解释结构模型ISM及其应用共31页文档
解释结构模型(ISM)
要素集合 M-L1
M-L1-L2
层次划分
si
P(si)
Q(si)
P(si)∩Q(si)
层次
2
2
2,3,6,7,8,9
2
3
2,3
3,6,7,8,9
3
5
5
5,6,7,8,9
5
6
2,3,5,6
6
6
L2={s2,s5}
7
2,3,5,7,8,9
7
7
8
2,3,5,8,9
7,8,9
8
9
2,3,5,8,9
7,8,9
7
1,2,3,4,5,7,8,9
8
1,2,3,4,5,8,9
9
1,2,3,4,5,8,9
L1={s1,s4}
Q(si)
1,2,3,6,7,8,9 2,3,6,7,8,9 3,6,7,8,9 4,5,6,7,8,9 5,6,7,8,9 6 7 7,8,9 7,8,9
P(si)∩Q(si)
1 2 3 4 5 6 7 8,9 8,9
机场陆侧衔接系统
邻接矩阵
对于一个有向图，我们可以用一个m×m方形矩阵来表示。m为系统要 素的个数。矩阵的每一行和每一列对应图中一个节点（系统要素）。 规定：
aij
1 0
当Si对S j有影响 当Si对S j无影响
邻接矩阵
可达矩阵
如果系统A满足条件：
( A I ) k1 ( A I )k ( A I )k1 M
如果 Psi Qsi Psi ，则 si为当前的最高级要素
层次划分： 先找出符合以上条件的最高级要素，将他们从缩减可达矩阵 中划去，然后再找到新矩阵中的最高级要素，这样层层递进 就可以将影响因素划分层次。
第二讲 解释结构模型及其应用
关系：某门课对另一门课有用 例：工程数学对自动控制理论1有用
符号表示：
14
28
9
问题： 1、如何理清所有的关系？ 2、如何表示所有的关系？
10
表示方法：（一组项目优劣关系）骨架图 7 15
11
6
9
8
14 16 10 12
1,2,3,4,5
17
13
11
城市综合发展
经济发展水平 宏观经 资源 济发展 利用率
1 0 0 1 0 1 1 0
8
1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1
26
结论
R I A A A
2
n 1
R ( I A)
n 1
27
简单证明：
( I A) ( I A) ( I A)
2
I A A A I A A
2
3 2
2
( I A) ( I A) ( I A) ( I A A ) ( I A)
2 1 4
24
3
若通道长大于n-1，通道中必有环
2 1 4 3
去掉环后的通道还是完整的通道
25
1.1.2
可达矩阵
1 1 I 1 1
R I A A A
2 k
只要变量间存在通道，R的相应元素为1 若变量间不存在通道，R的相应元素为0
4
4
7
7
1解释结构模型ISM及其应用
从可达性矩阵各元素是 1 还是 0 很容易进 行关系划分。
关系划分可以表示为：
14
2、区域划分 2 ( S )
区域划分将系统分成若干个相互独立的、 没有直接或间接影响的子系统。
可达集 先行集 底层单元集（初始集，其中元素具有此性质： 不能存在一个单元只指向它而不被它所指向。）
15
对属于初始集B的任意两个元素 t、t′，如果可能指 向相同元素 这种划分对经济区划分、行政区、 R( t )∩R( t′)≠φ 功能和职能范围等划分工作很有 意义。 则元素 t 和 t′属于同一区域； 反之，如果 t、t′不可能指向相同元素 R( t )∩R( t′)=φ 则元素 t 和 t′属于不同区域。 这样可以以底层单元为标准进行区域的划分。 经过上述运算后，系统单元集系统就划分成若干区 域， 可以写成 π2(S)={P1,P2,…,Pm}， 其中m为区域数。
34
7
6
5
4 3
1
2
图4-2
35
1 1 2
2
3
4
5
6
7
1 1 0 0 0 0 1
0 1 0 0 0 0 1
0 0 1 0 0 0 0
0 0 1 1 0 1 0
0 0 1 1 1 1 0
0 0 1 1 0 1 0
0 0 0 0 0 0 1
3
M= 4 5 6 7
36
1.区域划分
为对给出的与图4-5所对应的可达矩阵进行区域划分，可列出任一要 素Si(简记作i，i=1，2，…，7)的可达集R(Si) 、先行集A(Si) 、共同 集C (Si)，并据此写出系统要素集合的起始集B(S)，如表4-1所示：
18
R(e3 ) ? A(e3 )
ism模型
ISM模型ISM模型，即 Interpretive Structural Modeling，是一种系统性的分析方法，旨在揭示事物之间的相互作用关系和结构。
该模型可以帮助理解和解释事物之间的因果关系，为决策提供可靠的依据。
ISM模型的应用领域广泛，涵盖了管理、工程、经济、社会科学等多个领域。
下面将对ISM模型的原理和应用进行详细介绍。
ISM模型的原理ISM模型主要基于图论、系统论和结构方程等理论，通过对事物之间的相互影响和作用关系进行分析，抽象出事物的结构性关系。
ISM模型的核心思想是将事物分解成不同的元素，并通过建立元素之间的关系来描绘事物的整体结构。
ISM模型的建模过程包括以下几个步骤：1.确定元素：首先确定要分析的事物和元素，将事物分解成可操作的元素。
2.建立关系：确定元素之间的关系，包括因果关系、影响关系等。
3.构建矩阵：将元素之间的关系表示为矩阵，以便进行进一步分析和计算。
4.运用模型：利用计算工具和方法对矩阵进行分析，得出事物的结构性信息和结论。
ISM模型的应用ISM模型在各个领域都有广泛的应用，例如在管理领域，可以利用ISM模型分析组织结构、决策过程、产品设计等方面；在工程领域，可以应用ISM模型进行系统设计、风险评估等工作；在经济学领域，ISM模型可以用于市场分析、竞争战略制定等方面。
ISM模型的应用优势主要体现在以下几个方面：•系统性：ISM模型可以帮助分析事物的整体结构和相互作用关系，提供多维度的分析视角。
•可视化：通过建立元素之间的关系图，可以直观地展示事物的结构和关系。
•决策支持：ISM模型可以为决策提供科学依据，帮助制定有效的决策方案。
结语ISM模型作为一种解决复杂问题的工具，具有较强的实用性和普适性。
通过对事物结构的深入分析，可以揭示事物之间的关系和作用机制，为问题解决和决策提供有力支持。
希望本文对ISM模型的原理和应用有所帮助。
以上是对ISM模型的介绍，通过分析事物之间的相互关系，ISM模型可以为决策过程和问题解决提供有力的支持。
解释结构模型ISM及其应用探讨
解释结构模型ISM及其应用探讨作者：张贺来源：《市场周刊·市场版》2018年第02期摘要：解释结构模型ISM应用范围非常广泛，本文主要是该模型在教学研究方面的应用，这些应用也涉及到教学研究的各个方面，从一个教学计划的制定，到具体的教学课程的安排和教材的选择，直到最后教学结果的分析。
通过运用这种方法使得复杂的教学管理工作变得层次分明、条理清楚，为教学科研的管理提供了科学的方法和依据，同时也简化和方便了教学管理。
关键词：解释结构模型ISM；教学管理；科学一、解释结构模型ISM在教学系统制定方面的应用在《解释结构模型法ISM在内蒙古省高校体育教育专业课程设置中的应用》中使用解释结构模型法通过计算得到了内蒙古地区“体育教育复合型人才”的素质、能力、知识多层递阶结构模型。
许多学者还对现有的教学系统做了深入的思考。
王燕（2008）在《利用ISM法分析以教为主的教学系统设计的要素》中用ISM来分析了以教为主教学系统设计的要素，找出了要素间的关系，对教师进行以教为主的教学设计有一定的帮助。
而郑冬红等（2011）在《基于ISM 模型的以学生为中心的教学结构要素分析》和李志军（2015）在《利用ISM法分析项目教学法设计的要素》中利用ISM结构解释模型法来分析教学结构各要素之间的层次关联，论证以学生为中心的教学结构的一般模型，为建构主义学习理论下的教学实践活动提供直观模型，促进其操作性。
在现代互联网时代背景下，网上教学和远程教育以其方便性，廉价性，高效性等特点逐渐被人们所接受，并普及开来。
吕文波和赵君香（2006）在《基于网上教学资源的远程支持服务系统要素的ISM分析》和李慧（2011）在《基于ISM模型的现代远程教育系统的结构分析》中都通过ISM分析网上教学和远程教学系统的各个组成要素及子系统，研究系统要素的内部关联关系，建立了解释结构模型，实现系统结构的层次化分析，对我国现代远程教育系统和网上教学的构建、应用和研究具有重要的借鉴意义和参考价值。
第5章 系统工程-结构模型ISM
结构模型ISM(Interpretive Structure Model )邻接矩阵的数学形式 （图论－矩阵）（见后面） 设系统S 有n 个元素， S=［e 1、e 2、…e n ］ 则邻接矩阵A = 111112112212221121212n n n n n nn nS e a a a S e a a a S e a a a nS S S e ee ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦1 当S i 对Sj 有影响 其中各元素 a ij ＝0 当S i 对Sj 无影响这是布尔矩阵，应遵循布尔矩阵运算规则①逻辑和 AUB ＝C （C 为布尔矩阵对应元素）c ija ij Ub ijmax {},ij ij a b②逻辑乘 A B ＝C （C 为布尔矩阵对应元素） cijaijbijmin {},aij bij③A 和B 乘积 AB=D d ij a i1 b 1j a 12b 2j …{}in njik kj i11j i22j in nj 1a b a b =max min(a ,b ),min(a ,b ),,min(a ,b )n k =邻接矩阵的性质①邻接矩阵与系统结构模型图一一对应12345123450000010000100100010000100e e e e e e e e e e ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦③邻接矩阵A 转置后的A T 是与A 相应的结构模型图箭头反过来后的图的相应的邻接矩阵010001010⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦123123000101010e e e e e e ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦③邻接矩阵中如有一列元素都是0（如第I 列），则e i 是系统的源点，如图中的（e 5），如有一行（如K 行）元素全为0，则e k 为汇点，如图中的e 1④如果从e i 出发经k 段支路到达e j ， 我们就说e i 与e j 之间有“长度”为k 的通路存在。
我们计算A K ，得出的n ×n 方阵中各元素表示的便是相应各单元间有无“长度”为k 的通路存在。
系统结构模型法(ISM法)课件
根据关联矩阵，建立子系统的层级结构，将子系 统按照层级进行组织。
建立因果关系图
根据关联矩阵和层级结构，建立因果关系图，用 于表示子系统之间的因果关系和作用机制。
系统结构的简化与解释
简化系统结构
对建立的层级结构和因果关系图进行简化，去除不必要的细节和冗余信息，使系统结构更加清晰易懂 。
解释系统结构
需要收集完整的系统要素和关系 数据，对数据质量和完整性要求 较高。
02
计算复杂度大
03
对主观性依赖较强
对于大规模系统，ISM法的计算 复杂度较高，需要高性能计算机 和优化算法。
在确定系统要素和关系时，主观 判断和经验对分析结果有一定影 响。
02 ISM法的基本原理
系统分解
确定系统的边界和范围
确定子系统的关系
案例四：环境保护系统优化
总结词
通过ISM法分析环境保护各要素之间的关系，优化环境 保护系统，提高环境质量。
详细描述
运用ISM法对环境保护各要素之间的相互关系进行深入 分析，明确各要素在环境保护中的作用和影响，找出存 在的问题和瓶颈，优化环境保护系统，提高环境质量， 实现可持续发展。
05 ISM法的扩展与改进
划分系统层级与解释系统结构
要点一
总结词
要点二
详细描述
划分系统层级与解释系统结构
根据可达矩阵进行系统层级划分，并对系统结构进行解释 ，以直观地展示系统的层次结构和功能模块。
04 ISM法的应用案例
案例一：企业组织结构优化
总结词
通过ISM法分析企业内部各部门之间的关系 ，优化组织结构，提高管理效率。
定义
ISM法是一种基于图论和矩阵论的方法，通过构建邻接矩阵和可达矩阵来分析系统的结构特征和行为模式。
解释结构模型
第六章解释结构模型系统是由许多具有一定功能的要素（如设备、事件、子系统等）所组成的，各要素之间总是存在着相互支持或相互制约的逻辑关系。
在这些关系中，又可以分为直接关系和间接关系等。
为此，开发或改造一个系统时，首先要了解系统中各要素间存在怎样的关系，是直接的还是间接的关系，只有这样才能更好地完成开发或改造系统的任务。
要了解系统中各要素之间的关系，也就是要了解和掌握系统的结构，建立系统的结构模型。
结构模型化技术目前已有许多种方法可供应用，其中尤以解释结构模型法（Interpretative Structural Modeling,简称ISM）最为常用。
第一节结构模型概述一、解释结构模型的概念解释结构模型（ISM）是美国J.华费尔特教授于1973年作为分析复杂的社会经济系统有关问题的一种方法而开发的。
其特点是把复杂的系统分解为若干子系统（要素），利用人们的实践经验和知识，以及电子计算机的帮助，最终将系统构造成一个多级递阶的结构模型。
ISM属于概念模型，它可以把模糊不清的思想、看法转化为直观的具有良好结构关系的模型，应用面十分广泛。
从能源问题等国际性问题到地区经济开发、企事业甚至个人范围的问题等，都可应用ISM来建立结构模型，并据此进行系统分析。
它特别适用于变量众多、关系复杂且结构不清晰的系统分析，也可用于方案的排序等。
所谓结构模型，就是应用有向连接图来描述系统各要素间的关系，以表示一个作为要素集合体的系统的模型，图6-1所示即为两种不同形式的结构模型。
结构模型一般具有以下基本性质：（1）结构模型是一种几何模型。
结构模型是由节点和有向边构成的图或树图来描述一个系统的结构。
节点用来表示系统的要素，有向边则表示要素间所存在的关系。
这种关系随着系统的不同和所分析问题的不同，可理解为“影响”、“取决于”、“先于”、“需要”、“导致”或其他含义。
（2）结构模型是一种以定性分析为主的模型。
通过结构模型，可以分析系统的要素选择是否合理，还可以分析系统要素及其相互关系变化对系统总体的影响等问题。
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解决复杂系统问题，困难在于弄清楚要解决什 么问题，什么是表面问题，什么是潜在问题，什 么是原因层的问题，什么是根子层的问题。这就 是问题诊断和系统概念开发。
如何能使用自然语言或图形等较直观的方式 来描述和阐明问题，这就是根据问题导向，建立 概念模型。系统结构模型是一种较正规的概念模 型。这类模型对于理清思路、明确问题，与利益 相关者进行沟通，都极为有用。这种结构化的概 念模型就是系统结构模型。
1
结构模型：
系统有很多要素构成，建立要素之间的相互关系，即系 统的结构模型，是系统分析的重要方法。
2
凡系统必有结构，系统结构决定系统功能； 破坏结构，就会完全破坏系统的总体功能。这说 明了系统结构的普遍性与重要性。
结构模型描述系统结构形态，即系统各部分间 及其与环境间的关系（因果、顺序、联系、隶属、 优劣对比等）。结构模型是从概念模型过渡到定 量分析的中介，即使对那些难以量化的系统来说 也可以建立结构模型，故在系统分析中应用很广 泛。
表12-1 因素之间的联系
实验者（S1） 实验者（S2） 实验者（S3） 干扰因素 （S4）
实验反应 （S5）
实验者 S1
○控制变量 ○排除干扰 ○测量反应
实验对象 S2
○作出反应
实验因素 S3 干扰因素 S4
○刺激对象 ○干扰对象
实验反应 S5
S1 S4
S3
S2
S5
S1 S2 S3 S4 S5
⒉ 邻接矩阵的矩阵元素只能是1和0，它属于布尔矩阵。布尔矩阵的运算 主要有逻辑和运算以及逻辑乘运算，即： 0 + 0=0 0 + 1=1 1 + 1=1 1×0=0 0×1=0 1×1=1
⒊ 在邻接矩阵中，如果第j列元素全部都为0，则这一列所对 应的要素Sj可确定为该系统的输入端。例如，上述矩阵A 中，对应S1列全部为0，要素S1可确定为系统的输入端。
通过本章的学习,应了解解释结构模型的基本概念,明确有向图、邻接矩阵和可达矩阵的含义 ，掌握解释结构模型法应用的步骤，熟练运用解释结构模型法分析解决教育技术研究中的具体问 题。
本章内容结构
解释结构模型法
系统结构的有向图示法 有向图的矩阵描述
的基本概念
邻接矩阵的性质
可达矩阵
解释结构模型法应 用步骤
系统要素分析 建立邻接矩阵 进行矩阵运算，求出可达矩阵 对可达矩阵进行分解
对于一个有向图，我们可以用一个m×m方形矩阵来表示。m为系统要素的个数。 矩阵的每一行和每一列对应图中一个节点（系统要素）。规定，要素Si 对Sj 有影响时 ，矩阵元素aij为1，要素Si对Sj无影响时，矩阵元素影响时, （1） 当Si对S j无影响时,
对于图1中，m=3即可构成一个3×3的方形矩阵，表示为：
0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 A2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0
，矩系阵统A2要表素明S，3和从S系4也统分要别素有S长1出度发为经2过的长通度道为到2达的系通统道要分素别S到5。达它系们统分要别素为S：2和S5。同是
⒋ 为定在为该邻系系接统统矩的的阵输输中出出，端端如。果。第例i如行，元上素述全矩部阵都A为中0，，则对这应一S5行行所全对部应为的0，要要素素Si可S5可确定确
⒌ 计算 AK ，如果A 矩阵元素中出现 aij=1，则表明从系统 要素Si出发，经过k条边可达到系统要素Sj 。这时我们说 系统要素Si与Sj之间存在长度为k的通道。如上述矩阵
3
模型发现者的资料：
jnwarfield/about.htm jnwarfield/ism.htm 对应的dos程序，有个windows版 本 93337/ism/ 国内发展该模型的提供在线计算
4
解释结构模型法
需要了解的的知识点
解释结构模型法是用于分析教育技术研究中复杂要素间关联结构的一种专门研究方法，作用 是能够利用系统要素之间已知的零乱关系，揭示出系统的内部结构。解释结构模型法的具体操作 是用图形和矩阵描述出各种已知的关系,通过矩阵做进一步运算，并推导出结论来解释系统结构的 关系.本章介绍了解释结构模型的基本概念；论述了解释结构模型法应用的具体步骤；以“网络化 学习与传统学习的差异分析”为案例说明解释结构模型法在教育技术研究中的具体应用。
图12-2有向图
s1 0 0 1 1 1 s2 0 0 0 0 1
A
s3 s4
0 0
1 1
0 0
0 0
0 0
s5 0 0 0 0 0
邻接矩阵描述了系统各要素之间直接关系，它具有如下性质：
⒈ 邻接矩阵和有向图是同一系统结构的两种不同表达形式。 矩阵与图一一对应，有向图形确定，邻接矩阵也就唯一确 定。反之，邻接矩阵确定，有向图形也就唯一确定。
一、系统结构的有向图示法
有向图形——是系统中各要素之间的联系情况的一种模型 化描述方法。它由节点和边两部分组成
节点——利用一个圆圈代表系统中的一个要素，圆圈 标有该要素的符号；
边——用带有箭头的线段表示要素之间的影响。箭 头代表影响的方向。
T
M
S
教师
计算机多媒体
学生
图1 CAI系统结构模型
二、有向图的矩阵描述
a11 a12 a13
A a21
a22
a23
a31 a32 a33
根据式（1）则用矩阵表示为：
TMS T 0 1 0 A M 0 0 1 S 0 1 0
上述这种与有向图形对应的，并用1和0表现元素的矩阵称为邻接矩阵
三、邻接矩阵的性质
实验过程本身就是一个系统，它包含有实验者（S1）、实验对象 （S2）、实验因素（自变量）（S3）、干扰因素（S4）和实验反 应（因变量）（S5）等5个基本要素。这5个因素之间的联系关系 可以用表12-1表示， 根据此表，也可以用有向图（图12-2）和 邻接矩阵表示。
案例-网络化学习
差异特征要素分析
与传统学习
要素强弱分析 解释结构模型分析
的差异分析
WBT的层级模型与因果关系分析
93337/ism/cal_use_5w1h_and_ism.php 参考在线计算
第一节 解释结构模型法的基本概念
定义：
解释结构模型法（Interpretative Structural Modelling Method,简称 ISM方法）ISM方法是现代系统工程中广泛应用的一种分析方法，它在揭示系 统结构，