陸軍戰(zhàn)斗模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)施管理方案*

馮占立，張 英，張 猛

(石家莊陸軍指揮學(xué)院，河北 石家莊 050084)

陸軍戰(zhàn)斗模擬實(shí)驗(yàn)是運(yùn)用作戰(zhàn)模擬手段在可控、可測、近似真實(shí)的模擬對抗環(huán)境中，研究師旅團(tuán)級陸軍部隊或聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)兵團(tuán)作戰(zhàn)問題的實(shí)驗(yàn)活動。該活動重點(diǎn)是采用各種模擬方法來描述陸軍戰(zhàn)斗過程中作戰(zhàn)實(shí)體、作戰(zhàn)環(huán)境和作戰(zhàn)方案之間的聯(lián)系和作用，通過模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的綜合分析，取得研究的初步結(jié)論，最終實(shí)現(xiàn)對陸軍戰(zhàn)斗問題研究的目的。

模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)施管理方案是一種綜合的、系統(tǒng)的技術(shù)方法，它基于較完善的原理、模型、準(zhǔn)則、概念以及經(jīng)過檢驗(yàn)的做法，提供了一個適應(yīng)性的框架，以更高的效率、更高的性能和更少的風(fēng)險成功地實(shí)施模擬的解決方案，同時能夠取得更高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。目前對陸軍戰(zhàn)斗模擬實(shí)驗(yàn)的研究主要還是以基本概念辨析、基礎(chǔ)理論分析、基本方法探討為主，有關(guān)模擬實(shí)驗(yàn)活動組織和實(shí)施管理方面的研究相對較少。本文通過對模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)施管理方案的研究，初步實(shí)現(xiàn)了對模擬實(shí)驗(yàn)初始數(shù)據(jù)、模型集成與優(yōu)化和實(shí)施驅(qū)動機(jī)制等方面進(jìn)行有效的管理，為模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析奠定基礎(chǔ)。

1 模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)施管理方案框架

戰(zhàn)斗模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)施管理方案的基本框架作為支持模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)施的體系架構(gòu)，是以網(wǎng)絡(luò)方式集成數(shù)據(jù)、模型和規(guī)則等資源，進(jìn)行陸軍戰(zhàn)斗問題研究和分析。它是一個針對陸軍戰(zhàn)斗問題實(shí)施模擬實(shí)驗(yàn)的管理控制框架，在模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)_本與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭g映射關(guān)系的基礎(chǔ)上，構(gòu)建一種依照行動方案來聯(lián)接各類實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷哪M推進(jìn)機(jī)制，以此負(fù)責(zé)對模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中的相關(guān)控制機(jī)制和模型進(jìn)行調(diào)度，從而實(shí)現(xiàn)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中各種數(shù)據(jù)的有效流轉(zhuǎn)和不同類型模型的集成與優(yōu)化。根據(jù)以上分析，本文提出了如圖1所示的陸軍戰(zhàn)斗模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)施管理方案框架。

方案框架(Project Framework，PF)描述了模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)施管理所采用的方案空間，其基本元素有:實(shí)驗(yàn)初始數(shù)據(jù)格式化設(shè)置方案、模型的集成與優(yōu)化方案和實(shí)驗(yàn)實(shí)施動態(tài)控制方案，可以形式化描述成如下表示的一個三元組:

其中，IDF，MIO和RC分別依次表示三項基本元素。

圖1 陸軍戰(zhàn)斗模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)施管理方案框架

實(shí)驗(yàn)初始數(shù)據(jù)格式化設(shè)置方案(Initial Data Format Project)在實(shí)施過程中對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化、規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化處理，使其具有統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式和接口，以滿足整個實(shí)驗(yàn)平臺數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的需要?？梢员硎緸槿缦碌亩M:

其中，IM表示實(shí)驗(yàn)初始數(shù)據(jù)格式化設(shè)置機(jī)制;IOInterface表示實(shí)驗(yàn)初始數(shù)據(jù)接口管理機(jī)制。

模型集成與優(yōu)化方案(Model Integration and Optimization Project)是將模擬實(shí)驗(yàn)過程中各類異構(gòu)模型進(jìn)行有機(jī)的組織、管理和優(yōu)化?？梢员硎緸槿缦碌娜M:

其中，Models表示不同領(lǐng)域、不同級別和層次的各類實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，由于建模方法的不同，這些模型可以分為過程模型、解析模型、實(shí)體模型和Agent模型等;IType表示根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ途唧w實(shí)現(xiàn)方式的不同而進(jìn)行的集成操作，一般包括單一集成和混合集成;SType表示對集成模型的優(yōu)化策略。

實(shí)驗(yàn)實(shí)施動態(tài)控制方案(Run Control Project)根據(jù)不同模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，對模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)施進(jìn)程中不同運(yùn)行模式采取的操縱和控制機(jī)制?？梢员硎緸槿缦碌乃脑M:

其中，EO表示實(shí)驗(yàn)實(shí)施控制目的，通?？梢苑譃閷?shí)驗(yàn)尋優(yōu)、實(shí)驗(yàn)尋需和實(shí)驗(yàn)尋規(guī)律等目的;EP表示實(shí)驗(yàn)實(shí)施控制所要達(dá)到的精度要求，為此需要控制實(shí)驗(yàn)的重復(fù)次數(shù)和終止條件;ES表示根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膭討B(tài)確定的實(shí)驗(yàn)因子范圍;CType表示根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、精度和范圍所確定的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行控制方式。

模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)施管理方案框架中，各基本元素根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)問題需求的取值可以創(chuàng)建相應(yīng)的模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)施管理與控制方案實(shí)例，即方案框架的實(shí)例化(Project Framework Instance，PFI)，可以如下表示:

在以上方案框架中，可以任意選擇具體的方案組合來構(gòu)建一個模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)施管理方案實(shí)例，以便最終完成其所要求的模擬實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

2 模擬實(shí)驗(yàn)初始數(shù)據(jù)格式化設(shè)置方案

模擬實(shí)驗(yàn)活動依據(jù)數(shù)據(jù)開始，依托數(shù)據(jù)進(jìn)行，依賴數(shù)據(jù)操縱，最終依靠數(shù)據(jù)表現(xiàn)［1］，模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的輸入機(jī)制和方法，結(jié)合實(shí)驗(yàn)活動特點(diǎn)，有其自身的不同之處。分析研究模擬實(shí)驗(yàn)初始數(shù)據(jù)的格式化設(shè)置方法，是達(dá)成作戰(zhàn)模擬實(shí)驗(yàn)任務(wù)的重要環(huán)節(jié)和基礎(chǔ)工作。

2.1 實(shí)驗(yàn)想定腳本與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ烷g的映射

實(shí)驗(yàn)想定是對陸軍戰(zhàn)斗過程中所包含的一切活動在軍事概念層進(jìn)行的一種抽象描述，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃拖到y(tǒng)無法直接識別想定腳本中所描述的初始數(shù)據(jù)。但實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃拖到y(tǒng)的運(yùn)行又要以想定和作戰(zhàn)方案中所蘊(yùn)含的規(guī)則為依據(jù)、數(shù)據(jù)為支撐。因此，為了實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃拖到y(tǒng)對想定腳本中信息的訪問，就需要構(gòu)建實(shí)驗(yàn)想定與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃拖到y(tǒng)初始參數(shù)和控制變量之間的映射關(guān)系，這樣才能將實(shí)驗(yàn)所需的初始數(shù)據(jù)設(shè)置到各類模型和系統(tǒng)之中。

實(shí)驗(yàn)想定腳本通常包括一系列初始化作戰(zhàn)實(shí)體數(shù)據(jù)和作戰(zhàn)行動方案。作戰(zhàn)實(shí)體是陸軍戰(zhàn)斗活動中可以獨(dú)立識別的所有主體和客體，是戰(zhàn)斗中的重要對象，它可以是部隊編成單位、地理環(huán)境、武器裝備等各種類型。將一個實(shí)體賦予具體的屬性和行為就構(gòu)成一個實(shí)例，即實(shí)驗(yàn)想定實(shí)例。作戰(zhàn)行動是作戰(zhàn)實(shí)體所具有的能力和行為屬性，是達(dá)成作戰(zhàn)任務(wù)的基本要素和最基本的行為要素。每個實(shí)體可以完成一個或多個行動任務(wù)。

實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷幕疽厥歉鞣N模型對象以及模型之間的操作。其中，模型對象作為模擬實(shí)驗(yàn)運(yùn)行的基本單元包含若干對象類，每個對象類又可派生若干對象實(shí)例。模擬實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行是根據(jù)實(shí)驗(yàn)想定腳本所制定的規(guī)則和流程，通過各種模型間的操作以及模型內(nèi)部屬性的改變來推進(jìn)。因此，實(shí)驗(yàn)想定腳本與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ烷g應(yīng)該按照“作戰(zhàn)實(shí)體—模型對象”和“作戰(zhàn)行動—模型操作”等一系列對應(yīng)關(guān)系來構(gòu)建兩者間的映射。要實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)想定腳本與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ烷g的映射關(guān)系，需要完成兩方面的轉(zhuǎn)換工作，即想定實(shí)例與模型對象類實(shí)例之間的轉(zhuǎn)換以及作戰(zhàn)行動方案與模型操作類列表之間的轉(zhuǎn)換。如圖2所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)想定腳本與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ突疽亻g的映射關(guān)系

2.2 作戰(zhàn)實(shí)體的格式化轉(zhuǎn)換

由上可知，通過某種映射關(guān)系，實(shí)驗(yàn)想定中的作戰(zhàn)實(shí)體與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭械哪Ｐ蛯ο髮?shí)現(xiàn)了某種對應(yīng)，即想定實(shí)例實(shí)現(xiàn)了從軍事概念到模型概念的格式化轉(zhuǎn)換。從理想角度來說，這種轉(zhuǎn)換過程應(yīng)當(dāng)是實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)自動完成的。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)將輸入的想定實(shí)例通過數(shù)據(jù)接口，提取其中需要的作戰(zhàn)實(shí)體，而后再與模型庫中的對象類進(jìn)行匹配，完成作戰(zhàn)實(shí)體的格式化轉(zhuǎn)換，并依據(jù)想定實(shí)例中實(shí)體的初始值初始化設(shè)置對象類。該操作過程的前提是事先存在一個標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一并且完備的模型庫與想定實(shí)例相對應(yīng)。

建立一個用于想定實(shí)例格式化轉(zhuǎn)換的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛶焓且患浅＜?xì)致且困難的工作，應(yīng)采用循環(huán)迭代機(jī)制，通過構(gòu)建新模型、直接重用已有模型和調(diào)整已有模型后再重用三種途徑相結(jié)合的方式，構(gòu)建和使用模型庫，其構(gòu)建流程如圖3所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛶鞓?gòu)建流程

2.3 作戰(zhàn)行動信息的解析

與實(shí)驗(yàn)想定腳本中的作戰(zhàn)實(shí)體相類似，作戰(zhàn)行動信息也需要進(jìn)行解析和映射，以驅(qū)動模擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)施。在作戰(zhàn)實(shí)體能夠格式化轉(zhuǎn)換的前提下，將作戰(zhàn)行動庫中的每個行動映射到模型庫中的操作類。為了順利實(shí)現(xiàn)想定實(shí)例中作戰(zhàn)行動與模型操作類的轉(zhuǎn)換，構(gòu)建模型庫時，必須體現(xiàn)作戰(zhàn)行動與模型操作類之間參數(shù)設(shè)置的一致性。

實(shí)驗(yàn)想定中的作戰(zhàn)行動是一個具有實(shí)體、時間、空間和操作等描述信息的活動列表，可以概括為兩大類行動［1］如圖4所示。一是“主—謂—賓”類型，此類行動包含行動操作者，行動被操作者和具體行動，如火炮射擊行動。二是“主—謂”類型，此類行動只包含行動操作者和具體行動，而沒有行動被操作者，如部隊機(jī)動行動。

圖4 作戰(zhàn)行動與操作類間映射關(guān)系

3 模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图膳c優(yōu)化方案

陸軍戰(zhàn)斗模擬實(shí)驗(yàn)涉及了多個領(lǐng)域、不同類型、不同層次的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。這些模型不僅綜合程度高，而且建模理論和方法多樣化，不僅需要定量解析和定性分析，而且還要根據(jù)陸軍戰(zhàn)斗的復(fù)雜性特點(diǎn)采用復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)建模方法。它們以自己特有的方式分布運(yùn)行于實(shí)驗(yàn)平臺的不同計算機(jī)上，需要通過與其匹配的服務(wù)接口來實(shí)現(xiàn)對它們的選擇、調(diào)度和控制，以實(shí)現(xiàn)其準(zhǔn)確運(yùn)行。

目前國內(nèi)外對于模型集成的研究主要包含模型表達(dá)、模型集成方式和模型集成平臺及其支撐環(huán)境三方面的內(nèi)容。模型集成可分為深度集成(Deep Integration)和功能集成(Functional Integration)兩種方式［2］。深度集成是指合并兩個或兩個以上的已有模型以創(chuàng)建一個新的模型。功能集成是指模型運(yùn)算過程的連接和功能組合，此方式當(dāng)前應(yīng)用較多，主要因?yàn)槠浞绞届`活、簡單，且容易實(shí)現(xiàn)，Bhargava主導(dǎo)設(shè)計的Decision-Net［3］和 Muller等人研發(fā)的 MMM 模型集成平臺［4］都是基于這種方式。

基于以上分析和陸軍戰(zhàn)斗模擬實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，設(shè)計一種基于逆向推理策略的模型集成與優(yōu)化方案［5］，分析最少節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)則和最小代價準(zhǔn)則下的模型集成優(yōu)化準(zhǔn)則，是各類實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍芊癯浞职l(fā)揮作用的關(guān)鍵。

3.1 面向?qū)嶒?yàn)問題的模型集成

在面向?qū)嶒?yàn)問題的模型集成中，實(shí)驗(yàn)問題的表述是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其表述應(yīng)該考慮模型集成的要求，如模型集成的目標(biāo)、初始條件以及數(shù)據(jù)的處理等。結(jié)合模型集成的具體要求，本文將利用擴(kuò)展的狀態(tài)空間表示法來描述實(shí)驗(yàn)問題，可表示為

其中，S0表示實(shí)驗(yàn)問題的初始條件，反映了實(shí)驗(yàn)問題在初始時刻的狀態(tài);G表示實(shí)驗(yàn)問題的目標(biāo)狀態(tài)或目標(biāo);R表示求解實(shí)驗(yàn)問題所使用的各種資源，一般包括數(shù)據(jù)、模型和相關(guān)知識，反映了問題求解過程中的資源約束狀況;ε:R×S→S表示問題求解過程中的作戰(zhàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移操作，S為作戰(zhàn)狀態(tài)集合(S0，R∈S)，作戰(zhàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程反映了利用資源R進(jìn)行問題求解的過程。

因此，面向?qū)嶒?yàn)問題的模型集成實(shí)際上就轉(zhuǎn)化為一個知識推理過程，如果問題的目標(biāo)視為推理的目標(biāo)，則可利用目標(biāo)驅(qū)動的逆向推理策略來處理實(shí)驗(yàn)實(shí)施中以模型集成為中心的數(shù)據(jù)、模型和知識的綜合集成問題。同時還為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷木C合集成奠定了基礎(chǔ)，既體現(xiàn)了模型集成的問題導(dǎo)向性，又能為模型集成中的數(shù)據(jù)和邏輯關(guān)聯(lián)創(chuàng)造條件。但要實(shí)現(xiàn)面向?qū)嶒?yàn)問題的模型集成還離不開模型的表示。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹^詞表示是一種常用的表示方法［6］。謂詞本身體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛢?nèi)部數(shù)據(jù)的關(guān)系，而且謂詞可以通過聯(lián)接符號進(jìn)行一定形式的組合，以表達(dá)不同實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭g的邏輯關(guān)系。首先用謂詞給出一些與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图上嚓P(guān)的定義。

實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ虴M用謂詞表示為:EM(I，O)，其中謂詞項I，O分別表示模型的輸入集I和輸出集O，用謂詞可表示為:EM-I(I)、EM-O(O)，同時規(guī)定各種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ烷g存在的三種邏輯關(guān)系:

a)串聯(lián)關(guān)系，即實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ虴M1的輸出作為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ虴M2的輸入，記為EM1→EM2，如圖5(A)所示;

b)或關(guān)系，即實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ虴M1和EM2之中任何一項的輸出都可以作為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ虴M3的輸入，則實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ虴M1和EM2對于實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ虴M3為或關(guān)系，記為EM1∨EM2，如圖5(B)所示;

c)與關(guān)系，即實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ虴M1和EM2的輸出同時作為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ虴M3的輸入，且EM1，EM2的輸出分別對應(yīng)EM3的獨(dú)立輸入子集，則模型EM1和EM2對于模型EM3為與關(guān)系，記為EM1∧EM2，如圖5(C)所示。

圖5 各種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ烷g存在的三種邏輯關(guān)系

上述定義揭示了實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图蛇^程中，各類實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ烷g最基本的邏輯關(guān)系，把這些邏輯關(guān)系按照實(shí)際需求進(jìn)行組合，便可形成各種更為復(fù)雜的邏輯關(guān)系，與之相對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图蓤D例便成為一個比較復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图删W(wǎng)絡(luò)圖［7］。本文通過討論實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图删W(wǎng)絡(luò)圖是與/或關(guān)系的情況，來揭示實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图傻幕驹?。在此，?shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图傻淖罱K結(jié)果就是構(gòu)造一棵如圖6所示的與/或樹，樹根為實(shí)驗(yàn)問題所要達(dá)成的目標(biāo)，樹葉表示模型輸入的數(shù)據(jù)，而樹中所有的中間節(jié)點(diǎn)則表示集成的各類實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停鼈兺ㄟ^以上三種基本的邏輯關(guān)系相關(guān)聯(lián)。這樣設(shè)計就使面向?qū)嶒?yàn)問題的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图赊D(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢ㄟ壿嬯P(guān)系的與/或樹的生成問題。因此，面向?qū)嶒?yàn)問題的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图煞椒ň褪且詫?shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图傻钠鹗键c(diǎn)，運(yùn)用逆向知識推理策略和模型集成基本規(guī)則來組合各類實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。此方法的基本思想就是將?shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图蛇^程看作一種逆向的知識推理過程，以實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)作為知識推理的起點(diǎn)，用實(shí)驗(yàn)問題的解決來匹配各類實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷妮敵?，同時將匹配成功的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷妮斎胱鳛樾碌膶?shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，即對實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)進(jìn)行擴(kuò)展，依次類推，繼續(xù)匹配，直到所有匹配成功的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷妮斎刖鶠槿~節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。

3.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图煞桨傅膬?yōu)化準(zhǔn)則

實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图山Y(jié)果是一棵與/或邏輯樹，它實(shí)際上給出了有關(guān)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图傻亩喾N解決方案，但實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計人員在進(jìn)行實(shí)際操作時，往往需要依據(jù)一定的優(yōu)化準(zhǔn)則，從中選擇一種最佳集成方案并付諸實(shí)施。優(yōu)化實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图煞桨甘歉鶕?jù)一定的準(zhǔn)則，在實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图蛇壿嬯P(guān)系樹中尋找最優(yōu)的解分支。本文結(jié)合陸軍戰(zhàn)斗模擬實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)，給出了兩種模型集成優(yōu)化準(zhǔn)則:最小代價準(zhǔn)則和最少節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)則，歸納了實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图傻囊话氵^程。

圖6 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图膳c/或樹

1)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图勺钚〈鷥r準(zhǔn)則

最小代價準(zhǔn)則就是要求所求得的可解節(jié)點(diǎn)子樹分支具有最小的代價。通?？砂慈缦路椒ㄓ嬎憧山夤?jié)點(diǎn)子樹的代價。假設(shè)e(EM，EM1)表示實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ凸?jié)點(diǎn)EM到其子節(jié)點(diǎn)EM1的代價，即與 /或樹的邊代價，表示實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭g的連接、通信和交互代價，在分布式模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，它會對選擇最佳實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图煞桨府a(chǎn)生較大影響［8］。計算節(jié)點(diǎn)EM的代價h(EM)的方法可如下表示:

其中，c(EM)為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ妥陨磉\(yùn)行時所付出的代價，r(EM)為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ洼斎朐O(shè)置所付出的代價。其具體情況分析如下:

①如果節(jié)點(diǎn)EM是終止節(jié)點(diǎn)，則定義節(jié)點(diǎn)EM輸入設(shè)置所付出的代價為 r(EM)=0，則有 h(EM)=c(EM)。

② 如果節(jié)點(diǎn) EM 是“或”節(jié)點(diǎn)，EM1，EM2，…，EMn是它的子節(jié)點(diǎn)，則節(jié)點(diǎn)EM的代價可如下計算得出:

③如果節(jié)點(diǎn) EM 是“與”節(jié)點(diǎn)，EM1，EM2，…，EMn是它的子節(jié)點(diǎn)，則節(jié)點(diǎn)EM的代價存在和代價法與最大代價法兩種方法。

若按和代價法進(jìn)行計算，則有

若按最大代價法進(jìn)行計算，則有

④如果節(jié)點(diǎn)EM是不可解節(jié)點(diǎn)，則其代價定義為:h(EM)=∞。

通過以上分析可知，如果實(shí)驗(yàn)問題可解，則由所有子節(jié)點(diǎn)的代價就可推算出其父節(jié)點(diǎn)的代價，以此逐級向上，最終可求解出實(shí)驗(yàn)問題根節(jié)點(diǎn)G的代價，即整個可解節(jié)點(diǎn)子樹的代價，根據(jù)每一個解分支都可求出其對應(yīng)可解節(jié)點(diǎn)子樹的代價，因此，具有最小代價的解分支即為最優(yōu)解分支。

2)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图勺钌俟?jié)點(diǎn)準(zhǔn)則

最少節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)則要求所求得的可解節(jié)點(diǎn)子樹分支具有最少的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ凸?jié)點(diǎn)數(shù)。假設(shè)可解節(jié)點(diǎn)子樹具有X個解分支T1，T2，…，Tx，Vi(i=1，2，…，X)為第i個解分支的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ凸?jié)點(diǎn)集，則在最少節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)則條件下，最優(yōu)解樹T為

其中，|Vj|是集合Vj的基數(shù)，表示解分支中實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膫€數(shù)。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图勺钌俟?jié)點(diǎn)準(zhǔn)則的實(shí)際意義就是:實(shí)驗(yàn)決策人員希望用盡可能少的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠砬蠼鈱?shí)驗(yàn)問題，盡量避免復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒M合，以減少實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒M合帶來的額外開銷。

3)基于優(yōu)化準(zhǔn)則的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图蛇^程

綜上所述，可得出優(yōu)化準(zhǔn)則指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图蛇^程，具體可表述為以下幾個步驟。

①利用基于逆向推理策略的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图伤惴?，確定各實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭g的邏輯關(guān)系，并建立相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图膳c/或樹。

②對實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图膳c/或樹中的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ凸?jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，獲取各實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷南嚓P(guān)屬性，如實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膱?zhí)行代價、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭g的連接代價等信息［9］。

③根據(jù)獲取的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖嚓P(guān)屬性，對實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图膳c/或樹進(jìn)行賦權(quán)操作，依此即可獲得經(jīng)過賦權(quán)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图膳c/或樹。

④依據(jù)實(shí)際作戰(zhàn)問題和實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，確定合適的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图蓛?yōu)化準(zhǔn)則，并利用該準(zhǔn)則對賦權(quán)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图膳c/或樹進(jìn)行優(yōu)化，以確定最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒夥种А?/p>

⑤按照實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ妥顑?yōu)解分支所確定的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图煞桨?，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膭討B(tài)調(diào)用和功能組合，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图珊妥鲬?zhàn)問題求解。

4 模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)施動態(tài)控制方案

模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)施控制是整個實(shí)驗(yàn)過程中的重要模塊，相對于實(shí)驗(yàn)設(shè)計和結(jié)果分析，其突出特點(diǎn)是動態(tài)性，主要表現(xiàn)為在實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中動態(tài)操控各種實(shí)驗(yàn)因素。為了達(dá)成實(shí)驗(yàn)方案所確定的目標(biāo)，實(shí)驗(yàn)實(shí)施應(yīng)根據(jù)其階段性目的、所采用的不同策略、實(shí)驗(yàn)輸出數(shù)據(jù)的精度要求而采用多種不同的操控方法和技術(shù)，并對其進(jìn)行相應(yīng)的控制管理。

4.1 面向?qū)嶒?yàn)探索空間尋優(yōu)的模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)施控制

尋優(yōu)模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)施控制就是基于模擬實(shí)驗(yàn)求解尋找最優(yōu)解的控制過程。與普通優(yōu)化問題以解析式作為優(yōu)化函數(shù)的情況不同，基于模擬的優(yōu)化是在優(yōu)化過程中以模擬輸出結(jié)果作為評價函數(shù)。理論上，任何數(shù)值優(yōu)化方案都可以用于模擬實(shí)驗(yàn)控制，但是模擬實(shí)驗(yàn)求解的計算量大大超過普通解析式的計算量，因此，傳統(tǒng)的直接優(yōu)化方案不適合模擬實(shí)驗(yàn)問題。在此，本文采用一種模擬實(shí)驗(yàn)、模型擬合和尋優(yōu)解算相結(jié)合的優(yōu)化控制方案，其基本思想是:在某一實(shí)驗(yàn)區(qū)間中，抽樣模擬解算某些實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，而后根據(jù)模擬結(jié)果采用一套簡單的解析式進(jìn)行擬合校驗(yàn)，若校驗(yàn)通過則優(yōu)化求解此解析式來實(shí)現(xiàn)模擬優(yōu)化控制的目的，若校驗(yàn)沒有通過則采用相應(yīng)措施，不斷迭代模擬解算、擬合、優(yōu)化等過程，直到獲得滿意的優(yōu)化效果。

4.2 面向?qū)嶒?yàn)探索空間尋需的模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)施控制

面向?qū)嶒?yàn)探索空間尋需是當(dāng)前應(yīng)用比較廣泛的一種實(shí)驗(yàn)控制優(yōu)化方法。其基本設(shè)計思想是:通過考察大量不確定性想定方案的不同后果，發(fā)現(xiàn)和理解復(fù)雜問題所蘊(yùn)含的數(shù)據(jù)變量間的重要關(guān)系，廣泛探索各種控制條件下系統(tǒng)可能產(chǎn)生的不同結(jié)果，理解不確定性因素對于想定問題的影響，全面把握實(shí)驗(yàn)實(shí)施中的各種關(guān)鍵要素，探索完成相應(yīng)實(shí)驗(yàn)任務(wù)所需要的系統(tǒng)能力、所采用的策略以及影響系統(tǒng)的不確定性環(huán)境因素，尋求滿意解決方案以及后續(xù)調(diào)整方案［10］。

模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)施之前，通常需要構(gòu)建結(jié)構(gòu)化的探索空間區(qū)域，也就是獲取實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)任務(wù)的需求空間，通?？梢苑譃榄h(huán)境空間、策略空間和能力空間三類［11］。實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中，需要根據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)，從三類需求空間中探索出符合相應(yīng)作戰(zhàn)目標(biāo)的有效集，進(jìn)而驅(qū)動實(shí)驗(yàn)有效運(yùn)行。例如，對于炮兵火力打擊體系，通常需要從環(huán)境空間、策略空間和能力空間中找到能夠?qū)崿F(xiàn)作戰(zhàn)目的的有效需求區(qū)域進(jìn)行操控來推動實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行。對于陸軍戰(zhàn)斗問題研究，模擬實(shí)驗(yàn)探索是有效獲取需求空間的最主要方法。尋需控制問題比尋優(yōu)控制問題要復(fù)雜許多，尋優(yōu)只是在實(shí)驗(yàn)探索空間中尋找一個優(yōu)化的點(diǎn)，而尋需則強(qiáng)調(diào)找到滿足需求條件的點(diǎn)集，其模擬計算量要大許多。

4.3 面向?qū)嶒?yàn)因子探索空間篩選與分析的模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)施控制

如果模擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)因子比較多，那么模擬實(shí)驗(yàn)探索的空間也就比較大，這樣就會出現(xiàn)無法有效達(dá)成實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡那闆r。實(shí)驗(yàn)因子篩選的目的就是從模擬實(shí)驗(yàn)所包含的眾多因子中尋找真正起關(guān)鍵作用的因素。

分枝定界法(Sequential Bifurcation SB)［12］是一種篩選關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的重要方法，它的實(shí)現(xiàn)是基于模擬實(shí)驗(yàn)動態(tài)控制策略，利用2k因子實(shí)驗(yàn)設(shè)計方法，針對單調(diào)因子進(jìn)行篩選的一種方法。對于實(shí)驗(yàn)中的單調(diào)因子，可以分析其最大值與最小值所對應(yīng)的響應(yīng)值差來判斷其重要程度，若某個實(shí)驗(yàn)因子的兩個極值所對應(yīng)的響應(yīng)差不大，則可以認(rèn)為這個實(shí)驗(yàn)因子對于變化是不敏感的，在以后的實(shí)驗(yàn)過程和分析中可以把其當(dāng)作固定值來對待，不需要對其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探索分析，這樣就可以極大地減少實(shí)驗(yàn)探索空間，這就是實(shí)驗(yàn)因子探索空間篩選與分析所能解決的問題。

分枝定界法的基本思想是對有約束條件的最優(yōu)化問題的所有可行解(數(shù)目有限)空間進(jìn)行搜索。該算法在對實(shí)驗(yàn)因子進(jìn)行篩選和分析的具體執(zhí)行時，首先把全部實(shí)驗(yàn)因子不斷分割成越來越小的子集(稱為分枝)，子集的總敏感度等于子集內(nèi)各實(shí)驗(yàn)因子的敏感度之和，同時為每個子集內(nèi)的解的值計算一個下界或上界(稱為定界)。在每次分枝后，對凡是敏感度界限超出定界的那些子集不再做進(jìn)一步分枝。這樣，解的許多子集(即搜索樹上的許多結(jié)點(diǎn))就可以不予考慮了，從而縮小了搜索范圍。對敏感度界限在定界內(nèi)的子集，則繼續(xù)進(jìn)行分枝，這一過程一直進(jìn)行到找出可行解為止，該可行解的值不大于任何子集的界限。因此這種算法一般可以求得最優(yōu)解。

5 結(jié)束語

為了更好地推進(jìn)模擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)施，提高實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行效率，本文在對模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)施管理特點(diǎn)和需求進(jìn)行深入研究和分析的基礎(chǔ)上，提出了一套綜合的模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)施管理框架，并重點(diǎn)分析了模擬實(shí)驗(yàn)初始數(shù)據(jù)的格式化設(shè)置;實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷募膳c優(yōu)化以及實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程的動態(tài)控制等問題，有力保證了模擬實(shí)驗(yàn)活動按計劃順利實(shí)施，對模擬實(shí)驗(yàn)相關(guān)研究具有一定的參考價值。

［1］胡曉峰，楊鏡宇，司光亞，等.戰(zhàn)爭復(fù)雜系統(tǒng)仿真分析與實(shí)驗(yàn)［M］.北京:國防大學(xué)出版社，2008:517-521.

［2］DOLK D.Model Integration and A Theory of Models［J］.Decision Support Systems，1993，9(1):51-63.

［3］BHARGAVA H，KRISHNAN R，MUELLER R.Decision Support on Demand:on Emerging Electronic Markets for Decision technologies［J］.Decision Support System，1997，19(3):193-214.

［4］GUNTHER O，MULLER R，SCHMIDT P.MMM:a WWW-based Method Management System for Using Software Modules Remotely［J］.Internet Computing，1997，1(3):59-68.

［5］謝勇，王紅衛(wèi).基于逆向推理策略的模型集成［J］.計算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2002，8(9):690-695.

［6］BONZEK R H，HOLSAPPLE W C，WHINSTON B A.A Generalized Decision Support System Using Predicate Calculus and Network Data Base Management［J］.Operation Research，1981，29(2):263-281.

［7］LIANG T P.Development of a Knowledge-based Model Management System ［J］.Operations Research，1988，36(6):849-863.

［8］喻永新，費(fèi)奇，肖人彬.分布式?jīng)Q策支持系統(tǒng)中模型聚結(jié)與選擇［J］.華中理工大學(xué)學(xué)報，1995，23(8):110-114.

［9］GHOSH D，AGARWAL R.Model Selection and Sequencing in Decision Support System［J］.OMEGA，International Journal of Management Science，1991，213(19):157-167.

［10］Paul K.Davis，Richard Hillestad.Exploratory Analysis for Strategy Problems With Massive Uncertainty［M］.RAND，Santa Momca，CA，draft book，2000.

［11］胡劍文，吳曦，楊鏡宇，等.探索性分析框架EAF的設(shè)計［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報，2005，17(11):2793-2795.

［12］Bettonvil B，Kleijnen.Searching for Important Factors in Simulation Models with Many Factors:Sequential Bifurcation ［J］.European Journal of Operational Research，1996(1):180-194.