CN103235847B - 基于矩阵转换的模型动态调配方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于矩阵转换的模型动态调配方法。该方法根据费用分析与评估过程中模型动态使用要求，首先将复杂多样的模型转换、生成便于程序加载模型文件，并设计转换矩阵适配不同模型不确定的输入、输出参数；根据费用分析与评估需要，动态调用已注册成功的模型，解析输入矩阵内容，加载对应数据进行计算，最后通过解析输出矩阵内容，图形化显示输出结果并保存。本发明设计并实现了基于矩阵转换的模型动态调配，能够广泛地集成、调用费用分析与评估过程中各类模型，有效地解决了管理人员无法使用复杂多变模型的问题，减轻了管理人员使用模型进行费用分析与评估的复杂度及工作量，实现了费用分析与评估模型最优、最科学应用。

Description

基于矩阵转换的模型动态调配方法

技术领域

本发明涉及一种模型动态调配技术，特别是一种基于矩阵转换的模型动态调配方法，可应用于其他各类信息分析、评估系统中模型动态调配使用。

背景技术

在当今统计与决策相结合的管理过程中，为了适应新时期企业采购制度改革、投资分析的要求，需要建立费用分析与评估平台，立足统计理论，建立数理模型，为企业宏观规划、体系建设、自研与采购经济分析、设备型号论证以及寿命周期分析服务，提升费用估算、分析与评估的自动化程度。

为了提高平台的可信度、科学性，在费用分析与评估过程中需要从大量的模型中选用最优、最科学的模型，包括宏观经费供给估算模型、费用风险分析模型、费用变化因素分析模型、投资强度分析模型等等，此外，有些的模型还会随着科学发展，不断变化，并且模型的描述、展示各不相同，管理人员通常都是采用Matlab、SAS等建模工具经过复杂的过程人工计算，然后将计算结果录入到费用分析与评估平台上使用。这样的分析与评估过程繁琐、操作周期长、缺乏图形化结果展示手段，并且对管理人员要求也很高，必须要理解模型并熟练使用各种建模工具，但是面对承担的大量费用分析与评估管理任务时，管理进度无法满足上级要求，因此，需要能够将费用分析与评估涉及的各类模型全部动态集成平台上，在分析与评估过程中只需要选择模型及其对应的数据即可开展管理任务，完成计算结果输出与存储。

发明内容

本发明的所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种新的基于矩阵转换的模型动态调配方法，该方法通过设计转换矩阵通用化处理模型输入/输出，生成模型文件，经校验后注册后，实现模型动态调用，保证管理人员能够透明地使用模型。、

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术解决来实现的。本发明是一种基于矩阵转换的模型动态调配方法，其特点是，步骤如下：

步骤1，生成模型文件，通过矩阵转换将算法封装为通用形式的模型文件，对待处理的模型算法进行解析，包括算法名称、输入输出参数个数和参数类型，将所有输入输出参数转换成一个输入矩阵和一个输出矩阵；

步骤2，模型校验与注册配置，将模型存储到模型库并对模型正确性进行校验；

步骤3，模型动态调用，首先选定模型，之后解析该模型输入的数据源，并调用矩阵边缘检测提供容错处理，加载对应数据进行模型计算，最终解析计算结果——输出矩阵，并图形化显示、保存计算结果；

步骤4，矩阵边缘检测，加载模型文件及数据后对模型输入矩阵进行边缘化处理，若发现数据源错误或者参数类型与算法不匹配，则发出提示信息。

本发明所述的基于矩阵转换的模型动态调配方法的步骤1中，通过矩阵转换将算法封装为通用形式的模型文件的优选步骤如下：

(1)通过矩阵转换生成模型文件

首先解析模型算法，解析的结果包括算法名称、算法输入输出参数个数和参数类型，然后根据算法参数信息对算法进行封装，其中封装配置包括以下内容：

a.封装后的模型接口名称；

b.输入矩阵，该矩阵包含所有输入参数的输入矩阵；

c.输出矩阵，该矩阵包含所有输出参数的输出矩阵；

d.模型算法输入参数信息；

e.模型算法输出参数信息；

最后将封装好的算法生成算法动态库；

(2)实现模型调配的通用性

首先建立模型动态调配接口，接口信息包括以下内容：

a.模型文件路径信息；

b.模型文件接口名称；

c.通用输入矩阵；

d.通用输出矩阵；

e.模型算法输入输出参数信息;

然后通过模型文件路径和模型文件接口名称信息，获取模型文件调配接口的指针，最后将通用输入输出传递给模型文件接口，结合步骤(1)生成的模型动态库，将通用调配接口生成调配动态库。

本发明所述的基于矩阵转换的模型动态调配方法的步骤2中，将模型存储到模型库并对模型正确性进行校验的优选步骤如下：

(1)模型配置

配置模型信息并将模型存储到模型库中，之后将配置信息存储到数据库，配置信息包括以下内容：

a.模型基本信息，包括模型名称、描述和版本信息；

b.模型调用信息，包括模型输入输出矩阵信息、模型使用说明、模型文件信息；

(2)模型校验

首先读取模型文件路径以及名称，查找模型库模型是否存在，若不存在则发出提示信息，然后按照模型配置信息，将输入输出矩阵信息还原为算法参数类型，比较二者类型是否相同，若不同则发出提示信息，最后校验能否通过配置信息获取正确的算法接口指针，若指接口针为空指针则发出提示信息。

本发明所述的基于矩阵转换的模型动态调配方法的步骤3中，动态调用模型，加载数据进行计算并图形化显示计算结果的优选步骤如下：

（1）数据源整合：首先，根据需要从模型库中下载模型文件，将来自数据库、Excel数据源数据进行整合，转换为下载的模型输入对应的矩阵，实现模型输入接口的统一性；

（2）输入矩阵解析：获取下载模型中实际参数的信息，根据模型算法的参数个数及参数类型，将输入矩阵解析为多个矩阵形式，并与模型算法实际输入参数相匹配；

（3）调用计算：在模型计算时，从已解析的输入矩阵中获取实际参数数据，通过调用模型文件中的算法进行计算，并将算法输出整合为一个输出矩阵，将计算结果以图形和表格方式在界面上显示；

（4）输出矩阵解析：根据该模型算法的输出参数信息，将输出矩阵解析为多个矩阵形式，并与模型算法实际输出参数相匹配，以数据表格形式显示并保存到数据库中。

以上所述的基于矩阵转换的模型动态调配方法的步骤4中，对模型输入矩阵进行边缘化处理并提供容错机制，优选的具体过程为，在模型注册中对模型文件的有效性和模型文件路径信息容错处理，若模型文件损坏或者模型文件路径不正确，则发出提示信息；在模型调用的过程中对输入的数据源进行校验，若该数据源不符合模型算法要求，如参数个数与算法不匹配、参数类型不符合要求，则发出提示信息。

本发明方法通过采用基于矩阵转换的模型动态调配的方法，有效地解决了分析与评估过程中复杂模型难以集成使用、扩展性不足等问题，该方法现已用于大型企业费用分析与评估系统，实现了现有模型的动态集成、调用，同时具备可扩展性，支持新模型加入，在功能、性能要求完全满足用户需求。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：（1）创新性使用转换矩阵对模型输入、输出参数进行通用处理，能够帮助管理人员快捷使用多个模型综合对比，从中选用最优、最科学的模型计算，大大缩短了分析与评估周期，提高了分析与评估结果的可信度；（2）改变以往只能通过程序硬编码方式实现模型集成调用，解决了复杂模型无法集成使用的问题；（3）不改变软件代码的情况下能够更好地丰富模型库，实现了模型即插即用，降低了系统开发人员的软件维护工作量；（4）通过集成建模工具提供的丰富的图形显示函数，提供模型计算结果图形化显示，解决以往分析与评估结果显示形式单一，缺少图形化显示手段的问题。

附图说明

图1是本发明的基于矩阵转换的模型动态调配流程示意图；

图2是本发明的模型文件生成流程示意图；

图3是本发明的模型校验注册流程示意图；

图4是本发明的模型生命周期示意图；

图5是本发明的模型动态调用流程示意图；

图6是本发明的模型调用技术示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

实施例1，一种基于矩阵转换的模型动态调配方法，步骤如下：

步骤1，生成模型文件，通过矩阵转换将算法封装为通用形式的模型文件，对待处理的模型算法进行解析，包括算法名称、输入输出参数个数和参数类型，将所有输入输出参数转换成一个输入矩阵和一个输出矩阵；

步骤2，模型校验与注册配置，将模型存储到模型库并对模型正确性进行校验；

步骤3，模型动态调用，首先选定模型，之后解析该模型输入的数据源，并调用矩阵边缘检测提供容错处理，加载对应数据进行模型计算，最终解析计算结果——输出矩阵，并图形化显示、保存计算结果；

步骤4，矩阵边缘检测，加载模型文件及数据后对模型输入矩阵进行边缘化处理，若发现数据源错误或者参数类型与算法不匹配，则发出提示信息。

实施例2，实施例1所述的基于矩阵转换的模型动态调配方法的步骤1中，通过矩阵转换将算法封装为通用形式的模型文件步骤如下：

(1)通过矩阵转换生成模型文件

首先解析模型算法，解析的结果包括算法名称、算法输入输出参数个数和参数类型，然后根据算法参数信息对算法进行封装，其中封装配置包括以下内容：

a.封装后的模型接口名称；

b.输入矩阵，该矩阵包含所有输入参数的输入矩阵；

c.输出矩阵，该矩阵包含所有输出参数的输出矩阵；

d.模型算法输入参数信息；

e.模型算法输出参数信息；

最后将封装好的算法生成算法动态库；

(2)实现模型调配的通用性

首先建立模型动态调配接口，接口信息包括以下内容：

a.模型文件路径信息；

b.模型文件接口名称；

c.通用输入矩阵；

d.通用输出矩阵；

e.模型算法输入输出参数信息;

然后通过模型文件路径和模型文件接口名称信息，获取模型文件调配接口的指针，最后将通用输入输出传递给模型文件接口，结合步骤(1)生成的模型动态库，将通用调配接口生成调配动态库。

实施例3，实施例1或2所述的基于矩阵转换的模型动态调配方法的步骤2中，将模型存储到模型库并对模型正确性进行校验步骤如下：

(1)模型配置

配置模型信息并将模型存储到模型库中，之后将配置信息存储到数据库，配置信息包括以下内容：

a.模型基本信息，包括模型名称、描述和版本信息；

b.模型调用信息，包括模型输入输出矩阵信息、模型使用说明、模型文件信息；

(2)模型校验

首先读取模型文件路径以及名称，查找模型库模型是否存在，若不存在则发出提示信息，然后按照模型配置信息，将输入输出矩阵信息还原为算法参数类型，比较二者类型是否相同，若不同则发出提示信息，最后校验能否通过配置信息获取正确的算法接口指针，若指接口针为空指针则发出提示信息。

实施例4，实施例1或2或3所述的基于矩阵转换的模型动态调配方法的步骤3中，动态调用模型，加载数据进行计算并图形化显示计算结果步骤如下：

（1）数据源整合：首先，根据需要从模型库中下载模型文件，将来自数据库、Excel数据源数据进行整合，转换为下载的模型输入对应的矩阵，实现模型输入接口的统一性；

（2）输入矩阵解析：获取下载模型中实际参数的信息，根据模型算法的参数个数及参数类型，将输入矩阵解析为多个矩阵形式，并与模型算法实际输入参数相匹配；

（3）调用计算：在模型计算时，从已解析的输入矩阵中获取实际参数数据，通过调用模型文件中的算法进行计算，并将算法输出整合为一个输出矩阵，将计算结果以图形和表格方式在界面上显示；

（4）输出矩阵解析：根据该模型算法的输出参数信息，将输出矩阵解析为多个矩阵形式，并与模型算法实际输出参数相匹配，以数据表格形式显示并保存到数据库中。

实施例5，实施例1-4任何一项所述的基于矩阵转换的模型动态调配方法的步骤4中对模型输入矩阵进行边缘化处理并提供容错机制，具体过程为，在模型注册中对模型文件的有效性和模型文件路径信息容错处理，若模型文件损坏或者模型文件路径不正确，则发出提示信息；在模型调用的过程中对输入的数据源进行校验，若该数据源不符合模型算法要求，如参数个数与算法不匹配、参数类型不符合要求，则发出提示信息。

实施例6，基于矩阵转换的模型动态调配方法试验。参照图1，费用分析与评估模型动态管理方法，包含下列步骤：

第一步，模型文件生成：首先使用建模工具生成构建模型，包括模型的运算过程和图像显示，通过对建模工具生成的模型进行转换、处理生成可用于程序加载使用的模型文件。为了实现模型的动态调用，对模型的输入、输出参数进行处理，设计转换矩阵作为每个模型文件的输入矩阵与输出矩阵，对模型动态调用而言，该转换矩阵即是一个通用的接口表示。最终，形成的模型文件将包含模型算法文件及转换矩阵两个方面内容。要生成这样的模型文件，如图2所示模型文件的生成，详细的步骤如下：

（1）通过矩阵转换生成模型：对管理人员新建或协作单位提供的模型，其输入、输出参数具有其不确定性，包括输入、输出参数的个数、类型等，本发明设计转换矩阵，以固定矩阵形式表示模型的输入与输出。

例如：费用的参数估算模型，模型为（其中C代表费用，F为复杂度系数；D_w为舰艇的满载排水量；b为幂数；V为最大航速；c为幂数），对于此模型通过建模工具建立一个模型回归算法，通过转换矩阵将这个模型的输入、输出参数转换为一个输入矩阵和一个输出矩阵。具体转换方式为：对算法的接口进行封装，对外部来说只有一个输入矩阵和一个输出矩阵，在内部实现过程中，还要将这个输入矩阵进行转换，根据转换规则将其转换为模型内部计算所需要的矩阵类型。对输出也是一样处理，在模型计算完成后，将多个输出矩阵整合为一个输出矩阵，在传给外部接口后，按照转换规则将这个输出矩阵再转换为实际参数形式。因为对原模型算法进行了封装，整个矩阵转换过程对使用者来说是通用的，也是不可见的。

（2）实现模型的通用性：将模型的输入和输出都采用矩阵表示，每个模型文件只存在一个输入矩阵和一个输出矩阵，实现模型输入、输出的通用化处理；采用动态加载模型动态库与模型指针方式，结合模型动态库路径的映射关系，动态获取模型运算指令名称，最后将这一系列操作打包成为模型动态调用可以识别的构件，结合步骤（1）生成的模型动态库，生成程序可加载调用的模型文件。

第二步，模型校验与注册配置：对模型文件进行有效性与正确性校验，对于通过校验的模型文件予以模型信息配置、注册、调度、注销，便于管理人员查找、理解、快速使用模型，实现模型的即插即用。模型注册如图3所示，详细步骤如下所示：

（1）模型配置：根据费用分析与评估的要求，收集、选取合适的模型，同时编写该模型的说明信息，包括模型名称、描述和版本等信息；除了配置模型基本信息，还需要配置模型调用信息，模型输入/输出参数信息、模型使用说明、模型文件等信息，并上传模型文件。由于整个模型调用是在B/S结构下实现，因此，需要将模型的说明信息及模型文件存储到模型库，实现了模型库的扩充性，满足费用分析与评估模型动态加入与完善要求。

（2）模型校验：首先读取模型文件路径以及名称，查找模型库模型是否存在，然后按照模型配置信息，将输入输出矩阵信息还原为算法参数类型，比较二者类型是否相同，最后校验能否通过配置信息获取正确的算法接口指针。

（3）模型注册：为了实现模型的即插即用性，便于管理人员查找、理解、快速使用模型，在每个模型的生命周期中需要经过模型注册、模型调度、模型注销三个过程，如图4所示。根据所选择的模型，在模型库中查找该模型信息，获取模型文件信息，动态加载模型，通过初始化模型组件注册该模型，从模型库中调用对用模型文件使用，完成模型调用计算后注销该模型，回收资源。

第三步，模型动态调用：根据费用分析与评估过程模型使用需求，辅助管理人员动态选择模型及对应的数据源，经数据源（来自综合集基础数据库或Excel文件）整合、模型输入矩阵解析、模型计算、模型输出矩阵解析，获得计算结果，同时调用模型文件中包含的图形显示函数，图形化显示计算结果并保存到数据库中。整个模型调用过程如图5所示，详细步骤如下所示：

（1）数据源整合：首先，根据需要从模型库中下载模型文件，根据管理人员选择的数据源，将来自数据库、Excel数据源数据进行整合，转换为下载的模型输入对应的矩阵，实现模型输入接口的统一性。

（2）输入矩阵解析：获取下载模型中实际参数的信息，根据模型算法的参数个数及参数类型，将输入矩阵解析为多个矩阵形式，并与模型算法实际输入参数相匹配；

（3）调用计算：在模型计算时，从已解析的输入矩阵中获取实际参数数据，通过调用模型文件中的算法进行计算，并将算法输出整合为一个输出矩阵，将计算结果以图形和表格方式在界面上显示；

（4）输出矩阵解析：根据该模型算法的输出参数信息，将输出矩阵解析为多个矩阵形式，并与模型算法实际输出参数相匹配，以数据表格形式显示并保存到数据库中，如图6所示。

（5）输出矩阵解析：根据该模型的已注册信息中输出参数形式，解析输出矩阵，转换矩阵中数据为输出参数，便于计算结果在界面中以数据表格形式显示并保存到数据库中。

第四步，矩阵边缘检测：对模型动态调用而言，动态选择模型后，输入参数有其灵活性，但同时也会出现一些边缘问题，例如：输入的参数数据不是该模型的历史数据，在进行回归算法或者对数据的演算过程偏差会很大，甚至出现无效数据，因此，对回归算法提供置信区间和残差也是有必要的，为了直观数据的有效性，需要提供残差图形式和置信区间。另外，管理人员由于失误也会提供错误的模型数据，这样的数据除了会导致计算结果偏差外，更糟糕的情况会完全不符合选择的模型算法。因此，在模型调用过程中提供容错算法，根据模型注册时提交的模型输入参数类型、数量、数据源等进行边缘化处理，给以管理人员异常提示是非常必要的。具体解决这些边缘问题主要有两种方法，一种是根据模型自身内部实现，在模型注册与调用计算时对非法模型文件路径和错误参数进行容错处理；另一种是通过对模型文件的基本信息和调用信息进行容错处理。具体过程为，在模型注册中对模型文件的有效性和模型文件路径信息容错处理，若模型文件损坏或者模型文件路径不正确，则发出提示信息；在模型调用的过程中对输入的数据源进行校验，若该数据源不符合模型算法要求，如参数个数与算法不匹配、参数类型不符合要求，则发出提示信息。

效果评价：

基于矩阵转换的模型动态调配实现后，管理人员将无需关心模型的复杂度、输入/输出参数情况，只需通过浏览、选择模型、选取数据即可完成复杂的模型计算，同时能够针对某一种费用分析、评估方法进行多种模型计算、筛选，选取最优、最科学的模型使用。另外，当外单位参与项目实施时，只需要将其模型提交、生成模型文件后，通过模型校验即可注册加入模型库，大大缩短了用户在进行费用分析与评估的周期，同时也提高了分析与评估结果的可信度。

Claims (4)

1.一种基于矩阵转换的模型动态调配方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1，生成模型文件，通过矩阵转换将算法封装为通用形式的模型文件，对待处理的模型算法进行解析，包括算法名称、输入输出参数个数和参数类型，将所有输入输出参数转换成一个输入矩阵和一个输出矩阵；

步骤2，模型校验与注册配置，将模型存储到模型库并对模型正确性进行校验；

步骤3，模型动态调用，首先选定模型，之后解析该模型输入的数据源，并调用矩阵边缘检测提供容错处理，加载对应数据进行模型计算，最终解析计算结果——输出矩阵，并图形化显示、保存计算结果；

步骤4，矩阵边缘检测，加载模型文件及数据后对模型输入矩阵进行边缘化处理，若发现数据源错误或者参数类型与算法不匹配，则发出提示信息；

步骤3中，动态调用模型，加载数据进行计算并图形化显示计算结果步骤如下：

(1)数据源整合：首先，根据需要从模型库中下载模型文件，将来自数据库、Excel数据源数据进行整合，转换为下载的模型输入对应的矩阵，实现模型输入接口的统一性；

(2)输入矩阵解析：获取下载模型中实际参数的信息，根据模型算法的参数个数及参数类型，将输入矩阵解析为多个矩阵形式，并与模型算法实际输入参数相匹配；

(3)调用计算：在模型计算时，从已解析的输入矩阵中获取实际参数数据，通过调用模型文件中的算法进行计算，并将算法输出整合为一个输出矩阵，将计算结果以图形和表格方式在界面上显示；

(4)输出矩阵解析：根据该模型算法的输出参数信息，将输出矩阵解析为多个矩阵形式，并与模型算法实际输出参数相匹配，以数据表格形式显示并保存到数据库中。

2.根据权利要求1所述的基于矩阵转换的模型动态调配方法，其特征在于，步骤1中，通过矩阵转换将算法封装为通用形式的模型文件步骤如下：

(1)通过矩阵转换生成模型文件

首先解析模型算法，解析的结果包括算法名称、算法输入输出参数个数和参数类型，然后根据算法参数信息对算法进行封装，其中封装配置包括以下内容：

a.封装后的模型接口名称；

b.输入矩阵，该矩阵包含所有输入参数的输入矩阵；

c.输出矩阵，该矩阵包含所有输出参数的输出矩阵；

d.模型算法输入参数信息；

e.模型算法输出参数信息；

最后将封装好的算法生成算法动态库；

(2)实现模型调配的通用性

首先建立模型动态调配接口，接口信息包括以下内容：

a.模型文件路径信息；

b.模型文件接口名称；

c.通用输入矩阵；

d.通用输出矩阵；

e.模型算法输入输出参数信息；

然后通过模型文件路径和模型文件接口名称信息，获取模型文件调配接口的指针，最后将通用输入输出传递给模型文件接口，结合步骤(1)生成的模型动态库，将通用调配接口生成调配动态库。

3.根据权利要求1所述的基于矩阵转换的模型动态调配方法，其特征在于，步骤2中，将模型存储到模型库并对模型正确性进行校验步骤如下：

(1)模型配置

配置模型信息并将模型存储到模型库中，之后将配置信息存储到数据库，配置信息包括以下内容：

a.模型基本信息，包括模型名称、描述和版本信息；

b.模型调用信息，包括模型输入输出矩阵信息、模型使用说明和模型文件信息；

(2)模型校验

首先读取模型文件路径以及名称，查找模型库模型是否存在，若不存在则发出提示信息，然后按照模型配置信息，将输入输出矩阵信息还原为算法参数类型，比较二者类型是否相同，若不同则发出提示信息，最后校验能否通过配置信息获取正确的算法接口指针，若接口指针为空指针则发出提示信息。

4.根据权利要求1所述的基于矩阵转换的模型动态调配方法，其特征在于，步骤4中对模型输入矩阵进行边缘化处理并提供容错机制，具体过程为，在模型注册中对模型文件的有效性和模型文件路径信息容错处理，若模型文件损坏或者模型文件路径不正确，则发出提示信息；在模型调用的过程中对输入的数据源进行校验，若该数据源不符合模型算法要求，如参数个数与算法不匹配、参数类型不符合要求，则发出提示信息。