灰色理论第1章.ppt

第1章：灰色系统的概念与基本原理 一、灰色系统理论产生的科学背景 1、现代科学技术在高度分化的基础上呈现出高度综合的大趋势，导致了具有方法论意义的系统科学学科群的出现。 系统科学揭示了事物之间更为深刻、更具本质性的内在联系，大大促进了科学技术的整体化进程；许多科学领域中长期难以解决的复杂问题随着系统科学新学科的出现迎刃而解；人们对自然界和客观事物演化规律的认识也由于系统科学新学科的出现而逐步深化。 20世纪 40 年代末诞生的系统论、信息论、控制论，产生于 20 世纪60 年代末70 年代初的耗散结构理论、协同学、突变论、分形理论以及 70 年代中后期相继出现的超循环理论、动力系统理论、泛系理论等都是具有横向性、交叉性的系统科学新学科。 2、 系统研究，由于内外扰动的存在和认识水平的局限，人们所得到的信息往往带有某种不确定性。随着科技的发展和社会的进步，人们对系统不确定性的认识逐步深化，不确定性系统的研究日益深入。 20 世纪后半叶，在系统科学和系统工程领域，各种不确定性系统理论和方法的不断涌现。如扎德（Zadeh）教授于60 年代创立的模糊数学，邓聚龙教授于 80 年代创立的灰色系统理论，帕拉克（Pawlak）教授于80 年代创立的粗糙集理论等，都是不确定性系统研究的重要成果。这些成果从不同角度和侧面描述和处理各类不确定性信息。 二、灰色系统理论产生的现实背景 1、1982年我国学者邓聚龙先生创立了灰色系统理论。灰色系统确是按颜色命名的。 控制论中，人们常用颜色的深浅形容信息的明确程度，如艾什比（Ashby）将内部信息未知的对象称为黑箱（Black Box），这种称谓已为人们普遍接受。我们用“黑”表示信息未知，用“白”表示信息完全明确，用“灰”表示部分信息明确、部分信息不明确。相应地，信息完全 明确的系统称为白色系统，信息未知的系统称为黑色系统，部分信息明确、部分信息不明确的系统称为灰色系统。 2、我国改革开放初期。经历了十年动乱，发展中断。没数据。短短几年的数据不足以用数理统计方法处理。在此背景下，处理“少数据、贫信息”的灰色理论应运而生。 3、目前许多国家及国际组织的知名学者从事灰色系统的理论和应用研究工作。 灰色系统理论应用于工业、农业、社会、经济、能源、交通、地质、石油、气象、水利等众多领域，成功地解决了大量的实际问题。 三、灰色系统与几种不确定方法的比较 1、 模糊数学着重研究“认知不确定”问题，其研究对象具有“内涵明确，外延不明确”的特点。主要凭借经验，借助于隶属函数进行处理。 2、概率统计研究的是“随机不确定”现象的历史统计规律，考察具有多种可能发生的结果之“随机不确定”现象中每一种结果发生的可能性的大小，其出发点是，大样本，且对象服从某种典型分布。 3、灰色系统研究的是“部分信息明确，部分信息未知”的“小样本，贫信息”不确定性系统，它通过对已知“部分”信息的生成去开发了解、认识现实世界。着重研究“外延明确，内涵不明确”的对象。 四、灰色系统理论的发展动态 1、 近年来，灰色系统理论发展较快，已初步建立起一门新学科的体系结构。尤其是它在众多科学领域中的成功应用，赢得了国际学术界的肯定和关注。 1989 年在英国创办的英文版国际学术刊物《灰色系统学报》（The Journal of Grey System）已成为《英国科学文摘》（SA）、《美国数学评论》（MR）等重要国际文摘机构的核心期刊。全世界有 ３００ 余种学术期刊接受、刊登灰色系统论文，美国计算机学会会刊、台湾《模糊数学通讯》、系统与控制国际杂志 Kybernetes(SCI源期刊)　出版了灰色系统专辑。 2、 目前，英国、美国、德国、日本、澳大利亚、加拿大、奥地利、俄罗斯等国家，台湾、香港地区及联合国等国际组织有许多知名学者从事灰色系统的研究和应用。 （1）中国华中理工大学陈绵云教授（灰色控制）、山东大学史开泉教授（灰信息空间）及王子亮博士（灰色模型）、河北经贸大学王清印教授（泛灰系统）、浙江大学罗庆成教授（灰色投入产出）及何勇教授（灰色预测）、杭州大学水乃翔教授（灰色模型）、北方交通大学贺仲雄教授（灰色可拓关系）、武汉交通科技大学肖新平教授（灰色聚类）、山西省农科院王学萌研究员（农村经济灰系统分析）、四川大学徐玖平教授（灰色优化模型）、聊城师范学院刘希强教授（灰关联空间）和福州大学张岐山教授（灰色评估）等都在不同领域做了大量深入的研究，为灰色系统理论的发展作出了重要贡献。 （2）世界上有 １００ 多所大学如华中科技大学、中国人民大学、清华大学、浙江大学、山东大学、南京航空航天大学、河南农业大学、美国马里兰大学、日本丰桥大学、神奈川大学、维也纳经济大学、法国宇航中心、台湾中央大学、成功大学、大同工学院等开设了灰色系统理论课程。 （3）中国的华中科技大学