沈壽林

（南京陸軍指揮學(xué)院，江蘇 南京210045）

1 引 言

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，戰(zhàn)斗與戰(zhàn)役的界限越來越模糊，二者相互融合的趨勢越來越明顯。一方面，小戰(zhàn)斗大目的、小部隊大任務(wù)、小行動大決策，一場戰(zhàn)斗就可以決定戰(zhàn)爭的勝負，戰(zhàn)斗在戰(zhàn)爭中的地位越來越重要。另一方面，戰(zhàn)斗這種軍事活動日益顯著地表現(xiàn)出分布式網(wǎng)絡(luò)化、體系對抗等復(fù)雜性特征。傳統(tǒng)的以邏輯判斷和文字描述為主的定性分析方法，由于方法的局限性，已不能全面、準確地描述和反映戰(zhàn)斗的系統(tǒng)特性以及質(zhì)與量的規(guī)律性特征。以蘭徹斯特方程為核心的損耗模型方法和以概率論為基礎(chǔ)的蒙特卡羅方法，由于其方法論基礎(chǔ)是源于近代科學(xué)理論的還原論思想，也不能解決戰(zhàn)斗系統(tǒng)的復(fù)雜性問題。要認識戰(zhàn)斗，掌握戰(zhàn)斗制勝之道，必須研究信息化條件下戰(zhàn)斗復(fù)雜性的本質(zhì)特征和規(guī)律性問題。復(fù)雜性科學(xué)體現(xiàn)的是一種對于還原論思想的超越，復(fù)雜性科學(xué)理論自20世紀80年代提出以來，在自然科學(xué)和社會科學(xué)的諸多領(lǐng)域的研究已經(jīng)取得了令人矚目的成果，也受到了國內(nèi)外軍事界的廣泛關(guān)注，對于軍事科學(xué)的研究起到了重要的推動作用。近幾年來，我們在國家自然科學(xué)基金項目、國家教育部“新世紀優(yōu)秀人才支持計劃”以及總參、總裝重點科研項目支持下，圍繞戰(zhàn)斗復(fù)雜性做了一些研究工作，于2007年成立了全軍第一個“聯(lián)合戰(zhàn)斗復(fù)雜性實驗室”，取得了初步的研究成果。

2 戰(zhàn)斗復(fù)雜性基本理論

從復(fù)雜性科學(xué)的視角剖析了戰(zhàn)斗、戰(zhàn)斗系統(tǒng)及戰(zhàn)斗復(fù)雜性的概念，分析了戰(zhàn)斗復(fù)雜性的表現(xiàn)形式和產(chǎn)生機制，并從哲學(xué)上探討了如何認識、把握和研究戰(zhàn)斗復(fù)雜性，提出了戰(zhàn)斗復(fù)雜性的研究方法。

戰(zhàn)斗、戰(zhàn)斗系統(tǒng)及戰(zhàn)斗復(fù)雜性。戰(zhàn)斗是敵對雙方的戰(zhàn)術(shù)兵團、部隊、分隊（單機、單艦）在較短時間和較小空間所進行的有組織的作戰(zhàn)行動。戰(zhàn)斗系統(tǒng)是由相互聯(lián)系、相互制約、相互依存的若干戰(zhàn)斗實體（要素）結(jié)合在一起形成的具有特定功能和作用（運動）規(guī)律的有機整體。戰(zhàn)斗系統(tǒng)屬于概念系統(tǒng)，同時戰(zhàn)斗系統(tǒng)又屬于復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)和開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)。戰(zhàn)斗系統(tǒng)并不是獨立存在的，它總處于一定的環(huán)境之中。戰(zhàn)斗復(fù)雜性指戰(zhàn)斗系統(tǒng)存在多個有意義、不確定、非周期的可區(qū)分狀態(tài)。

戰(zhàn)斗復(fù)雜性的表現(xiàn)形式和產(chǎn)生機制。戰(zhàn)斗復(fù)雜性主要表現(xiàn)在力量組成復(fù)雜性、戰(zhàn)斗指揮復(fù)雜性、戰(zhàn)斗行動復(fù)雜性、戰(zhàn)斗保障復(fù)雜性、戰(zhàn)斗環(huán)境復(fù)雜性以及組合復(fù)雜性。戰(zhàn)斗復(fù)雜性的產(chǎn)生機制可以歸結(jié)為偶然性機制、非線性機制、適應(yīng)性機制和人為機制。偶然性機制包括戰(zhàn)斗發(fā)生的偶然性、戰(zhàn)斗中各種活動的偶然性、自然因素的偶然性；非線性機制包括指揮控制層次中的反饋回路，對敵方行動的分析和反應(yīng)行動、決策過程以及其它偶然性因素；適應(yīng)性機制包括與友鄰之間的協(xié)作與協(xié)調(diào)，以及與敵方之間的對抗。

戰(zhàn)斗復(fù)雜性的哲學(xué)認識。對戰(zhàn)斗復(fù)雜性的哲學(xué)認識主要體現(xiàn)在三個方面，即戰(zhàn)斗復(fù)雜性的客觀性，戰(zhàn)斗復(fù)雜性的運動觀，戰(zhàn)斗復(fù)雜性研究的方法論。戰(zhàn)斗復(fù)雜性的客觀性表現(xiàn)在戰(zhàn)斗構(gòu)成要素的客觀性、戰(zhàn)斗諸要素交互的客觀性和戰(zhàn)斗復(fù)雜性演化的客觀性。從運動觀來認識戰(zhàn)斗復(fù)雜性，戰(zhàn)斗中各要素的聯(lián)系可以分為三類，即一方內(nèi)部的聯(lián)系、戰(zhàn)斗雙方之間的交互和戰(zhàn)斗雙方與自然環(huán)境之間的作用；而在戰(zhàn)斗過程中，各個要素及其相互聯(lián)系、作用也不是靜止的、一成不變的，因此，戰(zhàn)斗的復(fù)雜性表現(xiàn)在戰(zhàn)斗進行的過程中也會不斷發(fā)生變化。戰(zhàn)斗復(fù)雜性研究的時代特征，必然要求其方法論必須遵循“超越還原論”，按照戰(zhàn)斗系統(tǒng)的本來面目去認識局部以及局部之間、局部與整體之間的關(guān)系，進而全面認識、理解和把握戰(zhàn)斗。

戰(zhàn)斗復(fù)雜性的研究方法。戰(zhàn)斗復(fù)雜性研究處于復(fù)雜性科學(xué)的整體中，同時也具有自身的特點，因而也有自己特有的研究方法，主要包括從文學(xué)中常用的修辭方法演變而來的隱喻方法，以唯物史觀作為自己的堅實理論基礎(chǔ)，具有強烈真實性和嚴格科學(xué)性的歷史方法，主要借助于計算機建模仿真的實驗方法，以及可以實現(xiàn)定性研究和定量研究有機結(jié)合并貫穿始終的綜合集成方法。

3 戰(zhàn)斗復(fù)雜性實驗理論

針對目前戰(zhàn)斗建模中存在的主要問題，將復(fù)雜性科學(xué)中兩種具有代表性的理論——復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論——與戰(zhàn)斗復(fù)雜性研究相結(jié)合，探討了基于復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論和基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的戰(zhàn)斗系統(tǒng)建模原理、方法和步驟。把實驗的一般理論、戰(zhàn)斗復(fù)雜性實驗的特點相結(jié)合，研究提出了戰(zhàn)斗復(fù)雜性實驗的原理、方法。

3.1 戰(zhàn)斗復(fù)雜性建模

有人說所有的模型都是錯誤的，這是因為它們不能描述真實世界的無窮無盡的細節(jié)。因而建模的人必須決定在描述中哪些細節(jié)應(yīng)包括在內(nèi)，哪些應(yīng)該排除在外。應(yīng)包括的細節(jié)應(yīng)能明確地表述真實世界而排除在外的細節(jié)則不能明確地表述真實世界。戰(zhàn)斗系統(tǒng)的兩種常用建模方法——蒙特卡洛方法和蘭切斯特方程法，共同的問題是它們對戰(zhàn)斗進行了理想化，就像牛頓定律對充滿了混沌和復(fù)雜性的現(xiàn)實世界進行理想化一樣，蘭切斯特方程法其將戰(zhàn)斗建模為一個確定性的過程，只能夠適用于一套嚴格的假定，例如部隊持續(xù)地加入戰(zhàn)斗，戰(zhàn)斗力與部隊訓(xùn)練水平、心理戰(zhàn)能力無關(guān)，火力毀傷率不隨時間變化，作戰(zhàn)單元總是知道所有敵方單元的位置和情況。這些問題使得這兩種常用方法不能很好的描述戰(zhàn)斗的復(fù)雜性，所以我們要探索能夠反映戰(zhàn)斗復(fù)雜性的建模方法。

基于復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論建模。戰(zhàn)斗復(fù)雜性的表現(xiàn)形式說明戰(zhàn)斗擁有涌現(xiàn)性，自組織性，非線性，而這正是復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)的特征，所以使用復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)理論進行戰(zhàn)斗復(fù)雜性建模是可行的，基于多Agent的建模仿真方法是復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)及其理論研究中常用研究方法。

基于多Agent的建模仿真是利用多Agent系統(tǒng)中各種Agent的屬性和行為，直接從模擬組成系統(tǒng)的個體以及個體與個體之間的相互作用出發(fā)來研究系統(tǒng)的整體行為與動力學(xué)特性。它是把Agent作為系統(tǒng)的基本抽象單位，采用相關(guān)的Agent技術(shù)，建立符合復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)要求的單個Agent模型，并賦予它們一定的智能、屬性和規(guī)則，然后采用合適的多Agent系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)來"組裝"這些單個Agent，設(shè)置多個Agent之間的交互方式，并進行仿真實現(xiàn)，從而建立整個復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的模型。

Agent組織的動態(tài)行為建模主要用于描述組織中角色及角色間的交互關(guān)系。具體而言，Agent組織的動態(tài)行為可以從兩方面來刻畫，一是紅藍雙方內(nèi)部的協(xié)作交互模型，由于Agent間的交互協(xié)同動作主要是以通信為基礎(chǔ)的，所以協(xié)作交互模型包括通信語言、通信協(xié)議及通信鏈路的設(shè)計；二是紅藍雙方之間的對抗交互，主要包括敵我角色識別和不同角色間的毀傷關(guān)系。

基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)建模。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究的起點是系統(tǒng)被還原論所區(qū)分出來的各個組成部分，與還原論主要是研究這些組成部分的特點、性質(zhì)和有關(guān)規(guī)律來認識系統(tǒng)相反，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)以這些組成部分之間的關(guān)系和聯(lián)系為主要研究對象，而將各個組成部分抽象成沒有大小和質(zhì)量的"節(jié)點"，將這些組成部分之間的關(guān)系和聯(lián)系抽象成有方向或沒有方向的“鏈接”或稱“邊”，通過研究這些節(jié)點和邊的分布和變化規(guī)律，來認識系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、行為、演化等方面的特點和規(guī)律以及對系統(tǒng)進行優(yōu)化、改造和控制的方法、途徑。

運用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論方法研究戰(zhàn)斗建模問題，就是將戰(zhàn)斗看作是以作戰(zhàn)雙方的基本作戰(zhàn)功能單元為節(jié)點，節(jié)點間的指揮、控制、協(xié)同、協(xié)作、偵察、打擊等聯(lián)系和關(guān)系為邊所形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，這樣戰(zhàn)斗的復(fù)雜性特征和規(guī)律的研究，就轉(zhuǎn)化成了戰(zhàn)斗系統(tǒng)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特點及演化規(guī)律的研究。戰(zhàn)斗部隊指揮控制結(jié)構(gòu)、作戰(zhàn)原則、攻防戰(zhàn)法等問題就可以從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、雪崩效應(yīng)、社團結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)同步等方面提出解決方案。

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的測度是指用于衡量復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)指標參數(shù)，主要有：節(jié)點度、度分布、平均路徑長度、聚類系數(shù)，將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到軍事領(lǐng)域來研究相關(guān)的軍事問題，必然有其特定的軍事意義。在作戰(zhàn)指揮體系中，節(jié)點的度主要代表各級指揮單元的指揮跨度，"跨度"是指每一級指揮層次（一級指揮人員或一級指揮單元）直接指揮單位的數(shù)量，節(jié)點的度數(shù)越大，表明能夠與各級指揮單元產(chǎn)生指揮關(guān)系的其他指揮單元越多；某個節(jié)點的入度表明信息流由其他指揮單元向該指揮單元流動，一般表現(xiàn)為下級指揮單元向上級指揮單元的請示報告，某個節(jié)點的出度表明信息流由該指揮單元向其他指揮單元流動，一般表現(xiàn)為上級指揮單元向下級指揮單元的指揮控制，同級指揮單元之間的協(xié)同與信息共享一般表示為出入度同時存在。度分布可用來從宏觀上來判斷整個指揮體系的組織結(jié)構(gòu)和指揮單元的指揮控制能力，如果度分布是泊松分布，那么整個指揮體系是一個比較平均的組織結(jié)構(gòu)，各個指揮單元的指揮跨度都差不多，如果度分布是冪律分布，那么就意味著有一些指揮單元需要指揮控制大量的其他指揮單元，而大部分的指揮單元的指揮控制能力比較小，是一個非均勻的組織結(jié)構(gòu)；節(jié)點間的路徑長度代表了信息流從一個指揮單元到另一個指揮單元的過程中所需要經(jīng)歷的其他指揮單元的數(shù)量，是指揮環(huán)節(jié)多少和指揮流程長短的重要衡量指標，也是反映指揮層級的一個宏觀指標。聚類系數(shù)表示了各指揮單元的區(qū)域集團化水平，體現(xiàn)了各軍種或軍種內(nèi)部各兵種指揮單元之間的聯(lián)系程度，這種區(qū)域集團化水平同樣也代表了某一作戰(zhàn)集團內(nèi)部的信息連通程度和信息共享水平，聚類系數(shù)越大，表明在整個聯(lián)合作戰(zhàn)指揮體系中，存在著比較好的局域連通性，局域內(nèi)信息共享水平高，有利于作戰(zhàn)單元的自適應(yīng)、自協(xié)同，有利于整個指揮體系的自同步。

3.2 戰(zhàn)斗復(fù)雜性實驗原理

戰(zhàn)斗復(fù)雜性實驗是科學(xué)實驗的具體形式，進行戰(zhàn)斗復(fù)雜性實驗，既要遵循科學(xué)實驗的一般原理、方法和程序，又要依據(jù)軍事領(lǐng)域特有的特點規(guī)律，以及戰(zhàn)斗復(fù)雜性這一特定研究對象的特點，對實驗中涉及到的具體問題進行設(shè)計、規(guī)劃和處理，使實驗具有針對性、有效性。按照實驗的實施過程及與之相關(guān)的工作，可將戰(zhàn)斗復(fù)雜性實驗問題分為實驗設(shè)計、實驗實施、實驗結(jié)果處理三個方面，它們之間存在著邏輯上的先后關(guān)系，但同時也存在著反饋，以不斷對實驗整個過程的各個方面和環(huán)節(jié)進行改進和優(yōu)化。

實驗設(shè)計告訴人們“我們已知道了什么”、“我們在考慮什么”，同時還要描述“我們將要做什么”。實驗實施主要是在相關(guān)的實驗系統(tǒng)支持下，觀察實驗現(xiàn)象，收集、記錄實驗數(shù)據(jù)，回答“實驗如何做”的問題。實驗結(jié)果分析主要是對先前的假設(shè)進行修正，使得經(jīng)過實驗所獲得的知識影響先前的假設(shè)或模型，并得到對相關(guān)問題的結(jié)論，告訴我們“實驗給我們帶來了什么”，是知識從感性又到理性的認識階段。人們常常有一種誤解，認為成功的實驗主要通過實驗實施來達成，因為這一階段所取得的成就最為明顯，所有實驗設(shè)計的內(nèi)容都在這里得以體現(xiàn)，相關(guān)的實驗系統(tǒng)（主要是仿真系統(tǒng)）都在這里展開運行，實際上，一個成功實驗所需的大量工作都集中在實驗設(shè)計中，而且，實驗結(jié)果分析也包含了實驗結(jié)果進行分析、理解、推理、描述、以及知識傳播等大量的工作。

4 戰(zhàn)斗復(fù)雜性實驗研究

在戰(zhàn)斗復(fù)雜性基本理論研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合我軍當前信息化建設(shè)中熱點、難點問題，對戰(zhàn)斗指揮體系論證、戰(zhàn)斗方案推演、戰(zhàn)斗編組效能評估等具體的戰(zhàn)斗復(fù)雜性實驗進行了實例研究。

4.1 指揮體系實驗

美軍網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的理論依據(jù)"梅特卡夫定律"認為：網(wǎng)絡(luò)效能與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點聯(lián)結(jié)數(shù)量的平方成正比。根據(jù)這個理論，指揮體系中的實體全部聯(lián)結(jié)效能最大。通過實驗，得到了如圖1所示的指揮網(wǎng)絡(luò)效能隨節(jié)點平均度變化的趨勢，可以看出指揮效能并沒有隨著實體聯(lián)結(jié)的增加而增加，而是呈一個拋物線軌跡。這說明當實體聯(lián)接超過一個臨界值后，指揮效能不但沒有提高，反而降低了，同時還增加了指揮成本和復(fù)雜性。

為了驗證聯(lián)合戰(zhàn)斗指揮體系的具體結(jié)構(gòu)。我們對學(xué)術(shù)界提出的三種指揮體系進行了實驗分析，這三種指揮體系是：傳統(tǒng)層級樹狀型，增加橫向聯(lián)系改進型，動態(tài)交叉組合型。以一江山島聯(lián)合戰(zhàn)斗指揮體系作為傳統(tǒng)層級樹狀型實例，通過對傳統(tǒng)層級樹狀型進行改進和發(fā)展形成另兩種指揮體系。通過網(wǎng)絡(luò)分析實驗，得到了如表1所示的平均路徑長度和聚類系數(shù)比較結(jié)果、圖2所示的度分布比較圖，圖3所示的抗毀性比較圖。

表1 三種網(wǎng)絡(luò)模型平均路徑長度和聚類系數(shù)比較結(jié)果

可以看出，傳統(tǒng)層級樹狀形在指揮效率、自同步能力和抗毀性都是最差的，而橫向聯(lián)系改進型和動態(tài)交叉組合型各有特點。改進型，指揮效率一般，自同步能力好，搞隨機打擊能力較好，抗精確打擊能力一般。動態(tài)組合型，指揮效率好，自同步能力一般，抗隨機打擊能力好，抗精確打擊能力較差。為了進一步驗證，我們以改進型作為紅方，以組合型作為蘭方，雙方武器裝備、兵力均相同，在同樣的作戰(zhàn)環(huán)境下進行推演。通過推演實驗，發(fā)現(xiàn)改進型反而優(yōu)于交叉型，主要是由于我軍信息化水平還沒有達到先進的情況下，完全的動態(tài)交叉組合反而造成指揮的混亂和無序。

主要結(jié)論：①未來的聯(lián)合作戰(zhàn)指揮體系應(yīng)該是一個連接適度、信息共享、能夠進行動態(tài)調(diào)整的網(wǎng)狀指揮體系；②指揮跨度一般在3—9之間，指揮層級一般在2—5之間；③當前改進型指揮體系更具有現(xiàn)實性、可操作性。

4.2 戰(zhàn)斗方案推演實驗

戰(zhàn)斗方案推演是按照指揮員初步?jīng)Q心，以計算機為工具，以計算機網(wǎng)絡(luò)為通訊手段，以作戰(zhàn)原則、部隊結(jié)構(gòu)、武器裝備效能為基礎(chǔ)，依托相關(guān)的軍用軟件，對戰(zhàn)場環(huán)境、指揮方式、作戰(zhàn)行動、作戰(zhàn)兵力和武器裝備等演習(xí)內(nèi)容進行模擬仿真，在虛擬戰(zhàn)場環(huán)境中，根據(jù)對抗雙方作戰(zhàn)企圖、兵力部署、主要作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)強度以及作戰(zhàn)規(guī)則，對作戰(zhàn)進程以及作戰(zhàn)進程中可能出現(xiàn)的情況進行逐步推演，從而對作戰(zhàn)計劃進行輔助檢驗。

圖4是推演過程的截圖，由于指揮和作戰(zhàn)實體眾多，屏幕上只是用紅蘭小方塊來代表紅蘭雙方，使用的是自行開發(fā)的多Agent實驗平臺。

推演結(jié)束后，可以從彈藥消耗總量、戰(zhàn)斗持續(xù)時間、紅軍生存兵力等方面對各個方案進行評估對比。通過推演我們不但可以評估方案，而且還可以為優(yōu)化方案提供支持。表2列出了通過正交分析得出的各個時節(jié)需要注意的關(guān)鍵點。

表2 進攻戰(zhàn)斗各時節(jié)的關(guān)鍵點

4.3 戰(zhàn)斗編組效能評估實驗

現(xiàn)代陸軍戰(zhàn)斗力量成分精干多元、構(gòu)成復(fù)雜、技術(shù)含量高，整體功能全面，能適應(yīng)多種作戰(zhàn)任務(wù)?；诰W(wǎng)絡(luò)分析法的陸軍戰(zhàn)斗力量編組效能分析就是從網(wǎng)絡(luò)分析的角度對陸軍戰(zhàn)斗中各種兵力之間的關(guān)系進行抽象，將戰(zhàn)場中的各種兵力抽象為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點，將各兵力之間的關(guān)系抽象為網(wǎng)絡(luò)中的邊，以不同兵力編組產(chǎn)生的交戰(zhàn)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)為研究對象，選取反映網(wǎng)絡(luò)性能的相關(guān)測度進行分析，得出有價值的結(jié)論。我們對四種編組方案進行了實驗，這四種編組方案是：①信息、火力支援力量均集中使用；②部分信息支援力量向下配屬；③部分火力支援力量向下配屬；④部分信息、火力支援力量均向下配屬。

圖5是在Netlogo開發(fā)環(huán)境中進行的實驗過程截圖和實驗結(jié)果的力量編組效能統(tǒng)計直方圖。

根據(jù)實驗可以得出結(jié)論：①提高群隊的合成度有利于提高整體作戰(zhàn)效能；②信息與火力的有機結(jié)合是提高整體作戰(zhàn)效能的關(guān)鍵。

5 結(jié)束語

復(fù)雜性科學(xué)是個新興的科學(xué)，信息化也推動戰(zhàn)斗向新的形態(tài)轉(zhuǎn)變，將復(fù)雜性理論與方法應(yīng)用與戰(zhàn)斗問題研究，既有機遇，也充滿了挑戰(zhàn)。我們的研究僅僅是一個初步的探討，還有許多問題值得研究，下一步我們將就數(shù)字化部隊的信息系統(tǒng)支撐問題、戰(zhàn)斗指揮自適應(yīng)機制問題以及戰(zhàn)斗指揮效能評估及優(yōu)化等問題進行進一步的思考和探索。

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