mas聯(lián)合戰(zhàn)役目標(biāo)自動(dòng)生成系統(tǒng)中多agen間的協(xié)作

mas聯(lián)合戰(zhàn)役目標(biāo)自動(dòng)生成系統(tǒng)中多agen間的協(xié)作

0戰(zhàn)略決策模擬驗(yàn)證在信息戰(zhàn)爭(zhēng)條件下的聯(lián)合作戰(zhàn)條件下，提高我軍高級(jí)干部的作戰(zhàn)模擬訓(xùn)練要求如下三個(gè)方面：1）在思定作業(yè)中，我軍學(xué)生制定的決心計(jì)劃被模擬和驗(yàn)證。在模擬和驗(yàn)證過程中，藍(lán)軍需要一個(gè)非常精確的作戰(zhàn)計(jì)劃。2）支持戰(zhàn)略與戰(zhàn)爭(zhēng)的綜合訓(xùn)練。戰(zhàn)爭(zhēng)和戰(zhàn)爭(zhēng)的戰(zhàn)爭(zhēng)戰(zhàn)略決策應(yīng)以雙方學(xué)生創(chuàng)造的戰(zhàn)略和戰(zhàn)略決策決策為基礎(chǔ)，自動(dòng)生成紅蘭和藍(lán)蘭戰(zhàn)役的決心計(jì)劃，并驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)爭(zhēng)模擬系統(tǒng)的運(yùn)作。3）在“人機(jī)”對(duì)抗模擬中，需要自動(dòng)生成方案。由此,對(duì)聯(lián)合戰(zhàn)役決心方案自動(dòng)生成系統(tǒng)(SystemofAutomaticDecision-MakingofJointCampaign,SADMJC)提出了強(qiáng)烈的應(yīng)用需求。結(jié)合我們的實(shí)際情況,選定在支持戰(zhàn)略決策模擬驗(yàn)證的應(yīng)用背景下研究SADMJC,并以聯(lián)合封鎖戰(zhàn)役決心方案自動(dòng)生成系統(tǒng)為原型系統(tǒng)。該研究采用分布式人工智能的多主體系統(tǒng)理論(Multi-AgentSystem,MAS),運(yùn)用中科院計(jì)算技術(shù)研究所的多主體系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)MAGE為開發(fā)環(huán)境。在頂層,系統(tǒng)由任務(wù)Agent、聯(lián)指Agent、海指Agent、空指Agent、陸指Agent、第二炮兵Agent組成,擔(dān)負(fù)軍種指揮功能的Agent下層是兵種Agent。任務(wù)Agent的功能為受領(lǐng)戰(zhàn)役任務(wù),對(duì)任務(wù)進(jìn)行分解并向軍種Agent分配。軍種Agent進(jìn)行局部決策,形成局部決心方案并上傳給聯(lián)指Agent。聯(lián)指Agent主要進(jìn)行決策地融合和協(xié)調(diào)各軍種Agent的工作。系統(tǒng)運(yùn)行中,當(dāng)任務(wù)的難易程度超過了個(gè)體的能力,單個(gè)Agent難以完成時(shí),協(xié)作行為必不可少,它是信息化戰(zhàn)爭(zhēng)條件下一體化聯(lián)合作戰(zhàn)的必然要求和體現(xiàn)。1海指agent的特點(diǎn)Agent間協(xié)作的時(shí)機(jī)主要是:(1)針對(duì)某一任務(wù),單個(gè)Agent由于所屬兵力作戰(zhàn)能力的不足而無法完成任務(wù),即兵力的作戰(zhàn)能力小于完成某一任務(wù)所需要的能力,需要其他Agent支援配合;(2)能執(zhí)行某任務(wù),但其執(zhí)行任務(wù)的某個(gè)行動(dòng),依賴于其他Agent;(3)存在命令,由上級(jí)Agent根據(jù)效用思維進(jìn)行推理認(rèn)為,某些兵力聯(lián)合執(zhí)行任務(wù)效用最好,即以消息的形式下達(dá)命令。Agent間協(xié)作的特點(diǎn)主要是:(1)這里的協(xié)作與商務(wù)領(lǐng)域中研究的基于市場(chǎng)機(jī)制的競(jìng)爭(zhēng)、投標(biāo)、合同的協(xié)作方式截然不同。在軍事作戰(zhàn)領(lǐng)域,不存在投標(biāo)、中標(biāo)等問題,而是任務(wù)、命令、指示等。在Agent間的相互關(guān)系上,不是競(jìng)爭(zhēng)、欺騙等關(guān)系,而是指揮控制、協(xié)同、隸屬、支援、掩護(hù)等關(guān)系。(2)從宏觀上講,各Agent的目標(biāo)是相同的,那就是相互合作地去制定一個(gè)科學(xué)、合理,最低要求也應(yīng)是可行的聯(lián)合戰(zhàn)役決心方案,謀求戰(zhàn)役的勝利。但為了實(shí)現(xiàn)總體目標(biāo),在任務(wù)這一層次上,各Agent的任務(wù)是不同的,它們的局部目標(biāo)也是不同的,但都要促成總體目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),都要服從并服務(wù)于本次聯(lián)合戰(zhàn)役的總體目標(biāo)和企圖。海指Agent充當(dāng)海軍指揮者(群體)的角色,履行海軍指揮的功能,受領(lǐng)任務(wù)后從海軍作戰(zhàn)角度去制定決心方案。同理,空指Agent、二炮Agent、陸指Agent分別從不同的方面去制定戰(zhàn)役決心方案,但始終是在聯(lián)合戰(zhàn)役總?cè)蝿?wù)的牽引和控制下。(3)這里的協(xié)作不僅僅體現(xiàn)在任務(wù)、能力等方面,也體現(xiàn)在戰(zhàn)場(chǎng)空間的利用、作戰(zhàn)時(shí)間、作戰(zhàn)行動(dòng)的序列順序、力量的組合使用方式等方面,目的是為了充分發(fā)揮綜合作戰(zhàn)能力,將各種作戰(zhàn)力量、各種作戰(zhàn)方式、作戰(zhàn)手段、各種作戰(zhàn)行動(dòng)以及其他相關(guān)因素,在作戰(zhàn)的全時(shí)空內(nèi)有機(jī)巧妙地結(jié)合起來,使地面作戰(zhàn)、空中作戰(zhàn)、海上作戰(zhàn)、信息作戰(zhàn)等融為一體;使陸軍、海軍、空軍、第二炮兵諸戰(zhàn)投軍團(tuán),與電子戰(zhàn)部隊(duì)、特種作戰(zhàn)部隊(duì)等多種戰(zhàn)役力量形成整體布勢(shì);使陸、海、空、天、電各戰(zhàn)場(chǎng)形成一體化;使各作戰(zhàn)方向形成一體化;使各作戰(zhàn)樣式形成一體化。它是信息化戰(zhàn)爭(zhēng)條件下一體化聯(lián)合作戰(zhàn)的必然要求和體現(xiàn),是體系對(duì)抗的必然要求。(4)這里的協(xié)作具有層次性。軍種指揮Agent間有協(xié)作,其下層兵種Agent間也有協(xié)作。2簡(jiǎn)易程度dif的量化完成任務(wù)所需要的能力,與任務(wù)的難易程度有關(guān)。把任務(wù)的難易程度從兵力能力、指揮水平、士氣、作戰(zhàn)環(huán)境條件、風(fēng)險(xiǎn)等方面進(jìn)行量化(限于篇幅不在本文討論),設(shè)某一任務(wù)其難度值為Dif。Agent間協(xié)作過程分為三個(gè)階段:2.1可選擇的協(xié)作伙伴進(jìn)行協(xié)作問題求解的前提是群組有能力實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。為了刻畫群組的能力,可以將集體的能力建立在Agent個(gè)體對(duì)決策(規(guī)劃)的執(zhí)行能力上,即集體能力以Agent個(gè)體執(zhí)行某個(gè)行動(dòng)或某項(xiàng)任務(wù)的能力為基礎(chǔ)。要找到可行的協(xié)作伙伴,用規(guī)則的形式來明確可選擇的協(xié)作伙伴。規(guī)則的形式如下:原執(zhí)行實(shí)體:任務(wù):可選擇的合作實(shí)體原執(zhí)行實(shí)體和可選擇的執(zhí)行實(shí)體都用實(shí)體在數(shù)據(jù)庫(kù)中的Id標(biāo)識(shí)來表示。用SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ),舉例如下:原執(zhí)行實(shí)體和任務(wù)為前件,可選擇的合作實(shí)體為后件。在邏輯上表達(dá)了:若用“13”標(biāo)識(shí)的實(shí)體執(zhí)行任務(wù)“切斷進(jìn)出XX港的海上交通線”,實(shí)體能力不足以完成任務(wù)時(shí),那么可選擇的合作實(shí)體為“51”、“56”、“85”、“96”所標(biāo)識(shí)的實(shí)體。采用正向推理算法。2.2武器裝備體系能力的結(jié)構(gòu)方程協(xié)作潛力的辨識(shí)階段后,協(xié)作發(fā)起者有了初步的候選群組,他們協(xié)作后可能有能力實(shí)現(xiàn)合作發(fā)起者的目標(biāo),但不是一定有能力完成任務(wù),實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。需要量化協(xié)作后的能力,然后與任務(wù)的難度值比較。對(duì)協(xié)作后兵力作戰(zhàn)能力的量化,屬于聯(lián)合或合同作戰(zhàn)能力的量化,需要上升到體系層次。這是當(dāng)前作戰(zhàn)能力量化研究中的難點(diǎn)所在。如何把很多平臺(tái)、武器裝備、電子信息系統(tǒng)等聯(lián)合、綜合、集成為一整體,完成任務(wù),特別是聯(lián)合作戰(zhàn)任務(wù),是體系概念產(chǎn)生的土壤和研究的目標(biāo)。高技術(shù)條件下的聯(lián)合戰(zhàn)役,戰(zhàn)役對(duì)抗因素間的聯(lián)系更加復(fù)雜、緊密,戰(zhàn)役整體性表現(xiàn)得越加明顯,這是體系概念產(chǎn)生的實(shí)踐環(huán)境。更重要的是,C4ISR系統(tǒng)作為武器裝備系統(tǒng)的“粘合劑”和兵力作戰(zhàn)能力的“倍增器”,能夠使各軍兵種和各種武器裝備系統(tǒng)聯(lián)成一體,對(duì)作戰(zhàn)空間具備主導(dǎo)性感知度,這是體系概念產(chǎn)生可行性的基本依據(jù)。根據(jù)上述武器裝備體系概念產(chǎn)生的現(xiàn)實(shí)環(huán)境、科學(xué)技術(shù)依據(jù)和體系的內(nèi)涵,同時(shí)考慮到本研究的層次是在聯(lián)合戰(zhàn)役層次,不再拘束于武器裝備底層的基礎(chǔ)作戰(zhàn)技術(shù)指標(biāo),而上升到行為層次,體系的整體行為是各智能體相互作用得出的組織行為。通過研究各分能力、行為在整體中的相互作用,各分能力、行為對(duì)作戰(zhàn)整體能力貢獻(xiàn)大小,來計(jì)算體系的能力。設(shè)A為Agent集合,ρ為要完成的任務(wù)或要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo),針對(duì)任務(wù)ρ,若干Agent合作后的能力為CanG(A,ρ):CanG(A,ρ)=aK1Pα1Wβ1surfβ1surfEγ1surfγ1surf+bK2Pα2Wβ2airβ2airEγ2airγ2air+cK3Pα3Wβ3subβ3subEγ3subγ3sub其中,Ki是調(diào)整系數(shù);a、b、c是發(fā)生對(duì)水面(地面)目標(biāo)作戰(zhàn)、對(duì)空作戰(zhàn)、反潛作戰(zhàn)的概率;P是平臺(tái)能力;W是(對(duì)水面地面目標(biāo)、空中目標(biāo)、水下目標(biāo)作戰(zhàn))武器系統(tǒng)能力;E是信息系統(tǒng)能力;αi、βi、γi分別是平臺(tái)、武器系統(tǒng)、電子系統(tǒng)對(duì)作戰(zhàn)能力貢獻(xiàn)大小的數(shù)量表征。只有協(xié)作后的能力滿足要求的,才有可能真正成為協(xié)作伙伴,表示為:CanG(A,ρ)>K·Gif,K為倍數(shù)。2.3多目標(biāo)模糊優(yōu)選合作方案經(jīng)過上述量化過程后,就把那些協(xié)作后能力仍達(dá)不到要求的實(shí)體過濾掉了,只剩下協(xié)作后能力滿足要求的實(shí)體。但是,與不同的協(xié)作者合作執(zhí)行任務(wù)所達(dá)到的預(yù)期可能目標(biāo)的程度卻不相同,將根據(jù)合作完成任務(wù)的作戰(zhàn)效能來優(yōu)選合作方案,決定最后與誰(shuí)協(xié)作。對(duì)作戰(zhàn)效能的評(píng)估總是在特定的戰(zhàn)爭(zhēng)系統(tǒng)層次上進(jìn)行的,并與作戰(zhàn)任務(wù)相關(guān),因此,作戰(zhàn)效能評(píng)估是圖1所示三維空間的一個(gè)特定點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的。各層次系統(tǒng)功能之間的聯(lián)系決定了各層次系統(tǒng)效能參數(shù)之間的聯(lián)系。層次結(jié)構(gòu)中每一層的效能參數(shù)依賴于其下屬各層的參數(shù)。根據(jù)圖1所示戰(zhàn)爭(zhēng)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu),這里根據(jù)作戰(zhàn)效能對(duì)協(xié)作方案的優(yōu)選,既要分析武器系統(tǒng)自身在特定作戰(zhàn)任務(wù)環(huán)境中完成任務(wù)的程度,分析武器系統(tǒng)在特定作戰(zhàn)任務(wù)環(huán)境中對(duì)所屬更高一級(jí)作戰(zhàn)系統(tǒng)所做貢獻(xiàn)的程度,又要分析多個(gè)同類或不同類的武器系統(tǒng)在同一作戰(zhàn)任務(wù)環(huán)境中采取不同戰(zhàn)術(shù)組合或做不同作戰(zhàn)使用時(shí)的效能,比較不同類武器系統(tǒng)在同一作戰(zhàn)任務(wù)環(huán)境中的效能表現(xiàn)。這里采用多層次多目標(biāo)模糊優(yōu)選方法,對(duì)合作方案進(jìn)行優(yōu)選。步驟為:(1)設(shè)經(jīng)過2.2節(jié)量化以后,剩下n個(gè)滿足能力要求的實(shí)體,即有n種可協(xié)作的方案;(2)建立分層評(píng)價(jià)指標(biāo)體系;(3)某一層的m個(gè)指標(biāo),對(duì)n個(gè)方案的評(píng)價(jià)得到評(píng)判矩陣R=(rij);(4)m個(gè)指標(biāo)的權(quán)重向量ω=(ω1,ω2,…,ωm)T,某一協(xié)作方案j與優(yōu)等協(xié)作方案的差異用廣義距離表示為:djg=√m∑i=1[ωi(gi-rij)]2djg=∑i=1m[ωi(gi?rij)]2?????????????√與劣等協(xié)作方案差異的廣義距離表示為:djb=√m∑i=1[ωi(rij-bi)]2djb=∑i=1m[ωi(rij?bi)]2?????????????√其中:gi=(maxmri1i=1,maxmri2i=1,?,maxmrini=1)bi=(minmri1i=1,minmri2i=1,?,minmrini=1)gi=(maxri1i=1m,maxri2i=1m,?,maxrini=1m)bi=(minri1i=1m,minri2i=1m,?,minrini=1m)設(shè)協(xié)作方案j對(duì)優(yōu)等協(xié)作方案的隸屬度為uj,在模糊集合論中隸屬度也可以定義為權(quán)重。為了完善的表達(dá)方案j與優(yōu)等方案的距離,距優(yōu)距離以u(píng)j作為權(quán)重,則加權(quán)距優(yōu)距離、加權(quán)距劣距離分別為:Djg=uj√m∑i=1[ωi(gi-rij)]2Djb=(1-uj)√m∑i=1[ωi(rij-bi)]2Djg=uj∑i=1m[ωi(gi?rij)]2?????????????√Djb=(1?uj)∑i=1m[ωi(rij?bi)]2?????????????√建立如下優(yōu)化準(zhǔn)則:方案的加權(quán)距優(yōu)距離平方與加權(quán)距劣距離平方之總和為最小,即目標(biāo)函數(shù)為:min(D2jg+D2jb)=u2j{m∑i=1[ωi(gi-rij)]2}+(1-uj)2{m∑i=1[ωi(rij-bi)]2}min(D2jg+D2jb)=u2j{∑i=1m[ωi(gi?rij)]2}+(1?uj)2{∑i=1m[ωi(rij?bi)]2}解得:uj=11+m∑i=1[ωi(gi-r