化的概念，建模的基本步骤和方法。

教学基本内容：1.系统模型的概念2.系统模型的分类3.系统模型化的基本步骤4.系统模型化的基本方法教学重点和难点：系统模型化的概念系统模型化的基本方法授课方式、方法和手段：多媒体教学为主，结合板书，同时加以作业和答疑作业与思考题：1.系统模型的概念2.系统模型化的基本步骤1第三章系统模型与模型化第一节系统模型与模型化概述一、系统模型的定义系统模型是一个系统某一方面本质属性的描述，它以某种确定的形式提供关于该系统的知识。

模型的特征：（1）是现实世界部分的抽象或模仿；（2）反映了系统本质或特征的主要因素构成；（3）集中体现了主要因素之间的关系。

模型化就是为了描述系统的构成和行为，对实体系统的各种因素进行适当筛选后，用一定方式（数学、图像等）表达系统实体的方法。

二、模型化的本质、作用及地位（见下图）1.本质：利用模型与原型之间某方面的相似关系，在研究过程中用模型来代替原型，通过对于模型的研究得到关于原型的一些信息。

2.作用：①模型本身是人们对客体系统一定程度研究结果的表达。

这种表达是简洁的、形式化的。

②模型提供了脱离具体内容的逻辑演绎和计算的基础，这会导致对科学规律、理论、原理的发现。

③利用模型可以进行“思想”试验。

3.地位：模型的本质决定了它的作用的局限性。

它不能代替以客观系统内容的研究，只有在和对客体系统相配合时，模型的作用才能充分发挥。

三、系统模型的分类2四、构造模型的一般原则1.建立方框图2.考虑信息相关性3.考虑准确性4.考虑结集性五、建模的基本步骤①明确建模的目的和要求。

以便使模型满足实际要求，不致产生太大偏差；②对系统进行一般语言描述。

因为系统的语言描述是进一步确定模型结构的基础；③弄清系统中的主要因素（变量）及其相互关系（结构关系和函数关系）。

第三章 系统模型与模型化21. 给定描述系统基本结构的有向图，如图3-16a 、b 所示。

要求：（1）写出系统要素集合S 及S 上的二元关系集合Rb 。

（2）建立邻接矩阵A 、可达矩阵M 及缩减矩阵M ’。

解：ａ）(1) 51234{S ,,,,}S S S S S =55551212334234{(S ,),(,),(,),(,),(,),(,),(,S )}b R S S S S S S S S S S S S =（2）0100100100000100000001110A ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦= 1100101100001100001001111A I ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥+=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦231111101110()()001100001001110A I A I M ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥+==+=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦具有强连接要素用一个要素来代替得'M M =b) (1) {1,2,3,4,5,6}S ={(1,3),(1,5),(2,4),(4,2),(4,6),(5,2),(5,1)}b R =2S 34Sa)b)图3-16 题21图(2)001010000100000000010001110000000000A⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦101010010100001000010101110010000001A I⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥+=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦2111010010101001000()010101111110000001A I⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥+=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦3411111111111001000()()0000001010101010111A I A I M⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥+==+=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦11110101'00100001M⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦22. 请依据图3-171P9解：V表示行要素直接影响列要素，A表示列要素直接影响行要素，X表示行列两要素相互影响。

第三章系统模型与模型化1、模型是实现系统的理想化抽象或简洁表示，描绘了现实系统的某些主要特点，是为了客观地研究系统而发展起来的。

模型的三个特点：（1）它是现实世界部分的抽象或模仿（2）它是由那些与分析的问题有关的因素构成的（3）它表明了有关因素间的互相关系2、模型的作用与地位 P36作用：（1）模型本身是人们对客体系统一定程度研究结果的表达。

这种表达是简洁的、形式化的。

（2）模型提供了脱离具体内容的逻辑演绎和计算的基础，这会导致对科学规律、理论、原理的发现。

（3）利用模型可以进行“思想”试验。

3、模型的分类P364、构造模型的一般原则书P37：（1）建立方框图（2）考虑信息相关性（3）考虑准确性（4）考虑集结性课件：1.现实性 2.简洁性 3.适应性 4.强壮性5、建模的基本步骤P38（1）明确建模的目的和要求，以便使模型满足实际要求，不致产生太大偏差。

（2）对系统进行一般语言描述。

（3）弄清系统中的主要因素（变量）及其相互关系（结构关系和函数关系），以便使模型准确地表示现实系统。

（4）确定模型的结构（5）估计模型的参数（6）实验研究（7）必要修改课件：1.形成问题 2.选定变量 3.变量关系的确定4.确定模型的数学结构及参数辨识5.模型真实性检验6、模型的简化方法 P40（1）减少变量，减去次要变量（2）改变变量性质（3）合并变量（集结）（4）改变函数关系（5）改变约束条件7、系统结构模型化------计算题P41-54结构模型是定性表示系统构成要素以及它们之间存在着的本质上相互依赖，相互制约和关联情况的模型。

邻接矩阵（A）是表示系统要素间基本二元关系或直接联系情况的方阵。

邻接矩阵A的元素a ij可以定义如下：a ij= 1 S i R S j R表示S i与S j有关系0 S i R S j R表示S i与S j没关系可达矩阵R是指用矩阵形式来描述有向连接图各节点之间，经过一定长度的通路后可以到达的程度。

系统工程第四版习题解答第三章系统模型与模型化21. 给定描绘系统基本构造的有向图，如图3-16a、 b 所示。

要求：（1）写出系统因素会合及上的二元关系会合。

（2）成立毗邻矩阵、可达矩阵及减少矩阵。

解：（ 2） 3-16a：规范方法：0 1 0 0 1 1 1 1 1 10 0 1 0 0 0 1 1 1 0A 0 0 0 1 0 ， M 0 0 1 1 0 ， M M0 0 0 0 0 0 0 0 1 00 1 1 1 0 0 1 1 1 1①地区区分R(S i ) A(S i ) C (S i ) E( S i )1 1，2， 3， 4， 5 1 12 2， 3， 4 1， 2， 5 23 3，4 1，2， 3，5 34 4 1， 2， 3， 4，5 4 45 2，3， 4， 5 1， 5 5所以系统没法区分为两个或两个以上互相独立的地区，即(S)P {1,2,3,4,5} 。

1 2 3 4 51 1 1 1 1 12 0 1 1 1 0M (P)30 0 1 1 04 0 0 0 1 05 0 1 1 1 1②级位区分因素会合R( S i ) A(S i ) C (S i ) E(S i ) (P2 )1 1,2,3,4,5 1 12 2,3,4 1,2,5 2P L0 3 3,4 1,2,3,5 3 L1 { 4}4 4 1,2,3,4,5 4 45 2,3,4,5 1,5 51 1,2,3,5 1 1P L0 L1 2 2,3 1,2,5 2L2 { 3} 3 3 1,2,3,5 3 35 2,3,5 1,5 51 1,2,5 1 1P L0 L1 L2 2 2 1,2,5 2 2 L3 { 2}5 2,5 1,5 5P L0 L1 L2 1 1,5 1 1L4 { 5} L3 5 5 1,5 5 5P L0 L1 L21 1 1 1 1 L5 {1} L3 L4(P) L1 , L2 , L3 , L4 , L5 { 4}, {3}, { 2}, { 5}, {1}4 3 25 1L1 4 1 0 0 0 0M (L) L2 3 1 1 0 0 0 L3 2 1 1 1 0 0 L4 5 1 1 1 1 0 L5 1 1 1 1 1 1③提取骨架矩阵4 3 25 1L1 4 1 0 0 0 0M ( L ) L2 3 1 1 0 0 0L3 2 0 1 1 0 0L4 5 0 0 1 1 0L5 1 0 0 0 1 14 3 25 1L1 4 0 0 0 0 0A M (L ) I L2 3 1 0 0 0 0 L3 2 0 1 0 0 0 L4 5 0 0 1 0 0 L5 1 0 0 0 1 0④绘制多级递阶有向图43251 适用方法：1 2 3 4 51 1 1 1 1 1减少矩阵 M M 2 0 1 1 1 03 0 0 1 1 04 0 0 0 1 05 0 1 1 1 1 4 3 2 5 1L1 4 1 0 0 0 0L2 3 1 1 0 0 0 M ( L)2 1 1 1 0 0L3L 4 5 1 1 1 1 0L5 1 1 1 1 1 1432513-16b：规范方法：第一级第二级第三级第四级第五级第一级第二级第三级第四级第五级0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 A1 0 0 0 1 ， M1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 1①地区区分R(S i )A(S i )C (S i )E( S i )1 1,2,3,4,5,6 1,5 1,52 2,4,6 1,2,4,5 2,43 3 1,3,5 3 34 2,4,6 1,2,4,5 2,4 5 1,2,3,4,5,61,5 1,5 661,2,4,5,666A( S 3 ) A(S 6 ) {1,3,5}{ 1,2,4,5,6} {1,5}所以系统没法区分为两个或两个以上互相独立的地区，即(S)P {1,2,3,4,5,6} 。