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多目标优化在海军舰船设计中的应用
Alan Brown博士和 Juan Salcedo
摘要 本文主要展示了一种包括三个重要要素的海军舰船概念设计的系统性优化算法。这三个要素分别为：
1.非支配设计空间的高效搜索；
2.客观特征值的明确定义和量化指标；
3.用一个有效的方式来描述设计空间并向客户展示非支配设计概念的合理选项。
多目标遗传优化算法（MOGO）用于搜索设计参数空间，并确定基于生命周期成本和任务效率的非支配设计概念。
引言
本文介绍了多目标遗传优化算法在舰船设计中的应用。战斗系统中各种变量的选择，发动机的选择，船型参数，曼宁系数，续航力和机动性。要考虑的关键目标指标是任务效率和成本。每一次设计中都要进行计算这些指标。风险预估也需要类似的处理，而且风险预估在以后的工作中也要加强注意。
有效性，成本和风险是不同的指标，并且需要不同的度量标准。它们不可能合理地被组合成一个单一的目标指标。它们应以一种权衡和决策的管理形式单独考虑。他们是比较抽象的指标，有时很难做定量描述。舰船概念设计的有效性可以通过战事游戏和其他复杂的模型进行分析，但当在设计空间的结构化搜索中评估多种概念设计时，这种方法是不实际的，。本文提出了一种计算总体有效性测量指标（OMOE）的方法，根据专家意见综合各种输入指标：如国防指导，任务要求，威胁，战争游戏结果和经验。【海军seo】
图1 双目标指标域
对于一个给定的问题和约束条件，非支配解是一个可行解，这个解在单目标指标中比其他解要好，或者说至少和其它解一样好。图1描述了双目标（成本-效益）问题的概念图。在这个假想例子中，成本尽可能取小和效益尽可能取大。加粗的曲线表示非支配解或帕累托最优前沿。最优解总是这些非支配解中的一个。其选择取决于决策者对成本和效益的倾向。这种倾向可能受前沿的形状影响，并且不可能合理地确定先验。
图2 优化过程
在图2所示多目标优化过程的应用实例。初始的设计数量是由设计空间内的设计变量随机选取所得的。在本文中所描述的应用，用一个染色体或带有26个设计参数的设计矢量来代表每个设计。由这些染色体定义的船舶要达到平衡，
并
使用一个船舶综合模型进行评估。这样每个设计方案就会得到一个成本值和一个OMOE值。然后，设计方案会分类到支配层。每一层包含的设计方案支配后续层。各层的设计被选择的概率几何递减。去掉不可行的设计方案。在计算完选择概率后，再进行下一代的选择。一旦一个幸存的基因被选择，设计参数（基因）的交叉配对就随机确定了，并对选定的设计染色体的一小部分基因进行随机突变。这些遗传操作产生新的设计，一般而言，会是更好的设计。这些操作完成后，将新的基因设计输入到船舶综合模型中循环计算直至收敛。每个周期产生新一代。这个过程的最后一代收敛得到一个非支配解或帕累托前沿。
目标指标
总体有效性测量（OMOE）
在舰船设计过程的早期，设计师和工程师需要一个模型来量化经营者和决策者对任务效率的定义，并定义船舶和船舶系统性能的有效性测量（MOPs）的功能关系。这种有效性的量化评估是结构化优化过程的基础。
在确定舰船总体任务有效性时，要有完整的许多完整的输入：1）国防政策和目标；2）威胁；3）现有的力量结构；4）任务的需要；5）任务的情况；6）模型或仿真或战争游戏结果；7）专家意见。理想情况下，在一个大师级别的战争游戏模型中包含所有有关此问题的信息，来预测在一系列概率情况下产生的有效措施。回归分析可用于定义分析船舶系统性能输入和有效输出之间的数学关系。模拟的精度取决于模型中复杂的人力和物理系统细致的相互作用、广泛的定量响应、定性变量和船舶系统性能措施相关要求。统计上，每一组离散的输入变量必须为全模拟的显著数据，这样的输入和响应才满足概率分布。这种广泛的建模能力还未应用于实际。
另一种替代建模与仿真的方法是直接使用专家的意见来整合这些不同的输入，并评估在总体有效性测量实施中船舶系统性能措施的价值或实用性。这可以被构造为一个多特征值决策问题。支配构建这些问题的两种方法的文献有：多特征值效用理论（Keeney和Raiffa 1976）和层次分析法（Saaty 1996）。在过去，这些理论的支持者一直互相批评，但最近一直在努力确定它们的相似性，并将两种理论的精华融合应用在多特征值价值理论（MAVT）功能（Belton 1986）中。这种方法是适应于推导总体有效性测量的。
层次分析法（AHP）是一个由Saaty（1996）提出的用于求解多特征值决策问题的工具。它采用层次结构抽象化，分解，组织和控制涉及多特征值决策的复杂性，运用明智的判断或专家意见来衡量这些特征值的相对值或贡献，综合得到一个解决方案。成对比较方法和特征值法用于提取和量化这些相对值。在值的量化过程中，该方法允许测量的不一致性，并需考虑定量和定性特征值。
一个层次是一个简化的抽象系统结构，用来研究和捕捉特征值功能间的相互作用及其对整个系统的行为或性能的影响。它基于这样的假设：一开始就确定的重要的系统实体或特征值，可以分成组，一组或一个层次的实体影响的相邻组或层次。当低层次行为自下而上的综合影响最高层次的行为时，或者当最高层次影响低层次的自上而下的分布时，可以构建一个层次结构。不同方案的最低层次的特征值需进行比较，这种比较贯穿层次水平和相对整体系统的行为或绩效评估。
建立AHP的第一步是确定影响决策和系统行为的关键特征值。这些特征值的
详细程度取决于做出的决策。然后这些特征值组成一个层次结构，它们遵从如图3所示的逻辑顺序或分类。在这个应用中，系统性能的有效性测量（MOPs）包含底层次。
图3 名义上总体有效性测量的最高水平【海军seo】
接下来，预估系统性能的每个特征值和每个方案的特征值之间的相对影响。Saaty建议利用九层规模的成对比较特征值，来影响更高级别的特征值。由此产生“比例尺度”的比较特征值。成对比较或基本值可以用来选择特征值。相对于所需的个体绝对预估值，成对比较产生更多值。层次分析法综合评价多余信息和最佳匹配相对计算值的一致性。
虽然层次分析法最初主要开发用于管理方案的比较，它也能应用于多特征值价值理论（MAVT）。层次分析法提供了一种结构化的方法来导出加权值的函数，而且程序也可以在没有难处理的博彩行为下推导非线性特征值的值或效用。【海军seo】
总体有效性测量（OMOE）函数必须包括所有重要的离散的或连续的绩效特征值，并最终被用来评估无限的船舶方案。成功应用层次分析法（AHP/MAVT）需要非常结构化的、严格的过程，如下：
1.识别，定义和约束决策特征值。确定关键任务方案。确定每个任务方案的有效性测量（MOEs）。建立所有有效性测量的目标和阈值。确定船舶系统的有效性测量对任务方案有效性测量评估的重要性，以及与当前设计层次的一致性。设定系统性能有效性测量的目标和阈值。
2.建立总体有效性测量/有效性测量的层次。如图3所示，在一个层次中，构建有效性测量和系统性能的有效性测量，具体的船舶系统性能有效性测量放在最低层。与离散系统的性能的联系可能会定义一些系统性能的有效性测量。其他的性能变量都是连续的，如，持续速度。
3.确定系统性能的有效性测量值和层次权重因子。使用专家意见和成对比较法来确定系统性能的有效性测量值以及总体有效性测量和系统性能的有效性测量之间的定量关系。
图4 离散的船舶系统性能有效性测量值的函数
图4描述了采用成对比较法确定的舰船武器战斗力的示例值。在此模型中，武器战斗力既是一个离散的代表和它有关的性能的系统性能有效性测量，也是一个离散的设计参数。这种系统性能的有效性测量的度量是导弹垂直发射单元数。系统有效性测量的阈值是32个单元，目标是128格单元。阈值代表最小可接受的性能。目标值通常代表的不是边界值，就是技术界限值的下降点。成对比较法用于在一个特定的场景，比较系统性能有效测量选项相对值，以达到一个特定的有效性测量（如，岸上的军需品等）。
图5连续的总体有效性测量值的函数
图5描述了船舶持续速度的示例值。持续速度是一个连续的系统性能有效性测量。它是船舶设计（船型和主机功率）的函数。此性能的有效性测量阈值是26节，目标值是32节。成对比较法按每节的增量确定速度离散值，并且价值函
数通过计算中间值来拟合结果。再次说明，成对比较法用于在一个特定的场景，
韩海军：论八卦象数中的各种布局及方式
广大八卦象数学员中有很多学员问我一个问题，韩老师你把八卦象数中的绝招多教我们几招，我直接告诉各位，八卦象数没有绝招，只有学好基础理论和敏锐的观察力、想象力，人世间的万事万物皆从基础开始，学好了基础，就可以“知己知彼，百战百胜”，绝招，绝活都来源八卦象数基础知识和经验积累，不要想一口吃个胖子，如果那样不撑死才怪呢。我有一个学生，学了两期之后，对我说，韩老师为什么我还测不好，有时非常对，有时一点也不对，我对他说，你的基础知识不行，读卦能力差，旺衰你还没有掌握好，经验不足。他给我一个卦象：巽为风变风水涣，老师你看她有什么事，我看完卦象后，直接对他说，她被一个中年男人爱上了，那个中年男人是二婚，她现在比较忧郁，不知该嫁那男人还是不嫁。我说完之后，学生说老师，您说的非常对，但我为什么看不出来，她就是为这事找我的，我告诉他，现在是晚上，看婚事找相生的，坎水生巽木，坎水为中年男人，晚上为黑，为水旺，坎水生巽木，卦象告诉我，一个男人正在暗中爱着她，你脑子里没有把时间旺衰加上，你怎么能看出来，一个卦在不同的时间里，断事是不一样的，二婚是互卦看出来的，兑为二，离为婚，把坎水转太极到兑卦的下面，用直读法，中年男人二婚，巽为优柔寡断，巽为女，两个巽卦在一起，直读女的优柔寡断。各位，卦象都是读出来的，不要想一口吃个胖子，只要你经常练习，多学多测、多实践、多观察，这就是绝招。你可以，一个卦用在很多人身上，人没有相同的命运，所以我们要灵活应用，但我相信，只要大家肯学，多实践，多总结，用不了很久，你也会成为大师。
关于八卦象数之法，本人有一套自己的见解，古人留下的东西固然重要，有他固有的价值，但现在是飞速发展时代，要想拿古代的理论来硬套现代人身上，你是不是觉得有不妥之处，所以，必须改革，创新才能有发展。我在学习班上所讲，都是我从数万人次实践而来，教给大家，所以才有一批正在从事预测的弟子，为大众排忧解难。你只要有一个必胜的信念，勤学苦练，终必有发达之日。我自己的成功法则是，信念+恒心+学习实践=成功。
优化军人自我教育环境
●王中立 陈海飞
环境影响人，但是人同样也改造环境。在军人自我教育中，既要重视环境对教育活动的引导作用，又要发挥个体的主观能动性，充分利用激励型环境对自我教育的激发力，有效抑制消极型环境对自我教育所施加的消极影响，尽量做到趋利避害、化害为益，着意营造积极向上的环境氛围，推动军人自我教育向前发展。
民主、平等、信任的军营人际环境。任何人的发展都不是纯粹的自我发展，总是要与他人、社会和环境等外界条件发生关系。营造民主、平等、信任的军营人际关系非常重要。只要在官兵关系中能够发扬民主，以平等为基础，就能产生相互信任的情感体验。
(一)以爱为纽带。德国著名哲学家雅斯贝尔斯认为：“教育者与教育对象应处于一种‘爱’的关系之中，而非控制的关系之中。”其说的是教育，但是，人际关系也是一样。官兵之间的关系同样离不开爱的联结。官兵之间的爱是相互的。只有干部对战士的爱，才能得到战士对干部的尊重；同样只有战士对干部的尊重，才能引起干部对战士的爱。当然，在官兵关系这对矛盾中，干部是矛盾的主要方面。官兵关系能否协调，关键要看干部爱谁、怎么爱、爱什么；关键看干部能否规范自己的爱，真正做到爱得公平、爱得公正、爱得公开，不搞亲亲疏疏、团团伙伙、私下交情；关键看干部能否规范自己的权力，真正做到权为兵所用，利为兵所谋。只有这样，广大官兵才会坦白自己的思想，才会尊重社会的评价，在比较中对自己下一个客观公正的结论。
(二)以传统为借鉴。民主、平等、纯洁的内部关系一直是我军的光荣传统，也是我军区别于其他军队的一个重要特征。早在“三湾改编”时，毛泽东同志就把废除军阀作风，实行军队内部的民主制度当做政治工作的一项重要内容，在我军建立了新型的官兵关系，从而把红军与当时的旧军队彻底地区别开来。抗日战争时期，把官兵一致当做政治工作的三大原则之一加以坚持，发挥了很好的作用与效果。解放战争时期，开展了轰轰烈烈的“团结互助”运动，堪称我军历史上解决官兵关系的一个光辉范例。现在，我军的人员素质、武器装备、编制体制和目标任务都发生了重大变化，但是，在处理官兵关系上，仍然有必要借鉴传统，并从中汲取丰富的营养，为建立新型的官兵关系、营造良好的人际环境，拓展视野、启发思路。当然，我们借鉴传统不是对传统照搬照抄，而是在继承传统的基础上进行创新，赋予传统以新的内涵与新的形式。
(三)以制度为保证。制度更具有“根本性、全局性、稳定性和长期性”，“制度好可以使坏人无法任意横行，制度不好可以使好人无法做好事，甚至会走向反面”。所以，坚持以制度来规范官兵之间的关系，是营造有利于自我教育的人际环境的根本保证。当前，我们有必要
继续坚持和完善政治民主、经济民主和军事民主制度，军人委员会制度，下部队蹲点制度，“五同”制度，谈心交流制度等，以保证建立稳定、纯洁的官兵关系，营造有利于军人自我教育的良好人际环境。
健康平衡的心理环境。心理环境理论认为，人的行为的发生不仅决定于一定的客观物理环境，而且重要的是要受到自身的心理环境的制约与影响。心理环境根据其不同的心理活动内容，可以分为认知环境、情感环境、意志环境和个性环境；根据心理环境建构主体的不同，又可以分为个体心理环境和群体心理环境。 (一)个性认知环境影响官兵自我教育中个体的认知质量。认知环境是心理环境的重要组成部分。其反映了个体在感知、记忆和理解客观事物的过程中，在个体头脑中产生的、以认知结构形式出现的、对个体认知具有定势性影响的环境。个体认知环境的差异会导致对于相同的人或事产生完全不同或相反的认识结果。按照认知环境对军人自我教育作用的不同，以及认知环境与客观实际的符合程度，认知环境的性质可以分为：积极的认可环境与消极的认知环境。认知环境是积极的时候，军人个体就能较为客观地认识自己和自我的参照物，并能正确地评估自己与参照对象之间的差距，产生积极健康的情感体验，为自我教育的发动打下基础；而当认知环境是消极的时候，情形正好相反，阻碍甚至破坏了个体的自我教育活动的展开。
(二)个体情感环境左右军人个体自我教育的动力。情感环境对于个体自我教育的作用主要表现在情感动力的发挥。军人个体在自我教育过程中，能否发挥自身的主观能动性，很大程度上取决于军人个体对自我与社会的情感环境之间的互动。主要有以下几种情形：(1)对自我与社会的情感体验都是正向的，此时军人个体能够积极地进行自我教育。(2)对自我是正向的情感体验，对社会是负向的情感体验，此时，他就会把自身的不足与缺点归因为社会的问题，而不愿或者不积极地进行自我教育。(3)对自我是负向的情感体验，而对社会是正向的情感体验，其自我教育有可能采取两种态度：一是逃避，即自我否定，自暴自弃；二是奋进，即积极进行自我教育，不断地提高自身素质。但要达到后一种态度，需要外界的引导与刺激。
(4)对自我与对社会都是负面的情感体验。个体的态度也有两种：一是听天由命，过一天是一天，没有主观的激情与自我教育的动力。二是有一种自我的使命感，积极地进行自我教育，通过自我的提高来促进整个社会的进步。
(三)群体心理环境决定军营群体自我教育的方向。共同目标是群体形成的重要基础。群体心理环境就是群体成员在实现共同目标的活动中，同群体成员之间和外部环境之相互作用积淀下来的、具有共同心理反应的、使群体成员都能感受到的心理环境。军队是一个有着共同目标、严密组织性的群体性组织，所以，群体心理环境对于军队自身的建设来说，更具有积极的意义与影响。群体心理环境会产生令人难以置信的观念力量，这种力量不妨称为群体心力。其一般是由群体心力与个体心力所组成。群体心力通过对个体施加迁移、传递与转化作用，使个体产生一种休戚与共、荣辱相依的心理感应。使群体成员能够接受群体规范的约
束与压力，自觉地调整自我教育与自我发展的方向，与群体的发展方向保持一致。群体心理环境对个体的约束力是由群体心力所决定的。群体心力的高低受到诸多内外要素的影响。在一个民主、平等、融洽、沟通、交流的群体中，群体成员就会团结友爱、心情愉快、相互理解、思想活跃，此时群体心理环境的吸引力就会强，相反，心理吸引力就会减弱。
先进的军营政治文化环境。利用先进的军营政治文化环境来对广大官兵进行感染与熏陶，是我军思想政治工作的优良传统。如各单位建立的连史馆、荣誉室，有意识地张贴英模画像，制作营区灯箱，张贴名言警句，重视俱乐部建设等等，都是军营政治文化建设的重要组成部分。
先进的军营政治文化环境，在新时期军营里，通过创新的形式，赋予新的内涵，对军人个体的自我教育正发挥着不可替代的作用。如1999年在全军思想政治教育座谈会上，被作为经验介绍的我空降兵某师，正是通过重视对军营政治文化环境的营造，从而使官兵个体得到无形的鼓舞与熏陶，激发官兵的自我教育的热情，政治教育取得了良好的效果。他们把政治文化环境建设作为政治工作的重要内容，在美化营区的同时，把确立政治环境的熏陶纳入政治教育的整体布局；构建融入我军优良传统的营区环境，用凝固的革命精神塑造官兵良好的军人品格；举行各种庄严神圣的仪式活动，灌注对党、国家、军队的忠诚和信念；活跃军营文化生活，营造陶情励志，催人奋进的浓厚氛围。
营造积极向上的军营政治文化环境并不是我军所独有，外军对此工作同样十分重视。如美国西点军校的许多楼群均以美国著名人物命名，如学员总部的华盛顿大楼，以海军战略家、《海权论》的作者马汉命名的马汉楼，以及大量名人纪念碑、雕像和历届优秀学员榜，以此来激励学员的荣誉与责任。当前，在军队中营造积极向上军营政治文化环境，应着重从动静两个方面入手。静的方面就是通过对有形环境的自觉营造，向官兵个体传递无形的精神追求。动的方向就是以军营活动为载体，使官兵在活动中感悟军人基本要求，体验军队的主流文化，自觉地使自我教育的方向与军队建设的方向保持一致。
积极向上的军营网络环境。随着新军事变革的不断发展，以计算机为单元、以信息为内容、以线路为纽带的网络系统越来越成为军人生活的重要组成部分。网络不仅成为未来信息战争的重要平台，而且也是人们从中获取信息、教育自我的重要手段与途径。自从全军宣传网开通以后，各单位大力加强网络建设，军营网络已经成为影响军人个体的重要环境因素。有没有积极向上的网络环境对军人个体的自我教育具有重要的意义。
网络环境的核心构成要素是信息，其对军人个体的影响主要是通过信息的传播来达到的。所以，信息量、信息的性质对于官兵个体来说具有重要的作用。美国北卡罗纳大学传播学教授罗伯特·施拉格说：“因特网如此大，如此缺乏规律且又无章可循，就像开着一辆飞驰的汽车却没有地图一样，你很快就迷路了。”所以，营造积极向上的网络环境，首要的一点必须在净化信息上下功夫。具体应该从以下几个方面着手：一是要利用技术手段对网络进行一定的监
控，对网上信息进行必要的过滤，从源头上解决信息不纯的问题。二是充分利用网络优 势，用健康向上的网络主流文化占领网上阵地。三是通过制定一系列的相关规定与制度对网络信息，以及网上活动进行必要的规范。四是加大对广大官兵的培训力度，不断提高他们的自我免疫力、信息分辨力，做到自觉抵御不良信息的影响。
(作者单位：西安政治学院)
责任编辑：倪红燕
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