1.2 信息系统的类型

1.2.1 事务处理系统

在许多大型、关键的应用程序中，计算机每秒钟都在执行大量的任务。更为经常的往往不是这些任务本身，而是将这些任务结合在一起完成一个业务要求，称为事务。事务是一个最小的工作单元，不论成功与否都作为一个整体进行工作。事务处理系统（TPS，Transaction Processing Systems）是支持组织日常工作的主要系统，用于日常业务的记录、汇总、综合和分类等方面，它的输入一般是原始单据，而输出往往是分类或汇总的报表。事务处理系统可以帮助组织降低业务成本，提高信息准确度和事务处理效率，提升业务服务水平。TPS存在于企业的各个职能部门，是企业联系客户的纽带，也是其他信息系统的基础，在企业中主要表现为4种系统，即市场营销、生产制造、财务会计和人力资源系统。

事务处理系统的典型特点是具备ACID特征。ACID指的是Atomic（原子的）、Consistent（一致的）、Isolated（隔离的）及Durable（持续的），它们代表着事务处理应该具备的4个特征。

（1）原子性：组成事务处理的语句形成了一个逻辑单元，不能只执行其中的一部分。

（2）一致性：在事务处理执行之前和之后，数据是一致的。

（3）隔离性：一个事务处理对另一个事务处理没有影响。

（4）持续性：当事务处理成功执行到结束时，其效果在数据库中被永久记录下来。

1.2.2 管理信息系统

20世纪70年代初期，随着数据库技术、网络技术和科学管理方法的发展，管理信息系统逐步成熟起来，具有统一规划的数据库是管理信息系统成熟的重要标志。管理信息系统（MIS，Management Information Systems）的概念起源很早，最早由瓦尔特·肯尼万（Walter T.Kemevan）于1970年定义为“以书面或口头的形式，在合适的时间向经理、职员及外界人员提供过去的、现在的、预测未来的有关企业内部及其环境的信息，以帮助他们进行决策”。直到20世纪80年代，1985年管理信息系统的创始人明尼苏达大学卡尔森管理学院的著名教授高登·戴维斯（Gordon B.Davis）才给出管理信息系统一个较完整的定义：“它是一个利用计算机硬件和软件，手工作业，分析计划、控制和决策模型，以及数据库的用户——机器系统。它能提供信息，支持企业或组织的运行、管理和决策功能。”这个定义说明了管理信息系统的目标、功能和组成，而且反映了管理信息系统当时已达到的水平。它说明了管理信息系统的目标是在高、中、低3个层次，即决策层、管理层和运行层上支持管理活动。

管理信息系统绝不仅仅是一个技术系统，而是把人包括在内的人机系统，因而它是一个管理系统，是个复杂的社会系统。管理信息系统是一个以人为主导，利用计算机硬件、软件、网络通信设备及其他办公设备，进行信息的收集、传输、加工、储存、更新和维护，以企业战略竞优、提高效益和效率为目的，支持企业高层决策、中层控制、基层运作的集成化的人机系统，如图1.4所示。

1.管理信息系统的主要功能

1）数据处理

它包括数据收集和输入、数据传输、数据存储、数据加工处理和输出。它准备和提供统一格式的信息从而简化各种统计工作，使信息成本最低。

2）预测功能

它是指运用现代数学方法、统计方法或模拟方法，根据过去的数据预测未来的情况。

3）计划功能

它是指根据企业提供的约束条件，合理地安排各职能部门的计划，按照不同的管理层，提供相应的计划报告。

4）控制功能

它是指根据各职能部门提供的数据，对计划的执行情况进行监测、检查，比较执行与计划的差异，分析产生差异的原因，辅助管理人员及时以各种方法加以控制。

5）辅助决策功能

它是指采用各种数学模型和所存储在计算机中的大量数据，及时推导出有关问题的最优解或满意解，辅助各级管理人员进行决策，以期合理利用人、财、物和信息资源，取得较大的经济效益。

2.管理信息系统的要素

管理信息系统的3个要素分别是管理、信息和系统。要设计出成功的管理信息系统就必须深入研究不同管理级别活动的性质、内容及联系；信息是一种被加工为特定形式的数据，在设计管理信息系统总体框架时，一定要从信息资源管理角度出发，优化信息流的总体，组织管理信息系统内部的功能，考虑信息资源的综合管理与应用；系统的概念为描述和理解管理信息系统特性在内的各种组织现象提供了一个框架。在设计管理信息系统时，要首先抓住系统的输入、处理和输出。

3.管理信息系统的划分

1）基于组织职能进行划分

MIS按组织职能可以划分为办公系统、决策系统、生产系统和信息系统等。

2）基于信息处理层次进行划分

MIS基于信息处理层次可划分为面向数量的执行系统、面向价值的核算系统、报告监控系统、分析信息系统和规划决策系统等。

3）基于历史发展进行划分

第一代MIS由手工操作，使用工具是文件柜、笔记本等；第二代MIS增加了机械辅助办公设备，如打字机、收款机、自动记账机等；第三代MIS使用计算机、电传、电话、打印机等电子设备。

4）基于规模进行划分

随着电信技术和计算机技术的飞速发展，现代MIS从地域上划分已逐渐由局域范围走向广域范围。

5）管理信息系统的综合结构

MIS可以划分为横向综合结构和纵向综合结构。横向综合结构指同一管理层次各种职能部门的综合，如人事、销售部门。纵向综合结构指具有某种职能的各管理层的业务组织在一起，如上下级的对口部门。

4.管理信息系统的开发方法

1）结构化生命周期法

结构化生命周期法（Structured System Analysis and Design或Structured Analysis and Design Technologies），是自顶向下的结构化方法、工程化的系统开发方法和生命周期方法的结合。它是20世纪60年代一些西方工业发达国家吸取了以前系统开发的经验教训，逐步发展起来的一种方法，其基本思想就是要求信息系统的开发工作，从初始到结束划分为若干阶段，预先规定好每个阶段的任务，再按一定的准则来按部就班地完成。该方法具体分为系统调查、系统分析、系统设计、系统实施与转换、系统维护与评价等几个主要阶段。

2）原型法

原型法（Prototype）是20世纪80年代初，在总结和归纳结构化分析与设计方法开发软件项目的基础上，针对结构化生命周期法的缺陷提出的设计新方法，是适应当前计算机技术的进步及对软件需求的快速增长而出现的一种快速、灵活、交互式的项目开发方法。这种方法根据用户需求，一反结构化分析与设计方法那样逐步调查、整理文档、分析、设计、编码及每个阶段都进行确认的过程，而是在此基础上与用户交流。它从一开始就借助先进的软件开发工具，根据用户提出的软件需求定义快速建立一个软件系统的“原型”，向用户展示待开发软件的功能，在征求用户意见后再反复进行修改、完善、提高和确认，从而最终实现项目的目标。

3）面向对象法

面向对象法（OOA）是20世纪80年代中期兴起的一种新型软件开发方法，其核心是直接围绕真实世界的实体和概念来组织开发和设计。面向对象法出发点和所追求的基本目标是使人们分析、设计与实现一个系统的方法尽可能接近人们认识一个系统的方法，也就是使描述问题的问题空间和解决问题的方法空间在结构上尽可能一致。面向对象法比较确切地描述了现实世界，利用它所开发的系统易于理解和维护。

管理信息系统具有两个重要特点，其一是高度集中，能将组织中的数据和信息集中起来，进行快速处理，统一使用；其二是利用定量化的科学管理方法，通过预测、计划优化、管理、调节和控制等手段来支持决策。管理信息系统面向管理，利用系统的观点，数学的方法和计算机应用三大要素，形成自己独特的内涵，从而形成了一门系统型、交叉型、边缘型的学科。

1.2.3 办公自动化系统

办公自动化系统（OAS，Office Automation System）是当前新技术革命中一个非常活跃并具有很强生命力的技术应用领域，它诞生于20世纪70年代的美国，先后经历了以数据为主要处理内容的第一代办公自动化、以信息为主要处理内容的第二代办公自动化和以知识为主要处理内容的第三代办公自动化的3个发展阶段。目前，办公自动化系统软件种类繁多，例如IBM Lotus公司的Lotus Domino/Notes、 Microsoft公司的Microsoft Exchange Server、Novell公司的Group Wise等。

从概念上来说，办公自动化系统是采用Internet/Intranet技术，基于工作流的概念，以计算机为中心，采用一系列现代化的办公设备和先进的通信技术，广泛、全面、迅速地收集、整理、加工、存储和使用信息，使企业内部人员方便、快捷地共享信息，高效地协同工作；改变过去复杂、低效的手工办公方式，为科学管理和决策服务，从而达到提高行政效率的目的。目前办公自动化系统的内容主要包括公文管理、电子邮件、电视会议、语言邮件、人力资源、督查审批、档案存储和桌面排版等。一个企业实现办公自动化的程度也是衡量其实现现代化管理的标准。

1.办公自动化系统的层次结构

事务层办公自动化、管理层办公自动化和决策支持层办公自动化（DSS，Decision Support System）是广义的办公自动化系统构成中的3个功能层次。3个功能层次间的相互联系可以由程序模块的调用和计算机数据网络通信手段做出。

事务层办公自动化是第1个层次。它只限于单机或简单的小型局域网上的文字处理、电子表格、数据库等辅助工具的应用，一般称为事务型办公自动化系统。在办公事务OA中，最为普遍的应用有文字处理、电子排版、电子表格处理、文件收发登录、电子文档管理、办公日程管理、人事管理、财务统计、报表处理和个人数据库等。事务型OA系统都是处理日常的办公操作，是直接面向办公人员的。

管理层办公自动化是第2个层次。随着信息利用重要性的不断增加，在办公系统中对和本单位的运营目标关系密切的综合信息的需求日益增加。信息管理型的办公系统，是把事务型办公系统和综合信息（数据库）紧密结合的一种一体化的办公信息处理系统。综合数据库存放有关单位的日常工作所必需的信息。例如，在公司企业单位，综合数据库包括工商法规、经营计划、市场动态、供销业务、库存统计和用户信息等。

决策支持层办公自动化是第3个层次。它使用由综合数据库系统所提供的信息，针对所需要做出决策的课题，构造或选用决策数字模型，结合有关内部和外部的条件，由计算机执行决策程序，做出相应的决策，帮助决策者在决策过程中利用数据和模型求解问题做出判断。

2.办公自动化系统的功能

国内办公自动化系统经过从20世纪80年代末至今20多年的发展，已从最初提供面向单机的辅助办公产品，发展到今天可以提供面向应用的大型协同工作产品。具体来说，办公自动化系统主要实现以下7个方面的功能。

（1）建立组织内部的通信平台和邮件系统，使组织内部的通信和信息交流快捷通畅。

（2）建立组织内部信息发布的平台，建立一个有效的信息发布和交流的场所，如电子公告、电子论坛、电子刊物，使内部的规章制度、新闻简报、技术交流、公告事项等能够在企业或机关内部员工之间得到广泛的传播，使员工能够了解单位的发展动态。

（3）实现工作流程的自动化，对流转过程实施实时监控、跟踪，解决多岗位、多部门之间的协同工作问题，实现高效率的协作。

（4）实现文档的电子化、自动化管理，可使各类文档能够按权限进行保存、共享和使用。

（5）辅助实现日常事务性办公工作的自动化，如会议管理、车辆管理、物品管理、图书管理等。

（6）实现信息集成。企业都存在大量的业务系统，企业的信息源往往都在这些业务系统里，办公自动化系统可以和这些业务系统（如购销存、ERP等业务系统）实现很好的集成，使相关的人员能够有效地获得整体的信息，提高整体的反应速度和决策能力。

（7）实现分布式办公，即支持多分支机构、跨地域的办公模式及移动办公。

1.2.4 决策支持系统

由于管理信息系统往往是按照它在建立时所确定的模式来收集、存储和加工信息，所以对于目标明确、具有确定规则和程序及信息需求的结构化决策问题，它可以有效支持决策中各个阶段的活动。但在现代管理决策中往往会出现目标模糊不清、规则程序不确定的半结构化问题或非结构化问题，而决策支持系统则可以有效解决此类问题。决策支持系统（DSS，Decision Support System）概念最早由Keen和Scott Morton于20世纪70年代中期提出，1980年Sprague提出了决策支持系统3部件结构（对话部件、数据部件和模型部件），明确了决策支持系统的基本组成，极大地推动了决策支持系统的发展。近年来，决策支持系统的应用和研究一直非常活跃，新概念和新系统不断产生，如智能决策支持系统（IDSS）、分布式决策支持系统（DDSS）等。从概念上来说，决策支持系统是辅助决策者通过数据、模型和知识，以人机交互方式进行半结构化或非结构化决策的计算机应用系统。它是管理信息系统向更高一级发展而产生的，为决策者提供分析问题、建立模型、模拟决策过程和方案的环境，通过调用各种信息资源和分析工具来帮助决策者提高决策水平和质量。

1.决策支持系统的组成

决策支持系统基本结构主要由5个部分组成，即数据部分、模型部分、知识部分、方法部分和人机交互部分，如图1.5所示。数据部分包括多个相应的子系统，如数据库（DB）、数据库管理系统（DBMS）及查询分析工具等；模型部分包括模型库（MB）、模型库管理系统（MBMS）、模型执行处理程序、模型组合生成程序等；知识部分由知识库（KB）、知识库管理系统（KBMS）和推理机组成；方法部分主要包括方法库和方法库管理系统；人机交互部分是决策支持系统的人机交互界面，用以接收和检验用户请求，调用系统内部功能软件为决策服务，使模型运行、数据调用和知识推理达到有机的统一，从而有效地解决决策问题。

2.决策支持系统的分类

1）智能决策支持系统（IDSS，Intelligent Decision Support System）

20世纪80年代末90年代初，决策支持系统开始与专家系统（ES，Expert System）、人工智能（AI）、知识工程（KE）相结合，形成智能决策支持系统。它以知识库为核心，在模型数值计算基础上引入了启发式等人工智能的求解方法，使传统DSS原先主要由人承担的定性分析任务部分转由机器来完成，而且比人做得更好、更稳定。智能决策支持系统既充分发挥了专家系统以知识推理形式解决定性分析问题的特点，又发挥了决策支持系统以模型计算为核心的解决定量分析问题的特点，充分做到了定性分析和定量分析的有机结合，使得解决问题的能力和范围得到了一个更大的发展。

2）群体决策支持系统（GDSS，Group Decision Support System）

群体决策支持系统是一种在DSS基础上利用计算机网络与通信技术，供多个决策者为了一个共同目标，通过某种规程来相互协作地探寻半结构化或非结构化决策问题的信息系统。GDSS涵盖面非常广泛，要综合决策科学、人工智能、计算机网络、运筹学、数据库技术、心理学及行为科学等学科的理论、方法和技术，实用系统研究与开发难度都很大，目前国内外能投入实际运行的很少见。

3）分布式决策支持系统（DDSS，Distributed Decision Support System）

分布式决策支持系统是研究由多个物理位置上分离的决策体如何并发计算、协调一致地求解问题。这些分布在不同物理位置上的决策体构成计算机网络，而网络的每个节点至少含有一个决策支持系统或有若干辅助决策的功能。大型复杂系统的求解需要多个专业人员协作完成，而DDSS正是将“协作”作为一个重要的问题求解方法来研究，它将大型复杂系统分化为多个子问题，使系统易于开发和管理。

4）综合决策支持系统（SDSS，Synthetic Decision Support System）

综合决策支持系统是更高级形式的决策支持系统，它将传统决策支持系统和新决策支持系统结合起来，把数据仓库、联机分析处理、数据挖掘、模型库、数据库、知识库结合起来。综合决策支持系统发挥了传统决策支持系统和新决策支持系统的辅助决策优势，实现了更有效的辅助决策，它是今后的发展方向。

3.决策支持系统的主要特点

（1）决策支持系统的使用主体是中高层的管理人员。

（2）系统只是支持用户而不是代替用户决策。因此系统并不提供所谓“最优”解，而是给出一类满意解，让用户自行决断。同时，系统并不要求用户给出一个预先定义好的决策过程。

（3）系统所支持的主要对象是半结构化的决策（即不能完全用数学模型、数学公式来求解的决策）。它的一部分分析可由计算机自动进行，但需要用户的监视和及时参与。

（4）DSS通常具有较强的语言处理能力和人机交互能力，它采用人机对话的有效形式解决问题，充分利用人的丰富经验、计算机的高速处理及存储量大的特点，有利于问题的解决。

由于Internet的普及，网络环境的决策支持系统将以新的结构形式出现。决策支持系统的决策资源，如数据资源、模型资源、知识资源，将作为共享资源，以服务器的形式在网络上提供并发共享服务，为决策支持系统开辟一个新方向。

1.2.5 专家系统

专家系统（ES，Expert System）是人工智能应用研究最活跃和最广泛的领域之一，自1968年费根鲍姆等人研制成功第一个专家系统DENDEL以来，专家系统获得了飞速的发展，并且运用于医疗、军事、地质勘探、教学、化工等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益。专家系统就是一种在特定领域内具有专家水平解决问题能力的程序系统，是依据知识法则，运用推理法则来解决某类问题的信息系统，其特点是能对复杂情况做出诊断，能够处理不确定情况，并能对方案做出解释。它能够有效地运用专家多年积累的有效经验和专门知识，通过模拟专家的思维过程，解决需要专家才能解决的问题。

1.专家系统的基本结构

专家系统通常由人机交互界面、知识库、推理机、解释器、综合数据库、知识获取机6个部分构成，如图1.6所示，其中箭头方向为数据流动的方向。

（1）知识库用于存储某领域专家系统的专门知识（包括事实、可行操作与规则等），并把获取的知识进行形式化表达。由于专家系统的问题求解过程是通过知识库中的知识来模拟专家的思维方式，所以知识库是专家系统质量是否优越的关键所在，知识库中知识的质量和数量决定着专家系统的质量水平。

（2）推理机通常包括推理机制和控制策略，是一组用于记忆所采用的规则和控制策略的程序从而使整个专家系统能够以逻辑方式协调工作的程序模块。推理机和知识库一起构成了专家系统的核心。

（3）人机交互界面通常包括专家系统与用户的接口、专家系统与领域专家和知识工程师的接口两部分。一方面，专家系统与用户的接口系统能够与用户进行对话，使用户能够输入必要的数据、提出问题和了解推理过程及推理结果等。另一方面，界面也将系统向用户提出的问题、得出的结果和做出的解释以易于理解的形式提供给用户。专家系统与领域专家和知识工程师的接口可以接受领域专家、知识工程师的知识，使领域专家、知识工程师了解系统的性能，并进一步改善和提高系统求解问题的能力。

（4）综合数据库专门用于存储执行和推理过程中所需的原始数据和推理过程中得到的中间数据（信息），一般包括待求解问题的初始状态描述、中间结果、求解过程的记录、用户对系统提问的回答等信息，往往是作为暂时的存储区。

（5）解释器是面向用户服务的，能够根据用户的提问，向用户解释专家系统的结论和求解过程。它不仅能说服用户相信系统的推理，也能帮助用户、知识工程师改进知识库。

（6）知识获取机负责管理知识库中的知识，根据需要添加、修改或删除知识及由此产生的一些必要的改动，维护知识库的一致性和完整性。知识获取机主要具有知识的编辑和求精、知识自学习两方面的功能，它是专家系统知识库是否优越的关键，也是专家系统设计的“瓶颈”问题。

2.专家系统的特点

（1）能对复杂情况做出诊断，能够处理不确定情况。

（2）能不断积累知识，获取专家经验并采用基于知识的问题求解方法。

（3）在解题过程中除了用演绎方法外，有时还要求助于归纳方法和抽象方法。

（4）能从复杂的关系间得出结论，能以非常复杂的方式评价相互关联的数据以得出结论并找出问题的解决方案。

（5）能对系统的推理或提议的决策做出解释。

（6）知识库与推理机相分离，以保证专家系统的模块性、灵活性和可维护性。

3.专家系统的分类

用于某一特定领域内的专家系统，主要可以划分为以下几类。

（1）诊断型专家系统：根据对症状的观察分析，推导出产生症状的原因及排除故障方法的一类系统，如医疗、机械、经济等。

（2）解释型专家系统：根据表层信息解释深层结构或内部情况的一类系统，如地质结构分析、物质化学结构分析等。

（3）预测型专家系统：根据现状预测未来情况的一类系统，如气象预报、人口预测、水文预报、经济形势预测等。

（4）设计型专家系统：根据给定的产品要求设计产品的一类系统，如建筑设计、机械产品设计等。

（5）决策型专家系统：对可行方案进行综合评判并优选的一类专家系统。

（6）规划型专家系统：用于制定行动规划的一类专家系统，如自动程序设计、军事计划的制订等。

（7）控制型专家系统：用于自适应地管理一个受控对象或客体的全面行为，使其满足预期要求。

（8）调试专家系统：用于对失灵的对象给出处理意见和方法。

（9）监视型专家系统：对某类行为进行监测并在必要时进行干预的一类专家系统，如机场监视、森林监视等。

1.2.6 地理信息系统

地理信息是有关地理实体和地理现象的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，它是对表达地理特征与地理现象之间关系的地理数据的解释，而地理数据则是各种地理特征和现象间关系的数字化表示。多尺度、多类型、多时态的地理信息是人类研究和解决土地、环境、人口、灾害、规划、建设等重大问题时所必需的重要信息资源。

地理信息系统（GIS，Geographic Information System或Geo-Information System）有时又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”，它是一种特定的十分重要的空间信息系统，是在计算机软、硬件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。地理信息系统处理、管理的对象是多种地理实体和地理现象数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的地理实体、现象及过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。简言之，地理信息系统是对空间数据进行采集、编辑、存储、分析和输出的计算机信息系统。计算机制图、计算机辅助设计、数据库管理系统和遥感图像处理技术奠定了地理信息系统的技术基础。

1.地理信息系统组成

地理信息系统功能的实现需要一定的环境支持，GIS运行环境包括计算机硬件系统和软件系统、网络、空间数据和管理与应用人员。其核心部分是计算机软、硬件系统，空间数据反映了GIS的地理内容，而管理人员和用户则决定系统的工作方式和信息表示方式。地理信息系统组成，如图1.7所示。

2.地理信息系统主要类型

地理信息系统发展迅速，应用非常广泛。一般来说，可根据其研究内容、功能、作用等对地理信息系统进行不同的类型划分，具体划分如表1-2所示。

3.GIS基本特征

与其他一般信息系统相比，地理信息系统具有如下的基本特征。

1）数据的空间定位特征

地理数据的三要素包括属性、时间和空间位置，空间位置特征是地理空间数据有别于其他数据的本质特征，没有空间位置数据不能称为地理数据。地理信息系统要具有对空间数据管理、操纵和表示的能力。

2）空间关系处理的复杂性

地理信息的属性数据是除空间位置及关系外所有的描述地理对象的定性或定量的数据信息。地理信息系统除要完成一般信息系统的工作外，还要处理与之对应的空间位置和空间关系，以及与属性数据的一一对应处理。因此，GIS中的空间数据处理的复杂性是一般信息系统中前所未有的技术难题。

3）海量数据管理能力

地理信息系统海量数据特征来自两个方面，一是地理数据，二是来自空间分析。GIS在执行空间分析的过程中，不断产生新的空间数据，这些数据也具备海量特征。地理信息系统的海量数据带来了系统运转、数据组织、网络传输等一系列的技术难题，这也是地理信息系统比其他信息系统复杂的又一个因素。