电子政务决策支持系统的设计与实现

第22卷第1期 湖北民族学院学报(自然科学版) Vol.22 No.12004年3月 JournalofHubeiInstituteforNationalities(NaturalScienceEdition) Mar.2004

电子政务决策支持系统的设计与实现

谢坤武

(湖北民族学院信息工程学院,湖北恩施445000)

摘要:随着通信、互联网技术和计算机技术的发展,电子政务越来越受到人们的关注,而数据仓库的广泛应用,

使基于数据仓库的决策支持系统得到了很大的发展.构造基于java分布式技术的电子政务决策支持系统移植性

强,基于浏览器的客户端界面友好,使用方便、简洁,系统扩展性强.

关键词:电子政务;决策支持;数据仓库;数据挖掘;EJB

中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1008-8423(2004)01-0059-06

电子政务是以提高政府的办公效率,实现协同工作、信息共享和决策支持为目标,将信息发布、管理、服务、沟通等功能在局域网和国际互联网上安全地交互式实现,同时提供管理流程再造,构建和优化内部、办公自动化系统,为提高管理、服务水平提供强大的技术支持体系.电子政务建设的内容是直接面对各地不同职能、不同工作模式的各级政府部门,特别是具体的业务处理流程部门.概括来说电子政务的范畴包括政府对外服务与监管(G2B、G2C)、政府机构之间(G2G)和政府机构内部事务处理3大方面.电子政务系统构建包括电子政务网络平台建设、政府门户网站建设、政府内部办公自动化建设、政府内部管理系统建设、决策支持系统等系统的建设,为政府信息管理、服务水平的提高提供强大的技术和咨询支持,如图1所示:

图1 电子政务范畴图

Fig.1 E-governmentforcategorygraph

1 决策支持系统的构成和结构

决策支持系统DSS(DecisionSupportSystem)是在管理信息系统MIS(ManageInformationSystem)的基础上发展起来的.DSS是以管理学、运筹学、控制论和行为科学为基础,以信息、仿真和计算机等技术为手段综合利用现有的数据、信息和模型,辅助决策者解决半结构化或非结构化决策问题的人机交互系统.DSS的3个基本要素是:决策信息、决策模型、决策者.DSS的目的是辅助决策者作决策,提高决策者的决策技能和组织的决策水平,从而使组织能获得好的经济效益.DSS的一个重要特点是模型驱动即以模型库管理为核心,着重体现决策要求,以建模解模为主,数据库随模型改变而改变,利用模型进行决策

一个决策支持系统将包括如下典型的组件:

(1)数据仓库及管理系统:DSS的数据库通常包括在数据仓库中.数据仓库是集成的、面向主题的数据库收稿日期:2003-10-271

基金项目:湖北省教育厅重点教学研究项目(2003A008).

:(),男,,,[1].

湖北民族学院学报(自然科学版) 60 第22卷集合,用来支持决策支持功能,其中每个数据单元都不随时间改变.数据仓库的数据通常从内部和外部数据源中抽取.

数据仓库是一种管理技术,它能够将分布在企业网络中不同站点的数据集成到一起,为决策者提供各种类型的、有效的数据分析,起到决策支持的作用.

所谓主题,它是数据归类的标准,每个主题对应一个客观分析领域,如销售状况、人事状况等,它可以辅助决策集成多个部门不同系统的大量数据.所谓面向主题,是指数据仓库内的信息是按主题进行组织的,为按主题进行决策的过程提供信息.所谓集成,是指数据仓库中的信息不是从各个业务处理系统中简单抽取出来的,而是经过系统加工、汇总和整理,以确保数据仓库内的信息是一致的全局信息.所谓稳定,是指一旦某个数据进入数据仓库,一般情况下将被长期保留,也就是数据仓库中一般有大量的插入和查询操作,但修改和删除操作很少.所谓包含历史数据,是指数据仓库内的信息并不只是关于当时或某一时点的信息,而是系统记录了从过去某一时点(如开始应用数据仓库的时点)到目前的各个阶段的信息,通过这些信息,可以对企业的发展历程和未来趋势做出定量分析和预测.

数据仓库的基本逻辑结构如图2所示

.

图2 数据仓库的基本逻辑结构

Fig.2 Datawarehouseofthebasiclogicarchitecture

(2)模型库及管理系统:一个包含有财务、统计、运筹和其它定量模型的软件包,能够提供系统的分析能力和合适的软件管理能力[2].在模型库中的模型可以分为战略性的、策略性的、运营性的等等.所谓模型是以某种形式对一个系统的本质属性的描述,以揭示系统的功能、行为及其变化规律.人们认识和研究客观世界一般有3种方法:逻辑推理法、实验法和模型法.其中模型法是了解和探索客观世界的最得力、最方便、最有效的方法,它在客观世界和科学理论之间架起一座桥梁,通过这座桥梁可以分析研究系统的各个侧面.模型可以分为两大类,即原子模型和复合模型,可以用BNF给出统一定义.

<模型>::=<模型头><模型体>

<模型头>::=<模型名><模型参数表><信息表>

<模型参数表>::=<输入参数表><输出参数表>

<输入参数表>::={<参数类型><参数名>}

<输出参数表>::={<参数类型><参数名>}

<信息表>::=<建模时间><模型功能><模型调用情况>

<模型体<::=<输入约束><模型逻辑结构><输出约束>

<输入约束>::=<布尔函数>

<输出约束>::=<布尔函数>

<模型逻辑结构>::=<方法名><逻辑联接表>

<逻辑联接表>::={<源模型名>(<源参数名>)-><目标模型名>(<目标参数名>)}

第1期 谢坤武:电子政务决策支持系统的设计与实现 61 的.

(3)知识库及管理系统:许多非结构化和半结构化的问题是如此的复杂,它们还需要特别的专业知识,这些知识可以由专家系统或者其它智能系统提供.因此,更高级的DSS系统还包含成为知识管理的组件.

知识库及知识库管理系统的功能是对知识进行系统化组织与管理,能够存储、增加、删除、修改和查询知识,以及对知识进行一致性和完整性校验.知识库与数据库既有区别又有联系,从知识的逻辑表示观点来看,关系数据库是一种简单的知识库,数据库中的每一个关系是一个原子公式,即一个谓词,关系中的元组即是知识中的事实,因此利用关系数据库来建造知识库,就可以充分利用关系数据库管理系统的功能,极大的方便了知识库管理系统的设计.

目前,知识大多数采用概念-事实-规则3级层次的知识构造体系,即

Knowledge=Concept+Fact+Rule

而通常概念包含在事实里,因此知识库中的知识是由事实和规则两部分组成的.

其中规则采用如下形式描述:

<规则>::=(<规则号>,<前提1>|<前提2>|...<结论>,<规则强度CF>)

上述的前提和结论都是事实,因此本文中的两个知识库中只有两个谓词,即规则(Rule)和事实(Fact);而利用关系数据库来构造这两个知识库时,建立两个表,即规则表和事实表来体现知识库中的两种关系.在设计规则表时,以规则编号为索引,为了便于推理中的规则匹配比较,知识库中的事实都要进行编号.

2 系统软件平台和构架

2.1软件平台

(1)服务器操作系统:RedHatLinux7.3

Linux已逐渐成为世界上使用最广泛的操作系统之一,从网络服务器、桌面PC到各种嵌入式设备.由于良好的可移植性,它同时具有若干种硬件平台上的运行版本,目前的内核支持x86,StrongArm,PowerPC,A1pha等处理器体系结构,它是开发源码,免费的产品,使用它可以大大节约资金.

(2)SQL数据库:MySQL4.0

MySQL是一个真正的多用户、多线程SQL数据库服务器.MySQL是以一个客户机/服务器结构的实现,它由一个服务器守护程序mysqld和很多不同的客户程序和库组成.SQL是一种标准化的语言,它使得存储、更新和存取信息更容易.MySQL主要目标是快速、健壮和易用.MySQL是完全开放源码和免费的.

(3)应用服务器(EJB容器)和Web服务器:JBOSS3.2.1+TOMCAT4.1.18

JBOSS支持EJB1.1和EJB2.0的规范[3],100%纯java的EJB服务器,开放源代码的,它是一个管理EJB的容器和服务器.类似于Sun.sJ2SDKEnterpriseEdition(J2EE).JBOSS需要比较小的内存和硬盘空间,可以在64M内存以及几兆空间上很好的运行.而SuncsJ2EE需要最少内存为128M,以及31M硬盘空间.JBOSS启动速度要比J2EE快10倍.而且它能内嵌SQL数据库服务器进行持久性BEAN处理,当启动时会自动启动.JBOSS采用JavaManageeXtensionAPI实现软件模块的集成与管理.

ApacheTOMCAT是JSP/SERVERLET容器,TOMCAT4.1.18支持目前正在处于测试版的Servlet2.3规范和JSP1.2规范的新特性,主要包括3个部分:¹Catalina,一个符合ServletAPI规范2.3的ServletContainer;ºJasper,一个符合JSP规范1.2的JSP编译器和运行环境;»Webapps-Tomcat中包含的一些例子和用于测试的web例程,以及相关文档.但是Jboss核心服务仅是提供EJB服务器,JBOSS不包括serverlers/JSPpage的WEB容器,当然可以和TOMCAT绑定使用.本系统中使用的是JBOSS3.2.1+TOMCAT4.1.18合集,它省去了分别配置的麻烦.

(4)客户端:IE等浏览器

客户端采用浏览器,真正的实现了零客户端,使用方便、简洁.

本系统采用java技术,几乎不用作什么修改就可以移植到其他平台上.

2.2系统总框架图

鹤峰县电子政务决策支持系统由:数据仓库及管理系统、模型库及管理系统、知识库及管理系统、数据3

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图3 电子政务决策支持系统结构图

Fig.3 E-governmentoftheDSSforarchitecture

2.3模型库及管理系统

模型在计算机中的表达与存储通常采用以下3种形式:

(1)作为数据的模型.即将模型分解划分成可以用数据结构进行表示的模型单元.对于模型的构造、存储、操作等,需要用一套完善的数据管理与操作方法来完成.

(2)作为语句的模型.采用构模语句,通过构模语句来表达模型,构成具有使某些构模功能易于执行的特征.

(3)作为子程序的模型.每个模型是一段能够完成某种功能的程序,它可以由主程序灵活调用,并与主程序之间相对独立,只要通过传递数据和控制参数即可运行.

由于鹤峰县电子政务的决策支持系统研究的城市规划模型、财务预测模型等模型很难用一种通用的模型单元或语句来概括,因此本决策支持系统的模型库采用第三种模型构造方案.本文以子程序表达的模型运行方式,利用java语言和面向对象编程技术把各个子模型开发成了一个个相对独立的类文件,即可视化组件(每个模型留有模型输入控制参数和输出参数数据接口及模型行为控制接口,使用时不必知道模型内的逻辑结构,对外屏蔽了模型的复杂性,实现了模型的封装性),保证了不论采用什么样的模型构造和数学方法及编程语言,只要可以单独运行有效模型,都能将各个子模型成为系统的模型资源,受系统统一管理和调度,而且保证了模型的易于被重复使用.采用子程序模型运行方法,通过外挂加载方式使模型与系统相联接,这样保证了系统结构的相对固定、模型的相对独立性,充分利用了现有资源,使系统更具有更好的可扩充性、维护性和通用性.

将每个模型细化,分成小的一个个模型,用java面向对象的技术将其封装.如各个局上报的一些重要事件或者工作总结表,进行如下封装:

publicclassArticle{

publicStringTitle,Body,AddDate,AddUser;

publicintID,Hits,RootID;

publicArticle(){};

publicintgetID(){ returnID; }

publicintgetRootID(){ returnRootID; }

publicStringgetTitle(){ returnTitle; }

publicStringgetBody(){ returnBody; }

publicintgetHits(){ returnHits; }

publicStringgetAddDate(){ returnAddDate; }

publicStringgetAddUser(){ returnAddUser; }//设置文章排列的ID

publicvoidsetID(inti){ this.ID=i; }//设置文章所属的类别ID

publicvoidsetRootID(inti){ this.RootID=i; }//设置文章标题

publicvoidsetTitle(Strings){ this.Title=s; }//设置文章内容

publicvoidsetBody(Strings){ this.Body=s; }//设置文章点击次数/

第1期 谢坤武:电子政务决策支持系统的设计与实现 63 publicvoidsetAddDate(Strings){ this.AddDate=s; }//设置文章的添加用户

publicvoidsetAddUser(Strings){ this.AddUser=s; }

}

模型库管理系统是模型库系统的核心,主要负责模型的构造、维护、装载等全面管理和调度的操作.

2.4 知识库及管理系统

本系统的知识库主要分为:法律法规、政策制度、政府公文等.在这之中还有一个预案系统,里面是政府各种工作预案,如地质灾害预案、疾病防疫预案等,知识库存放在关系数据库MySQL之中.

事实表中以事实编号为索引,其余字段为有关事实说明信息.因此知识库中存储的领域专家知识就可以由蕴含关系的规则来表达:

IFXThen(Y,Con)或X=>(Y,Con),含义为/如果X成立则有置信度为Con的结论Y0,上式用笛卡尔乘积的形式表示为:<X,Y,Con>如表1所示:

表1 系统知识规则实例

Tab.1 Exampleofrulesofsystematicknowledge

规则编号

1

,,规则前项农民收成下降结论天气灾害置信度0.80

知识库管理系统表现在:知识库的编辑功能是通过关系数据库来实现对记录的增加、修改、删除和查询功能,包括¹规则的增加,即将一条规则加入到知识库中包括在规则表和事实表中添加记录;º规则的修改,即修改规则的前提或结论,以及对事实表中的相应记录进行修改或添加;»规则的查询,即根据查询条件查询到符合条件的规则的详细内容,包括前提、结论及置信度Con.这些功能的实现,都采用j2ee中EJB完成,它很好的处理了业务逻辑,对数据库的操作高效、方便、稳定.

2.5 数据挖掘与知识发现

数据挖掘和知识发现是对数据仓库的分析与综合,从数据仓库中提取人们感兴趣的数据模式、数据的普遍关系及其一些潜在的、事先未知的数据特征.概括地说,数据挖掘是在数据仓库的基础上进行知识发现(KnowledgeDiscovery).

此数据挖掘系统采用3层结构模式,后台MySQL.数据库存储要进行挖掘的数据表以及数据挖掘系统的元数据,在JBOSS应用服务器上配置相应的数据挖掘EJB,JSP调用EJB,客户机上通过IE页面即可运行.

数据挖掘需要对大量数据进行处理,加上使用的是Web页面客户端,动态Web站点往往用数据库存储的信息生成Web页面,每一个页面请求导致一次数据库访问.连接数据库不仅要开销一定的通讯和内存资源,还必须完成用户验证、安全上下文配置这类任务,因而往往成为最为耗时的操作.当然,实际的连接时间开销千变万化,但1到2秒延迟并非不常见.如果某个基于数据库的Web应用只需建立一次初始连接,不同页面请求能够共享同一连接,就能获得显著的性能改善.为此,实现连接池,JBOSS已经提供了与MySQL数据库的链接池,只需要进行如下配置就可以了.

在mysql-ds.xml中配置成如下:

<datasources>

<local-tx-datasource>

<jndi-name>MySqlDS</jndi-name>

<connection-url>jdbc:mysql://localhost:1433;DatabaseName=dss</connection-url>

<driver-class>org.gjt.mm.mysql.Driver</driver-class>

<user-name>dzhcheng</user-name>

<password>197810</password>

</local-tx-datasource>

</datasources>

系统中所有的逻辑代码,都放在EJB中,EJB主要分两种:SessionBean和EntityBean(在EJB2.0中新加入了[4]

湖北民族学院学报(自然科学版) 64 第22卷多条记录的集合.对逻辑的处理部分,放在SessionBean中,每个SessionBean中都自己单独定义一个类,这个类的实例就是数据库中的EJB对象(一条记录),类的数据成员就对应着数据库中的字段,在SessionBean找到数据库记录的时候,然后通过get方法将记录的字段值付给自己定义对象的数据成员,在SessionBean中可以过滤很多列,只取需要的列.

SessionBean通过JNDI调用EntityBean,如下代码片:

InitialContextjndiContext=getInitialContext();

Objectobj=jndiContext.lookup(0PersonHomeLocal0);

PersonHomeLocalpersonHome=(PersonHomeLocal)obj;

2.6 用户界面

在前端采用Jsp,在Jsp中就调用SessionBean中的方法.如下代码片:

try{

javax.naming.InitialContextctx=newjavax.naming.InitialContext();

Objectref=ctx.lookup(0DSSPersonHomeRemote0);

Personhome=(DSSPersonHomeRemote)PortableRemoteObject.narrow(ref,DSSPersonHomeRemote.class);

}

catch(ClassCastExceptionex){

ex.printStackTrace();

}catch(NamingExceptionex){

ex.printStackTrace();

}

3 结束语

本系统采用的是基于Web和数据仓库的智能综合决策支持系统.此系统采用数理统计模型、运筹模型进行定量分析;预测采用OLAP方法、代数运算将有关信息抽取出来作为问题的答案;采用数据挖掘技术,通过对数据进行逻辑运算,找出它们之间内在联系,以提供决策支持.

参考文献:

[1]俞文彬,谢康林,张忠能.基于数据仓库的决策支持系统框架研究[J].上海交通大学学报,2000,34(6):810~819.

[2]李京,孙颖博.模型库管理系统的设计与实现[J].软件学报,1998,9(8):613~618.

[3]叶松云,许龙飞.基于J2EE的数据挖掘系统的设计与实现[J].计算机工程与应用,2003,39(6):201~205.

[4]HansonJH,WillshireMJ.Modelingafasterdatawarehouse[A].In:DatabaseEngineeringandApplicationsSymposium,1997.IDEAS.97[C].Proceed-ings,International,25~27Aug.1997.260~265.

DesignandImplementationforE-governmentoftheDSS

XIEKun-wu

(HubeiInstituteforNationalities,Enshi445000,China)

Abstract:Withthedevelopmentofcommunication、Internet&computertechnology,peoplepaymoreandmoreattentiontoE-government,Withthewideapplicationofthedatawarehouse,theDecisionSupportSystem(DSS)basedondatawarehousehasdevelopedgreatly.ThedistributedtechnologybasedonJAVAcanbereplantedfreely.TheUIbasedonbrowserisconvenienteandconciseanditwillbeofguidanceinthefurtherresearchanddevelopmentintheDSSinE-government.Keywords:E-government;DSS;datawarehouse;datamining;EJB