第二次作业《解释结构模型应用》讲解
解释结构模型法ppt
表示。
T
M
S
教师
计算机多媒体
学生
图1 CAI系统结构模型
二、有向图得矩阵描述
对于一个有向图,我们可以用一个m×m方形矩阵来表示。m为系统要素得个数。矩 阵得每一行与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aij为0。即
S1 0 0 1 1 1 0 0 S2 0 0 0 0 0 1 1
A
S3 S4
0 0
1 1
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
S5
0
0
0
0
0
1
0
S6 0 0 0 0 0 0 1
S7 0 0 0 0 0 0 0
三、进行矩阵运算,求出可达矩阵
1 0 1 1 1 0 0
0 1 0 0 0 1 1
0 1 1 0 0 0 0
表12-1 因素之间得联系
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 实验对象 S2 实验因素 S3 干扰因素 S4 实验反应 S5
○控制变量 ○排除干扰 ○测量反应 ○作出反应
○刺激对象 ○干扰对象
S1 S4
S3
S2
S5
S1 S2 S3 S4 S5
计算出矩阵 A3 得到:
0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 A3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
第二次作业《解释结构模型应用》讲解
第二次作业《解释结构模型应用》讲解大连海事大学实验报告《系统工程》2014～2015学年第一学期实验名称：基于解释模型在大学生睡眠质量问题的研究学号姓名：马洁茹姚有琳指导教师：贾红雨报告时间： 2014年9月24日《系统工程》课程上机实验要求实验一解释结构模型在大学生睡眠质量问题中的研究实验名称：基于MATLAB软件或C/Java/其他语言ISM算法程序设计(一) 实验目的系统工程课程介绍了系统结构建模与分析方法——解释结构模型法（Inter pretative Structural Modeling ·ISM）是现代系统工程中广泛应用的一种分析方法，能够利用系统要素之间已知的零乱关系，用于分析复杂系统要素间关联结构，揭示出系统内部结构。
ISM方法具有在矩阵的基础上再进一步运算、推导来解释系统结构的特点，对于高维多阶矩阵的运算依靠手工运算速度慢、易错，甚至几乎不可能。
本次实验的目的是应用计算机应用软件或者是基于某种语言的程序设计快速实现解释结构模型(ISM)方法的算法，使学生对系统工程解决社会经济等复杂性、系统性问题需要计算机的支持获得深刻的理解。
学会运用ISM分析实际问题。
(二) 实验要求与内容：1.问题的选择根据对解释结构模型ISM知识的掌握，以及参考所给的教学案例论文，决定选择与我们生活有关的——大学生睡眠质量问题。
2．问题背景睡眠与我们的生活息息相关，当每天的身体机制在不断运行的过程中身体负荷不断变大，到了夜间就需要休息。
但是同一寝室的同学大多休息时段不同，有些习惯早睡，有些会由于许多原因晚睡。
有些睡眠较沉不会轻易被打扰，有些睡眠较轻容易被鼾声或者其他声响惊醒。
学习得知，解释系统模型是通过对表面分离、凌乱关系的研究，揭示系统内部结构的方法。
因此，我想尝试通过解释模型来对该问题进行研究分析。
3.用画框图的形式画出ISM的建模步骤。
(三) 问题背景描述1.用文字说明问题背景；睡眠与觉醒是人体中枢神经系统中的一种主动节律性活动,被形象化地称为人体的生物钟。
11 解释结构模型的应用
0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0
0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1
0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0
0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1
A3 A2 M
缩减可达矩阵
寻找各级的最高级要素集 ——第一级的可达集与先行集 Si 可达集合R(Si) 先行集合A(Si) R(Si) A(Si)
S1
S2 S3 S4
S1
S1,S2 S1,S3 S1,S2,S3,S4
S1,S2,S3,S4
S2,S4 S3,S4 S4
S1
S2 S3 S4
第一级：T1={S1}
——第二级的可达集与先行集
• 可达集：要素Si 可以到达的要素集合定义为要素Si 的可达集，用R(Si)表示，由可达矩阵中第Si 行中所 有矩阵元素为1的列所对应的要素集合。 • 先行集：将到达要素Si 的要素集合定义为要素Si 的 先行集，用A(Si )表示，由可达矩阵中第Si 列中的所 有矩阵无素为1的行所对应的要素组成。 • 最高级要素集：一个多级递阶结构的最高级要素集， 是指没有比它再高级别的要素可以到达。其可达集 R(Si)中只包含它本身的要素集,而先行集中，除包含 要素Si本身外，还包括可以到达它下一级的要素。 • 若R(Si)=R(Si)∩A(Si )， 则Si 即为最高级要素集。
各要素之间关系如下
V V V V V X V V V V V 12 A V V V V V X A V 8 9 A 11 10 A 7 V V 5 6 A A 3 4 A 2
1
根据各要素关系，列出邻接矩阵
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0
1解释结构模型ISM及其应用
7 0 0 0 0 0 0 1
关系图
可达性矩阵
17
区域划分表
i 1 2 3 4 5 6 7
R(ei) 1 1,2 3,4,5,6 4,5,6 5 4,5,6 1,2,7
A(e3 )
A(ei) 1,2,7 2,7 3 3,4,6 3,4,5,6 3,4,6 7
R(ei)∩A(ei) 1 2 3 4,6 5 4,6 7
24
4、是否强连接单元的划分 4 ( L) 在级别划分的某一级 Lk 内进行。如果某单元不属 于同级的任何强连接部分，则它的可达集就是它本身， 即 这样的单元称为孤立单元，否则称为强连接单元。 于是，我们把各级上的单元分成两类，一类是孤立 单元类，称为I1类；另一类是强连接单元类，称为I2类， 即 π4(L)={I1，I2}
2
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。
3
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。
1 2 11 3 4 5 6
3.上课不认真 6.太贪玩 9.朋友不好
7
8
9
10
8
例：温带草原食物链
12 11 9 10 8
7 2 3 4 6
5 1
1.草 2.兔 3.鼠 4.吃草的鸟 5.吃草的昆虫 6.捕食性昆虫 7.蜘蛛 8.蟾蜍 9.吃虫的鸟 10.蛇 11.狐狸 12.鹰和猫头鹰
解释结构模型ppt课件
式中，n——矩阵阶数。则 Ar-1=(A+I) r-1=R
矩阵R称为可达矩阵，它表明各节点间经过长度不大于n-1
的通路可以到达的程度。对于节点数为n的图，最长的通
路其长度不超过（n-1），同时 R2=R。本例中，经过继续
运算，得矩阵A3有
由于系统只有4个要素，其最大传送
1 1 1 1 次数为3次， 对应的可达矩阵为
找出最高级要素后，即可将其从可达矩阵中划去相应的行和
列；接着，再从剩下的可达矩阵中寻找新的最高级要素，依
此类推，就可以找出各级所包含的最高级要素集合，一次记
为L1，L2，…，Lk有k个级次的系统。
22
第二级划分得到的可达集与先行集
由上表可以看出，对应的系统的第一级L1={S1，S5}，在可 达矩阵去掉要素S1和S5后，进行第二级划分：
2
1,2
2,7
2
3
3,4,5,6
3
3
4
4,5,6
3,4,6
4,6
5
5
3,4,5,6
5
6
4,5,6
3,4,6
4,6
7
1,2,7
7
20
7
求出满足A( Si ) = R(Si) ∩ A( Si )的集合T，即求出底层 要素的集合。由表可知，T={3,7}。
再其次，找出与这些要素在同一部分的要素。如 果两要素Si， Sj在同一部分内，则它们的可达集有 共同的单元，即R(Si) ∩ A( Si ) =ø。否则，它们分别 属于两个连通域。
3
二、解释结构模型（ISM）
（二）基本理论
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，如下 图所示即为两种不同形式的结构模型。
解释结构模型(ISM)(课堂PPT)
8,9
7
L5={s7}
L 1 s1 ， s4L 2 s2 ， s5 L 3 s3L 4 s6 ， s8 ， s9L 5 s7
L1
s
，
1
s4
L 2 s 2， s 5
L3 s3
L 4 s 6， s 8， s 9
L5 s7
系统结构模型
含义
article
基于解释结构模型的公交客流量影响因素分析
—— 孙慧， 周颖， 范志清
article
article
article
article
总结
Thank you！
则称M为系统A的可达矩阵。其中，I为单位矩阵。 可达矩阵表示从一个要素到另一个要素是否存在连接的路径。
ISM方法的基本步骤
要素关系表
邻接矩阵
可达矩阵
层次划分
➢ 可达集 P(si)： P s i s jm i j1i 1 ,2 , ,n ➢ 先行集 Q(sj)： Q s i s im j i1i 1 ,2 , ,n
M-L1-L2
层次划分
si
P(si)
Q(si)
P(si)∩Q(si)
层次
2
2Hale Waihona Puke 2,3,6,7,8,92
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
9
解释结构模型在区域科技创新能力上的应用
一
、
解 释结 构模 型方 法概 况
通过 近几年区域科技创新 进程的调研 ， 以区域科技创新 能力 为中心 ， 从科技投入 、 科技产 出和科技支撑环境等方面考 虑 ，归纳 出现 阶段影 响区域科技创新能力 的 ２ 个主要指标 ， １
如表 １ 所示 。 表 １ 区域科技创新能 力影响指标
培
２ １ 年 第 ３期 ００ 总第 ７ 期 ６
经济研究导刊
ＥＣ ＯＮ０ＭＩ Ｃ ＲＥＳ ＥＡＲＣ ＧＵＩ Ｈ ＤＥ
Ｎｏ３， ０ ０ ． ２ １
Ｓ ｒ ｌＮｏ７ ｅ ｉ ．６ ａ
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加＿ ～
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１ ● Ｉ
盯
解释结构模 型在 区域科技创新 能力上 的应用
ｓ 。
全社会 固定资产投资总额
ｓ 万元 Ｇ Ｐ综合能耗 ， Ｄ ｓ 环境质量综合治理指数 。 。 ｓ 。 ｓ
图 １层次化处理后的缩减矩阵
资源综合利用指数 人均邮电业务量
Ｓ。 万人 因特 网用 户数
收 稿 日期 ：０ ９ １— ０ ２０—０２
作者简 介 ： 李强（９２ ）男， １８一 ， 吉林长春人 ， 士研 究生， 硕 从事定性 与定量分析研 究。
人们 的实践经验和知识以及计算机的帮助 ，最终 构成一个 多 级递阶 的结构模型。
二、 解释 结 构模 型应 用
１ ． 收集和整理 问题 的构成要 素
ｓ
每百万人 中发 明专利批准数
Ｓ 每百万人 中技术成果成交额 。 ｓ， 高技术产业增加值 。
Ｓ ｓ 。 ｓ 。 Ｇ Ｐ增长率 Ｄ 居 民消费水平 国民人均受教育年 限 Ｓ３ 人均 Ｇ Ｐ Ｄ
结构模型评估-概述说明以及解释
结构模型评估-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分是对整篇文章的一个简要介绍，可以包括以下内容：在这篇文章中，我们将要探讨和评估结构模型的相关内容。
结构模型是一种在不同领域中被广泛应用的分析工具，它可以帮助我们理解事物的组成和相互关系。
本文旨在对结构模型进行评估，以了解其在实际应用中的有效性和可靠性。
首先，我们将介绍结构模型的概念和原理。
结构模型是一种描述事物内部和外部结构的模型，它可以通过图形、方程或其他形式来表示。
通过对事物进行分析和建模，我们可以更好地理解其构成要素之间的相互作用和关联。
其次，我们将讨论结构模型的应用领域。
结构模型在许多领域中都有广泛的应用，例如社会科学、生态学、管理学等。
在这些领域中，结构模型可以帮助我们分析和预测各种复杂的现象和问题，从而为决策和政策制定提供有力的支持。
然后，我们将探讨不同类型的结构模型。
结构模型可以分为静态和动态两种类型。
静态结构模型用于描述事物的静态特征和互动关系，而动态结构模型则能够模拟事物的演变和变化过程。
了解不同类型的结构模型可以帮助我们选择合适的模型来分析和解决具体问题。
最后，我们将评估结构模型的优点和局限性。
结构模型作为一种分析工具，虽然有许多优点，但也存在一些局限性。
通过评估结构模型的优点和局限性，我们可以更好地理解其适用范围和潜在问题，从而更好地应用它们进行分析和决策。
总之，本文将详细探讨和评估结构模型的相关内容，希望能够为读者提供有关结构模型的全面了解和应用指导。
在接下来的章节中，我们将进一步展开讨论，深入探索结构模型的各个方面。
1.2 文章结构文章结构文章的结构对于一篇长文来说至关重要，它能够为读者提供清晰的导引，使其能够更好地理解和把握文章的主要内容和逻辑关系。
本文将按照以下结构进行展开讨论。
首先，在引言部分，我们将为读者提供本文的概述和背景信息。
我们将简要介绍结构模型评估的背景和意义，并解释为什么这个主题是值得讨论的。
接下来，在正文部分，我们将详细探讨结构模型评估的三个要点。
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大连海事大学实验报告
《系统工程》
2014〜2015学年第一学期
实验名
称：基于解释模型在大学生睡眠质量问题的研究
学号姓
名：
马洁茹姚有琳指导教
师：
贾红雨
报告时
间：
2014 年9月24日
《系统工程》课程上机实验要求
实验一解释结构模型在大学生睡眠质量问题中的研究
实验名称：基于MATLAB^件或C/Java/其他语言ISM算法程序设计
（一）实验目的
系统工程课程介绍了系统结构建模与分析方法一一解释结构模型法（In ter pretative Structural Modeling • ISM）是现代系统工程中广泛应用的一种分
析方法，能够利用系统要素之间已知的零乱关系，用于分析复杂系统要素间关联结构，揭示出系统内部结构。
ISM方法具有在矩阵的基础上再进一步运算、推导来解释系统结构的特点，对于高维多阶矩阵的运算依靠手工运算速度慢、易错，甚至几乎不可能。
本次实验的目的是应用计算机应用软件或者是基于某种语言的程序设计快速实现解释结构模型（ISM）方法的算法，使学生对系统工程解决社会经济等复杂性、系统性问题需要计算机的支持获得深刻的理解。
学会运用ISM分析实际问题。
（二）实验要求与内容：
1•问题的选择
根据对解释结构模型ISM知识的掌握，以及参考所给的教学案例论文，决定选择与我们生活
有关的一一大学生睡眠质量问题。
2 •问题背景
睡眠与我们的生活息息相关，当每天的身体机制在不断运行的过程中身体负荷不断变大，到了夜间就需要休息。
但是同一寝室的同学大多休息时段不同，有些习惯早睡，有些会由于许多原因晚睡。
有些睡眠较沉不会轻易被打扰，有些睡眠较轻容易被鼾声或者其他声响惊醒。
学习得知，解释系统模型是通过对表面分离、凌乱关系的研究，揭示系统内部结构的方法。
因此，我想尝试通过解释模型来对该问题进行研究分析。
3.用画框图的形式画出ISM的建模步骤
（三）问题背景描述
1.用文字说明问题背景；
睡眠与觉醒是人体中枢神经系统中的一种主动节律性活动
被形象化地称为人体的生物钟。
大学生的睡眠问题与许多因素有关，诸如：身体健
康状况、学习和就业压力、经济来源担忧程度、恋爱问题、睡眠环境以及睡眠规律
性等因素都在影响大学生睡眠质量。
睡眠不佳时，白天可能会出现情绪低落、身体
功能(体力或精神、记忆力、注意力等)受影响、学习效率低下等情况。
因此大学生
存在不同程度的睡眠质量问题，高校欲改善大学生睡眠状况，应该把开展相应的心
理、睡眠咨询，引导大学生养成良好的睡眠习惯，鼓励大学生坚持体育锻炼、增强
体质等工作。
以下摘取自中国知网上某高校老师对该问题的调研究：
对象随机化选取，x2检验被用于数据分析.结果1 000名年龄在18〜22岁的大学生接受调查，获得有效问卷937份(93.7 %), 男生255人(27.2 %),女生
682人(72.8 %);大一学生598人(63. 8%),大二学生250人(26.7 %),大三学生89
人(9.5 %);睡眠“不充分”或“很不充分”的占29.45 %,每天睡眠在6h以下的占
15. 8% ,夜晚10点钟以前能开始睡觉的仅占6.8 %;影响睡眠质量的因素中“室友
晚睡,动静大,灯光亮”占36.9 %、“压力大,过于焦虑”占25.3 %;白天犯困的占
48.7 %、学习效率降低的占16.8 %; 希望学校能够开展健康教育占78.2 %;男女生
在绝大多数睡眠相关问题方面差异均有统计学意义；不同年级大学生在一些健康问
题方面也存在显著性意义。
睡眠情况是影响大学生健康相关行为中非常重要的一类.睡眠质量的好坏对大学生的身心健康、学习能力、控制负向情绪与社会适应方面起着
非常关键的作用。
(四) 实验步骤
1.分析影响因素
S11 +
2 •构造邻接矩阵
■0
0 0 0 0 0 0 1 1 0 0"
0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 S= 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
<0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0> 3.求出可达矩阵（程序见附加）
p =
1 Q 0 0 0 0 0 1 ] 1 0
1
0 1 Q 1 1 1 1 : I 1 1 I 0 1 0 1 1 I 1 : 1 I
1
1 0 0 0 0 0 0 1 : L 0 0
t 0 0 0 0 1 0 1 : L 0 0 1 Q 0 0 0 0 0 1 L 0
0 1 0 1 0 1 1 1 1 : 1 1 1 I 0 0 0 0 0 0 1 : L
0 0 1
0 0 0 0 0 0 1 : 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0
1 : 1 1
1 1
1
1
1 :
1
1
1
对可达矩阵进行区域划分后，S1,S8,S9抽取出来，位于最顶层
抽取后，再将剩下的进行层级划分:
因此，可以得知：属于第一层，属于第二层，属
于第三层级。
（五） 实验结果
经过上面分析，可以得到解释结构模型。
结论显示，影响大学生睡眠质量的 原因可以分为三层。
第一层为：地域原因，作息不习惯；健康状况；性别因素（男 女生理和心理情况不一）；第二层为：睡眠环境的安静程度；第三层为：学习方 面压力过大；学习效率低下，兴趣不高；人际关系紧张导致焦虑；经济问题影响； 恋爱问题影响；就业、社团事务方等面的影响；玩手机、上网导致晚睡。
这三类 因素相互影响、相互制约，不同程度的影响大学生睡眠质量。
（六） 实验结果分析
有实验结果可以得到解释结构模型图，各层级的关系:
由图可以知道，大学生睡眠质量问题是一个三级的多级递接系统。
影响睡眠 的直接因素是地域因素和作息的不适应，健康状态以及男女本身的生理状态不 同。
其次要关系于周边的环境是否嘈杂，如果环境不合适入睡那同样也会影响休 息。
最后则是一些自身心理及生活状态的影响， 大学生进入大学之后，在平衡学 习的同时，也要参加一些社团活动，在这些事务中受到影响。
心理状态的波动会 影响其在休息时是否能很好的入睡，但是这些因素都可以通过自身进行调节克 服。
无论主观因素还是客观因素，大学生都应该健康生活，合理休息从而保证 学习效率。
杜绝晚睡
现象，要轻松无烦恼的入睡。
睡眠不好会导致很多身体问题，
因小失大反而会得不偿失。
因此，无论如何，积极调整自身状态，克服主观因素 影响，保证良好的休息是我们要努力做到的事情。
建议：
1. 睡前喝一杯热牛奶可以有助于睡眠。
第一层
第二层
睡眠环境的安静程
度
第三层
学习方面压力
过大
学习效率低卜
，兴趣不高
玩手机、上网 导致晚睡
U 人际关系紧张
导致焦虑
就业、社团事 占务方
等面的影 响
2. 积极调整心态，多锻炼身体，保证身体健康。
3. 尽快融入环境，不要让环境因素影响学习和生活。
4. 保持良好心态，快乐面对生活。
（七）鸣谢（可略）
感谢同学MATLAB勺指导。
（八）参考资料
1. 基于解释结构模型的我国高等教育质量影响因素分析—陈藏……案例
（参考了其中对可达矩阵勺层级划分方法）
2. 系统工程（教材）
3. 大学生睡眠质量及其影响因素调查研究……选自《中国知网》
（参考了其调查统计结果）。