[科普中國]-原理模型

所謂原理模型的綜合，是指在抽象化和理想化的條件下，以反映對象的特性和規(guī)律的概念系統(tǒng)來描述對象的整體結(jié)構(gòu)的一種綜合模型。

典型案例比如，在化學(xué)理論中，對于綜合完成一個認識分子整體的原理模型來說，必須從概念上明確：首先，分子是由哪些性質(zhì)不同的原子或原子團和多少原子組成?其次，原子或原子團間以什么方式相互聯(lián)系和相互作用?原子或原子團的空間排列順序、方向、角度和距離如何?再次，分子在整體上屬于什么結(jié)構(gòu)式?把這些問題的基本概念弄清楚了，一個分子的整體結(jié)構(gòu)的原理模型也就綜合完成了。下面，以CnH2n+2的烷烴系列來看，最簡單的甲烷分子也決不是1個碳原子和4個氫原子的簡單相加，而是一個具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的整體。其中碳原子的核外電子排布不是最低和最穩(wěn)定狀態(tài)的1S2，2S2，2P1x，2Ply的軌道，而是彼此間發(fā)生劇烈的相互作用和相互影響，1個2S電子獲得能量躍遷至2Pz軌道上。

↑ │ ↑ 躍 遷 ↑ │ ↑ │ ↑

2Px 2Py 2Px 2Py 2Pz

↑↓ ↑

2S 2S

這樣，就發(fā)生了一個S軌道與三個P軌道的雜化重疊作用，形成了四個具有新質(zhì)的SP3雜化軌道。四個SP3雜化軌道的軸在空間的取向即相當(dāng)于從正四面體的中心伸向四個頂點的方向，鍵角為109.5o，然后，氫原子的1S軌道又與SP3雜化軌道相重疊，這樣，甲烷分子的結(jié)構(gòu)就是一個正四面體的整體結(jié)構(gòu)了。與此相應(yīng)的甲烷CH4直觀模型如下：

原理模型的群體決策支持系統(tǒng)的分析與改進討論原理模型(DiscussionRationaleModel，DRM）在群體決策支持系統(tǒng)中的應(yīng)用具有重要意義。以系統(tǒng)化的決策過程為背景，對基于DRM進行了分析，并指出了其不足之處。進一步提出了一種改進方法，將討論原理模型與多準(zhǔn)則決策方法相結(jié)合來支持方案的選擇，以支持群體決策過程，具有重要的理論和實際意義。1

DRM的概念討論原理模型(DiscussionRationaleModel，DRM） 在成員之間采取系統(tǒng)化的通信模式，使人們以一種更結(jié)構(gòu)化的、更直接的方式對一些問題交換意見。這種模型對所有討論要素進行分類，歸納成各種預(yù)定義的抽象概念，而各種要素之間的關(guān)系也被歸類到了一系列預(yù)定義的關(guān)系中。DRM還可以有效地支持“獨白”，因為它提供了一個框架對各種意見進行組織。

基于(DiscussionRationaleModel，DRM）將信息的獲取、共享和可視化作為研究重點。不過，從決策的觀點來看，DRM在決策過程中對方案選擇的支持還是很缺乏的。此外，DRM無法對會議計劃的制定和控制進行支持，從而導(dǎo)致DRM對整個會議過程都不能進行控制。這意味著會議可能還是要進行很長時間，而參與者卻可能仍然不能取得一致意見。1

DRM的應(yīng)用基于問題的信息系統(tǒng)（IssueBasedInformationSystemSystem，IBIS）是由（Conklin和Begeman）提出來的一種討論原理模型，包含了三個基本概念 ，即問題（Lssue）、立場（Position）和論證 （Argu-ment）。它們之間由9種預(yù)定義的關(guān)系進行關(guān)聯(lián)。一個問題就表示一個決策問題，立場是對問題的反應(yīng)，或者說是對解決問題的方案進行描述，而論證則對立場進行支持或反對。通常立場都是互相排斥的，必需經(jīng)過最后的群體綜合決策。這三個基本概念相輔相成、互相制約，可以避免討論過程中偏題現(xiàn)象的發(fā)生。而IBIS中的各種關(guān)系雖然有助于更好地定義決策問題并產(chǎn)生解決方案，但在實際應(yīng)用中它們往往又會使討論內(nèi)容偏離主題。為了解決這一問題，可以做出相應(yīng)規(guī)定，每當(dāng)一個問題被另一個問題替換時，就必須初始化一個新的討論過程。

但是，基于DRM的CDSS還是存在著比較明顯的不足之處，那就是缺乏對幫助人們達成一致意見的支持，即不能幫助人們對各種方案進行選擇。所以這一類型的系統(tǒng)更多地被看作是一種會議的“前期支持”，用于在討論過程中減少待討論問題的不確定性和模糊性。1

對基于DRM的CDSS 的一種改進方法通過應(yīng)用DRM，明確了要解決的問題，并針對問題產(chǎn)生了各種解決方案（即Position ），從而完成了決策過程的信息階段和設(shè)計階段。那么接下來就進入了選擇階段，對方案進行分析和評價，并從中選出決策方案。

在群體決策問題中，常包含多個準(zhǔn)則，群體各成員需用多準(zhǔn)則決策方法來對多種方案進行分析評價和選擇。該文提出了一種改進方法，在選擇階段再次運用DRM，并結(jié)合適當(dāng)?shù)亩鄿?zhǔn)則決策方法 （MultiCriteriaDecisionMaking，MCDM），來對方案進行評價和選擇，以支持整個群體決策過程。這樣便在決策過程中兩次運用了DRM ，更直接地體現(xiàn)出DRM的合理性和實用性，同時使系統(tǒng)功能更加完善。1

DRM與MCDM 相結(jié)合在基于DRM的CDSS中，應(yīng)進一步增加對選擇階段的支持，對各方案進行評價，選出能解決問題的決策方案，完善群體決策過程。采用多準(zhǔn)則決策方法，并且將再次使用DRM 。具體到應(yīng)用上，就是采用AHP方法的思想，結(jié)合IBIS模型來確定評估準(zhǔn)則的重要性并對決策方案進行選擇。

大部分的決策問題通常要同時考慮到多個準(zhǔn)則，有些準(zhǔn)則是互補的，而有些準(zhǔn)則卻可能是直接沖突的，但它們都會對決策問題產(chǎn)生或大或小、直接或間接的影響。根據(jù)AHP方法的思想，首先應(yīng)該針對目標(biāo)層的問題對準(zhǔn)則層中各準(zhǔn)則的重要性進行兩兩比較，得到它們的排序權(quán)值，然后再進入到方案層，根據(jù)各準(zhǔn)則的重要性對決策方案進行兩兩比較，在此基礎(chǔ)上對它們進行排序，選出決策方案。1

基于原理模型的導(dǎo)彈故障診斷系統(tǒng)設(shè)計為解決傳統(tǒng)診斷系統(tǒng)知識獲取難、移植性差的問題，提出了基于原理模型的復(fù)雜系統(tǒng)故障診斷方法；以導(dǎo)彈 武器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與行為分析為基礎(chǔ)，應(yīng)用數(shù)字邏輯推演方法，建立系統(tǒng)等效仿真模型，利用期望值與觀測值之間的 沖突迅速確定最優(yōu)搜索路徑方法，研究高效的系統(tǒng)仿真與推理算法，實現(xiàn)了導(dǎo)彈武器系統(tǒng)故障的快速自動診斷。2

等效仿真模型建立按照故障定位到插件板和彈上儀器的要求，將每一個插件板和彈儀器都看作一個部件，并對其進行等效封裝，要求是將復(fù)雜的部件內(nèi)部進行簡單化，同時要保證其邏輯關(guān)系不變，外部定義其輸入IN與輸出OUT，輸入和輸出點的定義位置直接會影響診斷的細致程度，系統(tǒng)通常將輸入與輸出點定義在設(shè)備封裝的外圍，進而保證故障定位到插件板和彈上單臺儀器。2

外部邏輯方程建立外部邏輯方程指各部件等效后的由輸入及輸出之間構(gòu)成的邏輯關(guān)系，通過中間變量實現(xiàn)各獨立部件間約束關(guān) 系的傳遞。外部邏輯方程的建立首先要確立輸入點和輸出點，可將它們看作中間變量，然后根據(jù)各部件之間的邏輯關(guān)系構(gòu)建方程。式中：IN （Qi，j）表示第i個儀器的第l個輸入，OUT （Qi，j）表示第i個儀 器的第j個輸出，J表示節(jié)點向量，Qi表示第i個儀器的內(nèi)部邏輯矩陣。該式為通用表達式，表示一個輸入或多個輸入與儀器內(nèi)部邏輯關(guān)系共同決定輸出，輸入由多個輸出和多個節(jié)點共同決定，這些條件之間也可能是與、或、非的關(guān)系，這要根據(jù)實際的邏輯關(guān)系來決定。2

內(nèi)部邏輯方程建立內(nèi)部邏輯方程指插件板或彈上儀器內(nèi)部的電路在等效后的若干邏輯方程。部件內(nèi)部邏輯關(guān)系的建立，首先要確定部件內(nèi)的每一個控制回路、測量回路和工作回路的邏輯關(guān)系，再以 邏輯關(guān)系為基礎(chǔ)建立邏輯方程。構(gòu)建邏輯方程時，一般以該回路中的器件類為核心，以該器件完成工作的所有條件為邏輯關(guān)系的主體，然后以等號將這兩者聯(lián)系起來，如：

Q1 ={Q1（1），Q1（2），…，Q1（n）}

式中：Q1 表示儀器狀態(tài)，Q1 （k）表示該儀器內(nèi)部的工作狀態(tài)。

其物理意義是以回路的工作條件為依據(jù)，確定該器件是否正常工作，在建立邏輯方程時，必須嚴(yán)格遵守綜合測試中各元件之間的邏輯關(guān)系，遍及整個武器系統(tǒng)。2

對于外部不僅僅是邏輯關(guān)系，還有數(shù)值關(guān)系的情況，例如決定電壓、電流、頻率、脈沖、溫度值、電阻值等參數(shù)值大小的回路，在邏輯仿真基礎(chǔ)上，引進信號參數(shù)傳遞過程，該傳遞過程可簡單的表示為由測量元件，比較元件、中間裝置、執(zhí)行機構(gòu)及反饋補償元件構(gòu)成的基本反饋網(wǎng)絡(luò)，其中各組成元件可看作是一個等效部件。

其物理意義是以回路的工作條件為依據(jù)，確定該器件是 否正常工作，在建立邏輯方程時，必須嚴(yán)格遵守綜合測試中各 元件之間的邏輯關(guān)系，遍及整個武器系統(tǒng)。

當(dāng)系統(tǒng)診斷出輸出端有問題時，就可能認為與決定該輸 出有關(guān)的部件有問題，通過反向推理進一步診斷故障部件，這樣程序驗證時不需要運算儀器內(nèi)部方程，只需要判斷輸入或輸出，如果需要得到詳細結(jié)論，可按內(nèi)部邏 輯方程給出故障原因。2

等效模型封裝集成將基礎(chǔ)等效模型作為一個功能部件，對其進行等效封裝，并保證其邏輯關(guān)系不變，外部定義其輸入與輸出，輸入和輸 出點的定義位置直接影響診斷的細致程度，根據(jù)導(dǎo)彈武器診斷 特點，將輸入與輸出點定義在設(shè)備封裝的外圍，進而保證診斷定位到插件板和單臺儀器設(shè)備。將儀器內(nèi)部的各電路回路形成 的內(nèi)部邏輯方程提取、組合，整個儀器的內(nèi)部電路形成一個網(wǎng) 狀的互相連接的邏輯方程組，封裝后與外部邏輯方程進行邏輯 分析，繼而封裝成儀器模型；同樣，將封裝好的儀器加之各 儀 器之間的外部邏輯方程進行系統(tǒng)封裝，形成系統(tǒng)模型；如此逐 層嵌套集成，形成導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的總模型。2

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

李雪梅 - 副教授 - 西南大學(xué)