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        決策支持系統(tǒng)及其演化發(fā)展趨勢研究

        2012-04-29 00:00:00黃孝鵬周獻(xiàn)中楊潔盛寅
        現(xiàn)代管理科學(xué) 2012年4期

        摘要:文章闡述決策支持系統(tǒng)的產(chǎn)生、概念體系、系統(tǒng)分析和設(shè)計方法、應(yīng)用等方面,總結(jié)決策支持系統(tǒng)的演化進(jìn)程與主要特征。針對傳統(tǒng)決策支持系統(tǒng)在面臨日趨復(fù)雜的決策環(huán)境和決策者逐漸增強(qiáng)的參與意識時面臨的問題與挑戰(zhàn),進(jìn)一步探討了決策支持系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

        關(guān)鍵詞:決策支持系統(tǒng);人件;人件服務(wù);軟件服務(wù)

        一、 引言

        隨著決策理論與方法研究的推進(jìn),計算機(jī)科學(xué)與信息技術(shù)的飛速發(fā)展,為滿足決策者決策需求內(nèi)涵的豐富與提升,一種重要的決策支持工具——決策支持系統(tǒng)(Decision Support System,DSS)應(yīng)運而生。1971年,Scott Morton和Gorry首次提出DSS的概念以支持半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化決策。DSS是在MIS和基于模型的信息系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的可形式化、可模型化的、層次較高的信息系統(tǒng),追求的目標(biāo)是有效性。自從DSS的概念被提出以來,研究者和實踐家們一直在努力構(gòu)建更合理、更完善的系統(tǒng)體系。

        二、 決策支持系統(tǒng)

        1. DSS概念體系。

        (1)理論基礎(chǔ)與實現(xiàn)依據(jù)。DSS的理論研究及實踐開發(fā)和很多學(xué)科(領(lǐng)域)的知識有關(guān),其理論框架涉及到計算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)、管理科學(xué)、決策科學(xué)、行為科學(xué)等領(lǐng)域。它不斷吸收其他學(xué)科的知識并遵循其自身結(jié)構(gòu)與功能特征的發(fā)展規(guī)律以完善其理論體系。

        DSS支持全部決策過程,不同的研究者對決策過程模型有不同的認(rèn)知和表述。DSS的研究者在很大程度上受到Simon決策過程模型的影響。它不僅用來解釋決策過程,還是DSS實現(xiàn)的理論依據(jù),且被很多研究者作為區(qū)分DSS和其他信息系統(tǒng)(如MIS、ES等)的標(biāo)志。

        (2)定義。自DSS的概念提出后,很多專家與學(xué)者(如Keen,Little,Alter,Moore,Bonczek Tuban)等對DSS的定義進(jìn)行了不斷擴(kuò)充與完善。

        在軍事指揮決策領(lǐng)域,DSS往往被稱為輔助決策系統(tǒng),但“決策支持輔助系統(tǒng)”和“輔助決策支持系統(tǒng)”都是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拿Q,因“支持”和“輔助”內(nèi)涵相近。DSS的術(shù)語是內(nèi)容自由的表述,不同時期、不同領(lǐng)域、采用不同技術(shù)的人對其有不同的理解。DSS廣義的理解是指用來描述任何支持決策過程的人機(jī)系統(tǒng),狹義的理解是指一種特定的技術(shù)。隨著相關(guān)理論和技術(shù)的發(fā)展,DSS的概念內(nèi)涵和外延都在不斷豐富與發(fā)展之中,但理解DSS的實質(zhì)需根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其所決定的系統(tǒng)關(guān)鍵特征和功能。

        因此,沒有一個廣為人們接受的統(tǒng)一的DSS定義,這也為該領(lǐng)域的發(fā)展留有待擴(kuò)充空間,但不能忽視DSS的目的是支持和改進(jìn)決策過程。

        (3)基本結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)DSS基本結(jié)構(gòu)總的來說分為兩大類:一類是以Sprague兩庫結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的“三部件”結(jié)構(gòu),它由數(shù)據(jù)部件、模型部件和對話部件組成,如圖1所示;另一類是Bonczek(1981)提出的基于知識的“三系統(tǒng)”體系結(jié)構(gòu),它由語言子系統(tǒng)、問題處理子系統(tǒng)和知識子系統(tǒng)組成,如圖2所示。它們分別從不同的角度揭示了DSS的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能模塊特征,都對后來DSS的結(jié)構(gòu)擴(kuò)充產(chǎn)生了很大的影響。

        (4)關(guān)鍵特征和功能。因DSS沒有統(tǒng)一的、廣為接受的定義,故DSS的標(biāo)準(zhǔn)特征和功能也沒有統(tǒng)一的描述。但理想中的DSS的關(guān)鍵特征和功能如圖3所示。

        (5)分類。在DSS的演化進(jìn)程中,不同時期的不同研究者從不同視角、不同層次對DSS作了不同的分類。比較有代表性的是:Donovan,Madnick(1977)按能否支持重復(fù)決策,把DSS分為慣例DSS和臨時性DSS;Arnott,Pervan(2005)按DSS的應(yīng)用范圍和技術(shù)特點,分為個人DSS,GDSS,談判DSS,IDSS,基于知識管理的DSS,BI和DB。

        在學(xué)術(shù)界廣為接受的是Power(2007)按驅(qū)動方式將DSS分為模型驅(qū)動型DSS、數(shù)據(jù)驅(qū)動型DSS、通信驅(qū)動型DSS、文本驅(qū)動型DSS、知識驅(qū)動型DSS和基于Web的DSS等類型。近年來,基于數(shù)據(jù)倉庫(Data Warehouse,DW)、聯(lián)機(jī)在線分析(On-Line Analytical Process,OLAP)和數(shù)據(jù)挖掘(Data Mining,DM)的商業(yè)智能技術(shù)得到了迅速發(fā)展,再加上Microsoft、Oracle、IBM等數(shù)據(jù)庫廠商的大力開發(fā)與支持,使得數(shù)據(jù)驅(qū)動的DSS相對于模型驅(qū)動的DSS具有更高的標(biāo)準(zhǔn)化程度和產(chǎn)品成熟度。

        2. 系統(tǒng)分析和設(shè)計方法。DSS的系統(tǒng)分析和EDPS、MIS等不同,主要應(yīng)符合決策者對決策過程的認(rèn)知、滿足DSS的設(shè)計規(guī)范和提升DSS的系統(tǒng)效能等方面。對DSS的系統(tǒng)分析通常采用一種稱之為ROMC的方法,即表述(Representation)、操作(Operation)、記憶輔助(Memory aid)和控制機(jī)構(gòu)(Control Mechanism)等,其主要特征是過程獨立、依賴表達(dá)式但方法本身并沒有提供實現(xiàn)DSS結(jié)構(gòu)的具體技術(shù)。

        DSS的設(shè)計可采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)開發(fā)方法、層次模型法、面向?qū)ο蠓ǖ?。每種方法的著眼點不同,選擇系統(tǒng)設(shè)計方法時,需綜合考慮開發(fā)人員的知識結(jié)構(gòu)、決策問題的結(jié)構(gòu)與特征、系統(tǒng)的可維護(hù)性等因素。

        3. 應(yīng)用。在已投入使用的信息系統(tǒng)中均有DSS成功應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)、管理、軍事等領(lǐng)域的實例,這大大提高了決策的科學(xué)性。目前,許多全球著名的軟件供應(yīng)商,如CA、IBM、Oracle、NCR、Informix、SAS等都提供支持DSS研發(fā)的各種工具。

        在國內(nèi),從事DSS研究的單位主要有中科院、南京大學(xué)、國防科大、中南大學(xué)等,它們已取得了很多理論研究與實踐應(yīng)用成果。目前,國內(nèi)DSS的應(yīng)用主要體現(xiàn)在大型互聯(lián)電網(wǎng)、高等教育評估、軍隊指揮自動化、應(yīng)急管理、物流管理等領(lǐng)域,其應(yīng)用范疇仍在不斷擴(kuò)展之中。

        三、 演化進(jìn)程

        自DSS概念提出以來,在人工智能、數(shù)據(jù)庫、模型庫、知識管理、聯(lián)機(jī)分析、語義Web服務(wù)等新技術(shù)的不斷推動以及對決策理論與方法的深入研究,DSS呈現(xiàn)出了以不同技術(shù)為主要表征的多種形態(tài)并已經(jīng)取得了一系列重要的進(jìn)展,如:對DSS定義和基本框架的拓展和改進(jìn)、面向組織和團(tuán)隊的群體決策支持系統(tǒng)(Group Decision Support System,GDSS)、商業(yè)智能(Business Intelligence,BI)技術(shù)、決策支持中心(Decision Support Center,DSC)、綜合性決策支持系統(tǒng)(Intelligent,Interactive and Integrated DSS,I3DSS)、智能決策支持系統(tǒng)(Intelligent Decision Support System,IDSS)以及基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)而發(fā)展的分布式?jīng)Q策支持系統(tǒng)(Distributed Decision Support System,DDSS)等,目前DSS的研究主要集中在應(yīng)用層面,其演化進(jìn)程總結(jié)如下。

        20世紀(jì)60年代:DSS的研究主要體現(xiàn)在Scott Morto的管理決策支持,卡內(nèi)基梅隆大學(xué)(CMU)的組織決策理論研究,麻省理工學(xué)院(MIT)的有關(guān)交互式在線分析處理系統(tǒng)的技術(shù)研究,決策支持理論發(fā)展等方面。系統(tǒng)的主要特征是將交互式技術(shù)應(yīng)用于管理任務(wù)。

        20世紀(jì)70年代:Scott Morton和Gorry(1971)提出DSS的概念;1971年~1976年,研究主要集中在交互式的計算機(jī)系統(tǒng),后把模型融入DSS;Keen和Scott Morton(1978)把DSS的應(yīng)用范圍限定在對半結(jié)構(gòu)化管理決策的支持;這階段具有代表性的是BrandAid,Alter,Holsapple等的研究。70年代中后期,系統(tǒng)主要注重有效性,而不是效率。

        20世紀(jì)80年代:Sprague(1980)提出DSS的“三部件”結(jié)構(gòu),后又增加了知識庫和方法庫;Bonczek(1980)等提出DSS的“三系統(tǒng)”結(jié)構(gòu);1981年首屆DSS國際會議在亞特蘭大舉辦;1980年出現(xiàn)了GDSS的概念;Owen(1985)等人提出了DSC的概念;Kersten(1985)年開發(fā)支持談判的決策支持系統(tǒng)NEGO;1989年出現(xiàn)的群件Lotus Notes;Kraemer和King(1989)提出的協(xié)同決策系統(tǒng)CDSS。人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)及機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)的研究與應(yīng)用為知識的學(xué)習(xí)與獲取提供了新途徑,如專家系統(tǒng)和DSS結(jié)合形成IDSS。這階段有代表性的是:DSS書籍;群決策支持系統(tǒng)原型;基于計算機(jī)的專家系統(tǒng)等。20世紀(jì)80年代中后期,注重系統(tǒng)的柔性及應(yīng)用性。1990年以前,DSS大多是模型驅(qū)動的。

        20世紀(jì)90年代:1990年后,Bill Inmon和Ralph Kimball積極推崇使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)建立數(shù)據(jù)驅(qū)動的DSS;1994年,開始把OLAP功能集成到數(shù)據(jù)庫中;1995年,數(shù)據(jù)倉庫和World Wide Web開始影響決策支持技術(shù)的發(fā)展,基于Web的DSS變得切實可行;Gartner Group(1996),提出BI的概念。隨著網(wǎng)絡(luò)、新一代數(shù)據(jù)庫、多媒體、仿真和虛擬現(xiàn)實等技術(shù)的發(fā)展,DSS的研究主要集中在商業(yè)智能/聯(lián)機(jī)在線分析、數(shù)據(jù)倉庫、基于Web服務(wù)的系統(tǒng)/門戶網(wǎng)站、數(shù)據(jù)挖掘等方面。系統(tǒng)的主要特征是網(wǎng)絡(luò)化、應(yīng)用性、數(shù)據(jù)驅(qū)動。

        21世紀(jì)至今:系統(tǒng)研究注重應(yīng)用、注重集成及融入人的高級思維,出現(xiàn)了面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)(Service-Oriented Architecture,SOA)的一體化系統(tǒng)形態(tài)。重視計算機(jī)與人的知識的相互融合及有效管理,強(qiáng)調(diào)DSS與人的交互。特別是近幾年來,開始關(guān)注觸控界面技術(shù)。系統(tǒng)的主要特征是友好交互、個性化、智能化、集成化。

        DSS名稱的擴(kuò)展反映了決策支持技術(shù)的進(jìn)步和決策者需求內(nèi)涵的提升,幾種主要的DSS形態(tài)的特征對比如表1所示。

        每一種系統(tǒng)形態(tài)都有其獨特的運用范圍,即所求解的決策問題都有一定的邊界。當(dāng)然,無論是哪種形態(tài)的DSS,都需經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)查、可行性論證、系統(tǒng)規(guī)劃、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)實施和系統(tǒng)評價等各階段。

        四、 面臨的問題

        目前,物聯(lián)網(wǎng)、云計算、網(wǎng)絡(luò)超算、無線傳感、語義Web等新技術(shù)的出現(xiàn)和現(xiàn)有決策支持技術(shù)的發(fā)展,對個人、組織和社會的影響與日俱增?,F(xiàn)有的DSS體系架構(gòu)面臨復(fù)雜決策環(huán)境下決策者逐漸增強(qiáng)的參與意識時屢屢陷入困境,這引起了我們的反思,DSS的決策支持效能為什么多年來沒能提上去?

        傳統(tǒng)DSS是進(jìn)行決策任務(wù)求解的重要支持工具,主要具備基于邏輯和符號推理的理性決策能力。在實踐中常面臨以下問題:

        (1)知識提取困難。信息是決策的基礎(chǔ),海量(多維)信息、不完備信息,并有信息孤島的存在,如何從這些信息中提取所需知識成為嚴(yán)重影響DSS系統(tǒng)效能的因素。

        (2)處理半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化決策問題的能力較弱。目前,已經(jīng)應(yīng)用于實踐的DSS大部分是模型或數(shù)據(jù)驅(qū)動的,面對結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的問題缺乏有效的解決途徑。

        (3)忽視了人的參與作用。傳統(tǒng)DSS的發(fā)展重心在技術(shù),主要依靠數(shù)據(jù)和模型從決策技術(shù)層面支持人的決策,忽略了不能完全模型化(定量化)的非技術(shù)因素(人的認(rèn)知),人只是系統(tǒng)的“看客”,而單純考慮技術(shù)因素往往讓決策者認(rèn)為技術(shù)不符合決策需求,作為非技術(shù)因素的人又是決策系統(tǒng)的一個重要組件,其參與作用如何才能被刻畫出來且無縫融入系統(tǒng)并獲得決策者的認(rèn)可。

        這些存在的問題嚴(yán)重影響了DSS的使用價值和用戶的使用熱情,以致DSS的進(jìn)展不大,但這也是一種挑戰(zhàn)和推動力。因此,如何突破現(xiàn)有DSS的體系架構(gòu)以提供快速決策和滿足決策者真實需求的復(fù)雜的、個性化的決策服務(wù)也就成為了研究焦點。

        五、 發(fā)展趨勢

        進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來,人工智能(包括遺傳算法、模糊邏輯和智能代理等),數(shù)據(jù)庫技術(shù),Web Service,特別是一些專用技術(shù)如網(wǎng)格計算、人機(jī)交互、移動計算和代理啟發(fā)式搜索的算法等技術(shù)的發(fā)展,為DSS的發(fā)展提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐,擴(kuò)展了系統(tǒng)輔助決策的深度與廣度。其發(fā)展趨勢主要有:

        1. 注重基于認(rèn)知特征的人機(jī)交互技術(shù)。系統(tǒng)通過人機(jī)交互技術(shù)支持決策過程,為決策過程中超越其認(rèn)知極限的問題處理提供適用技術(shù)手段。近年來,基于知識的人機(jī)交互技術(shù)是目前DSS研究的主要方向。隨著信息技術(shù)的發(fā)展,人機(jī)交互技術(shù)的研究也從簡單的菜單驅(qū)動和多媒體界面發(fā)展到智能化、多模態(tài)(通道)界面,除了傳統(tǒng)的鍵盤輸入、觸摸屏等接觸式操控模式外,還允許語言、手勢、視覺(眼動儀)等多種非接觸式操控模式。

        2. 注重人的高級思維的參與,從技術(shù)和非技術(shù)角度重建系統(tǒng)架構(gòu)。目前,人類對信息處理規(guī)律的研究與探索已經(jīng)滲透到認(rèn)知領(lǐng)域,但人的認(rèn)知特征并沒有體現(xiàn)在傳統(tǒng)DSS系統(tǒng)設(shè)計與操作過程中。我們認(rèn)為,需從技術(shù)與非技術(shù)的角度考慮DSS的體系結(jié)構(gòu)。將人的高級思維嵌入到非結(jié)構(gòu)化決策問題求解之中以實現(xiàn)人機(jī)智能的協(xié)同與融合,以期系統(tǒng)在可信度、可行性、適應(yīng)性、敏捷性等方面都會有所提高。當(dāng)然,這勢必會引起新型決策系統(tǒng)架構(gòu)的改變,也會帶來一系列需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。譬如,如何將人件(參與決策活動的人)和軟件網(wǎng)絡(luò)賦能為人件服務(wù)和軟件服務(wù),并納入系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理、調(diào)度及使能驅(qū)動等。

        3. 注重各種相關(guān)技術(shù)的集成應(yīng)用。未來的DSS將是綜合集成的,是一個集各種決策支持技術(shù)于一身的多功能系統(tǒng)。它把專家群體、決策者、統(tǒng)計數(shù)據(jù)和信息資料與計算機(jī)軟件系統(tǒng)等有機(jī)結(jié)合起來,構(gòu)成一個操作便利、快捷、流暢、更能反映決策者高級思維的新型決策系統(tǒng),具有感性與理性、定性與定量的綜合功能。特別是將語義Web服務(wù)、認(rèn)知科學(xué)與未來DSS的設(shè)計與開發(fā)相結(jié)合,已引起國內(nèi)一些科研院所(校)的重視,并開展了一些基礎(chǔ)性研究工作,但仍有很多理論問題和技術(shù)實現(xiàn)難點有待深入研究。

        4. 注重系統(tǒng)的智能化。隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展,人工智能技術(shù)在DSS中的應(yīng)用己經(jīng)相當(dāng)廣泛。大體可分為兩類:一類是用人工智能技術(shù)去實現(xiàn)DSS的模型管理、模型選擇等;另一類則是利用人工智能的知識表達(dá)和推理能力直接為決策問題提供支持。如使用專家系統(tǒng)可提升DSS的模型和數(shù)據(jù)管理;神經(jīng)計算系統(tǒng)或GSS能夠支持專家系統(tǒng)的知識獲取過程;智能代理技術(shù)能實現(xiàn)不同任務(wù)的自動化,最終代替人執(zhí)行許多日常事務(wù)等。

        六、 總結(jié)

        闡述了DSS的產(chǎn)生背景、概念體系、系統(tǒng)分析和設(shè)計方法、應(yīng)用等方面,總結(jié)了DSS的演化發(fā)展歷程。針對現(xiàn)有的DSS體系架構(gòu)面臨復(fù)雜決策環(huán)境下決策者逐漸增強(qiáng)的參與意識時屢屢陷入“困境”,反思了為何多年來DSS的系統(tǒng)效能提不上去的原因,并分析了DSS進(jìn)一步的發(fā)展趨勢。

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        基金項目:國家自然科學(xué)基金(項目號:71171107);總裝重點預(yù)研基金(項目號:9140A06040510BQ***);江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計劃(項目號:CXZZ11_0054)。

        作者簡介:周獻(xiàn)中,南京大學(xué)控制與系統(tǒng)工程系教授、博士生導(dǎo)師;黃孝鵬,南京大學(xué)控制與系統(tǒng)工程系博士生;楊潔,南京大學(xué)控制與系統(tǒng)工程系博士生;盛寅,南京大學(xué)控制與系統(tǒng)工程系博士生。

        收稿日期:2012-02-15。

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