基于RIMER方法的體系能力需求推薦方法

錢立煒, 徐向前, 豆亞杰, 譚躍進(jìn)

(國(guó)防科技大學(xué)系統(tǒng)工程學(xué)院, 湖南 長(zhǎng)沙 410073)

0 引 言

近年來(lái),隨著軍隊(duì)現(xiàn)代化、信息化建設(shè)腳步的加快,軍事需求工程的任務(wù)也隨之加重,同時(shí)也帶來(lái)了許多問(wèn)題:基層部隊(duì)難以準(zhǔn)確規(guī)范地描述軍事需求、技術(shù)部門描述需求脫離實(shí)際、軍事需求論證周期長(zhǎng)等。這些問(wèn)題導(dǎo)致技術(shù)部門與作戰(zhàn)部隊(duì)之間出現(xiàn)了嚴(yán)重影響需求論證效率的技術(shù)代溝,遲滯了軍隊(duì)未來(lái)聯(lián)合作戰(zhàn)任務(wù)下武器裝備發(fā)展的腳步,傳統(tǒng)的需求工程已經(jīng)難以應(yīng)對(duì)這種挑戰(zhàn)。因此,本文聚焦于研究基于能力的體系需求推薦方法,為作戰(zhàn)部隊(duì)推薦其可能存在的需求,推動(dòng)作戰(zhàn)部隊(duì)從描述需求轉(zhuǎn)變?yōu)檫x擇需求,大大減少需求生成的難度。

20世紀(jì)80年代,需求工程(requirement engineering,RM)的概念被提出[1],不久之后,RM便成為軟件領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。常用的需求描述方法有結(jié)構(gòu)化自然語(yǔ)言描述方法、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言描述方法、數(shù)據(jù)流圖描述方法、用例圖描述方法、形式化描述方法等[2]。

近些年來(lái),RM的理論和方法被繼續(xù)不斷完善,應(yīng)用的場(chǎng)景也不斷增多。文獻(xiàn)[3]聚焦討論軟件開(kāi)發(fā)場(chǎng)景下的需求描述。文獻(xiàn)[4]則聚焦了RM方法在民用飛機(jī)機(jī)身段開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用。文獻(xiàn)[5]則討論了敏捷產(chǎn)品線工程場(chǎng)景下的行為驅(qū)動(dòng)RM。在企業(yè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)場(chǎng)景中,對(duì)于提高中間件需求規(guī)范中的需求質(zhì)量的方法文獻(xiàn)[6]也開(kāi)展了研究。在方法上,一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)[7]的方法不斷被用于對(duì)需求進(jìn)行更新和完善。文獻(xiàn)[8]解決了成熟的RM過(guò)程組織中發(fā)生的與需求相關(guān)的問(wèn)題。

2001年,美國(guó)國(guó)防部在其《四年防務(wù)評(píng)論報(bào)告》當(dāng)中首次提出了“基于能力的方法”這一概念。在這份報(bào)告里,美國(guó)防務(wù)的規(guī)劃必須要從 “基于威脅”的模式向著“基于能力”的模式進(jìn)行轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)“基于威脅”模式的出發(fā)點(diǎn)為特定的威脅和想定,通過(guò)對(duì)其進(jìn)行具體的、有針對(duì)的分析,從而明確國(guó)防和裝備建設(shè)的目標(biāo)和方向。為了應(yīng)對(duì)高度不確定的各式威脅和環(huán)境,美軍將建設(shè)的中心轉(zhuǎn)移到了自身的能力建設(shè)上來(lái)[9]。最近幾年里,許多國(guó)家采用基于能力的方法以研究通信技術(shù)[10-11]、武器裝備組合決策方法[12-13]、衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃[14]、網(wǎng)絡(luò)安全維護(hù)[15]以及緊急事件處置[16]等問(wèn)題。

推薦系統(tǒng)自20世紀(jì)90年代被提出以來(lái),經(jīng)過(guò)了幾十年的發(fā)展,推薦技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展,產(chǎn)生了多種不同類型的算法和技術(shù)?，F(xiàn)下較為廣泛應(yīng)用的推薦方法按照原理分類，主要分為基于用戶行為特征的推薦、基于標(biāo)簽的推薦、基于上下文的推薦以及基于知識(shí)的推薦技術(shù)[17]。

其中，基于知識(shí)的推薦技術(shù)主要依靠已構(gòu)建的規(guī)則庫(kù)實(shí)現(xiàn),基于證據(jù)推理的方法是其中一種。證據(jù)理論,也稱D-S(Dempster-Shafer)證據(jù)理論、信度理論,是Dempster在1967年提出,而后Shafer在1976年出版的《證據(jù)理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)》[18]一書(shū)中,進(jìn)一步發(fā)展起來(lái)的一種不精確推理理論。在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生的證據(jù)推理(evidential reasoning, ER)是合成多條證據(jù)、給出命題結(jié)論的過(guò)程。證據(jù)的融合有多種方法,最早的合成規(guī)則為Dempster合成規(guī)則。之后,學(xué)者陸續(xù)提出了Yager合成規(guī)則[19]、Toshiyuki合成規(guī)則[20]等。為了在統(tǒng)一的框架下表示各種不確定信息,評(píng)估和優(yōu)化復(fù)雜系統(tǒng),YANG等提出了基于ER算法的信度規(guī)則庫(kù)推理方法[21](belief rule-base inference methodology using the ER,RIMER)。RIMER方法集成了多種理論[18,22-23],具有對(duì)模糊數(shù)據(jù)、主觀數(shù)據(jù)、概率型數(shù)據(jù)及無(wú)知信息等進(jìn)行建模和分析的能力。

ER方法不斷被學(xué)者改進(jìn)研究,并應(yīng)用于多種場(chǎng)景。文獻(xiàn)[24]提出了一種基于邏輯推理規(guī)則和沖突測(cè)度的證據(jù)網(wǎng)絡(luò)推理新方法。文獻(xiàn)[25]研究了具有語(yǔ)言信度結(jié)構(gòu)的ER。文獻(xiàn)[26]將模糊ER與熵權(quán)結(jié)合對(duì)不確定性的電網(wǎng)應(yīng)急能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。除此之外,ER方法還廣泛應(yīng)用于無(wú)人系統(tǒng)的健康分析[27]、空中目標(biāo)識(shí)別[28]、傳感器故障預(yù)測(cè)[29]、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[30]等。

上述文獻(xiàn)關(guān)于需求規(guī)范化描述、體系結(jié)構(gòu)建模、基于能力方法的研究以及ER應(yīng)用場(chǎng)景的研究雖然較多,但鮮有將軍事需求場(chǎng)景與推薦技術(shù)相結(jié)合的研究。本文針對(duì)需求規(guī)范化描述、基于能力的方法、智能化推薦技術(shù)、ER技術(shù)的研究現(xiàn)狀的綜述和分析,將采用ER的方法對(duì)軍事需求場(chǎng)景的能力需求進(jìn)行推薦,填補(bǔ)軍事需求推薦的技術(shù)空白,擴(kuò)展推薦技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景,對(duì)傳統(tǒng)的需求生成模式進(jìn)行改進(jìn)。

1 能力需求體系和使命任務(wù)描述方法

1.1 能力需求體系描述方法

為了便于能力需求體系的描述與構(gòu)建,需要將能力需求劃分為多個(gè)層次,形成能力需求的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。能力需求體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 能力需求體系描述示意圖

在能力體系自身內(nèi)部,各個(gè)能力需求之間同樣也存在著相互影響的關(guān)系。底層的能力需求會(huì)對(duì)上層能力需求產(chǎn)生支持作用。對(duì)于能力體系中非葉子結(jié)點(diǎn)的能力需求項(xiàng),必然包含一系列下層的能力需求,這些下一層的能力需求會(huì)對(duì)上層能力需求產(chǎn)生支持作用。也就是說(shuō),只有存在下層能力需求的能力測(cè)度取值較為理想時(shí),對(duì)應(yīng)的上層能力需求取值級(jí)別才會(huì)達(dá)到“強(qiáng)”的級(jí)別。

1.2 任務(wù)需求描述方法

使命是由一系列軍事行動(dòng)來(lái)完成的,而一個(gè)軍事行動(dòng)又包含了若干個(gè)作戰(zhàn)任務(wù),每一個(gè)作戰(zhàn)任務(wù)都會(huì)有一系列衡量尺度去為戰(zhàn)斗部隊(duì)遂行任務(wù)提供指導(dǎo)。作為戰(zhàn)斗部隊(duì)的行動(dòng)指引,這些衡量尺度會(huì)被設(shè)置一定的標(biāo)準(zhǔn)。這些作戰(zhàn)任務(wù)以及其衡量尺度和標(biāo)準(zhǔn)則是體現(xiàn)了上級(jí)對(duì)于下級(jí)行動(dòng)表現(xiàn)的需求和期望,因而使命任務(wù)需求便可以由一系列這樣的衡量尺度和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行描述。

定義 1衡量尺度。衡量尺度是體現(xiàn)任務(wù)根本特征并予以辨別的屬性。

定義 2標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)用于定義任務(wù)執(zhí)行的可接受性,是對(duì)衡量尺度的描述。

定義 3信度。信度是衡量標(biāo)準(zhǔn)取值可信程度的屬性。

上述各部分的關(guān)系如圖2所示。

一系列作戰(zhàn)任務(wù)的衡量尺度,標(biāo)準(zhǔn)及對(duì)應(yīng)信度構(gòu)成了使命任務(wù)需求,并以需求列表的形式呈現(xiàn)出來(lái)。列表當(dāng)中的任務(wù)需求需要確定任務(wù)的背景(各項(xiàng)客觀約束條件)、任務(wù)執(zhí)行時(shí)間、開(kāi)展行動(dòng)的地點(diǎn)、完成任務(wù)的程度等必要信息。這些信息將有助于了解各項(xiàng)作戰(zhàn)行動(dòng)對(duì)于總體使命任務(wù)完成的貢獻(xiàn)。

下面某空降任務(wù)為例,生成任務(wù)需求列表,如表1所示。任務(wù)編號(hào)為0，任務(wù)基本描述為：某空降旅搭乘C架Y型運(yùn)輸機(jī)，在A空域以H高度，將下轄部隊(duì)空投至D地域。各部于××分之內(nèi)在E地域集結(jié)完畢。某空降旅搭乘C架Y-9型運(yùn)輸機(jī)，在A空域以H高度，將下轄第1營(yíng)，第2營(yíng)，第3營(yíng)空投至D地域。各部于××?xí)r××分在E地域集結(jié)完畢，向敵防線后方及防御縱深實(shí)施迂回穿插任務(wù)，奪取交通要道，破壞敵方指揮節(jié)點(diǎn)，保障設(shè)施。

表1 空降任務(wù)需求列表

2 基于ER的能力需求推薦方法

從使命任務(wù)到能力需求的轉(zhuǎn)化過(guò)程是完成能力需求推薦的核心內(nèi)容。通過(guò)上文當(dāng)中提出的任務(wù)需求描述方法,對(duì)這些使命任務(wù)進(jìn)行分解,并轉(zhuǎn)化成規(guī)范化的描述形式,即一系列的任務(wù)需求清單。任務(wù)需求清單當(dāng)中包含對(duì)于作戰(zhàn)任務(wù)進(jìn)行描述的衡量尺度和標(biāo)準(zhǔn)。之后將相應(yīng)的任務(wù)需求清單列表進(jìn)行輸入,通過(guò)任務(wù)-能力需求轉(zhuǎn)化置信規(guī)則庫(kù)進(jìn)行證據(jù)推理,之后得出相應(yīng)的能力需求及其信度,從而完成推薦。

2.1 信度結(jié)構(gòu)規(guī)則庫(kù)結(jié)構(gòu)

利用已有的歷史經(jīng)驗(yàn)和知識(shí),建立起任務(wù)需求與能力需求的映射關(guān)系,作為證據(jù)推理的基礎(chǔ)依據(jù)。能力需求推薦的規(guī)則庫(kù)基本結(jié)構(gòu)如下所示:

RB=〈M,C,F〉

(1)

式中：M={M1,M2,…,MP}為任務(wù)衡量尺度集合,集合中的元素Mi={mi1,mi2,…,mi|Mi|}為一項(xiàng)任務(wù)衡量尺度的標(biāo)準(zhǔn)在規(guī)則庫(kù)當(dāng)中的取值集合,Mi中的各項(xiàng)元素的意義為衡量尺度Mi在規(guī)則庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)取值，衡量尺度及對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)取值可共同作為規(guī)則庫(kù)的前提條件；C={C1,C2,…,CL}則表示能力需求集合,其中元素(能力需求)的取值作為規(guī)則庫(kù)的推理結(jié)果，取值結(jié)果共有3種{強(qiáng),中,弱},代表對(duì)于能力需求的需求程度；F則為從前提條件到結(jié)論的轉(zhuǎn)化關(guān)系。

規(guī)則庫(kù)中的規(guī)則示例如下。

規(guī)則27:當(dāng)該設(shè)備搭載在某機(jī)動(dòng)平臺(tái)上,通訊設(shè)備狀態(tài)良好,在50 km距離上的目標(biāo)進(jìn)行通信時(shí)長(zhǎng)不低于2 h時(shí),其抗電磁干擾能力需求為(強(qiáng),0.7),(中,0.25),(弱,0.05)。該條規(guī)則在規(guī)則庫(kù)當(dāng)中的相對(duì)權(quán)重為0.6,各項(xiàng)前置條件的權(quán)重分別為0.3,0.5,0.2。

該規(guī)則使用數(shù)學(xué)語(yǔ)言表示為:R27∶if(M1=“良好”)∧(M2=50)∧(M3=2),then{(強(qiáng),0.7),(中,0.25),…,(弱,0.05)}。θ27=0.6,δ27,1=0.3,δ27,2=0.5,δ27,3=0.2

2.2 能力需求推薦

2.2.1 輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

輸入數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化過(guò)程是指將輸入的數(shù)據(jù)與規(guī)則庫(kù)當(dāng)中的前提條件相互匹配的過(guò)程。通過(guò)匹配計(jì)算可以找到與輸入數(shù)據(jù)匹配度較高的幾條規(guī)則的前提條件,從而更好地找到與輸入數(shù)據(jù)匹配度更高的規(guī)則,并修正結(jié)論信度。

推理的輸入數(shù)據(jù)為單個(gè)任務(wù)的衡量尺度標(biāo)準(zhǔn)x以及信度ε:(x1,ε1),(x2,ε2),…,(xP,εP)。εP為輸入數(shù)據(jù)xP的信度,代表該數(shù)據(jù)值出現(xiàn)的把握或可能性。

獲得帶有信度的輸入數(shù)據(jù)之后,即可對(duì)輸入數(shù)據(jù)與規(guī)則前提條件的匹配程度進(jìn)行計(jì)算:

T(xi,εi)={(mij,αij)|i=1,2,…,P,j=1,2,…,|Vi|}，

(2)

式中：T(xi,εi)表示輸入數(shù)據(jù)(xi,εi)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化之后,所匹配到的前提條件的集合,集合的元素為任務(wù)衡量尺度指標(biāo)集合Mi的第j個(gè)取值mij和相應(yīng)匹配程度αij組成的二元組,αij∈[0,1]；φ(xi,mij)為相似函數(shù),用來(lái)刻畫(huà)xi與mij的相似程度。

相似函數(shù)種類較多,一般根據(jù)數(shù)據(jù)的類型和特征進(jìn)行選擇,本文主要采用能力屬性為離散數(shù)值情況下的相似函數(shù),表達(dá)式為

(3)

其中,mi k≤xi≤mi(k+1),對(duì)規(guī)則庫(kù)當(dāng)中任務(wù)衡量尺度標(biāo)準(zhǔn)集合Mi={mi1,mi2,…,mi|Mi|},其取值mij∈Mi。假設(shè)集合中元素已按照單調(diào)遞增序列排序。

規(guī)則庫(kù)當(dāng)中任務(wù)衡量尺度標(biāo)準(zhǔn)的取值為{30,60,80},輸入的數(shù)據(jù)值為(65,1),則原輸入數(shù)據(jù)與庫(kù)中對(duì)應(yīng)規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)取值的相似程度分別為φ(65,30)=0,φ(65,60)=0.75,φ(65,80)=0.25,因而輸入數(shù)據(jù)與所對(duì)應(yīng)規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)取值的匹配度分別為α30=0,α60=0.75,α80=0.25。

2.2.2 規(guī)則匹配計(jì)算

進(jìn)行輸入數(shù)據(jù)與規(guī)則匹配程度的計(jì)算實(shí)質(zhì)上是將一系列規(guī)則前提的匹配度進(jìn)行聚合的過(guò)程,因?yàn)檩斎肱c規(guī)則的匹配程度取決于其與規(guī)則的前提條件匹配程度的總和。將一系列前提條件匹配程度進(jìn)行匯總的過(guò)程需要使用一個(gè)聚合函數(shù),記作:

(4)

對(duì)于前提條件的聚合方式有兩種,一種是所有前提條件都使用“∧”進(jìn)行連接,而另一種則是全部通過(guò)“∨”進(jìn)行連接。對(duì)于兩種連接符號(hào)同時(shí)出現(xiàn)的情況,可以通過(guò)相應(yīng)的數(shù)學(xué)邏輯運(yùn)算,轉(zhuǎn)化為只含有一種連接符號(hào)的形式。

(1) 前提條件使用“∧”進(jìn)行連接時(shí)

在此情況下,前提條件匹配程度的聚合方式類似于獨(dú)立條件下的概率乘法,即將所有前提條件的匹配度進(jìn)行累乘,聚合結(jié)果為

(5)

(2) 前提條件使用“∨”進(jìn)行連接時(shí)

該情況對(duì)應(yīng)的是前提規(guī)則只需滿足其中一種的情況,匹配程度的計(jì)算方法為

(6)

在根據(jù)上述兩種情況的聚合函數(shù)得到了與第k條規(guī)則的匹配程度αk之后,便可結(jié)合第k條規(guī)則自身的權(quán)重θk進(jìn)行激活,歸一化之后的激活程度ωk可以表示為

(7)

式中:當(dāng)αk=0時(shí),有ωk=0。此時(shí)輸入數(shù)據(jù)與該條規(guī)則匹配程度為0,激活程度也為0,意味著該條規(guī)則沒(méi)有被激活。

在規(guī)則庫(kù)當(dāng)中,該規(guī)則的權(quán)重θk通常情況下均為相等的,但必要情況下可通過(guò)改變權(quán)重θk的取值進(jìn)行調(diào)整。

2.2.3 結(jié)果信度分布修正

由于現(xiàn)實(shí)的輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化之后,與規(guī)則庫(kù)當(dāng)中的前提條件中的能力需求并非是完全匹配的。一條規(guī)則當(dāng)中的部分前提條件往往可能是與轉(zhuǎn)化后的輸入數(shù)據(jù)相匹配。為此,需要對(duì)結(jié)果的信度進(jìn)行一定的修正:

(8)

(9)

(10)

式中:Mt是一個(gè)衡量尺度;Rk是規(guī)則;Tk是第k條規(guī)則當(dāng)中包含的衡量尺度個(gè)數(shù)；l和k分別是結(jié)論和規(guī)則的編號(hào),l=1,2,…,L,k=1,2,…,K。規(guī)則庫(kù)當(dāng)中共有K條規(guī)則以及L個(gè)結(jié)論。

2.2.4 ER

通過(guò)以上步驟,帶有信度結(jié)構(gòu)的規(guī)則庫(kù)已被構(gòu)造出來(lái)。同時(shí)完成了輸入數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換,輸入數(shù)據(jù)對(duì)相應(yīng)規(guī)則的激活程度以及結(jié)果信度的修正,接下來(lái)介紹ER的過(guò)程。

最終對(duì)于規(guī)則庫(kù)cl結(jié)果信度的計(jì)算方法為

(11)

式中：RL為包含結(jié)論cl的規(guī)則集合；Θl為結(jié)論cl的最終信度。

最終的單個(gè)任務(wù)推理輸出即為(c1,Θ1),(c2,Θ2),…,(cL,ΘL)。

整個(gè)證據(jù)推理算法流程如圖3所示。

圖3 基于ER的能力需求推薦過(guò)程示意圖

2.3 能力需求智能化聚合

在完成了對(duì)于單個(gè)任務(wù)能力需求的推理之后,需要將多個(gè)任務(wù)的能力需求進(jìn)行聚合。能力需求聚合是將單個(gè)任務(wù)的能力需求向整個(gè)軍事行動(dòng)的能力需求轉(zhuǎn)化的過(guò)程。聚合的過(guò)程是指將多個(gè)任務(wù)的能力需求進(jìn)行匯總,并將重復(fù)的能力需求進(jìn)行合并的過(guò)程。

合并的過(guò)程示意如圖4所示。

圖4 能力需求聚合示意圖

Ji=ρ1xi+ρ2yi+ρ3zi，ρ1?ρ2?ρ3

(11)

Ji取值最大的結(jié)論項(xiàng)即為最終聚合所取的結(jié)論項(xiàng)。

3 基于能力的體系需求推薦方法應(yīng)用示例

在前兩個(gè)部分當(dāng)中已經(jīng)介紹了能力需求及使命任務(wù)的描述方法,基于ER的能力需求推薦方法。本部分將通過(guò)針對(duì)某工兵分隊(duì)的作戰(zhàn)任務(wù),進(jìn)行相應(yīng)能力需求的推薦過(guò)程開(kāi)展研究,從而幫助該部隊(duì)準(zhǔn)確把握其能力需求,并驗(yàn)證本文的推薦方法是否合理和科學(xué)。

案例研究主要分為以下幾個(gè)步驟:① 針對(duì)工兵的作戰(zhàn)能力需求進(jìn)行描述,構(gòu)建相應(yīng)能力需求體系;② 對(duì)工兵典型作戰(zhàn)任務(wù)進(jìn)行描述;③ 構(gòu)建置信規(guī)則庫(kù),進(jìn)行證據(jù)推理,完成單個(gè)任務(wù)的能力需求智能化推薦;④ 進(jìn)行智能化能力聚合,完成對(duì)使命任務(wù)的能力需求智能化推薦。

案例研究流程如圖5所示。

圖5 案例研究流程圖

3.1 能力需求體系構(gòu)建示例

根據(jù)能力需求體系構(gòu)建方法,可以得到工兵能力需求體系如下。

機(jī)動(dòng)能力需求C1:陸上機(jī)動(dòng)能力需求C11,復(fù)雜地形通過(guò)能力需求C12。

火力打擊能力需求C2:地面火力壓制能力需求C21,反裝甲能力需求C22,反工事能力需求C23,對(duì)空打擊能力需求C24。

防護(hù)能力需求C3:火力防護(hù)能力需求C31,核防護(hù)能力需求C32,生物防護(hù)能力需求C33,化學(xué)防護(hù)能力需求C34。

工程支援能力需求C4:雷場(chǎng)布設(shè)能力需求C41,雷場(chǎng)掃除能力需求C42,橋梁架設(shè)能力需求C43,道路鋪設(shè)能力需求C44,工事修筑能力需求C45,障礙破除能力需求C46。

信息感知能力需求C5:通信能力需求C51,偵察能力需求C52。

以上共概括了C1到C55個(gè)一級(jí)能力需求,每個(gè)能力需求下包含C11到C52等若干二級(jí)能力需求。

3.2 任務(wù)需求描述示例

本文模擬某次演習(xí)當(dāng)中分派給工兵分隊(duì)的作戰(zhàn)行動(dòng)作為想定,該想定僅供驗(yàn)證推薦方法,數(shù)據(jù)部分參考了文獻(xiàn)[31-32],并進(jìn)行一定的加工處理,想定內(nèi)容如下。

某部預(yù)定于XX時(shí)XX分向A陣地發(fā)起進(jìn)攻,下屬工兵分隊(duì)協(xié)同偵察分隊(duì)抵近前沿進(jìn)行工程偵察,查明敵防御地帶情況,并進(jìn)行上報(bào)。

該部于XX時(shí)XX分開(kāi)始進(jìn)攻。下屬工兵分隊(duì)負(fù)責(zé)為進(jìn)攻分隊(duì)開(kāi)辟通路。于較難通過(guò)地區(qū)架設(shè)橋梁,破壞敵方障礙物,并壓制和打擊部分火力點(diǎn),保障主力向進(jìn)攻地域開(kāi)進(jìn)。

主力進(jìn)攻分隊(duì)奪取A陣地并轉(zhuǎn)入防御。工兵分隊(duì)負(fù)責(zé)在A陣地修筑工事,協(xié)助防御,保障固守A陣地。于陣地外遠(yuǎn)距離快速設(shè)置雷場(chǎng)障礙,遲滯可能來(lái)犯之?dāng)场?/p>

依照上述想定,根據(jù)圖2的任務(wù)分解方法,將任務(wù)想定內(nèi)容分解為3個(gè)任務(wù)。3個(gè)任務(wù)為同一場(chǎng)軍事行動(dòng)下的3個(gè)作戰(zhàn)任務(wù),相互聯(lián)系,依次遞進(jìn)。生成的各個(gè)任務(wù)需求列表如表2～表4所示,各個(gè)衡量尺度的標(biāo)準(zhǔn)在規(guī)則庫(kù)當(dāng)中所有可能取值的部分展示如表5所示。

表2 任務(wù)1任務(wù)需求列表

表3 任務(wù)2任務(wù)需求列表

表4 任務(wù)3任務(wù)需求列表

表5 規(guī)則庫(kù)中任務(wù)衡量尺度標(biāo)準(zhǔn)取值

3.3 ER示例

根據(jù)ER方法,接下來(lái)以工兵分隊(duì)的任務(wù)想定為例,構(gòu)建相應(yīng)規(guī)則庫(kù),實(shí)現(xiàn)從任務(wù)需求到能力需求的轉(zhuǎn)化。

3.3.1 置信規(guī)則庫(kù)構(gòu)建示例

根據(jù)相關(guān)資料和專家經(jīng)驗(yàn),得出了證據(jù)推理規(guī)則庫(kù),本文中的規(guī)則庫(kù)僅供驗(yàn)證推理方法,表6給出規(guī)則庫(kù)片段。其中，推理結(jié)論當(dāng)中的A代表能力需求的 “強(qiáng)”,B代表能力需求的 “中”,C代表能力需求的 “弱”。

表6 規(guī)則庫(kù)部分規(guī)則示例表

為方便案例演示,規(guī)則庫(kù)當(dāng)中的規(guī)則權(quán)重θ均取相同值,對(duì)推理結(jié)果不造成影響,因而在上述規(guī)則表當(dāng)中也未給出權(quán)重值一列。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中,可以加入每條規(guī)則的權(quán)重。

3.3.2 ER計(jì)算過(guò)程示例

推理過(guò)程示例當(dāng)中,為方便演示和計(jì)算,規(guī)則之間的權(quán)重θ與每條規(guī)則內(nèi)的前提條件權(quán)重δ取值均相同,因而在計(jì)算過(guò)程中可不代入計(jì)算。

以上述任務(wù)當(dāng)中的任務(wù)1為例,輸入數(shù)據(jù)即為表2的輸入內(nèi)容:(M11=1 200,1),(M12=2,1),(M13=10,1),(M14=90,1),(M15=2.5,1)。

將輸入的取值與取值表即表5當(dāng)中的值進(jìn)行比對(duì),計(jì)算獲得匹配程度:φ(1 200,1 000)=0.6,φ(1 200,1 500)=0.4,φ(2,2)=1,φ(10,10)=1,φ(90,90)=1,φ(2.5,2)=1,φ(2.5,3)=1。

根據(jù)各規(guī)則前提條件的匹配情況,根據(jù)式(9)又得到了各規(guī)則結(jié)論的修正因子μk取值為:[0.5, 0.5, 0, 0.5, 0.5, 0, 0.75, 0.75, 1, 0.7, 0.4, 0.4, 0.8, 0.6, 0.6, 1, 0, 0, 0.5, 0.5, 0, 0.75, 0.75, 1, 0.5, 0.5, 0]。

結(jié)合求出的各規(guī)則激活程度ωk以及結(jié)論的修正因子μk,根據(jù)式計(jì)算得到任務(wù)1的結(jié)果輸出為:C11={(A, 0.146 875),(B, 0.039 583 33),(C, 0.042 708 33)};C21={(A, 0.156),(B, 0.041 333 33),(C, 0.036)}；C51={(A, 0.171 875),(B, 0.044 791 67),(C, 0.012 5)}。

同理,得出任務(wù)2和任務(wù)3的結(jié)果輸出。

任務(wù)2結(jié)果輸出為:C21={(A, 0.15)(B, 0.04)(C, 0.06)}；C42={(A, 0.18)(B, 0.047 5)(C, 0.022 5)}；C43={(A, 0.17)(B, 0.03)(C, 0.05)}；C46={(A, 0.165)(B, 0.05)(C, 0.035)}。任務(wù)3結(jié)果輸出為:C21={(A, 0.128 787 88)(B, 0.051 515 15)(C, 0.031 818 18)}；C31={(A, 0.128 787 88)(B, 0.051 515 15)(C, 0.031 818 18)}；C41={(A, 0.396 969 7)(B, 0.109 090 91)(C, 0.069 696 97)}。

根據(jù)任務(wù)1的結(jié)果輸出,為該工兵分隊(duì)的能力需求推薦按照如下順序呈現(xiàn):通信能力需求C51,地面火力壓制能力需求C21,陸上機(jī)動(dòng)能力需求C11。

任務(wù)2的能力需求推薦結(jié)果為:雷場(chǎng)掃除能力需求C42,橋梁架設(shè)能力需求C43,障礙破除能力需求C46,地面火力壓制能力需求C21。

任務(wù)3的能力需求推薦結(jié)果為:雷場(chǎng)布設(shè)能力需求C41,火力防護(hù)能力需求C31,地面火力壓制能力需求C21。

3.3.3 能力需求聚合過(guò)程示例

按照能力需求最大化聚合模型,地面火力壓制能力需求C21在3個(gè)任務(wù)推薦結(jié)果當(dāng)中都出現(xiàn)了,因此需要對(duì)其進(jìn)行聚合。3個(gè)任務(wù)對(duì)應(yīng)該能力需求的結(jié)論信度分別為:任務(wù)1:{(A, 0.156),(B, 0.041 333 33),(C, 0.036)};任務(wù)2:{(A, 0.15),(B, 0.04),(C, 0.06)};任務(wù)3:{(A, 0.128 787 88),(B, 0.051 515 15),(C, 0.031 818 18)}。

因此，聚合后應(yīng)當(dāng)取信度值最高的結(jié)論項(xiàng),即C21={(A, 0.156),(B, 0.041 333 33),(C, 0.036)}

最終經(jīng)過(guò)能力聚合之后,由3個(gè)任務(wù)推導(dǎo)出的該想定下總能力需求如表7所示。

表7 能力需求信度

最終的推薦結(jié)果按照信度順序?yàn)?雷場(chǎng)布設(shè)能力需求C41,雷場(chǎng)掃除能力需求C42,通信能力需求C51,橋梁架設(shè)能力需求C43,障礙破除能力需求C46,地面火力壓制能力需求C21,陸上機(jī)動(dòng)能力需求C11,火力防護(hù)能力需求C31。

3.4 結(jié)論分析

從實(shí)際情況的角度分析,信度較高的能力需求項(xiàng)主要為雷場(chǎng)布設(shè)能力需求C41,雷場(chǎng)掃除能力需求C42等,這類需求主要為工兵的專業(yè)技術(shù)能力需求,突出了工兵本身的技術(shù)特性,具有不可替代特性;而相對(duì)應(yīng)的最后幾項(xiàng)能力需求,如:地面火力壓制能力需求C21,陸上機(jī)動(dòng)能力需求C11,火力防護(hù)能力需求C31則是更為通用的能力需求,該部分能力需求可由其他兵種支援補(bǔ)充,因而需求度較低。

這部分的分析結(jié)果是符合實(shí)際的,工兵作為技術(shù)兵種,更加注重和突出的是其工程保障和支援的業(yè)務(wù)。因而工兵對(duì)于工程保障能力的需求往往更加強(qiáng)烈,這與推薦的結(jié)果也相照應(yīng)。在實(shí)際作戰(zhàn)當(dāng)中,工兵火力壓制與掩護(hù)能力需求可由步兵、炮兵、裝甲兵進(jìn)行支援,防空能力需求也由于防空部隊(duì)的掩護(hù)被弱化,核生化的防護(hù)需求可由防化兵提供。推薦結(jié)果當(dāng)中,工兵的非專業(yè)能力需求排到了靠后的位置上,這也是與現(xiàn)實(shí)情況相符合的。

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的角度分析,推薦的結(jié)果當(dāng)中,各項(xiàng)能力需求的信度數(shù)值普遍較低,原因是一條規(guī)則的前提條件被激活的個(gè)數(shù)較少,導(dǎo)致修正因子取值較低,因而給出的修正因子取值多集中在0.5左右,致使最終的結(jié)論信度普遍較低。

同時(shí),在工兵能力需求體系當(dāng)中出現(xiàn)的部分能力需求在推薦結(jié)果當(dāng)中并未體現(xiàn),原因在于該方法根據(jù)任務(wù)需求推薦對(duì)應(yīng)的能力需求。由于案例當(dāng)中的任務(wù)類型有限,并未激活全部規(guī)則并推薦所有的能力需求。而在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中,構(gòu)建規(guī)模龐大且完備的規(guī)則庫(kù),輸入充分的任務(wù)衡量尺度,推薦結(jié)果則更可能會(huì)覆蓋絕大多數(shù)能力需求項(xiàng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文聚焦能力需求的構(gòu)建階段,把握住從任務(wù)需求到能力需求的轉(zhuǎn)化的核心問(wèn)題,通過(guò)研究能力需求和任務(wù)需求的描述,以及基于證據(jù)推理的轉(zhuǎn)化方法,對(duì)基于能力的體系需求智能化推薦方法展開(kāi)了研究,最后使用工兵能力和裝備復(fù)雜體系的實(shí)例開(kāi)展研究。

在研究當(dāng)中,仍存在一定問(wèn)題,主要體現(xiàn)在:① 置信規(guī)則庫(kù)的構(gòu)建主要以專家經(jīng)驗(yàn)為主,對(duì)映射轉(zhuǎn)化過(guò)程的科學(xué)性和合理性可能有一定的影響。② 最終結(jié)果僅僅是推薦了能力需求的強(qiáng)度,沒(méi)有進(jìn)一步地將能力需求的能力測(cè)度和指標(biāo)進(jìn)行推薦,推薦深度不夠。③ 該研究?jī)H僅是從需求目標(biāo)單位自身的角度出發(fā),沒(méi)有應(yīng)用其他單位的歷史數(shù)據(jù)作為參考,具有一定封閉性。

從實(shí)用意義的角度分析,本文將推薦技術(shù)與軍事能力需求場(chǎng)景進(jìn)行結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了為任務(wù)部隊(duì)以及科研部門推薦適應(yīng)于任務(wù)的能力需求的功能。本文的推薦方法可以輔助部隊(duì)通過(guò)任務(wù)快速、明確地找到自身的能力需求，從而為任務(wù)的遂行、部隊(duì)的成長(zhǎng)、軍事理論的發(fā)展提供了有力的支撐作用。