基于元胞自動機(jī)的非常規(guī)突發(fā)事件群體應(yīng)對決策行為演化仿真

□劉 嘉 謝科范 [武漢理工大學(xué) 武漢 430070]

引言

近年來，世界上類似于美國“911”恐怖襲擊，中國汶川大地震等重大的突發(fā)事件頻發(fā)，因其罕見性、破壞性被劃分為非常規(guī)突發(fā)事件。非常規(guī)突發(fā)事件往往成因復(fù)雜，影響范圍廣，且很可能導(dǎo)致各種次生災(zāi)害。人們往往不能在短時間內(nèi)完全控制事態(tài)的發(fā)展，而只能一步步根據(jù)情景的變化做出應(yīng)對決策。

決策者的應(yīng)激能力或者心理韌性是個體克服由于遭遇到對自身至關(guān)重要而又難以應(yīng)付的環(huán)境因素而產(chǎn)生的緊張和精神壓力的能力，是調(diào)節(jié)應(yīng)激生活事件對其影響的重要能力[1]。應(yīng)激能力強(qiáng)的人往往看待問題更加冷靜樂觀、自信[2]，且自我控制力較強(qiáng)[3]。應(yīng)激能力與個體在突發(fā)事件中的持久承受能力和耐壓能力直接相關(guān)[4，5]。應(yīng)激能力強(qiáng)的人在遇到問題時思想是堅(jiān)定的[6]，并且有對他人施加影響的能力[7]。在能否采取與當(dāng)前環(huán)境相適應(yīng)的行為方面，應(yīng)急能力強(qiáng)的人與應(yīng)激能力弱的人差別很大[8]。因此可以推斷，在非常規(guī)突發(fā)事件情景下，個體的應(yīng)激能力對其決策行為也有顯著影響。

在非常規(guī)突發(fā)事件中，群體的應(yīng)對決策行為會受到其中每個個體的應(yīng)激能力及其決策的影響。而關(guān)于非常規(guī)突發(fā)事件中，群體應(yīng)對決策行為的研究大多集中在當(dāng)事人的恐慌逃逸方面。如Dirk等研究了突發(fā)事件下群體恐慌逃逸行為的非理性特征[9]。Paris等研究了恐慌狀態(tài)下行人之間運(yùn)動的相互作用[10]。但是，關(guān)于非常規(guī)突發(fā)事件決策者的決策行為，目前還罕有學(xué)者研究。而通過真實(shí)場景模擬實(shí)驗(yàn)的方法雖然是展開此類研究的直接手段，但是由于完全模擬非常規(guī)突發(fā)事件情景的難度極大，且有可能對被試造成傷害，所以本文采用計(jì)算實(shí)驗(yàn)的方法來達(dá)到研究的目的。元胞自動機(jī)是目前計(jì)算試驗(yàn)中最常見的模型，本文擬采用該模型來研究非常規(guī)突發(fā)事件群體應(yīng)對決策行為的演化規(guī)律。

一、仿真背景和假設(shè)

在非常規(guī)突發(fā)事件中，決策者的決策行為受到自身應(yīng)激能力的影響。低應(yīng)激能力的人往往在非常規(guī)突發(fā)事件情景下表現(xiàn)出緊張、焦慮的情緒，從而其決策行為的準(zhǔn)確度較平常大幅降低；而高應(yīng)激能力的人能夠更加冷靜地對當(dāng)前情景做出判斷，從而較為準(zhǔn)確地選擇決策行為。在非常規(guī)突發(fā)事件情景下，當(dāng)個體在一個決策群體中做出決策時，往往會受到周圍人的影響而改變自己的決策。另外，在非常規(guī)突發(fā)事件發(fā)生時，決策者不可能收集到群體中其他所有人的決策信息，而只能得到自己附近人的決策信息。所以，他的決策行為會受到自身的應(yīng)激能力和周圍人的決策行為的共同影響。

本文假設(shè)在非常規(guī)突發(fā)事件中，有R和C兩個決策供決策者選擇；決策者的類型分為應(yīng)激能力高（H）和應(yīng)激能力低（L）兩種。文章利用元胞自動機(jī)模型對決策者群體的決策行為進(jìn)行模擬，每一個元胞代表一個人。假設(shè)在二維元胞空間中，元胞能夠看到的所有附近元胞為它的Moore鄰居，元胞只能收集到其Moore鄰居的決策信息，如圖1所示。

圖1 Moore鄰居

高應(yīng)激能力的人選擇R和C決策的分別影響力記為hr和hc，低應(yīng)激能力的人選擇R和C決策的分別影響力記為lr和lc。并令：

設(shè)X為一個元胞的決策選擇參數(shù)，當(dāng)X大于0時，它下階段選擇R決策行為。當(dāng)X小于等于0時，它下階段選擇C決策行為。M為該元胞自身與其Moore鄰居集合，則定義

二、系統(tǒng)運(yùn)行流程和實(shí)現(xiàn)

仿真系統(tǒng)首先設(shè)置決策群體中高應(yīng)激能力子群體和低應(yīng)激能力子群體中個體的比例，以及兩個子群體中初始決策行為R和C的比例。然后系統(tǒng)執(zhí)行初始化操作，其中包括：第一，按照預(yù)設(shè)比例隨機(jī)分布H和L型決策者；第二，設(shè)置各決策者在初始情況下的決策行為（R或C）。最后，系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行階段，并依次循環(huán)以下操作：第一，計(jì)算周邊鄰居的決策影響力之和X；第二，如果X大于0則下階段選擇R行為，如果X小于等于0則下階段選擇C行為；第三，重新設(shè)置自身的決策影響力的值。具體運(yùn)行過程如圖2所示。

本文采用Netlogo仿真平臺，以非常規(guī)突發(fā)事件群體應(yīng)對決策行為研究對象，建立元胞自動機(jī)仿真系統(tǒng)，系統(tǒng)的仿真界面如圖3所示。

三、仿真結(jié)果分析

本文首先固定決策群體中的高應(yīng)激能力和低應(yīng)激能力個體各占50%。然后通過設(shè)置不同初始決策行為的比例，來研究決策行為演化的趨勢。令hr=9，hc=?9，lr=5，lc=?5。用HR表示H型群體中決策行為是R的個體比例；用LR表示L型群體中決策行為是R的個體比例；用HC表示H型群體中決策行為是C的個體比例；用LC表示L型群體中決策行為是C的個體比例。則以下按照各種典型初始情況來研究決策行為的演化趨勢，圖4顯示了系統(tǒng)的仿真結(jié)果。

圖2 仿真系統(tǒng)流程

圖3 系統(tǒng)仿真界面

當(dāng)初始狀態(tài)為60%HR和40%LR時，因?yàn)镠型個體對周圍個體的影響力高于L型個體，所以盡管HR高于平均水平10%，LR低于平均水平10%，但是決策集結(jié)狀態(tài)并不是選擇兩種決策行為的個體數(shù)相等，而是選擇R行為的個體明顯高于選擇C行為的個體。再進(jìn)一步擴(kuò)大HR的比例到70%，可以看到選擇C行為的個體與決策R行為的個體的數(shù)量差距較前一種情況更大。

當(dāng)初始狀態(tài)為40%HR和60%LR時，盡管HR低于平均水平10%，LR高于平均水平10%，但是決策集結(jié)狀態(tài)并不是選擇兩種決策行為的個體數(shù)相等，而是選擇C行為的個體明顯高于選擇R行為的個體，這也是因?yàn)長型個體對周圍個體的影響力低于H型個體。再進(jìn)一步縮小HR的比例到30%，可以同樣看到選擇兩種決策行為的個體的數(shù)量差距變得更大。

當(dāng)初始狀態(tài)為40%HR和30%LR時，無論是H型還是L型群體，選擇R行為的個體比例均低于選擇L行為的個體比例。在決策集結(jié)的過程中，選擇R行為的個體比例會進(jìn)一步減少，選擇L行為的個體比例會進(jìn)一步增大。與這種情況相反，當(dāng)初始狀態(tài)為60%HR和70%LR時，兩種類型的群體中選擇R行為的個體比例均高于選擇L行為的個體比例。在決策集結(jié)的過程中，選擇R行為的個體比例會進(jìn)一步增大，選擇L行為的個體比例會進(jìn)一步減少。

圖4 系統(tǒng)仿真結(jié)果

四、結(jié)論

本文通過基于元胞自動機(jī)的仿真，研究了非常規(guī)突發(fā)事件中群體應(yīng)對決策行為的演化規(guī)律。仿真結(jié)果證明了應(yīng)激能力強(qiáng)的決策者對周圍其他決策者的影響要明顯大于應(yīng)激能力弱的決策者，并且當(dāng)決策者群體的初始決策有明顯的偏向性的時候，最終的集結(jié)決策就會使這個偏向性更加明顯。根據(jù)該仿真結(jié)果，可以得出非常規(guī)突發(fā)事件中關(guān)于決策者選擇方面一般性建議：最好選擇對該事件有過經(jīng)驗(yàn)并且應(yīng)激能力很強(qiáng)的決策者，這樣一來決策群體的初始狀態(tài)就會偏向于正確的決策，并且經(jīng)過群體決策的一段時間的演化過程，最終的決策會更加集結(jié)于正確的決策。本研究的不足之處在于，僅考慮了個體的應(yīng)激能力對群體決策行為的影響，而忽略了個體決策行為的其他影響因素。在以后的研究中，逐步將更多影響因素考慮進(jìn)來，會使得研究結(jié)果更接近實(shí)際情況。

[1]KOBASA S C.Stressful life events, personality and health: an inquiry into hardiness [J].Journal of Personality and Social Psychology, 1979,37(1):1-11.

[2]FLORIAN V, MIKULINCER M, HIRSCHBERGER G.An existentialist view on mortality salience effects: Personal hardiness, death-thought accessibility, and cultural worldview defense[J].The British Journal of Social Psychology, 2001, 40:437-453.

[3]RICH V L, RICH A R.Personality hardiness and burnout in female staff nurses [J].Journal of Nursing Scholarship, 1987(19):63-66.

[4]COSTANTINI A, SOLANO L, DI N R, et al.Relationship between hardiness and risk of burnout in a sample of 92 nurses working in oncology and AIDS wards [J].Psychother Psychosom, 1997(66):78-82.

[5]FRASER M W, RICHMAN J M, et al.Risk, production,and resilience: Toward a conceptual framework for social work practice [J].Social Work Research, 1999, 23(3):131-143.

[6]CHRISTIANSEN J, CHRISTIANSEN J L, et al.Using protective factors to enhance resilience and school success for at-risk students [J].Intervention in School & Clinic, 1997, 33(2):86-89.

[7]PAUNONEN S V.Hierarchical organization of personality and prediction of behavior [J].Journal of Personality and Social Psychology, 1998(74):538-556.

[8]LAMBERT C E, LAMBERT V A.Psychological hardiness: State of the science [J].Holistic Nursing Practice,1999, 13(3):11-19.

[9]HELBING D, FARKAS I, VICSEK T.Simulating dynamical features of escape panic[J].Nature,2000, 407(6803):487-490.

[10]PARIS S, PETTRé, DONIKIAN S.Pedestrian Reactive Navigation for Crowd Simulation: a Predictive Approach [J].Computer Graphics Forum, 2007, 26(3): 665-674.