第10讲 计算机地质学灰色系统与地质应用ppt课件.ppt

《第10讲 计算机地质学灰色系统与地质应用ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、西安科技大学薛喜成计算机地质学主要内容10.1灰色系统理论概述10.2灰色系统理论的特点10.3灰色系统理论研究的主要内容10.4灰色关联分析（重点内容）10.5灰色建模预测（重点内容）10.6灰色系统在矿业中的应用10.1灰色系统理论概述灰色系统理论（GreySystemTheory）的创立源于20世纪80年代。邓聚龙教授在1981年上海中美控制系统学术会议上所作的“含未知数系统的控制问题”的学术报告中首次使用了“灰色系统”一词。1982年，邓聚龙发表了“参数不完全系统的最小信息正定”、“灰色系统的控制问题”等系列论文，奠定了灰色系统理论的基础。众所周知，描述和研究系统的理论和方法很

2、多，灰色系统理论则是其中的一种，属系统论的范畴。社会、经济、农业、工业、生态和生物等许多系统，是根据研究对象所属的领域和范围命名的，而灰色系统则是按颜色来命名的。在控制理论中，人们常用颜色的深浅来形容信息的多少。例如英国科学家艾什比用黑箱形容内部信息缺乏的对象和系统。因此，我们把内部特性已知的信息系统称为白色系统；把未知的信息系统，称为黑色系统；把部分信息已知而部分信息未知的信息系统，称为灰色系统。灰色系统理论所要考察和研究的是对信息不完备的系统，通过已知信息来研究和预测未知领域从而达到了解整个系统的目的。灰色系统与概率论、模糊数学一起并称为研究不确定性系统的3种常用方法。模糊数学着重

3、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，比如“年轻人”就是一个模糊概念，因为每一个人都十分清楚年轻人的内涵，但想划定一个确定的范围则很难办到，因为年轻人这个概念外延不明确，对这类内涵明确而外延不明确的“认知不明确”问题，模糊数学主要是凭经验借助于隶属函数进行处理。概率统计研究的是“随机不确定”现象，着重于考察“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大小。其出发点是大样本，并要求对象服从某种典型分布。灰色系统着重研究概率统计、模糊数学所不能解决的“小样本、贫信息不确定”问题，并依据信息覆盖，通过

4、序列生成寻求现实规律。其特点是“少数据建模”。与模糊数学不同的是，灰色系统理论着重研究“外延明确，内涵不明确”的对象。比如：到2050年，中国要将总人口控制在15亿到16亿之间，这“15到16亿之间”就是一个灰概念，其外延是非常明确的，但如果进一步要问到底是哪个具体值，则不清楚。目前，灰色系统理论得到了极为广泛的应用，不仅成功地应用于工程控制、经济管理、社会系统、生态系统和农业系统等领域，而且被广泛地应用于复杂的地质学和地质工程诸领域，获得了众多可喜的成就，也展示了极为广泛的应用前景。10.2灰色系统理论的特点灰色系统是以“灰元”、“灰数”、“灰关系”为特征的。但是，对灰色系统作量化研

5、究，是不能以灰数为基础的，因为灰色系统具有多学科的综合性，所以其数学基础也是非单一的。但灰色系统强调非唯一性，由非唯一性可引伸为集合性、范畴化、可比性、可序化性、可量化性、可构造性、可选择性和可优化性。正因为影响系统行为特征的因素是非唯一性的。所以，灰色系统具有一定的特点，总结如下：（1）充分利用已知信息寻求系统的运动规律研究灰色系统的关键是如何使灰色系统白化、模型化和优化。灰色系统理论属于软科学的范畴，视不确定量为灰色量。它提出了灰色系统建模的具体数学方法，能够运用时间序列数据来确定微分方程的参量。灰色预测不是把观测数据序列视为一个随机过程，而是看作随着时间变化的灰色量或灰色过程，而

6、后通过累加生成和相减生成逐步使灰色量白化，从而建立相应于微分方程解的模型并做出预报。这样，对某些大系统和长期预测问题，就可以发挥作用。（2）用灰色数学来确定不确定量并使之量化在数学发展史上，最早研究的是确定型的微分方程，随后就发展了概率论和数理统计，并运用随机变量和随机过程来研究事物的状态和运动。模糊数学则研究没有清晰界线的事物。例如，有些矿井煤和瓦斯突出严重和较严重，其间也没有明确的划分界限，则可通过隶属函数来使模糊概念量化。因此，可以用模糊数学来描述如语言、不精确推理等。灰色系统理论则认为不确定量是灰数，可用灰色数来处理不确定的量，同样可以使不确定量予以量化。（3）灰色系统理论能够

7、处理贫信息系统由于灰色系统理论研究的对象信息不完全、准则多样，从信息到结果往往是多到多的映射，所以得到的解不是一个，而是多个，是一个集合，集合代表全体，全体体现了整体性。灰色预测模型只要求较短的观测资料即可制作，这是和时间序列分析、多元分析等概率统计模型要求较长资料是不一样的。因此，对于某些只有少量观测数据的项目来说(如老顶周期来压、煤炭自燃、煤炭产量和井下涌水量等的预测)，其灰色预测是一种实用而有效的方法。总之，灰色系统理论具有能够利用“少数