1.2 信息系統的類型

1.2.1 事務處理系統

在許多大型、關鍵的應用程序中，計算機每秒鐘都在執行大量的任務。更為經常的往往不是這些任務本身，而是將這些任務結合在一起完成一個業務要求，稱為事務。事務是一個最小的工作單元，不論成功與否都作為一個整體進行工作。事務處理系統（TPS，Transaction Processing Systems）是支持組織日常工作的主要系統，用于日常業務的記錄、匯總、綜合和分類等方面，它的輸入一般是原始單據，而輸出往往是分類或匯總的報表。事務處理系統可以幫助組織降低業務成本，提高信息準確度和事務處理效率，提升業務服務水平。TPS存在于企業的各個職能部門，是企業聯系客戶的紐帶，也是其他信息系統的基礎，在企業中主要表現為4種系統，即市場營銷、生產制造、財務會計和人力資源系統。

事務處理系統的典型特點是具備ACID特征。ACID指的是Atomic（原子的）、Consistent（一致的）、Isolated（隔離的）及Durable（持續的），它們代表著事務處理應該具備的4個特征。

（1）原子性：組成事務處理的語句形成了一個邏輯單元，不能只執行其中的一部分。

（2）一致性：在事務處理執行之前和之后，數據是一致的。

（3）隔離性：一個事務處理對另一個事務處理沒有影響。

（4）持續性：當事務處理成功執行到結束時，其效果在數據庫中被永久記錄下來。

1.2.2 管理信息系統

20世紀70年代初期，隨著數據庫技術、網絡技術和科學管理方法的發展，管理信息系統逐步成熟起來，具有統一規劃的數據庫是管理信息系統成熟的重要標志。管理信息系統（MIS，Management Information Systems）的概念起源很早，最早由瓦爾特·肯尼萬（Walter T.Kemevan）于1970年定義為“以書面或口頭的形式，在合適的時間向經理、職員及外界人員提供過去的、現在的、預測未來的有關企業內部及其環境的信息，以幫助他們進行決策”。直到20世紀80年代，1985年管理信息系統的創始人明尼蘇達大學卡爾森管理學院的著名教授高登·戴維斯（Gordon B.Davis）才給出管理信息系統一個較完整的定義：“它是一個利用計算機硬件和軟件，手工作業，分析計劃、控制和決策模型，以及數據庫的用戶——機器系統。它能提供信息，支持企業或組織的運行、管理和決策功能。”這個定義說明了管理信息系統的目標、功能和組成，而且反映了管理信息系統當時已達到的水平。它說明了管理信息系統的目標是在高、中、低3個層次，即決策層、管理層和運行層上支持管理活動。

管理信息系統絕不僅僅是一個技術系統，而是把人包括在內的人機系統，因而它是一個管理系統，是個復雜的社會系統。管理信息系統是一個以人為主導，利用計算機硬件、軟件、網絡通信設備及其他辦公設備，進行信息的收集、傳輸、加工、儲存、更新和維護，以企業戰略競優、提高效益和效率為目的，支持企業高層決策、中層控制、基層運作的集成化的人機系統，如圖1.4所示。

1.管理信息系統的主要功能

1）數據處理

它包括數據收集和輸入、數據傳輸、數據存儲、數據加工處理和輸出。它準備和提供統一格式的信息從而簡化各種統計工作，使信息成本最低。

2）預測功能

它是指運用現代數學方法、統計方法或模擬方法，根據過去的數據預測未來的情況。

3）計劃功能

它是指根據企業提供的約束條件，合理地安排各職能部門的計劃，按照不同的管理層，提供相應的計劃報告。

4）控制功能

它是指根據各職能部門提供的數據，對計劃的執行情況進行監測、檢查，比較執行與計劃的差異，分析產生差異的原因，輔助管理人員及時以各種方法加以控制。

5）輔助決策功能

它是指采用各種數學模型和所存儲在計算機中的大量數據，及時推導出有關問題的最優解或滿意解，輔助各級管理人員進行決策，以期合理利用人、財、物和信息資源，取得較大的經濟效益。

2.管理信息系統的要素

管理信息系統的3個要素分別是管理、信息和系統。要設計出成功的管理信息系統就必須深入研究不同管理級別活動的性質、內容及聯系；信息是一種被加工為特定形式的數據，在設計管理信息系統總體框架時，一定要從信息資源管理角度出發，優化信息流的總體，組織管理信息系統內部的功能，考慮信息資源的綜合管理與應用；系統的概念為描述和理解管理信息系統特性在內的各種組織現象提供了一個框架。在設計管理信息系統時，要首先抓住系統的輸入、處理和輸出。

3.管理信息系統的劃分

1）基于組織職能進行劃分

MIS按組織職能可以劃分為辦公系統、決策系統、生產系統和信息系統等。

2）基于信息處理層次進行劃分

MIS基于信息處理層次可劃分為面向數量的執行系統、面向價值的核算系統、報告監控系統、分析信息系統和規劃決策系統等。

3）基于歷史發展進行劃分

第一代MIS由手工操作，使用工具是文件柜、筆記本等；第二代MIS增加了機械輔助辦公設備，如打字機、收款機、自動記賬機等；第三代MIS使用計算機、電傳、電話、打印機等電子設備。

4）基于規模進行劃分

隨著電信技術和計算機技術的飛速發展，現代MIS從地域上劃分已逐漸由局域范圍走向廣域范圍。

5）管理信息系統的綜合結構

MIS可以劃分為橫向綜合結構和縱向綜合結構。橫向綜合結構指同一管理層次各種職能部門的綜合，如人事、銷售部門。縱向綜合結構指具有某種職能的各管理層的業務組織在一起，如上下級的對口部門。

4.管理信息系統的開發方法

1）結構化生命周期法

結構化生命周期法（Structured System Analysis and Design或Structured Analysis and Design Technologies），是自頂向下的結構化方法、工程化的系統開發方法和生命周期方法的結合。它是20世紀60年代一些西方工業發達國家吸取了以前系統開發的經驗教訓，逐步發展起來的一種方法，其基本思想就是要求信息系統的開發工作，從初始到結束劃分為若干階段，預先規定好每個階段的任務，再按一定的準則來按部就班地完成。該方法具體分為系統調查、系統分析、系統設計、系統實施與轉換、系統維護與評價等幾個主要階段。

2）原型法

原型法（Prototype）是20世紀80年代初，在總結和歸納結構化分析與設計方法開發軟件項目的基礎上，針對結構化生命周期法的缺陷提出的設計新方法，是適應當前計算機技術的進步及對軟件需求的快速增長而出現的一種快速、靈活、交互式的項目開發方法。這種方法根據用戶需求，一反結構化分析與設計方法那樣逐步調查、整理文檔、分析、設計、編碼及每個階段都進行確認的過程，而是在此基礎上與用戶交流。它從一開始就借助先進的軟件開發工具，根據用戶提出的軟件需求定義快速建立一個軟件系統的“原型”，向用戶展示待開發軟件的功能，在征求用戶意見后再反復進行修改、完善、提高和確認，從而最終實現項目的目標。

3）面向對象法

面向對象法（OOA）是20世紀80年代中期興起的一種新型軟件開發方法，其核心是直接圍繞真實世界的實體和概念來組織開發和設計。面向對象法出發點和所追求的基本目標是使人們分析、設計與實現一個系統的方法盡可能接近人們認識一個系統的方法，也就是使描述問題的問題空間和解決問題的方法空間在結構上盡可能一致。面向對象法比較確切地描述了現實世界，利用它所開發的系統易于理解和維護。

管理信息系統具有兩個重要特點，其一是高度集中，能將組織中的數據和信息集中起來，進行快速處理，統一使用；其二是利用定量化的科學管理方法，通過預測、計劃優化、管理、調節和控制等手段來支持決策。管理信息系統面向管理，利用系統的觀點，數學的方法和計算機應用三大要素，形成自己獨特的內涵，從而形成了一門系統型、交叉型、邊緣型的學科。

1.2.3 辦公自動化系統

辦公自動化系統（OAS，Office Automation System）是當前新技術革命中一個非常活躍并具有很強生命力的技術應用領域，它誕生于20世紀70年代的美國，先后經歷了以數據為主要處理內容的第一代辦公自動化、以信息為主要處理內容的第二代辦公自動化和以知識為主要處理內容的第三代辦公自動化的3個發展階段。目前，辦公自動化系統軟件種類繁多，例如IBM Lotus公司的Lotus Domino/Notes、 Microsoft公司的Microsoft Exchange Server、Novell公司的Group Wise等。

從概念上來說，辦公自動化系統是采用Internet/Intranet技術，基于工作流的概念，以計算機為中心，采用一系列現代化的辦公設備和先進的通信技術，廣泛、全面、迅速地收集、整理、加工、存儲和使用信息，使企業內部人員方便、快捷地共享信息，高效地協同工作；改變過去復雜、低效的手工辦公方式，為科學管理和決策服務，從而達到提高行政效率的目的。目前辦公自動化系統的內容主要包括公文管理、電子郵件、電視會議、語言郵件、人力資源、督查審批、檔案存儲和桌面排版等。一個企業實現辦公自動化的程度也是衡量其實現現代化管理的標準。

1.辦公自動化系統的層次結構

事務層辦公自動化、管理層辦公自動化和決策支持層辦公自動化（DSS，Decision Support System）是廣義的辦公自動化系統構成中的3個功能層次。3個功能層次間的相互聯系可以由程序模塊的調用和計算機數據網絡通信手段做出。

事務層辦公自動化是第1個層次。它只限于單機或簡單的小型局域網上的文字處理、電子表格、數據庫等輔助工具的應用，一般稱為事務型辦公自動化系統。在辦公事務OA中，最為普遍的應用有文字處理、電子排版、電子表格處理、文件收發登錄、電子文檔管理、辦公日程管理、人事管理、財務統計、報表處理和個人數據庫等。事務型OA系統都是處理日常的辦公操作，是直接面向辦公人員的。

管理層辦公自動化是第2個層次。隨著信息利用重要性的不斷增加，在辦公系統中對和本單位的運營目標關系密切的綜合信息的需求日益增加。信息管理型的辦公系統，是把事務型辦公系統和綜合信息（數據庫）緊密結合的一種一體化的辦公信息處理系統。綜合數據庫存放有關單位的日常工作所必需的信息。例如，在公司企業單位，綜合數據庫包括工商法規、經營計劃、市場動態、供銷業務、庫存統計和用戶信息等。

決策支持層辦公自動化是第3個層次。它使用由綜合數據庫系統所提供的信息，針對所需要做出決策的課題，構造或選用決策數字模型，結合有關內部和外部的條件，由計算機執行決策程序，做出相應的決策，幫助決策者在決策過程中利用數據和模型求解問題做出判斷。

2.辦公自動化系統的功能

國內辦公自動化系統經過從20世紀80年代末至今20多年的發展，已從最初提供面向單機的輔助辦公產品，發展到今天可以提供面向應用的大型協同工作產品。具體來說，辦公自動化系統主要實現以下7個方面的功能。

（1）建立組織內部的通信平臺和郵件系統，使組織內部的通信和信息交流快捷通暢。

（2）建立組織內部信息發布的平臺，建立一個有效的信息發布和交流的場所，如電子公告、電子論壇、電子刊物，使內部的規章制度、新聞簡報、技術交流、公告事項等能夠在企業或機關內部員工之間得到廣泛的傳播，使員工能夠了解單位的發展動態。

（3）實現工作流程的自動化，對流轉過程實施實時監控、跟蹤，解決多崗位、多部門之間的協同工作問題，實現高效率的協作。

（4）實現文檔的電子化、自動化管理，可使各類文檔能夠按權限進行保存、共享和使用。

（5）輔助實現日常事務性辦公工作的自動化，如會議管理、車輛管理、物品管理、圖書管理等。

（6）實現信息集成。企業都存在大量的業務系統，企業的信息源往往都在這些業務系統里，辦公自動化系統可以和這些業務系統（如購銷存、ERP等業務系統）實現很好的集成，使相關的人員能夠有效地獲得整體的信息，提高整體的反應速度和決策能力。

（7）實現分布式辦公，即支持多分支機構、跨地域的辦公模式及移動辦公。

1.2.4 決策支持系統

由于管理信息系統往往是按照它在建立時所確定的模式來收集、存儲和加工信息，所以對于目標明確、具有確定規則和程序及信息需求的結構化決策問題，它可以有效支持決策中各個階段的活動。但在現代管理決策中往往會出現目標模糊不清、規則程序不確定的半結構化問題或非結構化問題，而決策支持系統則可以有效解決此類問題。決策支持系統（DSS，Decision Support System）概念最早由Keen和Scott Morton于20世紀70年代中期提出，1980年Sprague提出了決策支持系統3部件結構（對話部件、數據部件和模型部件），明確了決策支持系統的基本組成，極大地推動了決策支持系統的發展。近年來，決策支持系統的應用和研究一直非常活躍，新概念和新系統不斷產生，如智能決策支持系統（IDSS）、分布式決策支持系統（DDSS）等。從概念上來說，決策支持系統是輔助決策者通過數據、模型和知識，以人機交互方式進行半結構化或非結構化決策的計算機應用系統。它是管理信息系統向更高一級發展而產生的，為決策者提供分析問題、建立模型、模擬決策過程和方案的環境，通過調用各種信息資源和分析工具來幫助決策者提高決策水平和質量。

1.決策支持系統的組成

決策支持系統基本結構主要由5個部分組成，即數據部分、模型部分、知識部分、方法部分和人機交互部分，如圖1.5所示。數據部分包括多個相應的子系統，如數據庫（DB）、數據庫管理系統（DBMS）及查詢分析工具等；模型部分包括模型庫（MB）、模型庫管理系統（MBMS）、模型執行處理程序、模型組合生成程序等；知識部分由知識庫（KB）、知識庫管理系統（KBMS）和推理機組成；方法部分主要包括方法庫和方法庫管理系統；人機交互部分是決策支持系統的人機交互界面，用以接收和檢驗用戶請求，調用系統內部功能軟件為決策服務，使模型運行、數據調用和知識推理達到有機的統一，從而有效地解決決策問題。

2.決策支持系統的分類

1）智能決策支持系統（IDSS，Intelligent Decision Support System）

20世紀80年代末90年代初，決策支持系統開始與專家系統（ES，Expert System）、人工智能（AI）、知識工程（KE）相結合，形成智能決策支持系統。它以知識庫為核心，在模型數值計算基礎上引入了啟發式等人工智能的求解方法，使傳統DSS原先主要由人承擔的定性分析任務部分轉由機器來完成，而且比人做得更好、更穩定。智能決策支持系統既充分發揮了專家系統以知識推理形式解決定性分析問題的特點，又發揮了決策支持系統以模型計算為核心的解決定量分析問題的特點，充分做到了定性分析和定量分析的有機結合，使得解決問題的能力和范圍得到了一個更大的發展。

2）群體決策支持系統（GDSS，Group Decision Support System）

群體決策支持系統是一種在DSS基礎上利用計算機網絡與通信技術，供多個決策者為了一個共同目標，通過某種規程來相互協作地探尋半結構化或非結構化決策問題的信息系統。GDSS涵蓋面非常廣泛，要綜合決策科學、人工智能、計算機網絡、運籌學、數據庫技術、心理學及行為科學等學科的理論、方法和技術，實用系統研究與開發難度都很大，目前國內外能投入實際運行的很少見。

3）分布式決策支持系統（DDSS，Distributed Decision Support System）

分布式決策支持系統是研究由多個物理位置上分離的決策體如何并發計算、協調一致地求解問題。這些分布在不同物理位置上的決策體構成計算機網絡，而網絡的每個節點至少含有一個決策支持系統或有若干輔助決策的功能。大型復雜系統的求解需要多個專業人員協作完成，而DDSS正是將“協作”作為一個重要的問題求解方法來研究，它將大型復雜系統分化為多個子問題，使系統易于開發和管理。

4）綜合決策支持系統（SDSS，Synthetic Decision Support System）

綜合決策支持系統是更高級形式的決策支持系統，它將傳統決策支持系統和新決策支持系統結合起來，把數據倉庫、聯機分析處理、數據挖掘、模型庫、數據庫、知識庫結合起來。綜合決策支持系統發揮了傳統決策支持系統和新決策支持系統的輔助決策優勢，實現了更有效的輔助決策，它是今后的發展方向。

3.決策支持系統的主要特點

（1）決策支持系統的使用主體是中高層的管理人員。

（2）系統只是支持用戶而不是代替用戶決策。因此系統并不提供所謂“最優”解，而是給出一類滿意解，讓用戶自行決斷。同時，系統并不要求用戶給出一個預先定義好的決策過程。

（3）系統所支持的主要對象是半結構化的決策（即不能完全用數學模型、數學公式來求解的決策）。它的一部分分析可由計算機自動進行，但需要用戶的監視和及時參與。

（4）DSS通常具有較強的語言處理能力和人機交互能力，它采用人機對話的有效形式解決問題，充分利用人的豐富經驗、計算機的高速處理及存儲量大的特點，有利于問題的解決。

由于Internet的普及，網絡環境的決策支持系統將以新的結構形式出現。決策支持系統的決策資源，如數據資源、模型資源、知識資源，將作為共享資源，以服務器的形式在網絡上提供并發共享服務，為決策支持系統開辟一個新方向。

1.2.5 專家系統

專家系統（ES，Expert System）是人工智能應用研究最活躍和最廣泛的領域之一，自1968年費根鮑姆等人研制成功第一個專家系統DENDEL以來，專家系統獲得了飛速的發展，并且運用于醫療、軍事、地質勘探、教學、化工等領域，產生了巨大的經濟效益和社會效益。專家系統就是一種在特定領域內具有專家水平解決問題能力的程序系統，是依據知識法則，運用推理法則來解決某類問題的信息系統，其特點是能對復雜情況做出診斷，能夠處理不確定情況，并能對方案做出解釋。它能夠有效地運用專家多年積累的有效經驗和專門知識，通過模擬專家的思維過程，解決需要專家才能解決的問題。

1.專家系統的基本結構

專家系統通常由人機交互界面、知識庫、推理機、解釋器、綜合數據庫、知識獲取機6個部分構成，如圖1.6所示，其中箭頭方向為數據流動的方向。

（1）知識庫用于存儲某領域專家系統的專門知識（包括事實、可行操作與規則等），并把獲取的知識進行形式化表達。由于專家系統的問題求解過程是通過知識庫中的知識來模擬專家的思維方式，所以知識庫是專家系統質量是否優越的關鍵所在，知識庫中知識的質量和數量決定著專家系統的質量水平。

（2）推理機通常包括推理機制和控制策略，是一組用于記憶所采用的規則和控制策略的程序從而使整個專家系統能夠以邏輯方式協調工作的程序模塊。推理機和知識庫一起構成了專家系統的核心。

（3）人機交互界面通常包括專家系統與用戶的接口、專家系統與領域專家和知識工程師的接口兩部分。一方面，專家系統與用戶的接口系統能夠與用戶進行對話，使用戶能夠輸入必要的數據、提出問題和了解推理過程及推理結果等。另一方面，界面也將系統向用戶提出的問題、得出的結果和做出的解釋以易于理解的形式提供給用戶。專家系統與領域專家和知識工程師的接口可以接受領域專家、知識工程師的知識，使領域專家、知識工程師了解系統的性能，并進一步改善和提高系統求解問題的能力。

（4）綜合數據庫專門用于存儲執行和推理過程中所需的原始數據和推理過程中得到的中間數據（信息），一般包括待求解問題的初始狀態描述、中間結果、求解過程的記錄、用戶對系統提問的回答等信息，往往是作為暫時的存儲區。

（5）解釋器是面向用戶服務的，能夠根據用戶的提問，向用戶解釋專家系統的結論和求解過程。它不僅能說服用戶相信系統的推理，也能幫助用戶、知識工程師改進知識庫。

（6）知識獲取機負責管理知識庫中的知識，根據需要添加、修改或刪除知識及由此產生的一些必要的改動，維護知識庫的一致性和完整性。知識獲取機主要具有知識的編輯和求精、知識自學習兩方面的功能，它是專家系統知識庫是否優越的關鍵，也是專家系統設計的“瓶頸”問題。

2.專家系統的特點

（1）能對復雜情況做出診斷，能夠處理不確定情況。

（2）能不斷積累知識，獲取專家經驗并采用基于知識的問題求解方法。

（3）在解題過程中除了用演繹方法外，有時還要求助于歸納方法和抽象方法。

（4）能從復雜的關系間得出結論，能以非常復雜的方式評價相互關聯的數據以得出結論并找出問題的解決方案。

（5）能對系統的推理或提議的決策做出解釋。

（6）知識庫與推理機相分離，以保證專家系統的模塊性、靈活性和可維護性。

3.專家系統的分類

用于某一特定領域內的專家系統，主要可以劃分為以下幾類。

（1）診斷型專家系統：根據對癥狀的觀察分析，推導出產生癥狀的原因及排除故障方法的一類系統，如醫療、機械、經濟等。

（2）解釋型專家系統：根據表層信息解釋深層結構或內部情況的一類系統，如地質結構分析、物質化學結構分析等。

（3）預測型專家系統：根據現狀預測未來情況的一類系統，如氣象預報、人口預測、水文預報、經濟形勢預測等。

（4）設計型專家系統：根據給定的產品要求設計產品的一類系統，如建筑設計、機械產品設計等。

（5）決策型專家系統：對可行方案進行綜合評判并優選的一類專家系統。

（6）規劃型專家系統：用于制定行動規劃的一類專家系統，如自動程序設計、軍事計劃的制訂等。

（7）控制型專家系統：用于自適應地管理一個受控對象或客體的全面行為，使其滿足預期要求。

（8）調試專家系統：用于對失靈的對象給出處理意見和方法。

（9）監視型專家系統：對某類行為進行監測并在必要時進行干預的一類專家系統，如機場監視、森林監視等。

1.2.6 地理信息系統

地理信息是有關地理實體和地理現象的性質、特征和運動狀態的表征和一切有用的知識，它是對表達地理特征與地理現象之間關系的地理數據的解釋，而地理數據則是各種地理特征和現象間關系的數字化表示。多尺度、多類型、多時態的地理信息是人類研究和解決土地、環境、人口、災害、規劃、建設等重大問題時所必需的重要信息資源。

地理信息系統（GIS，Geographic Information System或Geo-Information System）有時又稱為“地學信息系統”或“資源與環境信息系統”，它是一種特定的十分重要的空間信息系統，是在計算機軟、硬件系統支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）的有關地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統。地理信息系統處理、管理的對象是多種地理實體和地理現象數據及其關系，包括空間定位數據、圖形數據、遙感圖像數據、屬性數據等，用于分析和處理在一定地理區域內分布的地理實體、現象及過程，解決復雜的規劃、決策和管理問題。簡言之，地理信息系統是對空間數據進行采集、編輯、存儲、分析和輸出的計算機信息系統。計算機制圖、計算機輔助設計、數據庫管理系統和遙感圖像處理技術奠定了地理信息系統的技術基礎。

1.地理信息系統組成

地理信息系統功能的實現需要一定的環境支持，GIS運行環境包括計算機硬件系統和軟件系統、網絡、空間數據和管理與應用人員。其核心部分是計算機軟、硬件系統，空間數據反映了GIS的地理內容，而管理人員和用戶則決定系統的工作方式和信息表示方式。地理信息系統組成，如圖1.7所示。

2.地理信息系統主要類型

地理信息系統發展迅速，應用非常廣泛。一般來說，可根據其研究內容、功能、作用等對地理信息系統進行不同的類型劃分，具體劃分如表1-2所示。

3.GIS基本特征

與其他一般信息系統相比，地理信息系統具有如下的基本特征。

1）數據的空間定位特征

地理數據的三要素包括屬性、時間和空間位置，空間位置特征是地理空間數據有別于其他數據的本質特征，沒有空間位置數據不能稱為地理數據。地理信息系統要具有對空間數據管理、操縱和表示的能力。

2）空間關系處理的復雜性

地理信息的屬性數據是除空間位置及關系外所有的描述地理對象的定性或定量的數據信息。地理信息系統除要完成一般信息系統的工作外，還要處理與之對應的空間位置和空間關系，以及與屬性數據的一一對應處理。因此，GIS中的空間數據處理的復雜性是一般信息系統中前所未有的技術難題。

3）海量數據管理能力

地理信息系統海量數據特征來自兩個方面，一是地理數據，二是來自空間分析。GIS在執行空間分析的過程中，不斷產生新的空間數據，這些數據也具備海量特征。地理信息系統的海量數據帶來了系統運轉、數據組織、網絡傳輸等一系列的技術難題，這也是地理信息系統比其他信息系統復雜的又一個因素。