羅小明， 朱延雷， 何 榕

(1. 裝備學院航天指揮系，北京 101416； 2. 裝備學院研究生管理大隊，北京 101416)

基于復雜適應系統(tǒng)的裝備作戰(zhàn)試驗體系貢獻度評估

羅小明1， 朱延雷2， 何 榕2

(1. 裝備學院航天指揮系，北京 101416； 2. 裝備學院研究生管理大隊，北京 101416)

基于復雜適應系統(tǒng)(Complex Adaptive System, CAS)理論研究裝備作戰(zhàn)試驗體系貢獻度評估問題，為創(chuàng)新裝備試驗思維提供了一個新視角，也是裝備試驗理論創(chuàng)新和實踐應用的必然要求?；贑AS的體系作戰(zhàn)觀，探析了裝備作戰(zhàn)試驗體系貢獻度的基本概念，論述了裝備作戰(zhàn)試驗體系貢獻度試驗的主要內容及適應性，研究了基于改進ADC、探索性分析和Agent仿真建模的裝備作戰(zhàn)試驗體系貢獻度評估方法，為裝備作戰(zhàn)試驗體系貢獻度試驗與評估提供借鑒與指導。

裝備作戰(zhàn)試驗；體系貢獻度；復雜適應系統(tǒng)；涌現(xiàn)性

美國圣塔菲研究所(Santa Fe Institute, SFI)是一個專門研究復雜系統(tǒng)和復雜性問題的跨學科領域的研究機構，目前已發(fā)展成為世界著名的復雜系統(tǒng)問題研究中心。其主要成就是提出了復雜適應系統(tǒng)(Complex Adaptive System, CAS)理論及其研究方法[1]124-125。CAS理論是復雜性科學的重要組成部分，其核心思想是“適應性造就復雜性”[2]141?；贑AS理論探究裝備作戰(zhàn)試驗特點及規(guī)律，為創(chuàng)新裝備試驗思維提供了一個新視角。將CAS理論應用于裝備作戰(zhàn)試驗體系貢獻度評估，也是裝備試驗理論創(chuàng)新和實踐應用的必然要求。

1 基于CAS的體系作戰(zhàn)觀

體系是能夠得到進一步涌現(xiàn)性質的關聯(lián)或聯(lián)結的獨立系統(tǒng)的集合[3]。涌現(xiàn)是指體系中的各組分系統(tǒng)相互發(fā)生影響作用，產(chǎn)生“1+1>2”的過程，也是體系的基本特征。

適應性是指某一主體能夠與環(huán)境以及其他主體進行交互作用的一種特性。在這種持續(xù)的交互作用過程中，主體不斷地學習或積累經(jīng)驗，并根據(jù)學到的經(jīng)驗改變自身的結構和行為方式。依據(jù)CAS理論，可認為：適應性是體系得以涌現(xiàn)的基礎和推動力；適應性增強意味著體系結構演化和體系作戰(zhàn)效能的增強。基于這種認識，可認為作戰(zhàn)既是CAS之間的對抗，也是體系適應能力的對抗。

體系作戰(zhàn)是一種作戰(zhàn)要素齊全、作戰(zhàn)單元關聯(lián)、作戰(zhàn)力量聯(lián)動、具有完整行動鏈和整體聯(lián)動特性的全過程作戰(zhàn)[4-5]。戰(zhàn)斗力是體系作戰(zhàn)的一種“涌現(xiàn)”現(xiàn)象，即戰(zhàn)斗力是作戰(zhàn)要素之間及作戰(zhàn)要素與環(huán)境之間相互作用時整體涌現(xiàn)性的體現(xiàn)。戰(zhàn)斗力的發(fā)揮是作戰(zhàn)要素之間適應能力的內聚或外釋。信息化戰(zhàn)爭形態(tài)下的戰(zhàn)斗力系統(tǒng)實質是一個CAS，是由實體要素(人、武器裝備、體制編制)、滲透性要素(信息)、關系要素(適應性)(可稱其為“3+1+1”結構)生成和演化的過程，主要由武備力、人力、組織力、信息力和適應力構成[6]。

2 裝備作戰(zhàn)試驗體系貢獻度及其試驗的主要內容

2.1 裝備作戰(zhàn)試驗

裝備作戰(zhàn)試驗是指為獲取與裝備作戰(zhàn)適用性、作戰(zhàn)效能和體系貢獻度等相關的數(shù)據(jù)，將裝備置于接近真實的戰(zhàn)場環(huán)境中并和部隊使用結合起來，按照實際的作戰(zhàn)流程和任務剖面要求而進行的活動[7-8]。因此，作戰(zhàn)試驗具有“實兵、實裝、實情”(“三實”)相結合的特點，主要目的是考核裝備的作戰(zhàn)適用性、作戰(zhàn)效能及體系貢獻度。

2.2 裝備作戰(zhàn)試驗體系貢獻度

所謂貢獻是指一個體系的系統(tǒng)、功能以及各系統(tǒng)之間的作用和影響；而貢獻度是對這些作用和影響大小的直觀度量。

基于CAS的體系作戰(zhàn)觀，可認為：裝備體系貢獻度是指被試系統(tǒng)納入到作戰(zhàn)體系(直接任務作戰(zhàn)體系、聯(lián)合作戰(zhàn)體系)后，所形成的體系作戰(zhàn)效能(能力)以及使體系作戰(zhàn)效能(能力)在原有基礎上的變化程度(對己方體系作戰(zhàn)效能的提升程度和對敵方體系作戰(zhàn)效能的削弱程度)。因此，可采用3種方式來界定裝備作戰(zhàn)試驗體系貢獻度的概念：1)在作戰(zhàn)體系中納入和使用被試系統(tǒng)后所產(chǎn)生的效能(能力)變化量(差值)或變化率(比值)，即納入和使用被試系統(tǒng)后的新作戰(zhàn)體系效能與原作戰(zhàn)體系效能的差值，或新作戰(zhàn)體系效能的增量與原作戰(zhàn)體系效能的比值；2)小體系效能占大體系效能的份額，小體系是由若干個被試的單體裝備或系統(tǒng)裝備(如偵打一體裝備)構成的作戰(zhàn)單元(通常指戰(zhàn)術裝備體系)，大體系是指納入或使用被試系統(tǒng)作戰(zhàn)單元后的裝備體系、直接任務作戰(zhàn)體系或聯(lián)合作戰(zhàn)體系；3)作戰(zhàn)體系中各組分系統(tǒng)或能力要素之間存在的影響作用或涌現(xiàn)效應，當這種影響關系為緊耦合時，貢獻者對受益者而言具有唯一性，即離開貢獻者所提供的支持，受益者無法完成任務，如信息系統(tǒng)提供的目標分配、指示和引導能力，武器系統(tǒng)必須依賴信息系統(tǒng)提供的目標信息才能實施火力打擊。在這種情況下，貢獻者的體系貢獻度可由受益者的需求來衡量，即貢獻者(信息系統(tǒng))所提供的支持滿足受益者(武器系統(tǒng))需求的程度。因此，根據(jù)貢獻者和受益者的作用關系，體系貢獻度可分為直接貢獻度、間接貢獻度；但從內涵上，體系貢獻度可分為需求滿足度和效能(能力)提升度；從度量方法上，體系貢獻度可分為絕對貢獻度和相對貢獻度。在進行裝備作戰(zhàn)試驗體系貢獻度評估時，可將直接貢獻度、間接貢獻度、絕對貢獻度和相對貢獻度4種貢獻度綜合起來評估。體系貢獻度的內涵是“對比”，分為體系中有無被試系統(tǒng)、體系中新老系統(tǒng)、體系中的不同組分系統(tǒng)或能力要素等，對比的內容為作戰(zhàn)體系中納入和使用被試系統(tǒng)前后的效能(能力)變化量或變化率，對比的結果就是貢獻度。

依據(jù)控制論觀點，作戰(zhàn)體系是一個特殊的可控系統(tǒng)，其 C4ISR(Command, Control, Communication, Computer, Intelligence, Surveillance, Reconnai-ssance)體系對應控制部分(ISR)和執(zhí)行部分(C4，或BM/C3(Battle Management, Command, Control, Communication))，武器系統(tǒng)對應作戰(zhàn)體系的傳感器(Sensor)、控制器(Controller)和執(zhí)行器(Actuator)[9]59。因此，體系內部貢獻度主要由感知系統(tǒng)(信息系統(tǒng)支持能力)、控制系統(tǒng)(指揮控制能力)和執(zhí)行系統(tǒng)(戰(zhàn)場機動能力、綜合防護能力、火力打擊能力)相互間的適應性以及由此產(chǎn)生的涌現(xiàn)性來決定，具體體現(xiàn)在信息協(xié)同能力和打擊協(xié)同能力(信火一體戰(zhàn)能力)發(fā)揮作用的有效程度上；體系外部貢獻度主要體現(xiàn)在被試系統(tǒng)對聯(lián)合作戰(zhàn)能力的影響作用(“增能”或“降能”)上。

對聯(lián)合作戰(zhàn)能力的度量，主要有3種方法[10]：聯(lián)合作戰(zhàn)能力大小(強度)、聯(lián)合作戰(zhàn)能力成功概率和兩者相結合的綜合度量法。聯(lián)合作戰(zhàn)能力的計算公式為

聯(lián)合作戰(zhàn)能力=戰(zhàn)果/(戰(zhàn)損×作戰(zhàn)時間),

式中：戰(zhàn)果主要衡量任務完成效益，如毀傷敵方各類目標或裝備的概率、數(shù)量和百分比，敵方傷亡、被俘人員、繳獲的裝備和資產(chǎn)、遭破壞的裝備和資產(chǎn)，兵力倍增系數(shù)和兵力交換比改善量，敵方作戰(zhàn)體系結構演化特性的降能程度等；戰(zhàn)損主要衡量任務完成代價，如己方各類彈藥的消耗數(shù)量，目標或裝備戰(zhàn)損概率、數(shù)量和百分比等，己方傷亡、被俘人員、遭破壞的裝備和資產(chǎn)，敵我兵力損耗交換比，己方作戰(zhàn)體系結構演化特性的降能程度等；作戰(zhàn)時間主要衡量任務完成效率，如壓制敵機場時間、壓制敵防空火力時間、壓制敵艦載或岸基雷達時間、預警機空中值班時間、干擾機留空時間、遲滯敵機動部隊行動時間、推進(機動)時間、作戰(zhàn)窗口時長、武器單元之間的協(xié)同時間、決策響應時間、OODA(Observe, Orient, Decide and Act)環(huán)時長、作戰(zhàn)響應時間、進攻(防御)戰(zhàn)斗持續(xù)時間等。

將聯(lián)合作戰(zhàn)行動分解為多個單項作戰(zhàn)任務，各單項作戰(zhàn)任務之間存在較為松散的關聯(lián)關系(松散耦合)，若每個單項作戰(zhàn)任務的作戰(zhàn)能力計算較簡單，則可按圖1所示的方法計算聯(lián)合作戰(zhàn)能力的成功概率?？蛇x擇效用函數(shù)算子、乘積算子、加權求和算子作為單項作戰(zhàn)成功概率與聯(lián)合作戰(zhàn)成功概率的聚合算子[9]111-114。

圖1 聯(lián)合作戰(zhàn)能力成功概率計算示圖

2.3 裝備作戰(zhàn)試驗體系貢獻度試驗的主要內容

裝備作戰(zhàn)試驗體系貢獻度試驗內容是為獲取作戰(zhàn)效能評估數(shù)據(jù)，分析納入和使用被試系統(tǒng)后作戰(zhàn)體系效能(能力)的變化量(變化率)而進行的試驗任務或試驗項目。其先期的基礎性工作是內容設計[11]。裝備作戰(zhàn)試驗體系貢獻度試驗可分為體系內部貢獻度試驗和體系外部貢獻度試驗2種，如圖2所示[7]。其中：體系內部貢獻度試驗主要考核被試系統(tǒng)對直接任務作戰(zhàn)體系的需求滿足度及效能(能力)提升度，重點考核被試系統(tǒng)對增強直接任務作戰(zhàn)體系機動能力、防護能力、指揮控制能力、打擊協(xié)同能力和信息協(xié)同能力的貢獻度；體系外部貢獻度試驗主要考核被試系統(tǒng)納入到聯(lián)合作戰(zhàn)體系后，聯(lián)合作戰(zhàn)體系效能(能力)的變化情況，重點考核被試系統(tǒng)對增強聯(lián)合作戰(zhàn)體系生存能力和信火一體戰(zhàn)能力的貢獻度。

圖2 裝備作戰(zhàn)試驗體系貢獻度試驗的主要內容

基于復雜性科學整體與部分辨證統(tǒng)一的觀點，被試裝備體系和聯(lián)合作戰(zhàn)體系具有功能涌現(xiàn)性的特點。結合裝備作戰(zhàn)試驗體系貢獻度試驗的主要內容及適應性分析結果，被試系統(tǒng)內、外部體系功能的涌現(xiàn)包括4個重要階段[12]。

1) 感知系統(tǒng)與控制系統(tǒng)各模塊相結合，涌現(xiàn)信息協(xié)同能力的階段。主要表現(xiàn)為信息系統(tǒng)的信息質量與決策質量，可用連通性、準確性、時效性來衡量。連通性是指體系各組分系統(tǒng)根據(jù)作戰(zhàn)需要，向體系內其他系統(tǒng)尋求、獲取、提供信息支持/指揮控制等的能力[13]，可用體系結構關系質量來衡量；準確性是指獲得信息和決策與任務需求之間的一致程度，可用綜合探測概率、組網(wǎng)通信能力及質量、武器協(xié)同精確性等指標來衡量；時效性是指從采集信息到獲得作戰(zhàn)指令所需的時間，可用作戰(zhàn)響應時間、決策響應時間或OODA環(huán)時長來衡量。

2) 執(zhí)行系統(tǒng)各模塊相互作用、結合，涌現(xiàn)打擊協(xié)同能力的階段。主要表現(xiàn)為遠程打擊能力、跨越打擊能力、全域打擊能力。遠程打擊能力是指打擊平臺配系在戰(zhàn)區(qū)外圍或敵方防區(qū)以外，對敵方戰(zhàn)略重心或要害目標實施“非接觸”(超視距、超殺傷半徑)的信息攻擊和火力打擊；跨越打擊能力是指部署在戰(zhàn)略縱深的武器平臺，通過遠距離的跨越機動對敵方縱深目標實施信息火力奔襲的能力；全域打擊能力是指利用部署在太空(臨近空間)的武器平臺，對敵方地面、海上和空中等戰(zhàn)略或要害目標實施信息攻擊和火力打擊的能力。

3) 感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)三者結合并相互作用，涌現(xiàn)信火一體戰(zhàn)能力的階段。信火一體戰(zhàn)打破了以往戰(zhàn)爭臨時調動、臨近打擊的力量部署和火力戰(zhàn)模式，依托原有的力量配系，在信息主導下廣域聚集作戰(zhàn)能量，并快速作用于敵方的戰(zhàn)略重心，通過多波次的持續(xù)打擊，重創(chuàng)敵方的戰(zhàn)爭體系和戰(zhàn)爭意志，實現(xiàn)“無處不達”。

4) 被試系統(tǒng)融入聯(lián)合作戰(zhàn)體系，并在聯(lián)合作戰(zhàn)環(huán)境條件下涌現(xiàn)聯(lián)合作戰(zhàn)能力的階段。主要表現(xiàn)為聯(lián)合作戰(zhàn)任務的完成程度。

3 裝備作戰(zhàn)試驗體系貢獻度評估方法

3.1 改進的ADC方法

ADC方法是美國工業(yè)界武器系統(tǒng)效能咨詢委員會(Weapon System Effectiveness Industry Advisory Committee, WSEIAC)于20世紀60年代中期為美空軍建立的效能模型[14]75。該模型中裝備系統(tǒng)效能為可用性(Availability)、可信性(Dependability)和固有能力(Capability)的函數(shù)。

筆者認為：作戰(zhàn)適用性是衡量裝備“能不能打仗”的重要指標，作戰(zhàn)效能和體系貢獻度則是衡量裝備“能不能打勝仗”的重要指標。因此，可用性、可信性本質上分別是裝備作戰(zhàn)適用性在開始執(zhí)行任務和執(zhí)行任務過程中所處狀態(tài)指標的具體表現(xiàn)。改進的ADC模型如圖3所示?；诟倪M的ADC模型可對被試裝備體系作戰(zhàn)效能(基礎效能)進行評估。裝備作戰(zhàn)效能(Operational Effectiveness)為E=A° D° C，其中：E為裝備作戰(zhàn)效能；A為裝備在開始執(zhí)行任務時作戰(zhàn)適用性矩陣(向量)；D為裝備在執(zhí)行任務過程中作戰(zhàn)適用性矩陣(向量)；C為裝備作戰(zhàn)能力矩陣(向量)，表示裝備完成規(guī)定作戰(zhàn)行動任務能力的指標；“° ”為評估聚合算子，表示A、D、C內部以及外部相互之間的影響作用。筆者建議：采用擬線性近似方法(主觀評定法、統(tǒng)計分析法、數(shù)學解析法)來反映A、D、C內部相互之間的影響作用；采用仿真模擬法(如數(shù)值模擬方法、模擬試驗方法、探索性分析方法、基于Agent和復雜網(wǎng)絡的仿真建模方法等)來揭示A、D、C外部相互之間的影響作用或涌現(xiàn)效應。

圖3 裝備作戰(zhàn)效能評估的改進ADC模型

3.2 探索性分析方法

探索性分析(Exploratory Analysis, EA)是美國蘭德(RAND)公司在20世紀90年代研究國防規(guī)劃和裝備體系論證問題時，提出的一種用于面向高層次系統(tǒng)規(guī)劃與論證的不確定性分析方法，可對各種不確定性因素所對應的結果進行整體研究。該方法全面分析了各種不確定性要素對結果的影響程度。

探索性分析的目的在于：1)全面理解不確定性因素對問題的影響；2)探索能夠完成相應任務所需要的系統(tǒng)能力和策略，從而全面考察大量不確定性條件下各種方案的不同結果，達到能力規(guī)劃和方案尋優(yōu)的目的?；谔剿餍苑治龇椒?，可從3個方面探究被試裝備體系和聯(lián)合作戰(zhàn)體系中主要影響因素和作戰(zhàn)能力指標之間的關聯(lián)關系，即形成基礎能力(信息系統(tǒng)支持能力、指揮控制能力、戰(zhàn)場機動能力、綜合防護能力、火力打擊能力)，生成信息協(xié)同能力、打擊協(xié)同能力和信火一體戰(zhàn)能力，涌現(xiàn)聯(lián)合作戰(zhàn)能力，并以動態(tài)、整體和對抗的方式探索分析被試系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)之間的影響作用或涌現(xiàn)效應，求解近似最優(yōu)解、不確定性因素的重要性排序以及面向復雜系統(tǒng)的體系作戰(zhàn)能力度量。

海斯(J. A. Highsmith)在描述復雜系統(tǒng)的復雜行為時提出：“復雜行為=簡單規(guī)則+豐富關聯(lián)”[2]145。

鑒于此，筆者認為：可采用探索性分析方法描述被試系統(tǒng)直接任務作戰(zhàn)體系和聯(lián)合作戰(zhàn)體系中實體間的關聯(lián)關系或交互，從而對作戰(zhàn)體系結構、功能和行為演化特性，以及作戰(zhàn)體系各組分系統(tǒng)或能力要素之間的影響作用或涌現(xiàn)效應進行建模，對作戰(zhàn)體系內各組分系統(tǒng)的相互貢獻度進行評估。其仿真與評估過程如圖4所示[14]146-149。

圖4 基于探索性分析的裝備作戰(zhàn)試驗體系 貢獻度仿真與評估過程

3.3 基于Agent的仿真建模方法

CAS將復雜系統(tǒng)的主要特性描述為涌現(xiàn)行為和自組織性，而體系貢獻度正是通過相互影響作用或功能涌現(xiàn)形成的。而Agent的建模方法(Agent-Based Modeling, ABM)可對作戰(zhàn)體系中各要素間的交互規(guī)則進行設定和分析，因此對CAS進行建模可選用Agent的建模方法。Agent模型主要由實體模型、關系模型、自適應學習模型、相互作用模型和信息與決策模型構成，各種模型構成及模型間的關系與運行環(huán)境如圖5所示。

圖5 基于Agent的仿真模型構成及 模型間的關系與運行環(huán)境

1) 實體模型。主要是抽象出被試系統(tǒng)遂行直接和聯(lián)合作戰(zhàn)中的特征實體，包括感知系統(tǒng)(Agent感知并有選擇性地接收作戰(zhàn)環(huán)境信息)、控制系統(tǒng)(Agent根據(jù)規(guī)則進行指揮決策與作戰(zhàn)控制)、執(zhí)行系統(tǒng)(Agent做出機動、防護或打擊反應)3個模塊。Agent能根據(jù)反饋動態(tài)地調整自己的行為和規(guī)則。

2) 關系模型。主要是描述被試系統(tǒng)遂行直接和聯(lián)合作戰(zhàn)中的偵察探測、指揮控制、戰(zhàn)場機動、綜合防護、火力打擊等復雜的靜態(tài)和動態(tài)關聯(lián)關系。

3) 自適應學習模型。Agent的智能主要體現(xiàn)在其學習能力上，Agent學習包括規(guī)則的篩選和新規(guī)則的產(chǎn)生。自適應模型主要是描述產(chǎn)生指揮與控制組織結構的機制，以及被試系統(tǒng)遂行直接和聯(lián)合作戰(zhàn)中的偵察探測、指揮控制、戰(zhàn)場機動、綜合防護和火力打擊等要素，包括實體的自適應建模和系統(tǒng)的自組織性建模。

4) 相互作用模型。包括實體行為對遂行直接和聯(lián)合作戰(zhàn)環(huán)境的作用，以及遂行直接和聯(lián)合作戰(zhàn)行動任務對實體環(huán)境的影響。

5) 信息與決策模型。主要反映信息系統(tǒng)對體系要素能力和任務能力支持的運行機理，重點考核信息系統(tǒng)支持能力、指揮控制能力對遂行直接及聯(lián)合作戰(zhàn)行動任務的影響關系或變化情況。

筆者認為：可采用基于Agent的仿真建模方法，按照被試系統(tǒng)遂行直接和聯(lián)合作戰(zhàn)的任務剖面及作戰(zhàn)流程，設計被試裝備體系和聯(lián)合作戰(zhàn)體系中各要素間的交互規(guī)則，分析體系內、外部作戰(zhàn)適應能力的演化機制及效能涌現(xiàn)特性，評估裝備體系內、外部貢獻度。其仿真與評估過程如圖6所示[1]130-131,[15]。

圖6 基于Agent的裝備體系貢獻度仿真與評估過程

4 結論

CAS理論為人們深刻認知、分析、設計、評估、控制和管理復雜系統(tǒng)提供了新的思想。引入CAS理論，將裝備作戰(zhàn)試驗作為復雜適應系統(tǒng)來研究，并對被試裝備體系內外部適應能力生成、演化機制和涌現(xiàn)效應進行理論分析具有積極而現(xiàn)實的應用價值。目前，我軍裝備作戰(zhàn)試驗尚處在研究和發(fā)展階段，關于體系貢獻度評估更是一項全新的研究課題。本文基于CAS的體系作戰(zhàn)觀，從裝備體系貢獻度試驗的主要內容及評估方法2個方面進行了研究。下一步還需要在體系貢獻度評估方法、仿真系統(tǒng)實現(xiàn)與實際應用方面開展深入探索。

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(責任編輯:王生鳳)

Evaluation of Contribution for Equipment Operational Test System Based on Complex Adaptive System

LUO Xiao-ming1, ZHU Yan-lei2, HE Rong2

(1. Department of Space and Command, Academy of Equipment, Beijing 101416, China;2. Brigade of Postgraduate Management, Academy of Equipment, Beijing 101416, China)

Research on evaluation of contribution for equipment operational test system based on Complex Adaptive System(CAS)provides a new perspective for innovating thought of equipment test, and is also a necessary requirement for theoretical innovation and practical application of equipment test. With the system operational view based on CAS, this paper explores the basic concept of equipment operational test system contribution, discusses the main content and adaptability of test for equipment operational test system contribution, studies the evaluation methods of equipment operational test system contribution based on improved ADC, exploratory analysis and Agent simulation modeling. It provides reference or guidance for test and evaluation for equipment operational test system contribution.

equipment operational test; system contribution; Complex Adaptive System (CAS); emergent properties

1672-1497(2015)02-0001-06

2014-11-26

軍隊科研計劃項目

羅小明(1966-)，男，教授，博士。

E252

A

10.3969/j.issn.1672-1497.2015.02.001