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      復雜網(wǎng)絡理論與海軍非戰(zhàn)爭軍事行動指揮研究*

      2013-08-10 09:03:54
      艦船電子工程 2013年8期
      關鍵詞:亞丁灣軍事行動網(wǎng)絡拓撲

      汪 凱 陳 島

      (海軍陸戰(zhàn)學院 廣州 510430)

      1 引言

      當今網(wǎng)絡時代,基于復雜網(wǎng)絡的理論研究取得了重大突破。很多專家已經(jīng)構建出了類似于真實世界的網(wǎng)絡模型,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實世界許多網(wǎng)絡都存在小世界特性、無尺度特性、自適應性、高聚集性、魯棒性及脆弱性。本文結合構建出的亞丁灣護航組織指揮網(wǎng)絡拓撲模型,嘗試性地就如何將復雜網(wǎng)絡理論應用到海軍非戰(zhàn)爭軍事行動指揮研究中,進行了初步探討。

      2 復雜網(wǎng)絡拓撲模型參量

      量度復雜網(wǎng)絡拓撲模型的參量有很多,但最基本的主要有網(wǎng)絡的平均路長、節(jié)點的度分布和聚類系數(shù)。

      平均路長:網(wǎng)絡中兩個節(jié)點i和j之間的距離dij定義為連接著兩個節(jié)點的最短路徑上的邊數(shù)。網(wǎng)絡的平均路徑長度L定義為任意兩個節(jié)點之間的距離的平均值[1],即

      其中N為網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)。網(wǎng)絡的平均路徑長度也稱為網(wǎng)絡的特征路徑長度。為了便于數(shù)學處理,在式(1)中包含了節(jié)點到自身的距離(當然該距離為零)。如果不考慮節(jié)點到自身的距離,那么要在式(1)的右端乘以因子(N+1)/(N-1)。

      網(wǎng)絡的平均路長確定了網(wǎng)絡中任一對節(jié)點間的最具有代表性的路徑長度,規(guī)模大的復雜網(wǎng)絡,其平均路長不一定大,相反,現(xiàn)實中多數(shù)復雜網(wǎng)絡的平均路長都相對較小。這就構成了復雜網(wǎng)絡的小世界現(xiàn)象,也就是任何兩個看似沒有聯(lián)系的節(jié)點,可以通過較短的連接把它們關聯(lián)在一起。

      聚類系數(shù):節(jié)點i的聚類系數(shù)Ci定義為與該節(jié)點連接的ki個節(jié)點之間實際存在的邊數(shù)和總的可能的邊數(shù)之間的比值,其一般表達式[1]:

      其中,Ei是實際存在的邊數(shù)。整個網(wǎng)絡的聚集系數(shù)C就是所有節(jié)點聚集系數(shù)的平均值。這個參數(shù)也是小世界現(xiàn)象的衡量標準之一,它的值可以反映出網(wǎng)絡的結構特征。

      度及度分布:節(jié)點的度定義為與該節(jié)點連接的其他節(jié)點的數(shù)目,直觀上看,一個節(jié)點的度越大就意味著其在某種意義上越“重要”。網(wǎng)絡中節(jié)點的度的分布情況可用分布函數(shù)P(k)來描述,它表示的是網(wǎng)絡中度值為k的節(jié)點出現(xiàn)的概率,反映了網(wǎng)絡拓撲的連接情況。完全的隨機網(wǎng)絡的度分布近似為泊松分布,其形狀在遠離峰值處呈指數(shù)下降。但近幾年的研究表明,許多實際網(wǎng)絡的度分布明顯不同于泊松分布,可以用冪律形式表示,其一般表達式[1]:

      其中,r稱為尺度因子。由于冪律分布沒有標志性的特征長度,因而該類網(wǎng)絡被稱為無尺度網(wǎng)絡,相對應的冪律分布被稱為網(wǎng)絡的無尺度特性。

      3 實例分析

      為了方便對海軍非戰(zhàn)爭軍事行動指揮進行研究,下面我們以護航行動指揮為實例,研究它們的指揮網(wǎng)絡。

      本文不具體區(qū)分各類節(jié)點的個體差異,統(tǒng)一使用無向無權圖表示網(wǎng)絡關系,把實體單元看作節(jié)點,單元之間的關系看作邊,任意兩個節(jié)點間只要有信息流,就認為這兩個節(jié)點之間有連線,這樣構建出亞丁灣護航組織指揮的網(wǎng)絡拓撲模型。

      圖1 亞丁灣護航組織指揮框圖

      圖2 亞丁灣護航組織指揮的網(wǎng)絡拓撲模型

      從亞丁灣護航組織指揮的網(wǎng)絡拓撲模型可看出,這是一個常見的規(guī)則網(wǎng)絡—星形耦合網(wǎng)絡,它有一個中心點,其余的N-1個點都只與這個中心點連接,而它們彼此之間不連接[5]。

      星形網(wǎng)絡的平均路徑長度為

      星形網(wǎng)絡的聚類系數(shù)為

      這里假設如果一個節(jié)點只有一個鄰居節(jié)點,那么該節(jié)點聚類系數(shù)定義為1。

      從分析數(shù)據(jù)可以看出,亞丁灣護航組織指揮的網(wǎng)絡拓撲模型擁有較大的聚類系數(shù)和較短的平均路徑長度,說明該模型具有小世界網(wǎng)絡的特征。

      4 海軍非戰(zhàn)爭軍事行動指揮的小世界特性

      從亞丁灣護航組織指揮模型可以看出,大部分海軍非戰(zhàn)爭軍事行動指揮網(wǎng)絡是小世界網(wǎng)絡,同樣它也擁有與小世界網(wǎng)絡相類似的特點。

      1)海軍非戰(zhàn)爭軍事行動指揮的臨時性

      2004年印度洋海嘯襲擊過后,美國海軍研究生院在泰國建立了一個急速成型網(wǎng)[2]??梢宰C實,這一無線網(wǎng)對該區(qū)域的救援和恢復工作起到了至關重要的作用。這種急速成型的小世界網(wǎng)絡,在需要時,它們將相對有效和具有“魯棒”性,但是隨著任務的結束,這種網(wǎng)絡將逐步消失,因為網(wǎng)絡間的信息交互變得不再頻繁并且網(wǎng)絡連接萎縮或者消失。同樣,相比海軍其他的指揮活動,非戰(zhàn)爭軍事行動指揮網(wǎng)絡中的小世界特性更為明顯,例如,針對自然災害的救援或者執(zhí)行一項特定的軍事任務,比如海外撤僑任務,它們大部分是臨時的,任務結束后,這種指揮網(wǎng)絡間的交互也將變得不再頻繁。

      2)海軍非戰(zhàn)爭軍事行動指揮的高效性

      小世界網(wǎng)絡的顯著特征是擁有一個非常巨大的聚類系數(shù)。這類網(wǎng)絡中的信息從網(wǎng)絡的一部分移動到另一部分僅僅需要很少的幾個步驟。因此,網(wǎng)絡中的任何一個節(jié)點都與其他節(jié)點密切相關。海軍非戰(zhàn)爭軍事行動指揮也有相似的網(wǎng)絡特征,從護航行動指揮框圖可以看出,海軍的指揮活動就是海軍直接到任務部隊的最高效、最簡約的跨級指揮模式,這種指揮模式因為省去了一些不必要的指揮層次,縮短了指揮路徑長度,使指揮動作簡潔,指揮時效性突出。

      3)海軍非戰(zhàn)爭軍事行動指揮的協(xié)調性

      “需要自同步或周邊機構的網(wǎng)絡是小世界網(wǎng)絡”[3]。小世界網(wǎng)絡間通過某些關鍵節(jié)點連接起來,這些關鍵節(jié)點擁有豐富的連接和頻繁的信息交互,同時形成共享的態(tài)勢感知,并且通過協(xié)作,實現(xiàn)計劃同步,采取協(xié)同行動。海軍非戰(zhàn)爭軍事行動各類型指揮活動都形成了自己的小世界,而將這些小世界連接起來的關鍵節(jié)點就是海軍指揮員及其指揮機關,他們必須具備相關知識和能力,能夠分析和處理各種態(tài)勢信息,并且實現(xiàn)信息的共享,要求具有較高的協(xié)調性。

      5 復雜網(wǎng)絡理論應用的展望

      評估海軍非戰(zhàn)爭軍事行動指揮能力可以總體概括為六個關鍵因素:

      1)“魯棒”性—保持任務、態(tài)勢和環(huán)境在一定范圍內的能力[9]?!棒敯簟毙允侵负\娭笓]員及其指揮機關為完成海軍非戰(zhàn)爭軍事行動所采取的操作的一個必要響應。為防止事態(tài)進一步惡化和整個事件得到圓滿解決所采取的最優(yōu)化過程,將會影響到海軍指揮員及其指揮機關對其他突發(fā)情況做準備。

      2)恢復能力—從突發(fā)情況中恢復的能力。海軍非戰(zhàn)爭軍事行動往往是應對突發(fā)情況,事件性質和嚴重程度難以預測,因此我們在突發(fā)情況之初將勢必陷入被動。所以恢復能力是基本的,只有具備這種能力才能保證行動的成功。

      3)反應能力—把握機會、采取行動的能力。反應能力是海軍指揮員及其指揮機關為了應對具有戰(zhàn)術、戰(zhàn)略性質的突發(fā)事件所應具有的能力[10]。特別是恐怖分子和暴亂分子,他們的適應能力在增強,態(tài)勢變化的步伐也在加快,因此對反應能力的要求也越來越高。

      4)創(chuàng)新能力—采取新方法處理新舊問題的能力。創(chuàng)新能力是為應對陌生態(tài)勢或者無法預見的情況所采取的行動的自然反應。通過用新方法處理舊問題或者新問題,我們可以提高指揮活動成功的概率。

      5)靈活性—采取多種方法完成任務的能力。采取單一的某一種方法應對海軍非戰(zhàn)爭軍事行動,往往難以完成任務。在實際指揮活動中,總是需要綜合多種方法,考慮多種因素的限制,協(xié)調各種力量,這樣影響我們行動方法的各種突發(fā)情況將不會阻礙到我們成功地完成任務。

      6)適應能力—通過改變指揮過程和指揮機構來提高效能的能力。當我們發(fā)現(xiàn)自己處于不是預想的態(tài)勢中時,適應能力就顯得很有必要。在這種情況下,為了有效地執(zhí)行海軍非戰(zhàn)爭軍事行動,必須改變我們現(xiàn)有的指揮機構和指揮過程。

      這六個關鍵因素之間存在相互影響。例如,較高的靈活性需要較強的創(chuàng)新能力。同樣,較強的“魯棒”性取決于恢復能力、反應能力、靈活性和適應能力。事實上,通過詳細的分析這些能力,將會發(fā)現(xiàn)所有的因素都是相互影響的。

      因此,從整體上考慮這些關鍵因素的概念,詳細地說明海軍非戰(zhàn)爭軍事行動指揮能力的六個關鍵因素的定義和度量是可能實現(xiàn)的,進而為將復雜網(wǎng)絡的相關研究成果引入到指揮能力建設中去,為進一步認識和理解海軍非戰(zhàn)爭軍事行動指揮的小世界特性、自適應性及“魯棒”性提供新的研究角度和分析方法。

      6 結語

      本文首先分析了亞丁灣護航組織指揮的網(wǎng)絡拓撲模型,通過計算平均路徑長度和聚類系數(shù),發(fā)現(xiàn)該模型屬于小世界網(wǎng)絡,從而分析了海軍非戰(zhàn)爭軍事行動指揮中體現(xiàn)的小世界特性,并由此提出了評估海軍非戰(zhàn)爭軍事行動指揮能力的新角度和新方法。

      [1]汪小帆,李翔,陳關榮.復雜網(wǎng)絡理論及其應用[M].北京:清華大學出版社,2006:1518.

      [2]陳麗娜,黃金才,張維明.網(wǎng)絡化戰(zhàn)爭中復雜網(wǎng)絡拓撲結構模型研究[J].電光與控制,2008,6(15):46.

      [3]馬駿,唐方成,郭菊娥.復雜網(wǎng)絡理論在組織網(wǎng)絡研究中的應用[J].科學學研究,2005(4):173178.

      [4]趙濱江.論網(wǎng)絡中心戰(zhàn)[M].北京:解放軍出版社,2004:3538.

      [5]姚園園,張志鴻.從復雜網(wǎng)絡角度對即時消息網(wǎng)絡進行拓撲建模[J].微計算機信息,2006(24):207209.

      [6]李德毅,王新政,胡鋼鋒.網(wǎng)絡化戰(zhàn)爭與復雜網(wǎng)絡[J].軍事科技,2006,19(3):111119.

      [7]劉明詩,龔耘.海軍非戰(zhàn)爭軍事行動與軍事管理創(chuàng)新[J].海軍工程大學學報,2008(5):2324.

      [8]胡曉峰,司光亞.戰(zhàn)爭模擬論[M].北京:國防大學出版社,2004:2627.

      [9]肖大亮.軍事力量的非戰(zhàn)爭運用[M].北京:國防大學出版社,2009:4447.

      [10]王明武,常永志,徐戈,等.非戰(zhàn)爭軍事行動[M].北京:國防大學出版社,2006:8992.

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