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基于云模型的信息化條件下軍事訓(xùn)練效果研究*

范陽(yáng)濤，汪民樂，朱亞紅，陳大雷

(第二炮兵工程大學(xué)，陜西 西安710025)

摘要：針對(duì)信息化條件下軍事訓(xùn)練凸顯出的新特征規(guī)律，借鑒云理論的原理，提出基于云模型的信息化條件下軍事訓(xùn)練效果評(píng)估模型。系統(tǒng)地描述評(píng)估指標(biāo)體系的構(gòu)建方法和云模型評(píng)估步驟，綜合運(yùn)用云模型云發(fā)生器、云合并算法、多屬性評(píng)價(jià)方法，有效解決信息化條件下軍事訓(xùn)練效果評(píng)估中定性描述與定量綜合計(jì)算的問題。最終通過實(shí)例證明此方法能較好地融合主客觀信息，有效地集成了模糊性和隨機(jī)性，簡(jiǎn)單易行，可操作性強(qiáng)，為訓(xùn)練效果評(píng)估提供了一種有效方法，對(duì)定性綜合評(píng)估研究具有參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：軍事訓(xùn)練；云模型；指標(biāo)體系；多屬性評(píng)價(jià)

0引言

軍事訓(xùn)練作為一種重要而特殊的社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)，與人類社會(huì)技術(shù)形態(tài)進(jìn)步、戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)演進(jìn)、軍隊(duì)現(xiàn)代化建設(shè)同步發(fā)展，與國(guó)家政治、經(jīng)濟(jì)、科技和安全形勢(shì)密切相關(guān)[1]。伴隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展、戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)的日益演變和現(xiàn)實(shí)軍事斗爭(zhēng)準(zhǔn)備需求，促使軍事訓(xùn)練不斷向信息化條件下邁進(jìn)。如何有效的發(fā)揮信息化條件下軍事訓(xùn)練作為戰(zhàn)爭(zhēng)“預(yù)實(shí)踐”的功能，如何有效的定量評(píng)估訓(xùn)練效果越來越成為研究的一個(gè)重要問題。

然而，目前對(duì)信息化條件下軍事訓(xùn)練效果的評(píng)估還沒有建立有效的評(píng)估方法。通常將模糊評(píng)估理論、灰色評(píng)估理論、層次分析法(AHP)、德菲爾方法、多元統(tǒng)計(jì)分析方法應(yīng)用在軍事訓(xùn)練效果評(píng)估領(lǐng)域。然而在評(píng)估的過程中存在許多定性指標(biāo)以及區(qū)間數(shù)形式的定量指標(biāo)，指標(biāo)數(shù)據(jù)的獲取存在模糊性和不確定性問題，評(píng)估效果都不是特別理想。如何表示和處理這些不確定性，一直是軍事訓(xùn)練效果評(píng)估研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)[2-3]。本文基于云模型理論，把自然語(yǔ)言中定性概念的模糊性和隨機(jī)性綜合在一起，解決了定性與定量概念的統(tǒng)一，更客觀反應(yīng)了評(píng)估指標(biāo)的特征，使訓(xùn)練效果的綜合評(píng)價(jià)更加客觀。

1信息化條件下軍事訓(xùn)練效果評(píng)估指標(biāo)體系

1.1指標(biāo)體系構(gòu)建過程

構(gòu)建信息化條件下評(píng)估指標(biāo)體系關(guān)鍵在于評(píng)估指標(biāo)對(duì)訓(xùn)練效能所起的影響，一般應(yīng)該具備完備性、客觀性、科學(xué)性。在實(shí)際研究中，訓(xùn)練效能評(píng)估指標(biāo)體系的構(gòu)造是一個(gè)“具體-抽象-具體”的辯證邏輯思維過程，是對(duì)信息化條件下軍事訓(xùn)練的特點(diǎn)規(guī)律逐步深化、求精的過程。同時(shí)，指標(biāo)體系構(gòu)建也是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、不斷完善的過程，需要經(jīng)過多次反饋確定。其構(gòu)建過程如圖1所示。

圖1　指標(biāo)體系構(gòu)建過程Fig.1　Building process of index system

1.2指標(biāo)體系的建立

信息化條件下軍事訓(xùn)練是提高軍隊(duì)基于信息系統(tǒng)體系作戰(zhàn)能力的基本途徑，“能打仗、打勝仗”軍事訓(xùn)練的根本出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)?？紤]影響信息化條件下軍事訓(xùn)練的多方面因素，建立如表1所示的多層次指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)。

2云模型理論

云理論是由數(shù)據(jù)庫(kù)中的知識(shí)發(fā)現(xiàn)即數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)(knowledge discovery database，KDD)中發(fā)展起來的，體現(xiàn)定性與定量之間的不確定性轉(zhuǎn)換，體現(xiàn)概念亦此亦彼的“軟”邊緣性的理論，已成為模糊數(shù)據(jù)發(fā)掘和信息處理的有力工具[4-5]。

表1　信息化條件下軍事訓(xùn)練效果評(píng)估體系

2.1云的定義

2.2云模型的數(shù)字特征[6-7]

云用期望值Ex，熵En和超熵He3個(gè)數(shù)字特征值來表征。如圖2所示。

期望Ex：是概念在論域中的中心值，即在論域空間中最能夠代表這個(gè)定性概念的點(diǎn)，是這個(gè)概念量化的最典型樣本點(diǎn)。熵En：代表一個(gè)定性概念的可度量粒度。通常熵越大，概念越宏觀。熵還反映了定性概念的不確定性，表示在論域空間可以被定性概念接受的取值范圍大小，即模糊度，是定性概念亦此亦彼性的度量。超熵He：也即熵En的熵，是熵的不確定性的度量，它反映代表定性概念值的樣本出現(xiàn)的隨機(jī)性，揭示了模糊性和隨機(jī)性的關(guān)聯(lián)。

圖2　云的數(shù)字特征Fig.2　Digital characteristics of the cloud

可見，云模型不再?gòu)?qiáng)調(diào)精確的函數(shù)表示，而是利用3個(gè)數(shù)字特征表示概念的不確定性，通過特定的計(jì)算機(jī)算法來實(shí)現(xiàn)定性概念和定量表示的不確定轉(zhuǎn)換，同時(shí)把模糊性(定性概念的亦此亦彼性)和隨機(jī)性(隸屬度的隨機(jī)性)完全集成到了一起。

2.3發(fā)生器

云發(fā)生器(cloud generator，CG)是指被軟件模塊化或硬件固化了的云模型生成算法，主要有正向云發(fā)生器和逆向云發(fā)生器2種，如圖3，4所示。正向云發(fā)生器(forw ard cloud generator)給定云的3個(gè)數(shù)字特征(Ex，En，He)，產(chǎn)生正態(tài)云模型的若干二維點(diǎn)—云滴drop(xi，ui)，稱為正向云發(fā)生器。逆向云發(fā)生器(backward cloud generator)是從給定數(shù)量的云滴中還原出一維云的3個(gè)數(shù)字特征(Ex，En，He)，實(shí)現(xiàn)從定量的數(shù)值向定性語(yǔ)言值的轉(zhuǎn)換[8]。

圖3　正向云發(fā)生器Fig.3　Positive cloud generator

圖4　逆向云發(fā)生器Fig.4　Reverse cloud generator

2.4云的合并算法

軍事訓(xùn)練效果評(píng)估可以看作是虛擬云的一種。虛擬云是按照某種應(yīng)用目的，對(duì)各個(gè)基云的數(shù)字特征進(jìn)行計(jì)算，將得到的結(jié)果作為新的數(shù)字特征構(gòu)造成一個(gè)新的云[9]。假設(shè)最終訓(xùn)練效果結(jié)果的云模型為T=SC(Ex，En，He)，則各單項(xiàng)因素的云模型Ti=SC(Exi，Eni，Hei)即為T的各個(gè)基云通過對(duì)Ti的邏輯運(yùn)算即可求出最終評(píng)估結(jié)果的云模型T考慮威脅程度決定準(zhǔn)則中各單項(xiàng)因素之間有較大聯(lián)系，擬采用虛擬云中綜合云的算法[10]：

(1)

式中：wi為指標(biāo)權(quán)重系數(shù)。

3云模型的信息化條件下軍事訓(xùn)練效果評(píng)估步驟

結(jié)合信息化條件下軍事訓(xùn)練的特點(diǎn)和云發(fā)生器、云算法等理論，得出了信息化條件下軍事訓(xùn)練效果評(píng)估過程如圖5所示。

圖5　信息化條件下軍事訓(xùn)練效果評(píng)估Fig.5　Evaluation of military training underinfor matization condition

3.1建立各指標(biāo)評(píng)估云模型

信息化條件下軍事訓(xùn)練效果每一個(gè)指標(biāo)的每一個(gè)評(píng)語(yǔ)都由一個(gè)云模型來描述，組成指標(biāo)評(píng)語(yǔ)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)云模型集。由于評(píng)語(yǔ)總是“強(qiáng)、一般、弱”之類的模糊概念，可以采用正態(tài)云來描述每個(gè)評(píng)語(yǔ)[11]。對(duì)存在雙邊約束(Tmin，Tmax)的指標(biāo)評(píng)語(yǔ)，如“較強(qiáng)”、“較弱”之類，可用期望值為約束條件中值,主要作用區(qū)域?yàn)殡p邊約束區(qū)域的云來近似這個(gè)評(píng)語(yǔ)，云參數(shù)計(jì)算為

(2)

式中：k為常數(shù)，可根據(jù)評(píng)語(yǔ)本身的模糊程度來具體調(diào)整。

對(duì)于只有單邊約束Tmin或Tmax的屬性評(píng)語(yǔ)，如“很強(qiáng)”、“很弱”等，可先確定其缺省邊界參數(shù)或缺省期望值,如評(píng)語(yǔ)“很差”的缺省期望值為0(指評(píng)分)，然后再參照式(2)計(jì)算云參數(shù)。

3.2各指標(biāo)云模型生成

主要根據(jù)采集得到數(shù)據(jù)，先通過逆向云產(chǎn)生器得到各指標(biāo)的云參數(shù)，云參數(shù)計(jì)算如式(3)。然后通過正向云產(chǎn)生器，形成各評(píng)價(jià)指標(biāo)的云模型[12-13]。

(3)

3.3指標(biāo)權(quán)重確定

權(quán)重的確定方法很多，如特爾菲法、層次分析法(AHP)、環(huán)比法、區(qū)間估計(jì)法和PC-LINMAP耦合法等。上述方法各有優(yōu)點(diǎn)，為了消除部分人為因素的影響，這里用以下公式確定權(quán)重：

(4)

式中：w1=1；n為指標(biāo)數(shù)，i為排隊(duì)等級(jí)(注：排隊(duì)等級(jí)是對(duì)指標(biāo)按其重要程度所作的一個(gè)排列，若認(rèn)為某幾個(gè)指標(biāo)同等重要?jiǎng)t它們處于同一等級(jí)，即不同指標(biāo)可能處于同一等級(jí))，再將wi歸一化處理即可得到權(quán)重Wi。

4算例計(jì)算分析

根據(jù)表1所示的指標(biāo)體系和圖5評(píng)估流程，重點(diǎn)對(duì)生存防護(hù)能力進(jìn)行評(píng)估計(jì)算，其他4項(xiàng)指標(biāo)評(píng)估方法照此類推。

4.1各指標(biāo)評(píng)價(jià)云模型建立

參照軍事訓(xùn)練要求和各指標(biāo)性質(zhì)，評(píng)價(jià)等級(jí)和其對(duì)應(yīng)的分值分別為：弱[0,45)、較弱(45,63]、一般(63,83]、較強(qiáng)(83,91]、強(qiáng)(91,100]。根據(jù)公式(2)分別計(jì)算出各等級(jí)云參數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)云如圖6所示。

4.2評(píng)估指標(biāo)數(shù)據(jù)采集與處理

由n個(gè)專家對(duì)生存防護(hù)能力各因素進(jìn)行評(píng)判，可得出n種狀態(tài)。為了算例的方便，可以在n種狀態(tài)中抽取100種狀態(tài)，為了保證評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性，抽取的樣本應(yīng)有一定的樣本容量，見表2。

表2　評(píng)估體系指標(biāo)狀態(tài)

根據(jù)公式(3)計(jì)算分別計(jì)算出，偽裝能力、機(jī)動(dòng)能力、核生化防護(hù)能力、防空反導(dǎo)能力的實(shí)際云特征參數(shù)值分別為：偽裝能力(75.3，4.3，0.15)、機(jī)動(dòng)能力(64.9，3.7，0.12)、核生化防護(hù)能力(52.3，2.8，0.35)、防空反導(dǎo)能力(43.6，3.1，0.22)，評(píng)測(cè)云圖如圖7所示。

4.3指標(biāo)權(quán)重確定

使用公式(4)對(duì)偽裝能力、機(jī)動(dòng)能力、核生化防護(hù)能力、防空反導(dǎo)能力指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，其結(jié)果如表3所示。

表3　各指標(biāo)的排隊(duì)等級(jí)及權(quán)重值

4.4指標(biāo)評(píng)估云合成計(jì)算

根據(jù)公式(1)云合并算法得到生存防護(hù)能力的云參數(shù)為

4.5指標(biāo)評(píng)估效果

將4.4中計(jì)算得到的生存防護(hù)能力云特征參數(shù)在評(píng)估等級(jí)云模型中進(jìn)行相似度匹配?？傻?，生存防護(hù)能力與“較弱”云模型匹配度最高，匹配云圖如圖8所示。由此可以得出結(jié)論，生存防護(hù)能力訓(xùn)練效果為較弱。

圖6　各等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)云Fig.6　Standard cloud of each rating

圖7　各指標(biāo)評(píng)估云Fig.7　Evaluating cloud of each index

圖8　評(píng)估結(jié)果匹配圖Fig.8　Match figure of evaluation results

5結(jié)束語(yǔ)

在以往對(duì)軍事訓(xùn)練效果等級(jí)評(píng)價(jià)中，所采用的數(shù)學(xué)方法主觀性較強(qiáng)，不利于反映概念的真實(shí)劃分。而本文所采用的云理論不但克服了數(shù)學(xué)用精確、唯一的隸屬函數(shù)嚴(yán)格表示模糊概念的缺點(diǎn)和概率理論非此即彼的缺點(diǎn)，而且結(jié)合多屬性評(píng)價(jià)方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)合理的處理，全面地量化各個(gè)屬性的數(shù)字特征，理論上實(shí)現(xiàn)了定性描述和定量計(jì)算之間轉(zhuǎn)換。實(shí)例證明，利用云模型能夠真實(shí)反映信息化條件下軍事訓(xùn)練效果，使評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀、真實(shí)，對(duì)軍事訓(xùn)練效果評(píng)估研究具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

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Research on the Military Training Effect Based on Cloud Model Under the Informatization Condition

FAN Yang-tao, WANG Min-le, ZHU Ya-hong, CHEN Da-lei

(The Second Artillery Engineering University,Shaanxi Xi’an 710025,China)

Abstract:Under the informatization condition, the military training has highlighted the new features. The military training effect evaluation model isestablished based on cloud theory. It systematically describes the construction of evaluation index system method and cloud model evaluation steps, and then by using cloud model cloud generator, cloud merging algorithm, multiple attribute evaluation method, it effectively solves the problem of qualitative description and quantitative comprehensive calculation during evaluating effects of military trainings. Finally, examples prove that this method can well combine subjective and objective information together and effectively integrate fuzziness and randomness, so it is a simple, feasible effective method for evaluating training effect and of reference value forqualitative comprehensive evaluation research.

Key words:military training; cloud model; index system; multi-attribute evaluation

中圖分類號(hào)：E91;TJ76

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-086X(2015)-02-0011-06

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2015.02.003

通信地址：710025陜西省西安市灞橋區(qū)洪慶鎮(zhèn)同心路2號(hào)2102分隊(duì)E-mail：fanwenmiaomiao@163.com

作者簡(jiǎn)介：范陽(yáng)濤(1985-)，男，陜西眉縣人。博士生，主要研究方向?yàn)閷?dǎo)彈作戰(zhàn)效能評(píng)估、作戰(zhàn)建模與仿真。

* 收稿日期：2014-03-13；
修回日期：2014-06-03