系统建模的结构方法
结构化建模
工程领域
在机械、电子、土木等工程领 域，结构化建模用于设计、分 析和优化各种复杂系统。
社会科学
在社会学、心理学等领域，结 构化建模用于研究社会现象和 人类行为。
环境科学
在环境科学领域，结构化建模 用于评估环境影响、预测气候 变化和制定环保政策。
02
结构化建模方法
实体-关系模型
实体
客观存在并可相互区别的事物，可以是具体的人 、事、物，也可以是抽象的概念或联系。
CASE（Computer-Aided Software Engineering，计算机辅助软件工 程）工具是一类支持软件开发过程的软件工具，包括需求分析、设计、 编码、测试等各个阶段。
常见的CASE工具有Enterprise Architect、Visual Paradigm、StarUML 等，它们提供了丰富的建模元素和符号，支持多种UML图的创建和导出 。
实践与应用结合
将学习到的新技术应用到实际工作中 ，通过实践加深理解和掌握程度。
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04
制定学习计划
根据个人和团队的需求，制定合理的 学习计划，分阶段学习和掌握新技术 。
THANK YOU
某银行核心业务系统升级
采用结构化建模技术，对银行核心业务系统进行全面梳理和 分析，提出系统升级方案和实施路径，确保新系统能够满足 银行业务发展和监管要求。
软件工程开发案例
某智能交通管理系统开发
通过结构化建模方法，对交通管理业务流程进行抽象和建模，开发出具备实时监 控、数据分析、预测预警等功能的智能交通管理系统，提高交通管理效率和安全 性。
收集和分析需求
通过访谈、问卷调查、观察等方式收集用户需求，并对需求进行 分析和整理，形成需求文档。
系统工程第三章系统建模方法
聚集性
节点倾向于形成紧密的集群或 社区。
鲁棒性与脆弱性
网络对随机攻击具有鲁棒性， 但对针对性攻击表现出脆弱性。
复杂网络的建模过程
确定网络节点与边 构建网络拓扑结构
分析网络特性 建立网络动态模型
识别系统中的实体作为节点，确定实体间的相互作用或关系作 为边。
根据节点和边的定义，构建网络的拓扑结构，包括节点的连接 关系和边的权重等。
目的
系统建模的主要目的是为了更好地理 解和分析系统的结构和行为，预测系 统的性能，以及为系统的优化设计和 控制提供决策支持。
系统建模的基本原则
准确性原则
模型应能准确地反映实际系统的本质特征和 主要行为。
可操作性原则
模型应具有可操作性和可计算性，以便进行 数值仿真和实验验证。
简明性原则
模型应尽可能地简单明了，避免不必要的复 杂性和冗余信息。
数据流图
使用数据流图描述系统中数据的流动和处理过程， 清晰地表达系统功能和数据之间的关系。
3
数据字典
对数据流图中的每个元素进行详细定义和描述， 形成数据字典，为系统分析和设计提供准确的数 据基础。
结构化设计方法
模块化设计
01
将系统划分为若干个功能模块，每个模块完成特定的功能，模
块之间通过接口进行通信。
多态是指允许使用父类类 型的指针或引用来引用子 类的对象，并可以在运行 时确定实际调用的子类对 象的方法。
面向对象的建模过程
识别对象
从问题领域中识别出实体和概念，将它们抽 象为对象。
定义类
根据对象的共同特征定义类，包括类的属性 和方法。
建立类之间的关系
通过继承、关联、聚合等方式建立类之间的 关系，形成类的层次结构。
系统建模的原理与方法
系统建模的原理与方法随着大数据和信息时代的到来，系统分析和建模扮演了越来越重要的角色。
而系统建模则是解决问题和优化问题的重要手段。
那么系统建模是什么？它有哪些原理和方法呢？本文将会就此问题进行深入探讨。
一、什么是系统建模？系统建模是指根据具体问题和要求，利用适当的数学方法、图形方式、模拟方法及工具软件等手段，将研究对象的内在联系、性质、结构、特征、规律等方面抽象出来，并进行描述、分析、说明和预测的过程。
系统建模的结果可以是一个理论模型、实际模型、仿真模型，也可以是决策模型等多种形式，以期有效实现对目标系统的研究和控制。
系统建模常用于实际问题的分析和求解，它被广泛地应用在工科、管理、经济、社会科学等领域，如金融风险管理、市场分析、质量控制、环境管理、物流优化等。
二、系统建模的原理系统建模中的原理主要包括系统思考、系统论、模型理论、信息论和控制论五个方面。
1. 系统思考系统思考主要考虑整个问题背景，了解相关的因素和变量以及它们之间的复杂关系。
在系统建模过程中，则需要考虑各种因素的作用和相互作用，理清各种逻辑关系。
2. 系统论系统论是指把研究对象看成一个有机的整体，强调系统的整体性、动态特性和层次性。
在系统建模过程中，则需要通过分析主要成分，确定系统的决策指标，以便准确了解问题的本质。
3. 模型理论模型理论则是指利用数学和逻辑等方法来描述研究对象的本质和规律。
在系统建模过程中，则需要通过寻找合适的模型来描述问题，管理和预测相关数据。
4. 信息论信息论主要是研究信息的生成、存储、传输、处理和利用等方面的问题。
在系统建模中，信息论可以帮助人们分析各种信息的传输过程，提高信息的获取和利用效率。
5. 控制论控制论则是指控制和改进系统状况的方法和技术。
在系统建模过程中，则需要通过采用各种控制策略来调节研究对象的状态和特性，以改善其运行效果。
三、系统建模的方法在系统建模中，可以采用的方法包括因素分析法、层次分析法、结构方程模型、马尔可夫模型、差分方程模型等多种方法。
第4章系统建模的结构方法
如果R(tu ) R(t v ) 则元素t u 和 t v属于同一区域；否则元素和属于不 同区域。经过这样运算后的集合N就叫做区域分解， 1 ( N ) P 可以写成 1, P 2 ,, P m 式中，是m区域数。
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4.1.2 可达矩阵的分解 ——结构模型的建立
图4-1 有向图
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4.1.1 有向图、邻接矩阵、可达矩阵
邻接矩阵 除了用图表示系统结构外，还可以使用 与有向图相对应的矩阵来表示系统结构，其 中最直接的一种称为邻接矩阵。其定义如下
X [ xij ]
式中，
i点指向点 j； 1, 如果有一条边出自 xij i点指向点 j。 0, 如果没有边出自
系统工程 第四章 系统建模的结构方法
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本章学习目标
1. 解析结构模型建模 2. 系统动力学建模原理与步骤 3. 系统动力学建模的基本工具
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章节框架
4.1 解析结构模型 4.2 系统动力学建模 本章小结 思考与练习题
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4.1.1 有向图、邻接矩阵、可达矩阵
可达矩阵 可达矩阵（R）是用矩阵形式来反映有向 图各节点之间，通过一定路径可以到达的程 度。可达矩阵可以用邻接矩阵（X）加上单位 矩阵（I），经过一定运算后求得。即先将X 加上I ，得到一新的矩阵 X 1 X I ，其中， 若 X 1中的元素 xij 为1，即表示从节点 i 到 j 就 就节点可以直接到达。
式中，是由可达矩阵中第行中所有矩阵元素 为1的列所对应得要素组成；是由矩阵中第列中的 所有矩阵元素为1的行所对应得要素组成。
软件系统的建模的方法和介绍
软件系统的建模的方法和介绍软件系统建模是将现实世界中的问题抽象表示为计算机能够理解和处理的形式的过程。
它是软件开发过程中的关键步骤之一，可以帮助开发团队更好地理解问题领域，并以一种可视化的方式来描述系统的结构和行为。
下面将介绍几种常见的软件系统建模方法。
1. 面向对象建模方法：面向对象建模是一种基于对象的方法，它将问题领域分解为多个独立的对象，并描述它们之间的关系和行为。
常用的面向对象建模方法包括UML（统一建模语言）和领域模型（Domain Model）等。
UML是一种广泛应用的面向对象建模语言，它提供了用于描述系统结构、行为和交互的图形符号和语法规则。
2. 数据流图（Data Flow Diagram, DFD）建模方法：数据流图是描述软件系统中数据流动的图形化工具。
它将系统分解为一系列的功能模块，通过数据流和处理过程之间的关系来描述系统的结构和行为。
数据流图主要包括外部实体、数据流、处理过程和数据存储等基本元素。
3.结构化建模方法：结构化建模是一种基于流程的建模方法，它主要通过流程图和结构图来描述系统的结构和行为。
流程图用于描述系统中的控制流程和数据流动，结构图用于描述系统中的数据结构和模块关系。
常见的结构化建模方法包括层次图、树形图和PAD（程序设计语言图）等。
4.状态图模型：状态图是一种描述系统状态和状态转换的图形化工具。
它主要包括状态、转移和事件等元素，用于描述系统中的各种状态及其变化过程。
状态图可以帮助开发团队清晰地理解系统的状态转换规则和事件响应机制。
5.时序图和活动图：时序图和活动图是UML中的两种重要建模方法。
时序图主要用于描述对象之间的交互和消息传递顺序，而活动图主要用于描述系统中的活动和操作流程。
这两种图形化表示方法可以帮助开发团队更好地理解系统的动态行为和操作流程。
除了上述几种常见的建模方法，还有很多其他的建模方法可供选择，如数据建模、用例建模、业务流程建模等。
不同的建模方法适用于不同的场景和应用需求，开发团队可以根据具体情况选择最合适的建模方法进行系统建模。
常用系统建模方法
概念建模的步骤
01
02
03
04
确定系统边界
明确系统的范围和主要 功能，确定建模的目标 和重点。
定义实体
根据系统需求，识别系 统的实体（如对象、组 件、模块等），并定义 它们的基本属性和行为。
建立关系
分析实体之间的关联和 相互作用，建立实体之 间的关系模型，如聚合、 组合、依赖等。
形成概念模型
将实体和关系整合成一 个完整的概念模型，使 用图形化工具（如概念 图、类图等）进行表示 和展示。
结构建模可以为决策者提供支持和参 考，帮助他们更好地制定和实施决策。
预测和优化
通过结构建模，我们可以预测系统的 行为和性能，并对其进行优化和改进， 从而提高系统的效率和性能。
结构建模的步骤
确定建模目标
明确建模的目的和目标，确定需要解决的问 题和要达到的目标。
确定系统边界
确定系统的范围和边界，明确系统的输入和输 出以及与外部环境的关系。
提高可重用性
面向对象建模的封装性和继承性使得代码更 加模块化，提高了代码的可重用性。
面向对象建模的步骤
确定类和对象
首先需要确定系统中的类和对象，以及它们 之间的关系。
定义属性
为每个类定义属性，描述对象的属性和状态。
定义方法
为每个类定义方法，描述对象的行为和功能。
建立类与类之间的关系
包括继承、聚合、关联等关系，描述类之间 的依赖和交互。
预测系统性能
基于行为建模，可以对系统的性 能进行预测，从而为系统优化和 改进提供依据。
沟通与协作
行为建模是一种通用的语言，有 助于不同领域的人员之间进行有 效的沟通和协作。
行为建模的步骤
定义对象和状态
行为级建模和结构化建模
行为级建模和结构化建模解读一、行为级建模行为级建模是一种系统建模方法，它主要关注系统的动态行为和交互。
这种建模方法特别适合于模拟和分析实时、嵌入式系统。
行为级建模具有以下几个主要特点：1. **重点在动态行为**：行为级模型的主要目标是捕获系统的动态行为，例如系统的响应时间和性能等。
这使得它成为对实时和嵌入式系统进行模拟和性能分析的理想选择。
2. **关注交互**：行为级建模强调系统各部分之间的交互，以及这些交互如何影响系统的整体行为。
这种交互可以包括硬件与硬件、硬件与软件、软件与软件之间的交互。
3. **抽象层次高**：虽然行为级模型详细描述了系统的动态行为，但它通常在一个相对高的抽象层次上工作，以便更有效地理解和分析系统。
这意味着模型可能会忽略一些细节，以简化模型并突出主要的行为特性。
4. **支持多种分析**：由于行为级模型关注动态行为，它可以支持多种分析，如性能分析、可靠性分析、控制系统分析和能源消耗分析等。
二、结构化建模结构化建模是一种更传统的系统建模方法，其重点是系统结构和组成部分之间的关系。
结构化建模主要基于自上而下的设计原则，将系统分解为更小的、更易于管理的部分。
以下是结构化建模的一些关键特点：1. **关注系统结构**：结构化模型强调系统的组成和各部分之间的关系。
这有助于更好地理解系统的整体结构和功能。
2. **分解和模块化**：结构化建模通常将系统分解为多个模块或组件，每个模块执行特定的功能。
这有助于简化设计和分析过程。
3. **顺序和流程**：在这种方法中，通常强调模块之间的顺序和流程关系，而不是并行或并发关系。
4. **强调因果关系**：结构化模型强调事件之间的因果关系，而不是实时交互或并发行为。
5. **易于理解和分析**：由于结构化模型通常更简单、更直观，因此更容易理解和分析。
这对于初步的系统设计阶段尤其有用。
总结：行为级建模和结构化建模是两种不同的系统建模方法，各有其优点和适用场景。
论软件系统建模方法及其应用
论软件系统建模方法及其应用软件系统建模是软件开发过程中的重要步骤，它能够帮助开发人员更好地理解和描述软件系统的结构、行为和功能。
本文将就软件系统建模的方法和其应用进行讨论。
一、软件系统建模方法1. 面向对象建模方法面向对象建模是目前最常用的软件系统建模方法之一。
它以对象为中心，通过识别和定义对象的属性、行为和关系来描述软件系统。
面向对象建模方法具有可重用性高、易于维护和扩展的优点，因此得到了广泛应用。
2. 数据流程图（DFD）方法数据流程图是一种基于流程的建模方法，通过图形化的方式描述系统中的数据流动、处理和存储。
DFD方法直观地展现了系统的流程，有助于发现系统中可能存在的问题和矛盾。
3. 状态图方法状态图方法主要用于描述系统中对象的状态转换和行为。
它通过有限状态机的方式，展现了对象在不同状态下的行为以及状态之间的转换条件。
状态图方法对于描述软件系统中复杂的状态变化非常有用。
4. 数据库模型方法数据库模型方法主要用于描述软件系统中的数据结构和关系。
它通过数据模型的方式，定义了软件系统中的实体、属性和关系，为开发人员提供了数据层面的建模工具。
数据库模型方法能够有效地管理和组织系统中的数据。
二、软件系统建模方法的应用1. 需求分析和规格说明软件系统建模方法可以帮助开发人员更好地理解用户的需求，并将其转化为具体的系统设计。
通过建立模型，开发人员可以更准确地捕捉需求，并生成详尽的规格说明文档，保证系统开发的准确性和完整性。
2. 功能设计和优化软件系统建模方法能够帮助开发人员对系统的功能进行合理设计和优化。
通过分析和建模系统的行为和结构，开发人员可以有效地发现潜在的问题和优化点，并进行相应的调整和改进，提高系统的性能和用户体验。
3. 系统集成和测试软件系统建模方法在系统集成和测试阶段也发挥着重要作用。
通过建立模型，开发人员可以清晰地了解系统各个模块之间的依赖关系和数据流动情况，从而更好地进行集成测试和功能测试，确保系统的稳定性和可靠性。
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4.1.2 可达矩阵的分解 ——结构模型的建立
通过对可达矩阵的分解，即可求解系统 的结构模型。其分析步骤和方法是：①区域 分解（分块对角化）即把元素分解成几个区 域，不同区域间的元素相互之间是没有关系 的；②级间分解，即对属于同一区域内的元 素进行分级分解；③建立递阶结构模型。
4.1 解析结构模型
4.1.1 有向图、邻接矩阵、可达矩阵 4.1.2 可达矩阵的分解——结构模型
的建立
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4.1.1 有向图、邻接矩阵、可达矩阵
有向图 在系统中，用点表示事物，用点与点之
间的有向线段表示事物之间的联系，所作出 的抽象图称为有向图，如下图所示。
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分解结果写成
(P)L1,L2, ,Ll
式中，l表示级数；L1 表示第一级；L l 表 示最后一级。
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4.1.2 可达矩阵的分解
——结构模型的建立
建立递阶结构模型
经过上面的分解，就可以构成系统的结构模型。 以图4-1为例：
（1）通过区域分解，将可达矩阵分解为两个区域 {3，4，5，6}和{1，2，7}。
可以写成
1(N )P 1,P 2, ,P m
式中，是m区域数。
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4.1.2 可达矩阵的分解 ——结构模型的建立
级间分解 级间分解就是将系统划分成不同级（层）
次。级间分解在每一区域内进行， 设 L0 , j1，按以下步骤反复进行运算。 （1）L j { n i P L 0 L 1 L j 1 |R j 1 ( n i ) A j 1 ( n i ) R j 1 ( n i )} 这里 R j 1 ( n i) { n j P L 0 L 1 L j 1 |r i j1 }
强连接关系，构成回路。
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4.2 系统动力学建模
4.2.1 系统动力学的方法论 4.2.2 建模原理与步骤 4.2.3 建模的基本工具 4.2.4 模型的基本模块
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4.2.1系统动力学的方法论
结构、功能双模拟 系统动力学对应实际系统的构摸和模拟是从系
（2）通过级间分解，第一区域的要素分在三个级 内。第一级要素为 L1 {5}，第二级要素 为 L2 {4.6}，第三级要素为L3 {3}。同样,为第二 区域进行分级后可得第一级要素为L1 {1}，第二 级要素为 L2 {2} ，第三级要素为 L3 {7} 。
（3）将可达矩阵按级别变位后，可以得到4和6是
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4.1.1 有向图、邻接矩阵、可达矩阵
可达矩阵 可达矩阵（R）是用矩阵形式来反映有向
图各节点之间，通过一定路径可以到达的程 度。可达矩阵可以用邻接矩阵（X）加上单位 矩阵（I），经过一定运算后求得。即先将X 加上I ，得到一新的矩阵 X1XI ，其中， 若 X 1 中的元素 x ij 为1，即表示从节点 i 到 j 就 就节点可以直接到达。
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4.1.2 可达矩阵的分解 ——结构模型的建立
区域分解 将共同集合T定义如下
T { n i N |R ( n i) A ( n i) A ( n i)}
今有属于共同集合的任意两个元素 t u 、t v ，
如果R(tu)R(tv)
则元素t u 和t v属于同一区域；否则元素和属于不 同区域。经过这样运算后的集合N就叫做区域分解，
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4.2.1系统动力学的方法论
基本信息反馈结构
所谓基本信息反馈结构是指组成一个系 统动力学模型所必须具有单元，单元类型以 及单元间最简单的联结。系统动力学认为， 一个即便是最简单的动力学系统，也必须由 单元、单元的运动和信息反馈三大方面的因 素组成（见图4-2） 。其中单元是系统赖以 存在的实在基础；单元的运动反应系统的变 化、发展的动力学行为；信息反馈描述了系 统内部自我调节的作用机制。
统的结构和功能两方面同时进行的。系统的结构是 指系统所包含的各单元以及各单元之间的相互作用 与相互关系。而系统功能是指系统中各单元本身及 各单元之间相互作用的秩序、结构和功能，分别表 征了系统的组织和系统的行为，它们是相对独立的， 又可以在一定条件下互相转化。所以在系统模拟时 既要考虑到系统结构方面的要素，又要考虑到系统 功能方面的因素，才能比较准确地反映出实际系统 的基本规律。
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4.1.2 可达矩阵的分解 ——结构模型的建立
区域分解
所谓区域分解就是要把系统分为有关系的几个 部分或子部分。
在可达矩阵中，可将元素组成可达性集合和先 行集合，并定义如下
R (ni){nj N|ri j1 }
A (ni){nj N|rji1 }
式中，是由可达矩阵中第行中所有矩阵元素 为1的列所对应得要素组成；是由矩阵中第列中的 所有矩阵元素为1的行所对应得要素组成。
图4-1 有向图
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4.1.1 有向图、邻接矩阵、可达矩阵
邻接矩阵 除了用图表示系统结构外，还可以使用
与有向图相对应的矩阵来表示系统结构，其 中最直接的一种称为邻接矩阵。其定义如下
X [xij]
式中，
1, 如果有一条i点 边指 出向 自 j； 点 xij 0, 如果没有边 i点出 指自 向j。 点
系统工程
第四章 系统建模的结构方法
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本章学习目标
1. 解析结构模型建模 2. 系统动力学建模原理与步骤 3. 系统动力学建模的基本工具
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章节框架
4.1 解析结构模型 4.2 系统动力学建模 本章小结 思考与练习题
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A j 1 ( n i) { n j P L 0 L 1 L j 11.2 可达矩阵的分解 ——结构模型的建立
级间分解
（2）当时{PL0L1 Lj}0，则分解完毕。
反之，如
{ P L 0L 1 L 时j} ，0则把j+1当
作j返回步骤（1）在重新进行运算。最后把