基于離散事件仿真要素的軍事仿真因果追溯方法

金　毅

(江南計(jì)算技術(shù)研究所,江蘇無錫　214083)

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基于離散事件仿真要素的軍事仿真因果追溯方法

金毅

(江南計(jì)算技術(shù)研究所,江蘇無錫214083)

摘要:基于離散事件系統(tǒng)建模與仿真的軍事仿真系統(tǒng)在軍事籌劃階段扮演著至關(guān)重要的作用。因果追溯與分析是軍事仿真中重要的技術(shù),它可以在大量的數(shù)據(jù)與復(fù)雜的交互關(guān)系中找出時(shí)序上的關(guān)聯(lián)關(guān)系,幫助研究人員確定作戰(zhàn)行動(dòng)中的一些關(guān)鍵實(shí)體或事件,用于探究戰(zhàn)爭(zhēng)的發(fā)展脈絡(luò)與蘊(yùn)含其中的因果關(guān)系。首先對(duì)作戰(zhàn)仿真領(lǐng)域的因果追溯分析做了簡(jiǎn)要介紹,然后提出了一種基于離散事件仿真要素的因果追溯分析方法,這種方法可以分析軍事仿真中的因果關(guān)系,并且有很高的通用性和良好的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞:軍事仿真;因果追溯;離散事件仿真;因果分析;兵棋

修回日期： 2015-11-24

軍事仿真是計(jì)算機(jī)仿真在軍事領(lǐng)域的重要應(yīng)用。美國高度重視軍事仿真的發(fā)展,近十多年來,美國一直將建模與仿真列為重要的國防關(guān)鍵技術(shù),先后研制出了JWARS、JSIMS、JTLS和EADSIM等可以用于推演的仿真系統(tǒng)。隨著近年來我國軍事指揮領(lǐng)域的思想變革與軍事技術(shù)的飛速發(fā)展,對(duì)計(jì)算機(jī)軍事仿真的研究與發(fā)展愈發(fā)重視。軍事仿真之所以在軍事領(lǐng)域具有重要的實(shí)用價(jià)值,一方面是因?yàn)槠渫蒲菀?guī)則是對(duì)過去戰(zhàn)爭(zhēng)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié),反映了過去戰(zhàn)爭(zhēng)的基本規(guī)律; 另一方面其推演方式容易發(fā)揮推演人員的智慧和經(jīng)驗(yàn)。因此，軍事仿真成為戰(zhàn)爭(zhēng)分析的重要補(bǔ)充手段[1]。

通過計(jì)算機(jī)來進(jìn)行軍事仿真能帶來以下的幾點(diǎn)好處:1)可以訓(xùn)練指揮人員的能力，提高軍事素養(yǎng)；2)可以提前發(fā)現(xiàn)行動(dòng)方案中的存在問題與不足,對(duì)方案進(jìn)行修正和優(yōu)化；3)節(jié)約時(shí)間,一方面仿真數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時(shí)間遠(yuǎn)小于一次實(shí)戰(zhàn)演習(xí)的準(zhǔn)備時(shí)間,另一方面仿真過程可以按比例加速,在短時(shí)間內(nèi)模擬一段長(zhǎng)時(shí)間的行動(dòng)；4)節(jié)約成本,一方面減少了實(shí)際中油料、武器裝備等物資的使用,另一方面推演仿真可以多次反復(fù)進(jìn)行,還可以設(shè)置斷點(diǎn)；5)降低風(fēng)險(xiǎn),任何軍事行動(dòng)都會(huì)伴隨一定的風(fēng)險(xiǎn),參與人員面臨死傷,設(shè)備面臨損毀,通過計(jì)算機(jī)仿真來模擬軍事行動(dòng)可以有效地降低風(fēng)險(xiǎn)。

然而隨著仿真系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大,系統(tǒng)的功能更加完善豐富,研究的問題更加深入和細(xì)致,系統(tǒng)的構(gòu)成更加復(fù)雜,這也帶來了一個(gè)問題:現(xiàn)有系統(tǒng)沒有提供對(duì)推演對(duì)象之間動(dòng)態(tài)的相互影響關(guān)系和過程進(jìn)行分析與展示的支持。這就使得推演人員雖然能看到推演過程和結(jié)果,卻難以理清戰(zhàn)況發(fā)展脈絡(luò)與因果關(guān)系,難以抓住推演中決定勝敗的關(guān)鍵事件和指令,難以對(duì)結(jié)果做出清晰的解釋。因此對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)中的因果追溯問題研究變得愈加迫切。

1因果追溯概述

1.1可追溯性的概念

追溯性指對(duì)于時(shí)間上先后發(fā)生的特定事物行為間存在的一種可回溯性關(guān)系,這種關(guān)系表達(dá)了后發(fā)生行為與先發(fā)生行為之間存在某種聯(lián)系,從后發(fā)生行為出發(fā)可以推理得到這些前發(fā)生行為,即通過某種關(guān)系追溯行為發(fā)生歷史過程的特性[2]。

追溯性是伴隨某個(gè)過程的,在過程中得到體現(xiàn),它包含兩大要素:追溯對(duì)象和追溯關(guān)系。追溯對(duì)象指的是追溯的起點(diǎn)和終點(diǎn),例如行為A引發(fā)行為B,那么從結(jié)果B出發(fā)回溯到行為A,A作為原因是追溯終點(diǎn),B作為結(jié)果是追溯起點(diǎn)。追溯關(guān)系又可以劃分為兩類:關(guān)聯(lián)關(guān)系和因果關(guān)系。關(guān)聯(lián)關(guān)系是一種低層次的關(guān)系,表示這種追溯建立在行為間的關(guān)聯(lián)關(guān)系上,只能說明后行為的發(fā)生與前行為有關(guān),前行為是后行為發(fā)生的一個(gè)可能原因;因果關(guān)系是一種高層次的聯(lián)系,表示這種追溯建立在行為間的因果關(guān)系上,說明后行為的發(fā)生與前行為有著因果關(guān)聯(lián),前行為是后行為發(fā)生的主要原因。

1.2因果追溯的作用

通過因果追溯分析,用戶可以從仿真結(jié)果數(shù)據(jù)獲知系統(tǒng)某些行為的原因和結(jié)果的來龍去脈,發(fā)現(xiàn)仿真過程中對(duì)結(jié)果起決定性作用的關(guān)鍵事件和事件序列,進(jìn)而更高層次上發(fā)現(xiàn)客觀系統(tǒng)存在的內(nèi)在規(guī)律。除此之外,還可以應(yīng)用于以下幾個(gè)方面:1)仿真及模型的確認(rèn)。通過對(duì)實(shí)體或者事件的回溯跟蹤可以校驗(yàn)?zāi)Ｐ偷目茖W(xué)性。2)模型、想定和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的修改和完善。因果追溯的作用是為現(xiàn)象尋找原因,知道了原因就可以通過對(duì)方案的修改來避免問題的再次出現(xiàn)。3)模型的擴(kuò)展和重用。通過追溯原本獨(dú)立的模型之間在時(shí)間順序上建立起了關(guān)聯(lián)關(guān)系甚至是因果關(guān)系,這使得模型得以擴(kuò)展。4)模型的抽象,因果追溯分析可以幫助研究人員更好地理解模型。

1.3因果追溯分析的主要方法

因果關(guān)系追溯分析主要有面向因素與面向行為兩種方式:1)面向因素方式關(guān)注仿真中各種參變量要素之間的因果關(guān)系,通常具有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)理論支持,因而結(jié)果偏向于數(shù)學(xué)公式、圖表等。2)面向行為方式關(guān)注仿真輸出的各種行為之間的關(guān)系,它按照人的理解方式發(fā)現(xiàn)問題。

目前針對(duì)因果追溯分析的方法有很多種,在聯(lián)合戰(zhàn)役級(jí)別的推演系統(tǒng)中,常使用因果審計(jì)跟蹤(CATA:Causal Audit Trail Analysis)分析的方法進(jìn)行因果關(guān)系的追溯分析[3]。CATA用于仿真輸出的事后處理,其目的是使用輸出結(jié)果從關(guān)鍵事件發(fā)生時(shí)刻出發(fā)進(jìn)行反向追蹤。這種方式不能追溯到任意層次的細(xì)節(jié),并受到有效支持?jǐn)?shù)據(jù)的制約。前因追溯表[4]是一種認(rèn)知可靠性和失誤分析方法,這種方法預(yù)先考慮到盡可能多的某個(gè)問題引發(fā)的原因,然后對(duì)原因進(jìn)行歸類,繼而又根據(jù)當(dāng)前原因?qū)ふ疑弦粚拥脑?并將原因分類,然后針對(duì)該問題的因果分析便轉(zhuǎn)化為了不同種類原因之間的轉(zhuǎn)移,即形成了有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)。這種方法的局限在于一是不一定能考慮到引發(fā)該問題的所有原因,二是在于不適合復(fù)雜的問題研究?；诓奂s束的方法[5]建立起仿真領(lǐng)域的本體論,然后可以獲取因果關(guān)系的相關(guān)知識(shí):潛在因果逆關(guān)系類所建立的約束槽,以及仿真事件類中的約束槽。該方法的局限在于如何獲取完整的約束關(guān)系,另外一點(diǎn)在于沒有考慮比較復(fù)雜的邏輯關(guān)系。原因和效果圖(Cause-and-Effect Diagram)[6]是另外一種可以用于因果分析的方法,它又被稱作魚骨圖,最初由日本Kaoru Ishikawa教授提出,用于定性的高層系統(tǒng)分析。

從以上的各種因果關(guān)系分析方法中可以看出,各種方法都有很大的局限性,在作戰(zhàn)仿真領(lǐng)域各自有適用的范圍,而且包含了各種前提與假設(shè),存在一些缺陷。

2基于離散事件仿真要素的因果追溯分析

基于離散事件仿真要素的因果追溯分析方法可以應(yīng)用于各種離散事件系統(tǒng)與建模的領(lǐng)域。在軍事仿真中,它可以挖掘各要素之間在時(shí)序上的關(guān)聯(lián)關(guān)系,從而幫助研究者理清戰(zhàn)爭(zhēng)發(fā)展脈絡(luò),尋找決定戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)關(guān)鍵的事件或行為,從而深層次地去理解戰(zhàn)爭(zhēng)過程。由于這種方法研究分析的對(duì)象是離散仿真建模中的基本要素,因此該方法適用于各種基于離散事件仿真的軍事仿真系統(tǒng),所以該方法通用性較強(qiáng),適用范圍較廣,并具備較好的實(shí)用性。

2.1離散事件仿真中的基本要素

在離散事件系統(tǒng)建模與仿真領(lǐng)域,有幾個(gè)重要的基礎(chǔ)概念:實(shí)體(Entity)、事件(Event)、活動(dòng)(Activity)、狀態(tài)(State)和行為(Behavior),它們可以如下定義[7]:

1)實(shí)體是系統(tǒng)中可單獨(dú)辨識(shí)和刻畫的構(gòu)成要素,是對(duì)象的抽象表達(dá)。

2)事件是引發(fā)系統(tǒng)狀態(tài)改變的瞬間操作或行為,事件發(fā)生的時(shí)刻叫做事件點(diǎn)。

3)活動(dòng)是實(shí)體在一段時(shí)間內(nèi)的行動(dòng)。

4)狀態(tài)是實(shí)體活動(dòng)特征或性態(tài)的劃分。

5)行為是實(shí)體所具有的動(dòng)作或操作,可能表現(xiàn)為實(shí)體狀態(tài)隨時(shí)間的持續(xù)變化,也可能表現(xiàn)為其狀態(tài)隨事件的跳躍變化。

在五種基本要素中,實(shí)體和事件是最基本的要素。

2.2仿真要素之間抽象關(guān)系研究

在軍事仿真中,會(huì)產(chǎn)生大量的實(shí)體和事件,非常雜亂地分布在系統(tǒng)中,僅僅對(duì)實(shí)體和事件按一定規(guī)則分類,如圖1所示,并不能幫助研究人員充分挖掘出需要的信息,不能夠有深度地去理解作戰(zhàn)中的行為。

圖1　軍事仿真系統(tǒng)中實(shí)體與事件分布和簡(jiǎn)單分類

軍事仿真系統(tǒng)是離散的仿真系統(tǒng),然而無論是事件還是實(shí)體,雖然它們都是離散的個(gè)體,但它們之間存在著千絲萬縷的聯(lián)系,如果僅僅著眼于一個(gè)個(gè)事件和一個(gè)個(gè)實(shí)體,這種研究是靜止的,孤立的。馬克思主義認(rèn)為,世界是普遍聯(lián)系的整體,任何事物內(nèi)部各要素之間以及事物之間都存在著相互制約、相互影響和相互作用的關(guān)系。按馬克思主義的看法,任何一個(gè)事物的聯(lián)系都包括內(nèi)外兩個(gè)向度,也就是內(nèi)在聯(lián)系和外部聯(lián)系[8]。

因此,發(fā)現(xiàn)隱藏在大量實(shí)體和背后相互之間的聯(lián)系,有助于研究人員掌握軍事仿真中的規(guī)律,理清實(shí)體與事件間的發(fā)展脈絡(luò),了解推演的進(jìn)程,如圖2所示。尋找這種聯(lián)系不僅僅能夠完成“扁平化”的分類(每一條線所鏈接的對(duì)象可以看做一類),更挖掘出了時(shí)序上的“縱深”(沿著線遍歷對(duì)象,它們按時(shí)間先后前后存在著關(guān)聯(lián)關(guān)系),有助于幫我們尋找因果關(guān)系。

圖2　實(shí)體與事件的關(guān)聯(lián)關(guān)系分類

從前文中介紹的5個(gè)基本的仿真要素出發(fā),首先從抽象的角度來研究它們之間的關(guān)系,這種關(guān)系并不復(fù)雜。如果不關(guān)心事件所代表的操作和行為意義時(shí),事件與事件點(diǎn)是同義詞,可以抽象成一個(gè)瞬時(shí)概念。與之相反,活動(dòng)是一個(gè)過程性概念,在時(shí)間上會(huì)有延續(xù)。活動(dòng)中包含一個(gè)或多個(gè)事件,如圖3所示。

圖3　活動(dòng)與事件關(guān)系

一個(gè)或多個(gè)實(shí)體會(huì)參與到活動(dòng)中,并且實(shí)體和事件具有關(guān)聯(lián)關(guān)系,實(shí)體產(chǎn)生的行為可以引發(fā)事件,而一個(gè)事件可以通過改變實(shí)體的狀態(tài)從而影響實(shí)體。行為和狀態(tài)是實(shí)體具有的兩個(gè)屬性,行為是動(dòng)態(tài)屬性,狀態(tài)是靜態(tài)屬性,實(shí)體自身的行為可以改變實(shí)體自身的狀態(tài)。另一種改變實(shí)體狀態(tài)的方式是外部事件,兩種方式相對(duì)比,實(shí)體行為主動(dòng)改變自身狀態(tài),是內(nèi)因,而外部事件被動(dòng)改變實(shí)體狀態(tài),是外因,這個(gè)外部事件可能是由其它實(shí)體的行為所引發(fā)的。綜上所述,這五種概念的關(guān)系如圖4所示。其中實(shí)體與事件的關(guān)聯(lián)關(guān)系是相互的,一方面可以由實(shí)體產(chǎn)生行為,行為觸發(fā)事件的路徑來表現(xiàn)實(shí)體對(duì)事件的作用,另一方面,可以由事件改變實(shí)體所具有的狀態(tài)來表現(xiàn)事件對(duì)于實(shí)體的影響。

圖4仿真基本要素關(guān)系

2.3“交互”的定義與作用

實(shí)體、事件與活動(dòng)是系統(tǒng)建模中的基本概念,它們之間不是獨(dú)立存在,而是存在著緊密的聯(lián)系。如果使用集合論的方式來表達(dá),在邏輯上活動(dòng)可以表達(dá)為一個(gè)三元組Activity={A,B,R},其中A表示實(shí)體的集合A={a1,a2,a3…an},n屬于正整數(shù),每一個(gè)屬于實(shí)體集A中的實(shí)體都會(huì)參與到活動(dòng)Activity中。其中B表示事件的集合B={b1,b2,b3…bn}, n屬于正整數(shù),每一個(gè)屬于事件集B中的事件都會(huì)是Activity中發(fā)生的事件。R是實(shí)體和事件的關(guān)系集合R={r1,r2,r3…rn},n屬于正整數(shù),其中ri=〈ap·bq〉或ri=〈bq*ap〉,ap∈A,bq∈B即ap是實(shí)體集合A中的元素,bq是事件集合B中的元素,ri=〈ap·bq〉表示實(shí)體ap引發(fā)事件bq,這種關(guān)聯(lián)關(guān)系用符號(hào)·表示,ri=〈bq*ap〉表示事件bq作用于實(shí)體ap,這種關(guān)聯(lián)關(guān)系用符號(hào)*表示。

通過定義可以發(fā)現(xiàn),實(shí)體和事件是不可分割的原子要素,而活動(dòng)可以看做復(fù)雜要素,它包含大量的實(shí)體與事件,以及兩者之間的關(guān)系?；顒?dòng)蘊(yùn)含了豐富的態(tài)勢(shì)信息和隱含的知識(shí),因此對(duì)活動(dòng)中的關(guān)聯(lián)關(guān)系挖掘具有非常重要的意義,但因?yàn)楦缓男畔⒍喽s亂,所以給前者帶來了極大的不便。由于探索活動(dòng)中各種關(guān)系的迫切性和較大的難度,有必要定義一種概念和對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來簡(jiǎn)化這一過程。因此將定義一種稱作“交互”的概念,交互是指兩個(gè)實(shí)體在一段時(shí)間內(nèi)所發(fā)生的關(guān)系或者交互行為,它可以由各自實(shí)體對(duì)應(yīng)的事件所關(guān)聯(lián)到。例如實(shí)體ap進(jìn)攻實(shí)體aq,兩者發(fā)生交火,這個(gè)交火行為就是實(shí)體ap與實(shí)體aq的一個(gè)交互,它可以分別由實(shí)體ap對(duì)應(yīng)的進(jìn)攻事件bp查詢到,也可以由實(shí)體aq的遭受攻擊事件bq查詢到。使用集合論可以如下定義交互:Interaction={ap,aq,〈ap·bp〉,〈bq*aq〉}。從交互的概念和集合定義可以發(fā)現(xiàn),它的構(gòu)成元素也是活動(dòng)定義中的基本構(gòu)成元素,實(shí)際上它可以被看做一個(gè)活動(dòng)中的一個(gè)片段或一個(gè)“子集”,任何活動(dòng)都可以分解成多個(gè)對(duì)應(yīng)的交互。

2.4基于離散仿真要素的因果追溯算法

交互是一架橋梁,建立了實(shí)體與實(shí)體之間簡(jiǎn)單的交互關(guān)系,在未定義交互之前,通過要素之間關(guān)系的研究可以很容易地找到實(shí)體與事件之間的聯(lián)系,而通過活動(dòng)來找到實(shí)體與實(shí)體之間的聯(lián)系十分具有挑戰(zhàn)性,使用交互的概念,可以從實(shí)體出發(fā)找到實(shí)體所對(duì)應(yīng)的事件,又可以由事件查找到對(duì)應(yīng)的交互,從交互中可以發(fā)現(xiàn)另外一個(gè)實(shí)體,這便完成了一個(gè)基本的追溯過程。由新發(fā)現(xiàn)的實(shí)體出發(fā),重復(fù)上面的過程便可以實(shí)現(xiàn)深層次的追溯,找到難以人為發(fā)現(xiàn)的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

基于離散仿真要素的因果追溯算法的思想可以簡(jiǎn)單歸納如下:

1)確定研究問題及研究主體,即承載問題的實(shí)體。

2)由問題主體作為出發(fā)點(diǎn),尋找它所對(duì)應(yīng)的事件集,對(duì)一個(gè)事件進(jìn)行判斷,如果與所研究的問題無關(guān),則認(rèn)為它無效,如果該事件與研究的問題相關(guān),它可能是研究問題的重要因素,進(jìn)行下一步。

3)對(duì)2)中保留的事件,根據(jù)它的結(jié)構(gòu)和參數(shù)對(duì)它進(jìn)行分析,探究問題的原因,如果事件關(guān)聯(lián)到一個(gè)交互,則查詢交互信息,并進(jìn)行下一步。

4)依據(jù)上一步的交互信息,可以關(guān)聯(lián)到另一個(gè)實(shí)體,該實(shí)體是原因載體,也是另一個(gè)新的問題主體。

5)重復(fù)步驟2)到4),直到最初的實(shí)體搜尋完所有事件。

使用偽代碼的表達(dá)方式,算法計(jì)算過程如圖5所示。

圖5　算法的偽代碼表示

在算法中,首選定義問題Q和與它直接關(guān)聯(lián)的實(shí)體Entity0,算法中包含三類節(jié)點(diǎn):Entity-node,Event-node和Interaction-node。其中build()方法用于建立一個(gè)新的節(jié)點(diǎn),setFlag()方法可以設(shè)置節(jié)點(diǎn)是否有效,即它是否有意義并值得進(jìn)一步分析。setChild()方法用于設(shè)置節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)。

使用該算法可以形成一棵樹,如圖6所示,從上到下,實(shí)體關(guān)聯(lián)到事件,事件關(guān)聯(lián)到交互,交互關(guān)聯(lián)到新的實(shí)體,形成一種追溯關(guān)系。在樹的每一層,由左至右同一類型的節(jié)點(diǎn)按照時(shí)間先后順序從左向右排列,其中用虛線表示的節(jié)點(diǎn)為無效,也就是該節(jié)點(diǎn)與所探尋的問題無關(guān),該節(jié)點(diǎn)不作為研究問題的一個(gè)原因。

圖6　算法運(yùn)行結(jié)果示例圖

在給出算法的基礎(chǔ)框架后,有兩個(gè)問題值得進(jìn)一步研究:1)追溯的過程何時(shí)停止；2)如何比較多個(gè)因素的重要性,即區(qū)分主要矛盾和次要矛盾,根本矛盾和非根本矛盾。

針對(duì)第一個(gè)問題,如果實(shí)體、事件與交互的關(guān)系很簡(jiǎn)單,便可以在很少次數(shù)的遞歸中完成追溯,甚至都不需要遞歸。但如果三種要素的關(guān)系很復(fù)雜,則追溯的層數(shù)會(huì)很深,迭代的次數(shù)很多,會(huì)大量消耗計(jì)算與存儲(chǔ)資源,所以可以人為地規(guī)定一個(gè)最高的迭代次數(shù),當(dāng)運(yùn)行一次算法達(dá)到此迭代次數(shù)時(shí)將停止迭代,完成追溯。從直觀意義上去看,追溯層次的不斷深入并不能在很高程度上提高因果追溯的準(zhǔn)確度,因?yàn)閷哟卧缴?它與問題主體之間的關(guān)系就越不緊密,在時(shí)間上也與問題出現(xiàn)的時(shí)刻遠(yuǎn)離,這就好比研究人類進(jìn)化史并不一定要追溯到地球上第一個(gè)出現(xiàn)的單細(xì)胞生物一樣。

針對(duì)第二個(gè)問題,可以由相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)專家來決定哪些追溯分支在問題原因分析中占有重要地位。另一種方式是使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的知識(shí)尋找一般性的規(guī)律——針對(duì)某一類問題,哪些可能的追溯分支在原因中所承擔(dān)的重要性更大,可以為每一個(gè)原因分支分配一個(gè)權(quán)值,權(quán)值越大,說明它與問題的聯(lián)系越緊密。

3實(shí)驗(yàn)和結(jié)果

為了評(píng)估這種方法的效果,對(duì)依靠某國產(chǎn)化軍事仿真系統(tǒng)作為平臺(tái),多次行動(dòng)使用該方法進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn),在本文中以一個(gè)具有代表性的軍事問題作為實(shí)例,我軍紅方某機(jī)械化步兵營接到上級(jí)指令從A地出發(fā)機(jī)動(dòng)至B地,卻未能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)到達(dá),要研究該問題發(fā)生的原因,該機(jī)械步兵營作為初始時(shí)的問題主體。首先搜索該單位所經(jīng)歷的事件,發(fā)現(xiàn)其在T-1時(shí)刻遭受敵軍藍(lán)方攻擊,由該事件可以追溯到一次戰(zhàn)爭(zhēng)交互,該交互類型是一次空對(duì)地打擊,根據(jù)該交互找到另一個(gè)實(shí)體——空中行動(dòng)任務(wù) 藍(lán)方飛機(jī)編隊(duì)。再由該主體遍歷它所經(jīng)歷的事件,發(fā)現(xiàn)在其藍(lán)方飛機(jī)編隊(duì)抵達(dá)預(yù)定地點(diǎn)對(duì)紅方步兵營展開空對(duì)地攻擊之前,在半途中遭遇到紅方地面炮火打擊,其因果追溯圖如圖7所示,虛線圖形表示追溯到的無關(guān)要素,實(shí)線圖形是相關(guān)要素。

圖7　因果追溯實(shí)例

沿追溯路徑進(jìn)行分析,結(jié)合各項(xiàng)指標(biāo)與數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),紅方步兵營未能按時(shí)到達(dá)指定地點(diǎn)的直接原因是在行進(jìn)中遭遇了藍(lán)方空中火力打擊。執(zhí)行打擊任務(wù)的藍(lán)方空中編隊(duì)雖然在行進(jìn)途中遭到了紅方地面防空系統(tǒng)的防御性打擊,但效果不明顯。經(jīng)進(jìn)一步追溯和查詢,紅方地面防空系統(tǒng)存在兩個(gè)問題:一是受到了藍(lán)方空中編隊(duì)強(qiáng)大的電磁干擾,二是裝備落后,火力不足,無法對(duì)藍(lán)方空中編隊(duì)展開有效打擊。在確定問題的主要原因后,提出合理化建議。方案一是補(bǔ)充地面防空系統(tǒng)力量,增強(qiáng)防空火力。方案二是派出紅方空中力量,為地面單位開辟安全的地面走廊,當(dāng)偵測(cè)到敵軍空中編隊(duì)時(shí),紅方戰(zhàn)斗機(jī)編隊(duì)可以與之展開空中搏斗,將其驅(qū)離。

實(shí)踐證明,該方法可以有效地對(duì)軍事仿真系統(tǒng)進(jìn)行因果追溯分析,具有良好的實(shí)踐效果和廣泛的應(yīng)用范圍。

4結(jié)束語

因果追溯分析在復(fù)雜系統(tǒng)與復(fù)雜工程中的作用將愈發(fā)重要,對(duì)因果追溯分析的研究也會(huì)愈加深入。本文所提出的基于離散事件仿真要素的軍事仿真因果追溯分析方法可以挖掘各要素之間在時(shí)序上的關(guān)聯(lián)關(guān)系,從而幫助研究者理清戰(zhàn)爭(zhēng)發(fā)展脈絡(luò),尋找決定戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)關(guān)鍵的事件或行為,從而深層次地去理解戰(zhàn)爭(zhēng)過程。該算法的特點(diǎn)之一就是理論貼近于離散仿真的基礎(chǔ)模型,與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合密切,具有較廣的使用范圍,經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)具有很好的實(shí)用性能。當(dāng)然該方法還有進(jìn)一步研究改進(jìn)的空間,在以后的研究中會(huì)對(duì)算法進(jìn)行優(yōu)化,提高它的準(zhǔn)確性,改進(jìn)迭代結(jié)束標(biāo)準(zhǔn),并結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘領(lǐng)域的知識(shí)來為每一個(gè)追溯分支賦予權(quán)值。

參考文獻(xiàn):

[1]胡曉峰,司光亞.戰(zhàn)爭(zhēng)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.

[2]石峰，等. 復(fù)雜仿真系統(tǒng)的因果追溯性研究[C].’2005系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學(xué)術(shù)交流會(huì)，2005.

[3]Dromerhauser, Richard J. A Methodology for Comprehensive Quantitative Evaluation of a Computer Aided Exercise using the Joint Theater Level Simulation[D].JTLS,1997.

[4]沈祖培, 王遙, 高佳. 人因失誤的后果-前因追溯表[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2005(6): 799-802.

[5]石峰,等. 基于槽約束的行為因果關(guān)系追溯方法[C].2006中國控制與決策學(xué)術(shù)年會(huì),2006.

[6]Ishikawa, Kaoru. Introduction to quality contro[M].Productivity Press, 1990.

[7]鄧書晶.計(jì)算機(jī)離散事件仿真的原理[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化， 2009(6)：74-77

[8]Konstantinov, Fedor Vasilévich. The fundamentals of Marxist-Leninist philosophy[M]. Progress Publishers, 1982.

Casual Tracing Analysis of the Warfare Simulation Based on Elements of Discrete Events Simulation

JIN Yi

(JiangNan Computing Technology Research Institution, Wuxi 214083, China)

Abstract:Warfare simulation system based on discrete events modeling plays a very important role in the military planning stage. The traceability and analysis of causality is a significant strategy in warfare simulation, which could explore the development of the battle and the causality of it, in order to reveal the sequential relationship from large volumes of data and complex interaction relationships and then help the researchers to identify certain key objects and events. This paper would first introduce the causal analysis in the field of warfare simulation, and then propose a particular kind of causal analysis, based on the simulation elements of discrete events. This method, known for its universality and practicability, could analyze the causal relationships in warfare simulation.

Key words:warfare simulation;causal traceability; discrete events simulation; causality analysis; wargame

作者簡(jiǎn)介：金毅(1990-),男,山東濟(jì)南人,碩士研究生,研究方向?yàn)樽鲬?zhàn)仿真、數(shù)據(jù)挖掘。

收稿日期：2015-09-24

中圖分類號(hào):TP391.9

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

DOI:10.3969/j.issn.1673-3819.2016.01.018

文章編號(hào)：1673-3819(2016)01-0085-05