基于發(fā)生認(rèn)識(shí)論的實(shí)體行為建?？蚣?/h1>

2019-12-26 01:39:10朱江沈壽林聞傳花蓋森

指揮與控制學(xué)報(bào)訂閱 2019年4期 收藏

關(guān)鍵詞：認(rèn)識(shí)論實(shí)體框架

朱江 沈壽林 聞傳花 蓋森

實(shí)體行為建模,指的是“對(duì)虛擬環(huán)境中虛擬實(shí)體對(duì)象所遵循的行為規(guī)律的建?！?按照美國(guó)國(guó)防部的定義,行為建模是指“對(duì)在軍事仿真中需要表示的人的行為或表現(xiàn)進(jìn)行建模”.實(shí)體可以劃分為行動(dòng)實(shí)體和指揮實(shí)體.行動(dòng)實(shí)體對(duì)應(yīng)實(shí)際作戰(zhàn)單元和裝備.指揮實(shí)體對(duì)應(yīng)指揮員和指揮機(jī)關(guān)等.

行動(dòng)實(shí)體行為建模難點(diǎn)在于: 作戰(zhàn)實(shí)體會(huì)遵循戰(zhàn)術(shù)條令,也會(huì)根據(jù)保守或激進(jìn)的個(gè)性,產(chǎn)生不同的作戰(zhàn)行為結(jié)果.導(dǎo)致實(shí)體行為多樣,且包含大量有意志、有目的和有學(xué)習(xí)能力的人的活動(dòng).面對(duì)作戰(zhàn)中實(shí)體的多樣性,和行為特點(diǎn)的互異性,需要刻畫的行為變量眾多、關(guān)系復(fù)雜,刻畫行為不切實(shí)際和過分簡(jiǎn)單化,會(huì)導(dǎo)致虛擬兵力過于呆板和教條,不符合真實(shí)指揮員和戰(zhàn)斗員的行為.

指揮實(shí)體在應(yīng)對(duì)敵我強(qiáng)烈對(duì)抗、環(huán)境變化頻繁、信息不完整、不確定的環(huán)境時(shí),指揮決策往往伴隨著復(fù)雜的認(rèn)知心理活動(dòng).指揮決策當(dāng)前主要依賴現(xiàn)有的成熟知識(shí),來源于條令、條例和既有經(jīng)驗(yàn),模型算法對(duì)完全、確定性信息環(huán)境決策較好,面向新決策場(chǎng)景需要新的知識(shí).而對(duì)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的生成規(guī)律不清晰帶來的算法學(xué)習(xí)能力不足,新知識(shí)獲取困難等問題,一旦缺乏解決問題的知識(shí)結(jié)構(gòu),就難以求解復(fù)雜決策問題.導(dǎo)致實(shí)體無法自主規(guī)劃,完成決策任務(wù).

總之,傳統(tǒng)建模方法難以對(duì)認(rèn)知域建模[1],無法描述“人”的個(gè)性、情感、心理、認(rèn)知對(duì)行為的作用,常常把行為看成僵死、靜態(tài)的公式,推理過程簡(jiǎn)單,行為結(jié)果單一,沒有考慮約束、偏見或判斷誤差,難以反映壓力、疲勞、冒險(xiǎn)等因素對(duì)決策的影響[2-3],難以刻畫高度的主體意識(shí)和人類認(rèn)知活動(dòng),難以應(yīng)對(duì)環(huán)境帶來的不確定性和偶然性.

發(fā)生認(rèn)識(shí)論能夠描述具有高度主體意識(shí)的實(shí)體行為和受認(rèn)知心理支配的復(fù)雜決策行為.本文引入發(fā)生認(rèn)識(shí)論來解決人的個(gè)性、情感、心理、認(rèn)知等的描述與建模,進(jìn)而建模有關(guān)“人”的行為.后續(xù)安排如下: 首先分析發(fā)生認(rèn)識(shí)論的建模原理和機(jī)制,然后提出基于發(fā)生認(rèn)識(shí)論的行為建?？蚣?最后,與現(xiàn)有行為建?？蚣軐?duì)比,并做簡(jiǎn)單小結(jié).

1 行為建?？蚣?/h2>

行為高度依賴于人的認(rèn)知,是在認(rèn)知驅(qū)動(dòng)下的行為.所以行為建模要加強(qiáng)對(duì)認(rèn)知域建模,難點(diǎn)在于如何構(gòu)建概念邏輯框架.

美國(guó)DMSO (Defense Modeling and Simulation Office) 成立了“人員行為和指揮決策建模” 專家組,對(duì)邏輯框架和行為表示法進(jìn)行了前瞻性的研究.ASTT -ASCF (Advanced Synthetic Command Forces)模型引入“壓力”、“疲勞程度”、“訓(xùn)練水平”及“個(gè)性”等概念.美軍研制的信息系統(tǒng)中,引入“脾氣”、“習(xí)性”、“思維習(xí)慣” 來描述感情特征與行為.PMFService 集成框架,以個(gè)人認(rèn)知模型為基礎(chǔ)建立統(tǒng)一的行為體系結(jié)構(gòu),描述“生理”、“壓力”、“個(gè)性”、“文化”、“情感” 和“社會(huì)關(guān)系” 對(duì)決策行為的影響[4-5].《牛津軍事心理學(xué)》[6]中,把最新的認(rèn)知心理學(xué)理論引入作戰(zhàn),基于戰(zhàn)爭(zhēng)實(shí)例,闡述了作戰(zhàn)心理學(xué)、影響士兵績(jī)效的認(rèn)知與非認(rèn)知因素等內(nèi)容,對(duì)構(gòu)建逼真的作戰(zhàn)實(shí)體行為模型都有著積極重要的作用.

上述認(rèn)知框架和模型,雖然引入了一些認(rèn)知和心理的相關(guān)概念,為行為建模奠定了良好的基礎(chǔ).但存在沒有深入結(jié)合認(rèn)知本身的規(guī)律,部分概念邏輯關(guān)系不強(qiáng),對(duì)不同類別實(shí)體的認(rèn)知過程沒有區(qū)分,對(duì)組件化實(shí)體行為建模而言存在認(rèn)知模塊不夠獨(dú)立、規(guī)范的問題.

2 發(fā)生認(rèn)識(shí)論原理

發(fā)生認(rèn)識(shí)論是瑞士科學(xué)家皮亞杰關(guān)于認(rèn)識(shí)的理論,核心是運(yùn)用發(fā)生學(xué)的方法研究認(rèn)識(shí)的起源、發(fā)生和演化規(guī)律的理論[7].

發(fā)生認(rèn)識(shí)論涉及生物學(xué)、心理學(xué)、認(rèn)識(shí)論、數(shù)理邏輯等領(lǐng)域,作為認(rèn)識(shí)論的最新成果,與傳統(tǒng)的認(rèn)識(shí)論相比,它承認(rèn)主體與客體的統(tǒng)一性與主客體之間的相互作用,提供了人類認(rèn)識(shí)的結(jié)構(gòu)、發(fā)生、發(fā)展過程及心理起源,它的主要觀點(diǎn)如“從心理學(xué)的橋梁達(dá)到認(rèn)識(shí)的結(jié)論”,“認(rèn)識(shí)的形成是適應(yīng)環(huán)境,學(xué)習(xí)的過程”,以及“認(rèn)識(shí)主客體的相互作用性”,比其他認(rèn)識(shí)論更契合行為建模[8],具體意義在于:

1)發(fā)生認(rèn)識(shí)論特征之一是強(qiáng)調(diào)動(dòng)作是外顯的實(shí)際行動(dòng),運(yùn)算是內(nèi)化的系統(tǒng)行為.研究了“運(yùn)算”的心理起源,提供了描述和計(jì)算個(gè)性、心理的方法.

2)發(fā)生認(rèn)識(shí)論特征之二是強(qiáng)調(diào)“認(rèn)識(shí)是一種適應(yīng)”,把認(rèn)識(shí)作為大腦、經(jīng)驗(yàn)與行為在認(rèn)識(shí)者與對(duì)認(rèn)識(shí)者之間的關(guān)系與活動(dòng)中確定起來的交互作用之結(jié)果.描述了用于解決未知問題的知識(shí)建構(gòu)過程.

3)發(fā)生認(rèn)識(shí)論特征之三是強(qiáng)調(diào)“學(xué)習(xí)的建構(gòu)作用”,闡述了通過學(xué)習(xí),“隨階段性的結(jié)構(gòu)演化,能產(chǎn)生越來越強(qiáng)的邏輯結(jié)構(gòu)”的優(yōu)化過程.

3 基于發(fā)生認(rèn)識(shí)論的行為建模

圖1左部反映了實(shí)體行為的過程.右部基于發(fā)生認(rèn)識(shí)論的認(rèn)知過程.基于發(fā)生認(rèn)識(shí)論,我們運(yùn)用環(huán)境、刺激、信息、學(xué)習(xí)、進(jìn)化、認(rèn)知、適應(yīng)等概念描述了認(rèn)知建構(gòu)和心理起源的過程,就可以理解行為的機(jī)制和生成過程,并指導(dǎo)實(shí)體建模.

對(duì)指揮實(shí)體、行動(dòng)實(shí)體的隱性認(rèn)知活動(dòng)過程加以觀察,基于發(fā)生認(rèn)識(shí)論,我們運(yùn)用環(huán)境、刺激、信息、學(xué)習(xí)、自然、進(jìn)化、適應(yīng)等概念描述了認(rèn)知建構(gòu)和心理起源,進(jìn)行實(shí)體建模,對(duì)行動(dòng)決策、指揮決策、戰(zhàn)法戰(zhàn)術(shù)的涌現(xiàn)生成分別運(yùn)用1)發(fā)生認(rèn)識(shí)論“認(rèn)識(shí)形成是適應(yīng)性建構(gòu)過程”的理念; 2)研究“運(yùn)算”的心理起源; 3)運(yùn)用“隨階段性的結(jié)構(gòu)演化,能產(chǎn)生越來越強(qiáng)的邏輯結(jié)構(gòu)”的認(rèn)知特性,解決了傳統(tǒng)行為建模難以體現(xiàn)認(rèn)知建構(gòu)和心理起源的問題,使仿真實(shí)體接近真實(shí)人的思維方式和行為方式.

3.1 基于“個(gè)性分析＋環(huán)境感知＋規(guī)則表示” 的行動(dòng)實(shí)體行為模型

行動(dòng)實(shí)體的行為建模,建立了具有屬性、個(gè)性參數(shù)、行動(dòng)規(guī)則的基本作戰(zhàn)實(shí)體.

個(gè)性把個(gè)體的心理行為與物理行為聯(lián)系在一起.心理行為是按照個(gè)性驅(qū)動(dòng)行為生成機(jī)制,認(rèn)知心理學(xué)的理論下包含“需要—?jiǎng)訖C(jī)—行為—效果”的內(nèi)部過程.物理行為即作戰(zhàn)實(shí)體的OODA 環(huán)過程.即從感知到判斷到選擇行動(dòng)執(zhí)行的過程.

如圖2所示,圍繞行為生成主線,實(shí)體在環(huán)境的刺激(實(shí)體感知紅外、聲音、振動(dòng))和考慮賦予任務(wù)情境下(任務(wù)情境知識(shí)),根據(jù)訓(xùn)練、實(shí)戰(zhàn)得到的經(jīng)驗(yàn)、規(guī)則、條令,結(jié)合能力,得到行動(dòng)按什么步驟做(行動(dòng)策略)和行動(dòng)如何由實(shí)體完成(行動(dòng)技能)的基本遵循.

從社會(huì)心理學(xué)角度[9-11],由個(gè)性可以預(yù)測(cè)一個(gè)人在給定的環(huán)境中的物理行為.對(duì)個(gè)性建模,可以將個(gè)性抽象成由若干個(gè)因素(指標(biāo)) 表示,并輔以一定的權(quán)重衡量,結(jié)合個(gè)性對(duì)戰(zhàn)術(shù)選擇的影響,產(chǎn)生行為的意愿,進(jìn)行行為選擇,并結(jié)合規(guī)則推理,進(jìn)行事件處置.這解決了常用的“規(guī)則” 型實(shí)體,因規(guī)則有限,適應(yīng)性不強(qiáng),僅能針對(duì)事件被動(dòng)處置,難以適應(yīng)未知環(huán)境的不足.

圖1 基于發(fā)生認(rèn)識(shí)論的認(rèn)知框架行為生成示意圖

圖2 行動(dòng)實(shí)體行為模型

3.2 基于“思維認(rèn)知＋態(tài)勢(shì)理解＋任務(wù)匹配” 的指揮實(shí)體行為模型

指揮實(shí)體行為建模的核心和關(guān)鍵部分是“決策”建模.決策行為是基于思維認(rèn)知的信息加工過程.發(fā)生認(rèn)識(shí)論描述使人能夠思維的系統(tǒng),采用的認(rèn)知機(jī)制包括圖式理論,描述一種存在于記憶中的認(rèn)知結(jié)構(gòu)(Cognitive Structure)或知識(shí)結(jié)構(gòu)圖式(Schema);采用信息加工理論,描述一種既要加工外部信息,也要處理內(nèi)部信息的認(rèn)知過程; 采用注意力理論,描述人的注意力對(duì)信息的篩選; 從而產(chǎn)生對(duì)行為的指導(dǎo)[12-16].

圖3中,有一條主線,即指揮決策從信息處理到自主決策到行動(dòng)控制的過程.圍繞這條主線,態(tài)勢(shì)理解、任務(wù)匹配等決策工作,都是建立在認(rèn)知心理分析的基礎(chǔ)上.具體認(rèn)知心理過程是: 態(tài)勢(shì)理解分析要運(yùn)用“綜合”得到信息,結(jié)合學(xué)習(xí)獲得的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析.任務(wù)匹配也是在“綜合”信息的基礎(chǔ)上,根據(jù)上級(jí)任務(wù)、當(dāng)前的態(tài)勢(shì)、決策的要求進(jìn)行,通過思維認(rèn)知過程描述,將上級(jí)任務(wù)轉(zhuǎn)化為“目標(biāo)愿望”,當(dāng)前的態(tài)勢(shì)轉(zhuǎn)化為“實(shí)體信念”,結(jié)合考慮“壓力”條件下的決策,和指揮員“理性”導(dǎo)向(包含時(shí)間、空間、能力、過程等方面,某指揮員關(guān)注分隊(duì)XX 時(shí)間到達(dá)XX 地域,就涉及時(shí)間、空間約束條件),依靠經(jīng)驗(yàn)生成一定的處理“模式”,并最終生成“意圖”,輸出作戰(zhàn)計(jì)劃與作戰(zhàn)命令.這些心理認(rèn)知機(jī)制包括: 信息加工理論、圖式理論、注意力理論、記憶理論、期望價(jià)值理論等.在進(jìn)行心理分析基礎(chǔ)上進(jìn)行任務(wù)-能力、目標(biāo)-武器、目標(biāo)- 彈藥以及任務(wù)- 實(shí)體的自主匹配和規(guī)劃,實(shí)現(xiàn)了指揮實(shí)體任務(wù)和目標(biāo)的自動(dòng)分配;除了從軍隊(duì)條令條例以及相關(guān)指揮人員的經(jīng)驗(yàn)中獲取,還通過強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法獲取針對(duì)環(huán)境和態(tài)勢(shì)的決策控制知識(shí),優(yōu)化任務(wù)匹配方案.以使己方獲得最大效益.

這樣指揮實(shí)體能自主決策、自主行動(dòng),解決了作戰(zhàn)任務(wù)多樣、武器裝備多型、目標(biāo)特性復(fù)雜、作戰(zhàn)過程易變、不完全信息等特性下的任務(wù)分配與行動(dòng)規(guī)劃的自動(dòng)決策難題.提高了指揮行為在對(duì)抗過程中的自適應(yīng)性和動(dòng)態(tài)性.

4 基于Agent 的模型實(shí)現(xiàn)

Agent 是指在分布式系統(tǒng)中那些具有自主性、交互性、反應(yīng)性、主動(dòng)性等特征的活著的計(jì)算實(shí)體.Agent 建模方法能提供一些成熟的智能表示和決策框架以及軟件的范式,在建模指揮實(shí)體和行動(dòng)實(shí)體時(shí)具有天然的優(yōu)勢(shì).比如考慮了戰(zhàn)場(chǎng)壓力、疲勞程度和個(gè)人差別的ASTT-ASCF,描述了生理、壓力、個(gè)性、文化、情感和社會(huì)關(guān)系對(duì)決策影響的PMFService 集成框架,以及提出大規(guī)模通用認(rèn)知體系結(jié)構(gòu)的SOAR 項(xiàng)目.

圖3 指揮實(shí)體行為模型

圖4 基于Agent 的實(shí)體建?？蚣?/p>

我們通過綜合集成,運(yùn)用Agent 技術(shù)[17-18],構(gòu)建了一個(gè)包含簡(jiǎn)單的反應(yīng)、組合的反應(yīng)、學(xué)習(xí)、推理、綜合等層次智能的框架[19],其中構(gòu)建行動(dòng)實(shí)體采用1 級(jí)～3 級(jí)的智能形式; 指揮實(shí)體采用3 級(jí)～5 級(jí)的智能形式.以便作戰(zhàn)實(shí)體適應(yīng)瞬息萬(wàn)變的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境,進(jìn)行自動(dòng)化、智能化的決策.對(duì)構(gòu)建智能化的訓(xùn)練和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)很有幫助.

1級(jí)(簡(jiǎn)單的反應(yīng)):指Agent 為應(yīng)對(duì)外部刺激而做出的簡(jiǎn)單決策.采用If 滿足條件Then 執(zhí)行行動(dòng)的規(guī)則表達(dá)方法.

2級(jí)(組合的反應(yīng)):是指應(yīng)用一組具有領(lǐng)域知識(shí)的組合.個(gè)性驅(qū)動(dòng)行動(dòng)產(chǎn)生的就是組合的反應(yīng).

3級(jí)(學(xué)習(xí)):是指通過從環(huán)境中得到獎(jiǎng)懲的方法來不斷地“學(xué)習(xí)”和“積累經(jīng)驗(yàn)”.指揮實(shí)體和行動(dòng)實(shí)體都能學(xué)習(xí).

4級(jí)(推理): 對(duì)于一些未知情況模擬人的思維進(jìn)行假設(shè),重在描述人的思維狀態(tài)屬性.指揮實(shí)體的認(rèn)知心理就是在這一層實(shí)現(xiàn).

5級(jí)(綜合): 綜合是智能的高級(jí)階段,將多種智能方式結(jié)合可以自由地應(yīng)對(duì)態(tài)勢(shì)變化,進(jìn)行決策.指揮實(shí)體指揮決策中很多情況需要規(guī)劃,采用認(rèn)知推理進(jìn)行決策.但是,當(dāng)任務(wù)主題的明確或者訓(xùn)練產(chǎn)生的條件反射,可以存在“蛙跳”現(xiàn)象,即不許復(fù)雜的規(guī)劃,而是直接從信息輸入階段直接進(jìn)入了輸出控制階段.

5 結(jié)論

本文利用發(fā)生認(rèn)識(shí)論提供的認(rèn)知理論基礎(chǔ),描述了行為建模需要的認(rèn)知、學(xué)習(xí)、思維、心理等的內(nèi)在機(jī)制和相關(guān)重要概念,提供了實(shí)體行為框架,針對(duì)作戰(zhàn)實(shí)體行為建模過程中,難以體現(xiàn)行為心理起源和生成機(jī)制、不確定性條件下自主決策和行為適應(yīng)性等難題,建立“個(gè)性分析＋環(huán)境感知＋規(guī)則表示”的行動(dòng)實(shí)體模型,“思維認(rèn)知＋態(tài)勢(shì)理解＋任務(wù)匹配”的指揮實(shí)體模型,提升了作戰(zhàn)實(shí)體行為模型的逼真度、智能程度和適應(yīng)性.

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