2007年12月
第21卷第4期军事运筹与系统工程D e c . 2007V o l . 21N o . 4M i l i t a r y O p e r a t i o n s R e s e a r c h a n d S y s t e m s E n g i n e e r i n g
军事系统复杂性分析及启示
江敬灼, 叶雄兵
(军事科学院军事运筹分析研究所, 北京100091)
摘 要:复杂军事系统具有协同性、对抗性、自适应性等特点, 军事系统特殊复杂性来源于军事系统的高对抗性和高风险性。军事系统研究有多个难题:部队作战能力需求分析与评估, 作战体系(武器装备体系) 作战效能评估, 指挥所与作战单元行为的建模仿真, 战略(作战) 风险分析等。当前, 一是要加强复杂系统理论相关实用技术研究, 二是要加强复杂系统理论在军事上应用的研究, 三是要深入进行从定性到定量综合集成研讨厅体系结构研究, 四是要深入进行复杂军事系统行为规则的研究与梳理。
关键词:军事系统; 复杂性; 复杂系统理论
中图分类号:E 917文献标识码:A 文章编号:1672-8211(2007) 04-0026-05
一、问题的提出
军事系统是一个开放的复杂巨系统, 系统的复杂性特点导致解决此类系统问题的许多困难。目前在军事系统工程研究中遇到的重点与难点问题主要包括:
(1) 部队作战能力需求分析与评估。国防与军队建设规划提出了“基于能力”规划的总体思路, 该思路是通过战略背景导出作战任务, 为完成这样的任务, 需要什么样的作战能力, 从而建设什么样的军队, 发展什么样的武器装备, 这就需要对部队作战能力进行需求分析; 作战能力的需求分析离不开能力评估, 而且部队当前的作战能力如何, 与需求存在多大的差距, 也需要对部队的作战能力进行评估。作战能力需求分析与评估的主要难点在于必须针对可能的想定空间(不同的作战对象、作战环境、作战任务等) 进行分析与评估; 对整体系统的评估必须建立在对系统分解、并分别进行评估的基础上。这就带来两个问题:一是想定空间的“组合爆炸”问题, 二是评估指标的综合问题。
(2) 作战体系(武器装备体系) 作战效能评估。作战体系的作战效能是指在特定条件下, 作战体系被用来执行规定的作战任务所能达到预期目标的程度。在战法研究、作战方案评估、装备体系论证中都要涉及到作战效能评估问题, 是战役指挥员最为关注的一类指标。作战效能评估是作战能力评估在特定的想定条件下的具体化, 在评估技术上有很大的相似之处。体系作战效能评估的主要难点在于对体系内部各种能力相互作用结果的评估上, 对此目前还难以建立合适的评估模型。上世纪80年代以来, 全军一直在探索作战效能评估方法, 发展了指数法、兰彻斯特方程、层次分析法、模糊综合评判法、计算机仿真等, 前4种方法的结果可信度受到多方的质疑, 而计算机仿真建模难度很大, 特别是行为建模难度更大, 模型的可信度也同样受到质疑。
(3) 指挥所与作战单元行为的建模仿真。在作战能力与作战效能评估中, 人的因素是重要的影响因素, 且最难以评估。人的因素包括:技术水平、精神状态、认知行为等, 其中认知行为的影响是评估难点中的难点。对于计算机仿真而言, 都要涉及到指挥所与作战单元的认知行为建模问题, 这是目前困扰军事建
收稿日期:2007-10-09
作者简介:江敬灼(1946-) , 男, 研究员, 博士生导师, 主要研究方向为军事运筹学、军事系统工程及作战实验.
模与仿真的重大难点问题。指挥所与作战单元的认知行为建模的主要难点在于对抗条件下人的决策知识的获取与表达, 以及利用这些知识进行对抗决策的逻辑过程, 即对抗性的认知行为描述。目前在实践中采用的专家系统、决策树(表) 、有限状态机、基于A g e n t 建模等方法, 都没有收到满意的效果。重要的原因是决策行为及其对抗性的规范化(形式化) 描述存在难以克服的困难。
(4) 从定性到定量综合集成方法的实现技术途径。从定性到定量综合集成方法是将专家群体、数据和各种信息与计算机技术有机结合起来, 把各种学科的科学理论和人的经验知识结合起来。它是人机结合、以人为主。这是解决复杂军事系统问题的唯一正确的途径, 这已为越来越多的人所认可。但是, 如何实现这种结合是摆在我们面前的重要课题。实现从定性到定量综合集成方法的主要难点在于如何进行有效的人机分工, 如何综合定性分析与定量分析的结果, 如何有效地激起专家意见的碰撞, 如何综合专家的意见(知识) , 形成分析结论。
(5) 战略(作战) 风险分析。风险分析是分析影响系统或方案的实现达不到预定要求的可能危险事件, 并评估事件后果及可能性。军事战略风险就是军事力量无法实现国家军事战略目标的可能性及其后果; 作战风险是军队不能实现作战目标的可能性及其后果。风险分析包括:风险辨识――辨认可能的风险事件; 风险评估――评估风险大小, 即风险发生的可能性及风险产生的可能后果。战略(作战) 风险分析的主要难点在于诸多因素(不是单纯的军事因素) 的不确定性(信息的不完整性、敌对方决策的不可预知性、战场因素的随机性等) 、风险概率难以计算、对策的“组合爆炸”等。目前采用的层次分析法、De l p h i 法、风险运筹分析模型(临界风险概率) 等均难以满足风险分析的精度需求。
二、军事系统复杂性分析
对于复杂系统, 目前还没有一个统一的定义。美国《科学》杂志1999年4月2日《复杂系统》专辑的编者R i c h a r d C a l l a g h e r 和T i m A p p e n c e 的定义:通过对一个系统的分量部分(子系统) 的了解, 不能对系统的性质作出完全的解释, 这样的系统称为复杂系统。或说:系统的整体性质不等于部分性质之和。美国科学家司马贺(H e r b e r t S i m o n ) 的定义:复杂系统是由许多部件组成的系统, 这些部件之间的相互作用不是简单的。在这种系统中, 整体大于部分之和。也就是说, 即使已知部件的性质和它们相互作用的规律, 也很难把整体的性质推断出来。钱学森院士等在《自然杂志》1990年第一期《一个科学新领域———开放的复杂巨系统及其方法论》中给复杂系统的定义:若构成系统的子系统(元素) 数量非常大, 则称为巨系统; 如果子系统种类很多并且有层次结构, 它们之间的联系又很复杂, 这就是复杂巨系统; 如果这个系统同时又是开放的, 就称为开放的复杂巨系统。因此, 我们可以认为:复杂系统是由众多存在复杂相互作用的组分(或子系统) 组成, 系统的整体行为(功能或特性) 不是其组分的行为(功能或特性) 之和。这里所谓的复杂相互作用是指系统的组分用无数可能的方式相互作用, 正是这种无数可能的方式相互作用, 才使得复杂系统呈现出所有组分不具有的整体行为(功能或特性) 。
对于复杂系统的特点也存在不同说法, 主要有:非线性、多样性、层次性、涌现性、不可逆性、自适应性、自组织临界性、自相似性、开放性、动态性等, 以及无法用还原论方法解决。
复杂军事系统除了具有一般复杂系统的基本特点外, 还有它自身的一些特点:
(1) 协同性:各分系统行动高度统一, 共同为完成一致的作战目标而协调一致的行动。一切行动听指挥, 下级服从上级, 这是军事系统特别是作战系统最严格的组织纪律。协同性导致行为规则、行动目标的主从性, 从而导致行为建模的复杂性。协同性追求整体效果的最优。
(2) 对抗性:战争是两个或多个利益集团的激烈对抗, 表现为双方针锋相对的斗智斗勇, 这是军事系统特别是作战系统最突出的特点。对抗性导致行为的高度不确定性, 从而导致战场态势判断、实体行为建模的复杂性。
(3) 自适应性:军事系统是最能体现人的“指挥艺术”的场所, 尽管军事系统的环境复杂、变化快速, 但系统能迅速改变自身的结构, 以快速适应环境的变化。军事模型必须能反映这种自适应性, 而这种自适应性包含有许多艺术的成份, 这无疑导致建模的高度复杂性。
一般复杂系统的复杂性来源于其结构复杂性、关系复杂性与行为复杂性, 而军事系统特殊复杂性来源于军事系统的高对抗性和高风险性, 正是由于高对抗性和高风险性导致一些其他特性:不确定性、非线性、自组织性等。由于对抗双方都是具有高度智能而又利益严重冲突的群体, 为使自身利益的最大化, 并抑制对方的获益, 必然采取各种非常规的办法, 不按“游戏规则”办事, 以掩饰自己的行为, 引诱对方上当, 这些特点又进一步增强了系统的不确定性与复杂性。这就是导致军事系统不同于一般复杂系统的根本原因。
复杂性给军事问题的研究带来5个方面的困难:
(1) 还原论方法难以解决军事系统的复杂性问题, 这直接导致以还原论为基础的一些作战能力或作战效能评估方法(如层次分析法、模糊综合评判法等) 的有效性受到了质疑。例如, 图1为评估联合作战能力的指标体系的示意性结构, 按层次分析法, 其上一级指标是由该指标下属的各分指标通过线性加权而获得的, 这显然已经违背了关于复杂系统的“整体性质不等于部分性质之和”和“非线性”的结论
。
(2) 指数法不大适用于联合作战体系作战能力、作战效能及伤亡的评估分析, 因为指数法是建立在线性关系的基础上, 其整体指数等于各部分指数之和, 忽略了体系内部的相互作用, 这显然也违反了复杂系统的基本特性。因此, 指数法的有效性也不断受到了质疑。
(3) “人不在回路”的仿真难以体现激烈的对抗, “人在回路”的仿真又难以对庞大的想定空间和方案空间进行仿真, 使应用仿真手段对军事问题的模拟分析陷入两难的境地。因此, 如何比较客观真实地体现军事系统最重要的特性———对抗性产生了困惑。
(4) “非线性”和“涌现性”带来军事问题的半结构或非结构特性, 甚至产生“病态”结构, 造成构建定量分析模型的困难; 而定性分析又难以避免带主观经验的色彩, 造成问题求解缺乏“稳健性”;为此需要定性与定量分析的结合, 这就给研究者的知识结构提出了更高的要求, 同时也提高了研究结论综合的难度。
(5) “对抗性”和“不确定性”带来军事风险难以预测, 造成风险分析的难度加大; 首先是风险辨识困难, 由于对抗双方对策的不确定性, 难以列出全部的风险要素; 其次是对风险发生的可能性及其后果难以进行定量的预测。由于军事风险可能带来灾难性的后果, 因此对军事风险分析的正确性提出了很高的要求, 这更加大了风险分析的难度。
三、复杂系统理论的几点启示
(一) 作战能力与作战效能评估方面:注重还原论与整体论的结合
复杂系统理论认为, 系统整体行为不可能从分析部分行为得到, 因此联合作战体系的作战效能不可能通过分析其各分系统的作战效能直接或简单的代数运算获得。也就是说, 基于“层次分析法”等是通过分指标的线性加权来获得上层指标, 以研究体系作战效能, 是不可取的, 必须通过研究分析系统整体涌现行为来评估体系作战效能。可采用的方法:一是通过分指标的相互关系、相互作用分析, 形成总指标与分指标的量化(体系建模关系而不是简单的加权运算) 关系, 从而获得总指标值的计算方法; 二是根据总指标的物理含义, 通过作战仿真的结果数据统计分析获得(运用评估分析模型计算) 总指标值; 三是通过精心设计的靶场试验获得的数据直接处理产生体系效能指标值。分系统的效能指标用于确定系统的体系结构整体优化方向, 体系效能指标用于评估优化的结果。
(二) 作战能力与作战效能评估方面:仿真是揭示系统整体涌现性的重要手段
复杂系统的整体行为是由组成元素复杂的相互作用而涌现出来的, 通常这种相互作用的行为难以用一个数学方程或公式进行描述, 也难以用理论分析方法理清它们之间的复杂关系。但是, 可以通过组成元素个体行为的仿真涌现出整体行为, 从而揭示元素行为规则与整体涌现行为之间的复杂关系和规律。
因此, 我们可以采用下面的仿真步骤进行作战效能的评估:提出评估指标体系———构想典型想定———运行作战仿真———进行结果统计(各层指标计算) ———评估分析能力———优化系统(方案) ———重复以上过程, 直至获得满意的结果。
(三) 指挥控制与作战单元行为的建模仿真方面:注重研究复杂系统组成元素行为的基本规则
行为建模的核心是行为规则, 即在不同态势下应采取的行为, 而每个态势都是由多个条件组合而成的。这里我们首先遇到的难点是规则集的组合爆炸和规则的冲突。其重要原因是我们在总结军事规则时, 始终注重军事人员的经验知识, 这些知识大多属于宏观的组合规则而不是基本规则。如果我们能通过分析获得由基本规则生成宏观规则的规律, 那么就有可能使用较小的简单的基本规则集作为作战单元或指挥单元的行为规则, 这就是规则的组合规则。这是复杂适应系统理论给我们的启示。
基本规则的来源可以有三个:一是条令、条例、作战纲要等法规, 二是战略学、战役学、战术学等军事学基础理论, 三是指挥员及作战理论研究人员的经验知识。但是, 这些理论并没有包含直接用的显式规则, 往往是一些宏观的原则性的定性描述, 必须进行提炼才能获得行为建模可用的基本规则。
(四) 指挥控制与作战单元行为的建模仿真方面:注重从自适应指挥控制的研究中抽取军事规则
军事系统复杂性的一个重要方面是具有自适应性, 自适应指挥控制就是据此而提出来的。自适应的对立面是最优化。当指挥者认为军事系统处于最佳状态(即效能最佳) 时, 系统可被视为“最优化”。一个最优化系统就意味着“一切都在掌控之中”,但当系统环境发生变化时, 指挥者就会试着去改变以往的军事规则, 以适应变化了的环境, 重新获得对系统的控制。
在自适应指挥控制研究中, 指挥员所能做的最多就是先于系统和环境的变化, 通过反馈来学习。只要能在学习速度上超过对手, 这也许就已经足够了。因此, 在尽可能多的想定环境下与系统进行交互, 身临其境地对重要行为进行观察、实验与分析, 形成“预实践”的经验, 这就是我们研究军事规则的重要知识来源。因此军事规则应该是动态的, 不是一成不变的。自适应指挥控制研究中的“经验”往往也是一些原则性的定性描述, 同时缺乏完整性及数学意义上的严密性。解决的办法是:在系统理论的指导下首先进行双向扩展, 即在横向上扩展其完整性, 使设想的情况(态势) 尽量充满整个(态势) 状态空间; 在纵向上对状态进行分解, 形成基本的、无二义性条件组合。然后, 对规则进行优化与约简, 抽取出基本规则集。
(五) 从定性到定量综合集成方法的实现技术方面:综合研讨是实现从定性到定量综合集成的最重要手段
复杂系统问题的解决需要专家的知识, 但由于专家个人实践的局限性, 其对复杂系统的认识和知识也是有限的。由于战争实践的特殊性及军兵种领域的不同, 专家个人的知识更是有限的, 且具有很大的局限性。因此, 在研究联合作战问题时更要强调通过专家的研讨, 集成专家群体的智慧。专家研讨过程是知识
产生的过程, 也是群体智慧不断涌现的过程。这里关键的问题是要使专家的意见发生碰撞, 以克服研讨障碍, 开展深层次研讨。通常综合研讨存在两个障碍:习惯性防卫与跳跃性推论。习惯性防卫是指害怕暴露出自己想法背后的思维, 害怕别人或自己发现错误; 跳跃性推论是将假设当做事实, 以简单的概念替代许多细节, 然后用这些概念来进行推论。解决的办法有两个:一是反思式讨论, 二是深层次对话。
讨论有参与式讨论和反思式讨论两种。参与式讨论是指所有参与者可自由说出自己的见解, 你陈述你的想法, 我陈述我的观点。参与式讨论对某些问题较易达成决议, 但缺乏参与者意见的交锋, 很少产生品质佳的决议。反思式讨论以挑战自己的思考为起点, 通过反思式讨论可以发现, 曾经被视为理所当然的事实常常只是一种先入为主的成见、一种对实际情况的假设, 从而可以不断完善假设条件与结论。
深层次对话是彼此用心聆听, 坦率诚恳地说出隐藏在心中的假设条件, 彼此检验和自我反省思考问题的思维过程, 从而揭发思维和真实之间的不一致性, 主动观察自己的思维模式。深层次对话有助于实现对复杂问题认识的自我超越, 使群体进入一种个人无法单独进入的不断发展与改变的“智慧的汇集”。
(六) 战略(作战) 风险分析方面:研讨式对抗推演是风险分析的重要手段, 要注重人机结合、以人为主军事系统的复杂性来源于“人”的对抗性、主动性、自适应性与协同性, 即复杂的相互关系与相互作用, 风险的不确定性也是基于此。这种对抗作用离开了人的直接参与, 是难以准确把握的。对抗推演是研究军事对抗性问题的重要方式, 也是研究风险评估的重要手段。因此在进行风险分析时, 应该注重采用“人机结合、以人为主”的对抗推演模式。军事上的对策组合是无穷尽的, 我们不可能对所有的对策组合进行风险分析。但是聪明的专家群体总是会通过研讨, 选择较好的对策, 以便把最大风险留给对抗的对手。尽管对抗推演并不能推演所有的对抗方案组合, 但基本覆盖了主要的、最可能出现的对策组合。因此, 研讨式的对抗推演是风险分析的理想手段。研讨式的对抗推演不是连续推演, 而是分阶段或分对局的反复推演和研讨, 使对抗性推演与合作性研讨穿插进行, 以深化对风险的认识。
四、几点思考
通过前面的军事系统复杂性的分析, 了解了军事系统复杂性的特点, 并由复杂系统理论得到了一些有益的启示, 从而也促使我们进行思考, 形成一些利用复杂系统理论研究解决军事系统工程问题的思路。
(1) 加强复杂系统理论相关实用技术研究, 加强系统科学与军事科学的有机结合, 从而展开军事系统复杂性的研究。当前重点是要理清军事系统复杂性的根源、特点及表现形式, 分析军事复杂系统整体涌现行为的产生机理, 以及军事复杂系统的演化规律, 为研究复杂军事系统提供理论与技术的支持。
(2) 加强复杂系统理论在军事上应用的研究, 针对复杂军事系统研究中的重大课题, 利用复杂系统理论, 特别是复杂系统建模方法, 进行军事系统构模。目前重点是应用复杂系统理论, 探索作战实验室的建设, 探索基于A g e n t 的军事建模方法, 探索体系作战效能评估技术, 探索“人机结合、以人为主”的研究复杂军事系统的手段与工具。
(3) 深入进行从定性到定量综合集成研讨厅体系结构研究, 特别是对从定性到定量综合集成方法的具体实现技术进行探索, 对综合研讨支持手段进行试验, 确实提出一套可有效支持专家群体深层次研讨的支持工具。为此需要不断探索军事科研的新模式, 以探索用从定性到定量综合集成方法支持军事科研手段变革的途径。
(4) 深入进行复杂军事系统行为规则的研究与梳理, 特别是要探索抽取系统基本组元行为的基本规则的途径与方法, 这是构建A g e n t 智能主体模型的关键技术。要深入研究分析智能主体基本规则与系统整体涌现行为之间的关系, 以探索智能主体基本规则的组合技术, 以及研究军事系统的个体行为产生整体的涌现行为的机理。
2007年12月
第21卷第4期军事运筹与系统工程D e c . 2007V o l . 21N o . 4M i l i t a r y O p e r a t i o n s R e s e a r c h a n d S y s t e m s E n g i n e e r i n g
军事系统复杂性分析及启示
江敬灼, 叶雄兵
(军事科学院军事运筹分析研究所, 北京100091)
摘 要:复杂军事系统具有协同性、对抗性、自适应性等特点, 军事系统特殊复杂性来源于军事系统的高对抗性和高风险性。军事系统研究有多个难题:部队作战能力需求分析与评估, 作战体系(武器装备体系) 作战效能评估, 指挥所与作战单元行为的建模仿真, 战略(作战) 风险分析等。当前, 一是要加强复杂系统理论相关实用技术研究, 二是要加强复杂系统理论在军事上应用的研究, 三是要深入进行从定性到定量综合集成研讨厅体系结构研究, 四是要深入进行复杂军事系统行为规则的研究与梳理。
关键词:军事系统; 复杂性; 复杂系统理论
中图分类号:E 917文献标识码:A 文章编号:1672-8211(2007) 04-0026-05
一、问题的提出
军事系统是一个开放的复杂巨系统, 系统的复杂性特点导致解决此类系统问题的许多困难。目前在军事系统工程研究中遇到的重点与难点问题主要包括:
(1) 部队作战能力需求分析与评估。国防与军队建设规划提出了“基于能力”规划的总体思路, 该思路是通过战略背景导出作战任务, 为完成这样的任务, 需要什么样的作战能力, 从而建设什么样的军队, 发展什么样的武器装备, 这就需要对部队作战能力进行需求分析; 作战能力的需求分析离不开能力评估, 而且部队当前的作战能力如何, 与需求存在多大的差距, 也需要对部队的作战能力进行评估。作战能力需求分析与评估的主要难点在于必须针对可能的想定空间(不同的作战对象、作战环境、作战任务等) 进行分析与评估; 对整体系统的评估必须建立在对系统分解、并分别进行评估的基础上。这就带来两个问题:一是想定空间的“组合爆炸”问题, 二是评估指标的综合问题。
(2) 作战体系(武器装备体系) 作战效能评估。作战体系的作战效能是指在特定条件下, 作战体系被用来执行规定的作战任务所能达到预期目标的程度。在战法研究、作战方案评估、装备体系论证中都要涉及到作战效能评估问题, 是战役指挥员最为关注的一类指标。作战效能评估是作战能力评估在特定的想定条件下的具体化, 在评估技术上有很大的相似之处。体系作战效能评估的主要难点在于对体系内部各种能力相互作用结果的评估上, 对此目前还难以建立合适的评估模型。上世纪80年代以来, 全军一直在探索作战效能评估方法, 发展了指数法、兰彻斯特方程、层次分析法、模糊综合评判法、计算机仿真等, 前4种方法的结果可信度受到多方的质疑, 而计算机仿真建模难度很大, 特别是行为建模难度更大, 模型的可信度也同样受到质疑。
(3) 指挥所与作战单元行为的建模仿真。在作战能力与作战效能评估中, 人的因素是重要的影响因素, 且最难以评估。人的因素包括:技术水平、精神状态、认知行为等, 其中认知行为的影响是评估难点中的难点。对于计算机仿真而言, 都要涉及到指挥所与作战单元的认知行为建模问题, 这是目前困扰军事建
收稿日期:2007-10-09
作者简介:江敬灼(1946-) , 男, 研究员, 博士生导师, 主要研究方向为军事运筹学、军事系统工程及作战实验.
模与仿真的重大难点问题。指挥所与作战单元的认知行为建模的主要难点在于对抗条件下人的决策知识的获取与表达, 以及利用这些知识进行对抗决策的逻辑过程, 即对抗性的认知行为描述。目前在实践中采用的专家系统、决策树(表) 、有限状态机、基于A g e n t 建模等方法, 都没有收到满意的效果。重要的原因是决策行为及其对抗性的规范化(形式化) 描述存在难以克服的困难。
(4) 从定性到定量综合集成方法的实现技术途径。从定性到定量综合集成方法是将专家群体、数据和各种信息与计算机技术有机结合起来, 把各种学科的科学理论和人的经验知识结合起来。它是人机结合、以人为主。这是解决复杂军事系统问题的唯一正确的途径, 这已为越来越多的人所认可。但是, 如何实现这种结合是摆在我们面前的重要课题。实现从定性到定量综合集成方法的主要难点在于如何进行有效的人机分工, 如何综合定性分析与定量分析的结果, 如何有效地激起专家意见的碰撞, 如何综合专家的意见(知识) , 形成分析结论。
(5) 战略(作战) 风险分析。风险分析是分析影响系统或方案的实现达不到预定要求的可能危险事件, 并评估事件后果及可能性。军事战略风险就是军事力量无法实现国家军事战略目标的可能性及其后果; 作战风险是军队不能实现作战目标的可能性及其后果。风险分析包括:风险辨识――辨认可能的风险事件; 风险评估――评估风险大小, 即风险发生的可能性及风险产生的可能后果。战略(作战) 风险分析的主要难点在于诸多因素(不是单纯的军事因素) 的不确定性(信息的不完整性、敌对方决策的不可预知性、战场因素的随机性等) 、风险概率难以计算、对策的“组合爆炸”等。目前采用的层次分析法、De l p h i 法、风险运筹分析模型(临界风险概率) 等均难以满足风险分析的精度需求。
二、军事系统复杂性分析
对于复杂系统, 目前还没有一个统一的定义。美国《科学》杂志1999年4月2日《复杂系统》专辑的编者R i c h a r d C a l l a g h e r 和T i m A p p e n c e 的定义:通过对一个系统的分量部分(子系统) 的了解, 不能对系统的性质作出完全的解释, 这样的系统称为复杂系统。或说:系统的整体性质不等于部分性质之和。美国科学家司马贺(H e r b e r t S i m o n ) 的定义:复杂系统是由许多部件组成的系统, 这些部件之间的相互作用不是简单的。在这种系统中, 整体大于部分之和。也就是说, 即使已知部件的性质和它们相互作用的规律, 也很难把整体的性质推断出来。钱学森院士等在《自然杂志》1990年第一期《一个科学新领域———开放的复杂巨系统及其方法论》中给复杂系统的定义:若构成系统的子系统(元素) 数量非常大, 则称为巨系统; 如果子系统种类很多并且有层次结构, 它们之间的联系又很复杂, 这就是复杂巨系统; 如果这个系统同时又是开放的, 就称为开放的复杂巨系统。因此, 我们可以认为:复杂系统是由众多存在复杂相互作用的组分(或子系统) 组成, 系统的整体行为(功能或特性) 不是其组分的行为(功能或特性) 之和。这里所谓的复杂相互作用是指系统的组分用无数可能的方式相互作用, 正是这种无数可能的方式相互作用, 才使得复杂系统呈现出所有组分不具有的整体行为(功能或特性) 。
对于复杂系统的特点也存在不同说法, 主要有:非线性、多样性、层次性、涌现性、不可逆性、自适应性、自组织临界性、自相似性、开放性、动态性等, 以及无法用还原论方法解决。
复杂军事系统除了具有一般复杂系统的基本特点外, 还有它自身的一些特点:
(1) 协同性:各分系统行动高度统一, 共同为完成一致的作战目标而协调一致的行动。一切行动听指挥, 下级服从上级, 这是军事系统特别是作战系统最严格的组织纪律。协同性导致行为规则、行动目标的主从性, 从而导致行为建模的复杂性。协同性追求整体效果的最优。
(2) 对抗性:战争是两个或多个利益集团的激烈对抗, 表现为双方针锋相对的斗智斗勇, 这是军事系统特别是作战系统最突出的特点。对抗性导致行为的高度不确定性, 从而导致战场态势判断、实体行为建模的复杂性。
(3) 自适应性:军事系统是最能体现人的“指挥艺术”的场所, 尽管军事系统的环境复杂、变化快速, 但系统能迅速改变自身的结构, 以快速适应环境的变化。军事模型必须能反映这种自适应性, 而这种自适应性包含有许多艺术的成份, 这无疑导致建模的高度复杂性。
一般复杂系统的复杂性来源于其结构复杂性、关系复杂性与行为复杂性, 而军事系统特殊复杂性来源于军事系统的高对抗性和高风险性, 正是由于高对抗性和高风险性导致一些其他特性:不确定性、非线性、自组织性等。由于对抗双方都是具有高度智能而又利益严重冲突的群体, 为使自身利益的最大化, 并抑制对方的获益, 必然采取各种非常规的办法, 不按“游戏规则”办事, 以掩饰自己的行为, 引诱对方上当, 这些特点又进一步增强了系统的不确定性与复杂性。这就是导致军事系统不同于一般复杂系统的根本原因。
复杂性给军事问题的研究带来5个方面的困难:
(1) 还原论方法难以解决军事系统的复杂性问题, 这直接导致以还原论为基础的一些作战能力或作战效能评估方法(如层次分析法、模糊综合评判法等) 的有效性受到了质疑。例如, 图1为评估联合作战能力的指标体系的示意性结构, 按层次分析法, 其上一级指标是由该指标下属的各分指标通过线性加权而获得的, 这显然已经违背了关于复杂系统的“整体性质不等于部分性质之和”和“非线性”的结论
。
(2) 指数法不大适用于联合作战体系作战能力、作战效能及伤亡的评估分析, 因为指数法是建立在线性关系的基础上, 其整体指数等于各部分指数之和, 忽略了体系内部的相互作用, 这显然也违反了复杂系统的基本特性。因此, 指数法的有效性也不断受到了质疑。
(3) “人不在回路”的仿真难以体现激烈的对抗, “人在回路”的仿真又难以对庞大的想定空间和方案空间进行仿真, 使应用仿真手段对军事问题的模拟分析陷入两难的境地。因此, 如何比较客观真实地体现军事系统最重要的特性———对抗性产生了困惑。
(4) “非线性”和“涌现性”带来军事问题的半结构或非结构特性, 甚至产生“病态”结构, 造成构建定量分析模型的困难; 而定性分析又难以避免带主观经验的色彩, 造成问题求解缺乏“稳健性”;为此需要定性与定量分析的结合, 这就给研究者的知识结构提出了更高的要求, 同时也提高了研究结论综合的难度。
(5) “对抗性”和“不确定性”带来军事风险难以预测, 造成风险分析的难度加大; 首先是风险辨识困难, 由于对抗双方对策的不确定性, 难以列出全部的风险要素; 其次是对风险发生的可能性及其后果难以进行定量的预测。由于军事风险可能带来灾难性的后果, 因此对军事风险分析的正确性提出了很高的要求, 这更加大了风险分析的难度。
三、复杂系统理论的几点启示
(一) 作战能力与作战效能评估方面:注重还原论与整体论的结合
复杂系统理论认为, 系统整体行为不可能从分析部分行为得到, 因此联合作战体系的作战效能不可能通过分析其各分系统的作战效能直接或简单的代数运算获得。也就是说, 基于“层次分析法”等是通过分指标的线性加权来获得上层指标, 以研究体系作战效能, 是不可取的, 必须通过研究分析系统整体涌现行为来评估体系作战效能。可采用的方法:一是通过分指标的相互关系、相互作用分析, 形成总指标与分指标的量化(体系建模关系而不是简单的加权运算) 关系, 从而获得总指标值的计算方法; 二是根据总指标的物理含义, 通过作战仿真的结果数据统计分析获得(运用评估分析模型计算) 总指标值; 三是通过精心设计的靶场试验获得的数据直接处理产生体系效能指标值。分系统的效能指标用于确定系统的体系结构整体优化方向, 体系效能指标用于评估优化的结果。
(二) 作战能力与作战效能评估方面:仿真是揭示系统整体涌现性的重要手段
复杂系统的整体行为是由组成元素复杂的相互作用而涌现出来的, 通常这种相互作用的行为难以用一个数学方程或公式进行描述, 也难以用理论分析方法理清它们之间的复杂关系。但是, 可以通过组成元素个体行为的仿真涌现出整体行为, 从而揭示元素行为规则与整体涌现行为之间的复杂关系和规律。
因此, 我们可以采用下面的仿真步骤进行作战效能的评估:提出评估指标体系———构想典型想定———运行作战仿真———进行结果统计(各层指标计算) ———评估分析能力———优化系统(方案) ———重复以上过程, 直至获得满意的结果。
(三) 指挥控制与作战单元行为的建模仿真方面:注重研究复杂系统组成元素行为的基本规则
行为建模的核心是行为规则, 即在不同态势下应采取的行为, 而每个态势都是由多个条件组合而成的。这里我们首先遇到的难点是规则集的组合爆炸和规则的冲突。其重要原因是我们在总结军事规则时, 始终注重军事人员的经验知识, 这些知识大多属于宏观的组合规则而不是基本规则。如果我们能通过分析获得由基本规则生成宏观规则的规律, 那么就有可能使用较小的简单的基本规则集作为作战单元或指挥单元的行为规则, 这就是规则的组合规则。这是复杂适应系统理论给我们的启示。
基本规则的来源可以有三个:一是条令、条例、作战纲要等法规, 二是战略学、战役学、战术学等军事学基础理论, 三是指挥员及作战理论研究人员的经验知识。但是, 这些理论并没有包含直接用的显式规则, 往往是一些宏观的原则性的定性描述, 必须进行提炼才能获得行为建模可用的基本规则。
(四) 指挥控制与作战单元行为的建模仿真方面:注重从自适应指挥控制的研究中抽取军事规则
军事系统复杂性的一个重要方面是具有自适应性, 自适应指挥控制就是据此而提出来的。自适应的对立面是最优化。当指挥者认为军事系统处于最佳状态(即效能最佳) 时, 系统可被视为“最优化”。一个最优化系统就意味着“一切都在掌控之中”,但当系统环境发生变化时, 指挥者就会试着去改变以往的军事规则, 以适应变化了的环境, 重新获得对系统的控制。
在自适应指挥控制研究中, 指挥员所能做的最多就是先于系统和环境的变化, 通过反馈来学习。只要能在学习速度上超过对手, 这也许就已经足够了。因此, 在尽可能多的想定环境下与系统进行交互, 身临其境地对重要行为进行观察、实验与分析, 形成“预实践”的经验, 这就是我们研究军事规则的重要知识来源。因此军事规则应该是动态的, 不是一成不变的。自适应指挥控制研究中的“经验”往往也是一些原则性的定性描述, 同时缺乏完整性及数学意义上的严密性。解决的办法是:在系统理论的指导下首先进行双向扩展, 即在横向上扩展其完整性, 使设想的情况(态势) 尽量充满整个(态势) 状态空间; 在纵向上对状态进行分解, 形成基本的、无二义性条件组合。然后, 对规则进行优化与约简, 抽取出基本规则集。
(五) 从定性到定量综合集成方法的实现技术方面:综合研讨是实现从定性到定量综合集成的最重要手段
复杂系统问题的解决需要专家的知识, 但由于专家个人实践的局限性, 其对复杂系统的认识和知识也是有限的。由于战争实践的特殊性及军兵种领域的不同, 专家个人的知识更是有限的, 且具有很大的局限性。因此, 在研究联合作战问题时更要强调通过专家的研讨, 集成专家群体的智慧。专家研讨过程是知识
产生的过程, 也是群体智慧不断涌现的过程。这里关键的问题是要使专家的意见发生碰撞, 以克服研讨障碍, 开展深层次研讨。通常综合研讨存在两个障碍:习惯性防卫与跳跃性推论。习惯性防卫是指害怕暴露出自己想法背后的思维, 害怕别人或自己发现错误; 跳跃性推论是将假设当做事实, 以简单的概念替代许多细节, 然后用这些概念来进行推论。解决的办法有两个:一是反思式讨论, 二是深层次对话。
讨论有参与式讨论和反思式讨论两种。参与式讨论是指所有参与者可自由说出自己的见解, 你陈述你的想法, 我陈述我的观点。参与式讨论对某些问题较易达成决议, 但缺乏参与者意见的交锋, 很少产生品质佳的决议。反思式讨论以挑战自己的思考为起点, 通过反思式讨论可以发现, 曾经被视为理所当然的事实常常只是一种先入为主的成见、一种对实际情况的假设, 从而可以不断完善假设条件与结论。
深层次对话是彼此用心聆听, 坦率诚恳地说出隐藏在心中的假设条件, 彼此检验和自我反省思考问题的思维过程, 从而揭发思维和真实之间的不一致性, 主动观察自己的思维模式。深层次对话有助于实现对复杂问题认识的自我超越, 使群体进入一种个人无法单独进入的不断发展与改变的“智慧的汇集”。
(六) 战略(作战) 风险分析方面:研讨式对抗推演是风险分析的重要手段, 要注重人机结合、以人为主军事系统的复杂性来源于“人”的对抗性、主动性、自适应性与协同性, 即复杂的相互关系与相互作用, 风险的不确定性也是基于此。这种对抗作用离开了人的直接参与, 是难以准确把握的。对抗推演是研究军事对抗性问题的重要方式, 也是研究风险评估的重要手段。因此在进行风险分析时, 应该注重采用“人机结合、以人为主”的对抗推演模式。军事上的对策组合是无穷尽的, 我们不可能对所有的对策组合进行风险分析。但是聪明的专家群体总是会通过研讨, 选择较好的对策, 以便把最大风险留给对抗的对手。尽管对抗推演并不能推演所有的对抗方案组合, 但基本覆盖了主要的、最可能出现的对策组合。因此, 研讨式的对抗推演是风险分析的理想手段。研讨式的对抗推演不是连续推演, 而是分阶段或分对局的反复推演和研讨, 使对抗性推演与合作性研讨穿插进行, 以深化对风险的认识。
四、几点思考
通过前面的军事系统复杂性的分析, 了解了军事系统复杂性的特点, 并由复杂系统理论得到了一些有益的启示, 从而也促使我们进行思考, 形成一些利用复杂系统理论研究解决军事系统工程问题的思路。
(1) 加强复杂系统理论相关实用技术研究, 加强系统科学与军事科学的有机结合, 从而展开军事系统复杂性的研究。当前重点是要理清军事系统复杂性的根源、特点及表现形式, 分析军事复杂系统整体涌现行为的产生机理, 以及军事复杂系统的演化规律, 为研究复杂军事系统提供理论与技术的支持。
(2) 加强复杂系统理论在军事上应用的研究, 针对复杂军事系统研究中的重大课题, 利用复杂系统理论, 特别是复杂系统建模方法, 进行军事系统构模。目前重点是应用复杂系统理论, 探索作战实验室的建设, 探索基于A g e n t 的军事建模方法, 探索体系作战效能评估技术, 探索“人机结合、以人为主”的研究复杂军事系统的手段与工具。
(3) 深入进行从定性到定量综合集成研讨厅体系结构研究, 特别是对从定性到定量综合集成方法的具体实现技术进行探索, 对综合研讨支持手段进行试验, 确实提出一套可有效支持专家群体深层次研讨的支持工具。为此需要不断探索军事科研的新模式, 以探索用从定性到定量综合集成方法支持军事科研手段变革的途径。
(4) 深入进行复杂军事系统行为规则的研究与梳理, 特别是要探索抽取系统基本组元行为的基本规则的途径与方法, 这是构建A g e n t 智能主体模型的关键技术。要深入研究分析智能主体基本规则与系统整体涌现行为之间的关系, 以探索智能主体基本规则的组合技术, 以及研究军事系统的个体行为产生整体的涌现行为的机理。