《系統(tǒng)的分析》教學(xué)課件.ppt

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1、系統(tǒng)的分析,房子電路布線,當(dāng)我們?yōu)榱私鉀Q問題需要做出決策時(shí),常常有兩種選擇,一種是依據(jù)過去的經(jīng)驗(yàn),叫經(jīng)驗(yàn)決策;另一種是用科學(xué)的分析作出判斷,叫科學(xué)決策。 如果問題比較簡單,憑過去的經(jīng)驗(yàn)或許還能應(yīng)付;但如果問題比較復(fù)雜,涉及的關(guān)系很多,顯然僅憑經(jīng)驗(yàn)是不夠的,需要作深入的科學(xué)分析,而系統(tǒng)分析就是一種科學(xué)的決策方法。,什么是系統(tǒng)分析,系統(tǒng)分析正是這樣一種方法:為了發(fā)揮系統(tǒng)的功能,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的目標(biāo),運(yùn)用科學(xué)的方法對(duì)系統(tǒng)加以周詳?shù)目疾?、分析、比較、試驗(yàn),并在此基礎(chǔ)上擬定一套有效的處理步驟和程序,或?qū)υ械南到y(tǒng)提出改進(jìn)方案的過程。,系統(tǒng)分析是完整而不是零星地處理問題,考慮各種主要變化因素及其相互影響,全面

2、地思考解決問題的方法。,系統(tǒng)分析的顯著特點(diǎn),,,,系統(tǒng)分析的一般步驟,田忌賽馬(案例分析-P78),思考:田忌還有勝算嗎?,,田忌賽馬戰(zhàn)術(shù)分析,,,,按系統(tǒng)分析的一般步驟對(duì)田忌賽馬進(jìn)行分析,高考后,你如何選擇要報(bào)考的學(xué)校和專業(yè)?,系統(tǒng)分析的主要原則,整體性原則 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(gè)階段;先看長遠(yuǎn),再看當(dāng)前。,丁謂修復(fù)皇宮(案例分析-P79),宋人沈括在夢(mèng)溪筆談中記載了一個(gè)“一舉而三役濟(jì)”的故事。大意是:貞宗年間,內(nèi)宮失火,樓榭亭臺(tái),付之一炬。貞宗命晉國公丁謂修葺宮廷。丁采取了“挖溝取土,解決土源;引水入溝,運(yùn)輸建材;

3、廢土建溝,處理垃圾”的施工方案,不僅“省費(fèi)以億方計(jì)”不定期大大縮短了工期。 當(dāng)時(shí),由于皇城失火,皇宮被焚,宋真宗命丁謂重修皇宮。這是一個(gè)復(fù)雜的工程,不僅要設(shè)計(jì)施工,運(yùn)輸材料,還要清理廢墟,任務(wù)十分艱巨。丁謂首先在皇宮前開溝渠,然后利用開溝取出的土燒磚,再把京城附近的汴水引人溝中,使船只運(yùn)送建筑材料直達(dá)工地。工程完工后,又將廢棄物填人溝中,復(fù)原大街,這就很好地解決了取土燒磚、材料運(yùn)輸、清理廢墟三個(gè)難題,使工程如期完成。工程建設(shè)的過程,同現(xiàn)代系統(tǒng)管理思想何其吻合。丁謂主持的皇宮修建工程體現(xiàn)了中國古人高超智慧的管理實(shí)踐。,過程:挖溝(取土)引水入溝(水道運(yùn)輸)填溝(處理垃圾),馬上行動(dòng)(P79),

4、趙明同學(xué)家所在街道的人行道路在一年內(nèi)進(jìn)行了三次施工,分別是電信部門鋪設(shè)通訊線路、煤氣公司預(yù)埋煤氣管道、市政部門維修下水管道,結(jié)果重復(fù)施工,造成了人力和財(cái)力資源的浪費(fèi),同時(shí)也給市民帶來了不便。,請(qǐng)分析這一事件的問題所在,你認(rèn)為怎樣處理更為合適?,概念區(qū)別,如何區(qū)別系統(tǒng)分析中的整體性原則和系統(tǒng)基本特性中的整體性?,系統(tǒng)都是以整體的形式出現(xiàn)的,內(nèi)部包含了各種要素或子系統(tǒng)。系統(tǒng)的整體性是系統(tǒng)本身的一種屬性,是對(duì)系統(tǒng)本身所具備的一些特點(diǎn)的歸納;而系統(tǒng)分析是一種分析問題的方法,其中的整體性原則要求我們用整體的而不是孤立的觀點(diǎn)看問題。所以,這兩個(gè)整體性是有區(qū)別的,但同時(shí)又有聯(lián)系,正因?yàn)橄到y(tǒng)的整體特性,才要求

5、我們采用整體的分析方法。,科學(xué)性原則 系統(tǒng)分析一方面要有嚴(yán)格的工作步驟,另一方面應(yīng)盡可能地運(yùn)用科學(xué)方法和數(shù)學(xué)工具進(jìn)行定量分析,使決策的過程和結(jié)果更具有說服力。,黃金分割優(yōu)選法(知識(shí)點(diǎn)拓展),比如我們要試制一種新型材料,需要加入某一種原料增強(qiáng)其強(qiáng)度,這就有加入多少的問題,加多了不行,加少了也不行,只有完全合適才行。比如我們估出每噸加入量在1克至1000克之間,這樣我們就可以借用黃金分割規(guī)律來簡化試驗(yàn)次數(shù),而不必1克,2克,1000克這樣逐一試驗(yàn),我們用一個(gè)有刻度的紙條來表示1至1000克。在紙條上找到618(1000*0.618)克的地點(diǎn)畫一條豎線,做一次試驗(yàn),然后把紙條對(duì)折起來,找到618的對(duì)

6、稱點(diǎn)382(618*0.618),再做一次試驗(yàn),如果382克為最好,則把618以外的紙條裁掉。然后再對(duì)折,找到382的對(duì)稱點(diǎn)236(382*0.618)做試驗(yàn),這樣循環(huán)往復(fù),就可以找到最佳的數(shù)值,這就是數(shù)學(xué)家華羅庚所推廣的優(yōu)選法。,,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)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(shí),在全國講學(xué),介紹他的優(yōu)選法。當(dāng)時(shí)廣東有5個(gè)水泥廠,經(jīng)過優(yōu)選法的改良,生產(chǎn)出6個(gè)水泥廠的產(chǎn)量,少建1個(gè)水泥廠,這個(gè)貢獻(xiàn)就很大。 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(jìn)的培育技術(shù),改進(jìn)當(dāng)

7、地羊只的品種,使其具有國外引進(jìn)種群的特殊優(yōu)點(diǎn)。 4、在煉鋼時(shí)需加入某種元素來增加鋼材強(qiáng)度,若將試驗(yàn)點(diǎn)取在這一元素用量區(qū)間的0.618處,獲得理想用量的試驗(yàn)次數(shù)將大大減少。,綜合性原則 系統(tǒng)分析總是為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)服務(wù)的。當(dāng)存在多個(gè)目標(biāo)時(shí),需要綜合分析,統(tǒng)籌兼顧,不可顧此失彼,因小失大。,阿斯旺水壩,阿斯旺水壩的興建為什么會(huì)導(dǎo)致這樣的結(jié)果?,案例分析(P80),湖北省的孝襄高速公路總投資額達(dá)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。 按照設(shè)計(jì)方案,孝襄高速公路要穿越占地面積達(dá)19km2的“洛陽銀杏保護(hù)區(qū)”,2萬多棵樹齡在百年以上的古銀杏樹將面臨毀滅性的破壞。銀杏

8、樹的成長周期特別長,移栽成活率極低,一旦被毀損,勢(shì)必破壞當(dāng)?shù)氐纳锒鄻有浴H绻淖畛醯脑O(shè)計(jì)方案,繞避保護(hù)區(qū)1.4km,工程指揮部就要為此增加投資4200萬元。 如果你是總設(shè)計(jì)師,你會(huì)怎么做?,,一味追求眼前利益,勢(shì)必帶來更大的損失!,,系統(tǒng)的優(yōu)化,系統(tǒng)優(yōu)化的方法是多樣的,有的運(yùn)用數(shù)學(xué)模型求解,有的通過科學(xué)的估算、試驗(yàn)等方法實(shí)現(xiàn)。但無論運(yùn)用怎樣的優(yōu)化方法,都需要經(jīng)過若干次完善和驗(yàn)證,才能得出最優(yōu)解或滿意解。,書P81農(nóng)作物種植系統(tǒng)的優(yōu)化農(nóng)業(yè)間作套種,目標(biāo):實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)、增收,提高土地利用率。 條件:農(nóng)作物的生長特性、天氣、氣候等。 手段:利用農(nóng)作物生長的季節(jié)差、時(shí)間差,把相同或不同類的農(nóng)作物套種

9、在一起,有“麥、棉、瓜”,“麥、棉、菜”,“麥、瓜、棉、玉米”等多種套種模式供選擇。,什么是間作套種? 間作是指一茬有兩種或兩種以上生育季節(jié)相近的作物,在同一塊田地上成行或成帶(多行)間隔種植的方式。套種是指在前季作物生長后期的株、行或畦間播種或栽植后季作物的種植方式。一般把幾種作物同時(shí)期播種的叫間作,不同時(shí)期播種的叫套種。 間作套種是我國農(nóng)民的傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn),是農(nóng)業(yè)上的一項(xiàng)增產(chǎn)措施。,知識(shí)拓展,采用間作套種的好處。 農(nóng)作物間套復(fù)種充分利用光能、空間、時(shí)間和地力。 合理利用光能。農(nóng)作物間套種復(fù)合群體中,不同作物的高矮、株型、葉形、葉角、分枝習(xí)性、需光特性、生育期等各不相同。通過搭配良好的種植方式,增

10、加復(fù)合群體的總密度,就有可能合理地充分利用空間,增加截光量,減少漏光與反射,改善群體內(nèi)上部與下部的受光狀況。通過不同需光特性作物(如玉米喜光、大豆耐蔭等)的搭配,實(shí)現(xiàn)光的異質(zhì)互補(bǔ);通過不同生育期作物的搭配,提高光熱資源利用率。 爭取農(nóng)時(shí)季節(jié)。間套復(fù)種相對(duì)增加作物的生長期和積溫,充分利用光熱資源,調(diào)劑農(nóng)活。間套種作物生育期的差別采取錯(cuò)期播種法,使不同作物吸肥吸水高峰期錯(cuò)開,減緩種間競爭,合理利用資源。,采用間作套種的好處。 發(fā)揮邊際優(yōu)勢(shì)。種植在邊行的高位作物由于通風(fēng)透光和營養(yǎng)條件較好,增強(qiáng)邊行優(yōu)勢(shì)。群體內(nèi)風(fēng)速與二氧化碳的流量呈正比,對(duì)光合作用影響甚大。據(jù)研究,套種玉米寬行行間風(fēng)速比單作玉米行間大

11、12倍,作物群體與空氣接觸面積愈大,交換擴(kuò)散的氣體也就愈多,從而促進(jìn)復(fù)合群體內(nèi)二氧化碳的更新,產(chǎn)生邊行優(yōu)勢(shì)。 用地結(jié)合養(yǎng)地。不同作物根系生長特點(diǎn)不同,對(duì)土壤、水分、養(yǎng)分、空氣等需求不同,為土壤遺留下的殘茬和分泌物也有差異。競爭力強(qiáng)的作物扎根深,分布廣,吸收能力比較強(qiáng);另一些作物扎根淺,分布集中,吸收能力相對(duì)較差。據(jù)測(cè)定,玉米根系生長快,分布廣,側(cè)根及根毛多,最深分布可達(dá)地面以下 2.0米,80%根系在4050厘米土層內(nèi),而大豆、谷子、甘薯等根系深度為1530厘米,所以玉米與大豆等作物間套種,可以利用不同層次土壤養(yǎng)分。玉米需氮多而磷、鉀較少,吸收氮、磷、鉀的時(shí)期比較集中;豆類作物需氮少而吸收磷、

12、鉀較多,吸收肥水能力較弱。每種作物根系的殘留物在質(zhì)與量上均有明顯的差異,豆科作物具有根瘤固氮能力,其破裂根瘤、殘枝落葉、分泌物遺留于土壤,有益于間作玉米生長,還可以培肥地力。,系統(tǒng)優(yōu)化是一種指在給定的條件(約束條件)下,根據(jù)系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo),采取一定的手段和方法,使系統(tǒng)的目標(biāo)值達(dá)到最大化(或最小化)。,在給定的條件(約束條件)下; 根據(jù)系統(tǒng)優(yōu)化的目標(biāo);(不同的目標(biāo)對(duì)應(yīng)著不同的優(yōu)化結(jié)果) 采取一定的手段和方法; 目的(使系統(tǒng)的目標(biāo)值達(dá)到最大化或最小化),,案例分析(書P81農(nóng)作物種植系統(tǒng)的優(yōu)化農(nóng)業(yè)間作套種),1、目標(biāo):實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)、增收,提高土地利用率。 案例中,增產(chǎn)增收和提高土地利用率這一目標(biāo)與土

13、地的單位面積農(nóng)作物收益總和之間的關(guān)系就是目標(biāo)函數(shù)。 2、約束條件:農(nóng)作物的生長周期、氣候等因素。 約束條件是對(duì)系統(tǒng)的功能起著限制作用,并且是不能人為調(diào)節(jié)的因素。 3、影響因素:套種的模式、套種的技術(shù)水平、套種的田間管理、病蟲害防治等等。 影響因素是指對(duì)系統(tǒng)的目標(biāo)函數(shù)產(chǎn)生顯著影響,但可以人為調(diào)節(jié)的因素。,,現(xiàn)實(shí)世界的原型,數(shù)學(xué)模型,數(shù)學(xué)結(jié)論,對(duì)原型的分析,,,用數(shù)學(xué)公式、圖表等描述客觀事物的特征模型,稱為數(shù)學(xué)模型。,學(xué)生活動(dòng):閱讀案例,說說該廠每周生產(chǎn)桌子和椅子的數(shù)量分別為多少時(shí),獲得的利潤最大?,為了實(shí)現(xiàn)最大利潤的目標(biāo),要用系統(tǒng)優(yōu)化的方法來安排上面的生產(chǎn),那么影響利潤大小的可調(diào)因素有哪些?

14、 在這個(gè)生產(chǎn)計(jì)劃中,有些條件我們不能改變,也就是問題求解的約束條件。此案例中哪些是約束條件呢?,,優(yōu)化的目標(biāo):獲得最大的利潤,Smax=50X1+60X2,約束條件,(1)4X1+6X2 600(材料),(2)20X1+18X2 400(工時(shí)),(3)X1 8, X2 5,約束條件:材料和勞力的限制及應(yīng)遵守的合同,設(shè) x1 為 每周生產(chǎn)桌子數(shù), x2 為 每周生產(chǎn)椅子數(shù),最優(yōu)解,活學(xué)活用,【案例分析】書P83裝修施工的組織優(yōu)化,(1)、明確問題,設(shè)立目標(biāo),施工項(xiàng)目:教學(xué)樓裝修,施工內(nèi)容:教學(xué)樓A、B、C棟,需要水電、木工、油漆三個(gè)施工過程,每個(gè)施工過程需要3周時(shí)間。,目標(biāo):組織裝修,使裝修工期

15、和資源利用最為合理。,【書本提示】分析:根據(jù)裝修的施工流程、資源利用、空間等要求進(jìn)行分析,可以得到依次施工和平行施工兩種方案,說說它們各自的特點(diǎn)。,(2) 、收集資料,制定方案,方案一:按照施工要求,從A到B到C,依次進(jìn)行施工。,方案二:按照施工要求,A、B、C棟同時(shí)進(jìn)行施工。,依次施工的特點(diǎn): 工期長; 需要水電、木工和油漆各一個(gè)裝修隊(duì)工作; 單位時(shí)間內(nèi)投入的施工設(shè)備、材料較少; 裝修現(xiàn)場(chǎng)的管理較簡單。 平行施工的特點(diǎn): 工期短; 需要水電、木工和油漆各三個(gè)裝修隊(duì)同時(shí)工作; 單位時(shí)間內(nèi)投入的施工設(shè)備、材料成倍增加; 裝修現(xiàn)場(chǎng)的管理較復(fù)雜。,除了這兩種施工方案,你還能想到其他的方案嗎?, , , ,(3) 、分析計(jì)算,評(píng)價(jià)比較,

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