第5章-模型库与其管理系统课件.ppt
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- 模型库 与其 管理 系统 课件
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1、11、模型与模型库的基本概念 模型法模型法是认识客观世界的三种方法(逻辑推理、是认识客观世界的三种方法(逻辑推理、实验方法、模型法)之一;实验方法、模型法)之一;p客观世界的实际系统极其复杂的客观世界的实际系统极其复杂的p建模要抓住本质属性和因素建模要抓住本质属性和因素p模型比客观时间更简单、更抽象模型比客观时间更简单、更抽象 1.1 1.1 模型的概念模型的概念2 一切客观存在的事物及其运动形态统称为一切客观存在的事物及其运动形态统称为实体实体。实体是一个复杂的对象、过程或系统。实体是一个复杂的对象、过程或系统。 为了理解、研究实体,人们总是把自己对客观实为了理解、研究实体,人们总是把自己对
2、客观实体的观测及认识加以组织,形成概念体系,这种概念体的观测及认识加以组织,形成概念体系,这种概念体系被称为模型。体系被称为模型。 模型模型(Model)(Model)是以某种形式对一个系统的本质属是以某种形式对一个系统的本质属性的抽象描述,以揭示系统的功能、行为及其变化规性的抽象描述,以揭示系统的功能、行为及其变化规律。律。3 在决策活动中,实体就是所要解决的问题及在决策活动中,实体就是所要解决的问题及该问题的环境。决策模型就是对问题状态和相应该问题的环境。决策模型就是对问题状态和相应对策方案之间关系的描述。对策方案之间关系的描述。 模型是研究复杂实体的一种手段,利用这一模型是研究复杂实体的
3、一种手段,利用这一手段,可以认识实体的本质和规律,以改造、适手段,可以认识实体的本质和规律,以改造、适应和推动实体的发展。应和推动实体的发展。 复合模型由多个子模型组成,子模型本身又复合模型由多个子模型组成,子模型本身又可分解成几个更小的模型,小到不能再分的模型可分解成几个更小的模型,小到不能再分的模型称为称为原子模型原子模型。4(1)模型比现实世界容易操作)模型比现实世界容易操作(2)容易理解实际问题)容易理解实际问题(3)易于抓住事物的发展规律)易于抓住事物的发展规律(4)降低成本)降低成本(5)可以找出系统的影响因素)可以找出系统的影响因素模型特点模型特点:数学模型数学模型 表现形式为:
4、表现形式为:方程方程、算法算法和和程序程序。计算机。计算机中采用模型程序形式,用中采用模型程序形式,用数值计算语言数值计算语言编制。编制。数据处理模型数据处理模型 对数据库中数据的处理,数据处理模型的对数据库中数据的处理,数据处理模型的基本工作为对数据的基本工作为对数据的选择选择、投影投影、旋转旋转、排序排序和和运算运算等。用等。用数据库语言数据库语言编制。编制。模型库中模型的种类及其表示模型库中模型的种类及其表示图形、图象模型图形、图象模型 主要用于主要用于人机交互人机交互 图形模型图形模型表示为:表示为:向量数据向量数据形式或形式或绘图程序绘图程序形式形式 图象模型图象模型表示为:表示为:
5、点阵数据点阵数据形式形式报表模型报表模型 人机交互的输出形式人机交互的输出形式 报表模型表示为:报表模型表示为:程序形式程序形式智能模型智能模型 主要是人工智能的专家系统,通过知识推理达到主要是人工智能的专家系统,通过知识推理达到专家解决问题的能力。专家解决问题的能力。7(1 1)农业模型概念)农业模型概念: :就是仿各种农业物体或农业过就是仿各种农业物体或农业过程的一种替代物。如:程的一种替代物。如:实物模型实物模型(作物或昆虫标本、农机具样品)(作物或昆虫标本、农机具样品)图形模型图形模型(作物、病虫害图片,或作物生长过程中的图片)(作物、病虫害图片,或作物生长过程中的图片)数学模型、计算
6、机模型数学模型、计算机模型。 实质实质是将数据转换成辅助决策信息的工具,人是将数据转换成辅助决策信息的工具,人们通过对模型的认识来增加对农业生产过程的理解。们通过对模型的认识来增加对农业生产过程的理解。 建立模型绝不能考虑所有因素和属性,否则,建立模型绝不能考虑所有因素和属性,否则,不但不能解决实际问题,反而把问题搞复杂化。不但不能解决实际问题,反而把问题搞复杂化。1.2 农业模型的概念、分类和特点(2)农业模型的分类 12(3) 农业模型的特点农业模型的特点:农业模型的特点:(1)(1)复杂性和多元性;复杂性和多元性; 指农业生产的复杂性与影响因素的多样性,建立的模指农业生产的复杂性与影响因
7、素的多样性,建立的模型也是复杂的、多样的。型也是复杂的、多样的。(2)(2)整体性和系统性;整体性和系统性; 既使一个较小规模的农业模型,如作物病虫害的模型,既使一个较小规模的农业模型,如作物病虫害的模型,也应完整地考虑与该病害有关的农业生物(子系统)、农也应完整地考虑与该病害有关的农业生物(子系统)、农业环境(子系统)、农业技术(子系统)和农业社会经济业环境(子系统)、农业技术(子系统)和农业社会经济(子系统)。(子系统)。13(3)(3)动态性和阶段性;动态性和阶段性; 是指动植物生长发育的过程是随时间而变化的;作物从是指动植物生长发育的过程是随时间而变化的;作物从播种到收获,畜禽从出生到
8、死亡,都会经历必需的阶段。播种到收获,畜禽从出生到死亡,都会经历必需的阶段。(4)(4)连续性和离散性;连续性和离散性; 农业过程的动态性,决定了农业模型农业过程的动态性,决定了农业模型本质上是连续的本质上是连续的。但在实际建模时,农业过程驱动因子都是离散地输入(按日但在实际建模时,农业过程驱动因子都是离散地输入(按日或按小时),因此或按小时),因此形式上是离散性的形式上是离散性的。(5)(5)确定性和随机性;确定性和随机性; 农业过程其本质是随机性的,这首先是由于农业气象因农业过程其本质是随机性的,这首先是由于农业气象因子的影响很大,而气象是变化的,是随机性的。但在一定条子的影响很大,而气象
9、是变化的,是随机性的。但在一定条件下,农业模型可以用确定性的形式来表达。件下,农业模型可以用确定性的形式来表达。142、模型的构建技术2.1 2.1 建模方法面临的主要问题建模方法面临的主要问题:(1 1)数据难以获取,或不能满足建模的需要;)数据难以获取,或不能满足建模的需要;(2 2)由模型计算出的模拟值与实测值之间的差异)由模型计算出的模拟值与实测值之间的差异有时很大;有时很大;(3 3)复杂的、综合性强的作物或生长过程,建模)复杂的、综合性强的作物或生长过程,建模工作十分困难;工作十分困难;152.1 建模方法面临的主要问题(4 4)管理人员难于理解大型的复杂模型,因此往)管理人员难于
10、理解大型的复杂模型,因此往往也就不相信这种模型,也就不愿意接受由其产生往也就不相信这种模型,也就不愿意接受由其产生的建议或方案。的建议或方案。(5 5)简单的模型可以模拟复杂的问题,但增加了)简单的模型可以模拟复杂的问题,但增加了决策者的决策难度,模型并没有起多大作用。决策者的决策难度,模型并没有起多大作用。(6 6)传统建模方法没有与决策过程充分交互。)传统建模方法没有与决策过程充分交互。 总之,传统的建模过程只能给决策提供有限的总之,传统的建模过程只能给决策提供有限的帮助,并不能使决策者满意。帮助,并不能使决策者满意。162.2 模型的建立农业模拟模型研制的步骤:农业模拟模型研制的步骤:模
11、型选择与系统定义模型选择与系统定义资料获取与资料获取与算法构建算法构建模块设计与模型实现模块设计与模型实现模型检验与改进模型检验与改进 工作的重点和难点工作的重点和难点是在深入解析和科学把握系统内是在深入解析和科学把握系统内涵与特征的基础上,研究和建立农业模拟模型的算法结涵与特征的基础上,研究和建立农业模拟模型的算法结构。构。172.2模型的建立(1 1)模型选择与系统定义)模型选择与系统定义RadiationTemperatureLeachingImmobilizationMineralizationC & NUptakeFertilizationVolatisationConceptual
12、 model of crop-soil systemTranspirationIrrigationRainEvaporationDrainageCapillary riseUptakeH2O2)2)算法构建算法构建 120020012002GDDGDDcbGDDaGDDSLAP6 .1 LAINEFFWlvSLALAIpi 小麦发育阶段对环境温度和日长小麦发育阶段对环境温度和日长及品种春化要求和光周期敏感性的反应及品种春化要求和光周期敏感性的反应 发发 育育 阶阶 段段 二棱期二棱期 顶小穗形成期顶小穗形成期 抽穗期抽穗期 参数参数 变幅变幅* (天数)(天数) 温度温度(C)-2 +25 +
13、10 +10 +2 -14 -15 -11 日长(日长(h)-2+10 +6 +4 +2-7 -5 -4 春化要求春化要求-10-9 -3 -2 +10 +8 +3 +1 光周期敏感性光周期敏感性 -0.002 -9 -5 -4 +0.002 +9 +5 +3 *以小麦在南京种植为模拟对照,春化要求天数为以小麦在南京种植为模拟对照,春化要求天数为20天,光周期敏感性为天,光周期敏感性为0.004 校正校正校正是校正是调整模型的参数和关系调整模型的参数和关系,使得模型符合模拟者特定的环境和,使得模型符合模拟者特定的环境和资料参数资料参数, ,主要检验模型系统的综合表现及对综合变量的反应。主要检验
14、模型系统的综合表现及对综合变量的反应。核实核实核实是指决定模型是否适用于模型研制以外的完全独立的资料,是核实是指决定模型是否适用于模型研制以外的完全独立的资料,是多年、多点、多试验观测值与模拟值的比较。多年、多点、多试验观测值与模拟值的比较。可采用如下方法:可采用如下方法:27 9 9 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 3 3 0 0 1 1 5 5 0 0 1 1 7 7 0 0 1 1 9 9 0 0 9 9 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 3 3 0 0 1 1 5 5 0 0 1 1 7 7 0 0 1 1 9 9 0 0 观测值观测值 模拟值模拟值 。 29 模型的组合
15、基本方法,用逻辑形式表示有:模型的组合基本方法,用逻辑形式表示有:模型间的关系为模型间的关系为“与与”(and)关系关系 例如例如“模型模型1 and 1 and 模型模型2 2”模型间的关系为模型间的关系为“或或”(or)关系关系 例如例如“模型模型3 or 3 or 模型模型4 4”模型间的关系为组合模型间的关系为组合“闭包闭包”(and|or)+ 关系关系 例如例如“模型模型1 and1 and模型模型2 2”oror“模型模型3 and 3 and 模型模型4 4”(5)模型组合技术)模型组合技术1) 模型组合方法模型组合方法模型的三种程序组合方式模型的三种程序组合方式 1) 模型组合
16、方法模型组合方法32模型组合的嵌套方法模型组合的嵌套方法 pACsBDEq1) 模型组合方法模型组合方法33 模型程序是用计算机语言编制该模型算法程序模型程序是用计算机语言编制该模型算法程序 一个模型可能使用不同的数据为不同的用户服务一个模型可能使用不同的数据为不同的用户服务 模型使用的数据可以是数据文件,也可是是数据模型使用的数据可以是数据文件,也可是是数据库库 模型一般通过调用来运行,一般遵循单入口单出模型一般通过调用来运行,一般遵循单入口单出口的原则口的原则 调用模型的语言和编写模型程序的语言可以不同调用模型的语言和编写模型程序的语言可以不同2)模型组合程序设计)模型组合程序设计34 在
17、计算机中,可以认为一个模型是由许多程序模块组成。模型间就可能存在彼此组合对方的程序模块的情况。 在决策支持系统中,在决策支持系统中,模型模型存放在存放在模型库中模型库中,数数据据存放在存放在数据库中数据库中,而,而控制模型控制模型的运行则在的运行则在综合部综合部件件中。中。 这就构成了一种这就构成了一种特殊的调用关系特殊的调用关系,即控制模型,即控制模型在综合部件,模型运行在模型部件中,存取的数据在综合部件,模型运行在模型部件中,存取的数据在数据部件中。在数据部件中。 2)模型组合程序设计)模型组合程序设计35 在在综合部件综合部件中由控制程序发出中由控制程序发出运行命令运行命令,并将,并将运
18、行权交给模型库中的运行权交给模型库中的模型进行运行模型进行运行。 运行时调用数据库中的运行时调用数据库中的数据数据1,模型运行完成,模型运行完成后将数据送入数据库中后将数据送入数据库中数据数据2,并将控制权,并将控制权交回交回给给综合部件中控制程序的综合部件中控制程序的“下步操作下步操作”。 2)模型组合程序设计)模型组合程序设计 决策支持系统模型程序运行图决策支持系统模型程序运行图Run模型名模型名模型模型数据数据1数据数据2综合部件综合部件模型库模型库数据库数据库下步操作2)模型组合程序设计)模型组合程序设计DW=300GDD+100 模型组合顺序结构运行图示RunRun模型模型A A名名
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