復(fù)雜性科學(xué)理論視角下的群決策分析模型

復(fù)雜性科學(xué)理論視角下的群決策分析模型

目前，已經(jīng)有200多年的歷史了，在研究其基本理論和方法方面取得了一些成果。例如，在理論上，科學(xué)家們先后提出了社會(huì)選擇理論、群體偏好理論、群體效率理論、集體行為決策理論、博弈理論和模糊決策理論。在研究方法上，科學(xué)家主要關(guān)注群體信息的偏好集合，尤其是基于語言形式的偏好集合、模糊偏好關(guān)系的集合以及各種偏好信息的形式集合。而對(duì)復(fù)雜群決策問題的研究還剛剛起步,需要研究的內(nèi)容還很多,諸如復(fù)雜背景下的群決策過程與模型,群決策模式的選擇與設(shè)計(jì),網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的群決策支持系統(tǒng)構(gòu)建等,但不論是哪類問題,首先必須弄清復(fù)雜群決策系統(tǒng)的性質(zhì)以及決策機(jī)理。本文正是基于上述研究背景,嘗試從復(fù)雜性科學(xué)尤其是復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的理論出發(fā),對(duì)復(fù)雜群決策系統(tǒng)的適應(yīng)性性質(zhì)及其決策機(jī)理進(jìn)行剖析和研究,從而為群決策問題的研究提供一種新的研究視角與思路。研究結(jié)論對(duì)于復(fù)雜群決策系統(tǒng)在決策機(jī)制設(shè)計(jì)、過程模式處理、群決策支持系統(tǒng)構(gòu)建等方面都具有方法論的指導(dǎo)意義。1復(fù)雜適應(yīng)的一般特征許多系統(tǒng)都具有復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的特點(diǎn),特別是有人參與的系統(tǒng),像群決策系統(tǒng)更是一種典型的復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng),因?yàn)樗邆鋸?fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的四個(gè)典型特征、三個(gè)機(jī)制和其他一些適應(yīng)性表現(xiàn)。1.1cas的復(fù)雜性復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)(ComplexAdaptiveSystem,簡稱CAS)是霍蘭(Holland)于1994年圣菲研究所成立十周年之際提出的。復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)一般都具有通用的4個(gè)特性即聚集(Aggregation)、非線性(Nonlinear)、流(Flows)和多樣性(Diversity)以及3個(gè)機(jī)制即標(biāo)識(shí)(Tagging)、內(nèi)部模型(InternalModel)和積木機(jī)制(BuildingBlocks),復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的其它特性和機(jī)制都可以通過這4個(gè)基本特性和3個(gè)機(jī)制以不同的方式組合而成。該理論的核心思想是適應(yīng)性造就復(fù)雜性,即CAS的復(fù)雜性起源于個(gè)體的適應(yīng)性。CAS理論的提出對(duì)于我們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)、理解、管理與控制復(fù)雜系統(tǒng)群決策系統(tǒng)提供了新的研究視角。1.2復(fù)雜群體決策系統(tǒng)的四個(gè)適應(yīng)性特征(1)復(fù)雜群決策系統(tǒng)可以將構(gòu)成復(fù)雜群決策系統(tǒng)的成員要素或決策者稱為“自適應(yīng)主體”(AdaptiveAgent)。復(fù)雜群決策系統(tǒng)自適應(yīng)主體,是指單個(gè)主體能夠與環(huán)境及其它主體進(jìn)行交流,在這種交流的過程中“學(xué)習(xí)”或“積累經(jīng)驗(yàn)”,并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)改變其結(jié)構(gòu)和行為方式。自適應(yīng)主體不僅具有感知、反應(yīng)、智能和學(xué)習(xí)能力,他還具有自身的有目的性、主動(dòng)性和積極性。正是“自適應(yīng)主體”這種有目的的活動(dòng)使其能夠在與環(huán)境的交流互動(dòng)中有“目的”、有“方向”地改變自己原有的行為方式和結(jié)構(gòu),以更好地適應(yīng)環(huán)境,爭取最大的生存空間和延續(xù)自身的利益。復(fù)雜群決策系統(tǒng)是非常典型的適應(yīng)系統(tǒng)。一方面,決策者即自適應(yīng)主體通過某種組織形式聚集成為上層的主體,上層的主體又能夠聚集成為更上層的主體,組成復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)典型的層級(jí)結(jié)構(gòu)。這些適應(yīng)主體聚集在一起能夠形成復(fù)雜群決策系統(tǒng)的子系統(tǒng),進(jìn)而形成具有一定決策能力的集合;另一方面,決策主體在交互地“學(xué)習(xí)”和“積累經(jīng)驗(yàn)”的過程中,各主體不斷地調(diào)整其結(jié)構(gòu)和行為方式,以適應(yīng)環(huán)境的變化。雖然復(fù)雜群決策系統(tǒng)是由不同決策主體集合構(gòu)成,但是它絕非是一種靜態(tài)的策略集合,而是一個(gè)開放的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。(2)非線性相互作用復(fù)雜群決策系統(tǒng)的非線性是指決策主體以及各子系統(tǒng)的行為不是簡單地疊加成為整個(gè)系統(tǒng)的行為,決策主體以及各子系統(tǒng)之間通過相互影響,相互耦合,一個(gè)變量的微小變化對(duì)其他變量具有不成比例、甚至無法預(yù)測的影響。這主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:首先是構(gòu)成復(fù)雜群決策系統(tǒng)的成員要素,即主體或決策者的思想和決策能力,不具有加和性。很多創(chuàng)新性的方案通常都是群體智慧的結(jié)果,但組成群體中的個(gè)體未必個(gè)個(gè)是思想豐富、決策能力很強(qiáng)的人。之所以會(huì)出現(xiàn)這種群體智慧的增值效果,就在于決策成員的思想在決策過程中產(chǎn)生的非線性,進(jìn)而使得群決策能力非線性提升。在非線性相互作用下,各種思想相互作用,密不可分,相互之間有了協(xié)同作用,表現(xiàn)出了強(qiáng)烈的整體行為。其次,在復(fù)雜群決策系統(tǒng)中通常都是由許多子系統(tǒng)組成,各子系統(tǒng)之間,不同層次的子系統(tǒng)之間相互關(guān)聯(lián),相互制約,以某種或多種方式發(fā)生著復(fù)雜的非線性相互作用。如復(fù)雜群決策系統(tǒng)中的多層次組織結(jié)構(gòu),在每一層次上的組織都構(gòu)成一個(gè)子系統(tǒng),各子系統(tǒng)之間有著廣泛而緊密的聯(lián)系,構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。構(gòu)成復(fù)雜群決策系統(tǒng)的各子系統(tǒng)具有自身的特點(diǎn),每個(gè)子系統(tǒng)的變化都會(huì)受到其他子系統(tǒng)變化的影響,并會(huì)引起不同子系統(tǒng)之間的相互作用,而且這種作用是非線性的。(3)交換渠道的多樣性流是指在個(gè)體與環(huán)境,以及個(gè)體與個(gè)體之間存在著物質(zhì)流、能量流和信息流。系統(tǒng)越是復(fù)雜,信息、能量和物質(zhì)交換就越頻繁,各種流也就越錯(cuò)綜復(fù)雜。這種流的渠道是否通暢,迅速到什么程度,都直接影響系統(tǒng)的演化過程。另外,流可以看成是一種資源,是有方向的,可以導(dǎo)致沿著該方向的一方資源價(jià)值的增值。在復(fù)雜群決策系統(tǒng)中,決策主體與環(huán)境之間,以及主體相互之間,存在著信息流,這些流的渠道是否通暢,直接影響到?jīng)Q策的效果。(4)環(huán)境對(duì)策主體的影響復(fù)雜群決策系統(tǒng)的構(gòu)成主體和它們的行為方式具有多樣性的特征。復(fù)雜群決策系統(tǒng)的多樣性是一個(gè)動(dòng)態(tài)模式,是決策主體與環(huán)境之間不斷適應(yīng)的結(jié)果。每一次新的適應(yīng)都為進(jìn)一步的相互作用和新的生態(tài)位開辟了可能。多樣性是復(fù)雜群決策系統(tǒng)能保持動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的特征,不論復(fù)雜群決策系統(tǒng)整體還是構(gòu)成該系統(tǒng)的子系統(tǒng)內(nèi)都存在著不同層次的多樣性。復(fù)雜群決策系統(tǒng)的多樣性并不僅僅表現(xiàn)為彼此之間的不同,而往往是系統(tǒng)內(nèi)部不同決策主體之間相互作用的結(jié)果。1.3復(fù)雜群決策系統(tǒng)的三個(gè)機(jī)制(1)建立互補(bǔ)機(jī)制,發(fā)揮決策主體的作用在復(fù)雜群決策系統(tǒng)中,并非所有的決策主體都可以聚集在一起,只有那些符合互補(bǔ)條件、有利于完成共同目標(biāo)、具有合作精神的決策主體,才存在著這種聚集關(guān)系。而這種共同的功能需要賦予一種可以辨認(rèn)的形式,該形式即是標(biāo)識(shí)。(2)復(fù)雜適應(yīng)的子系統(tǒng)模型復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)是由若干層次的要素和子系統(tǒng)構(gòu)成的,每個(gè)層次可視為一個(gè)內(nèi)部模型,它會(huì)與模型外部發(fā)生關(guān)系。在構(gòu)造復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)時(shí),可以將描述其屬性的指標(biāo)體系合理組合、搭配,從而構(gòu)建出所需要的各種子系統(tǒng)模型。復(fù)雜群決策系統(tǒng)的決策主體在決策的過程中為了體現(xiàn)自身的決策價(jià)值,都具有預(yù)知環(huán)境變化、調(diào)整自身行為的能力,它們?cè)谶m應(yīng)環(huán)境、對(duì)外在刺激做出反應(yīng)時(shí)都有其獨(dú)特的內(nèi)部機(jī)制和決策模式,也就是具有自己的內(nèi)部模型。(3)重新組合內(nèi)部模型復(fù)雜系統(tǒng)由若干個(gè)簡單個(gè)體構(gòu)成,在新個(gè)體的基礎(chǔ)上會(huì)形成更復(fù)雜的個(gè)體。復(fù)雜系統(tǒng)常常是相對(duì)簡單的一些部分通過改變組合方式而形成的。因此,事實(shí)上的復(fù)雜性往往不在于積木塊的多少和大小,而在于原有構(gòu)筑塊重新組合的方式。積木塊其實(shí)就是子系統(tǒng)已經(jīng)建立起的穩(wěn)態(tài)。在很多情況下,舊的內(nèi)部模型常常扮演構(gòu)件的角色,通過重新組合而生成新的內(nèi)部模型。霍蘭認(rèn)為,如果一個(gè)基因群有足夠的統(tǒng)一性和穩(wěn)定性,這個(gè)基因群通常就可作為更大的基因群的構(gòu)筑塊。復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)中某一個(gè)層次上突現(xiàn)出來的內(nèi)部模型穩(wěn)態(tài),作為更高層次上的一個(gè)構(gòu)件,參與其他構(gòu)件之間的相互作用與耦合。復(fù)雜群決策系統(tǒng)常常是在一些相對(duì)簡單的部件的基礎(chǔ)上通過改變它們的組合方式而形成的,這些積木塊包括決策主體、方案集合、方法集合、決策規(guī)則等。1.4復(fù)雜群決策系統(tǒng)的特點(diǎn)復(fù)雜群決策系統(tǒng)是一類典型的復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng),它除了具有一般復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)所具備的四個(gè)特征和三個(gè)機(jī)制外,其復(fù)雜適應(yīng)性還體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)復(fù)雜群決策系統(tǒng)的一個(gè)主要適應(yīng)性特征是協(xié)同性。各決策主體在決策的過程中,為了完成決策目標(biāo),必須在信息、組織結(jié)構(gòu)、管理等方面實(shí)現(xiàn)協(xié)同,以實(shí)現(xiàn)群體的最大合力。(2)復(fù)雜群決策系統(tǒng)能夠產(chǎn)生突現(xiàn)性。復(fù)雜群決策系統(tǒng)的突現(xiàn)性是指決策群體在一定的決策環(huán)境中,各決策主體通過相互作用,從而使群體決策能力與績效遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出同樣數(shù)目的個(gè)人決策能力與績效之和。復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論認(rèn)為,能夠產(chǎn)生突現(xiàn)現(xiàn)象的系統(tǒng)不一定都是復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng),但復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)一定會(huì)有突現(xiàn)現(xiàn)象發(fā)生。復(fù)雜群決策系統(tǒng)各決策主體通過不斷尋求相互適應(yīng)和自我完善而超越了自身,突現(xiàn)出群體決策的增效性。(3)復(fù)雜群決策系統(tǒng)是一開放系統(tǒng)。開放系統(tǒng)是指與外界有能量、物質(zhì)和信息交換的系統(tǒng)。所謂交換是指系統(tǒng)一方面從其周圍環(huán)境中得到(輸入)物質(zhì)、能量和信息,另一方面又向環(huán)境釋放(輸出)物質(zhì)、能量和信息。通常封閉系統(tǒng)沒有復(fù)雜性,復(fù)雜性必定源于開放系統(tǒng),因?yàn)殚_放系統(tǒng)與環(huán)境有著物質(zhì)、能量、信息和知識(shí)的交換。在復(fù)雜群決策系統(tǒng)中,決策主體與其所處的外部環(huán)境有著密切的聯(lián)系與交往,通過與環(huán)境的相互作用,不斷從環(huán)境中進(jìn)行信息、知識(shí)等交換,不斷提高自身的決策能力水平。2復(fù)雜群體評(píng)價(jià)體系的評(píng)價(jià)機(jī)制2.1決策主體行為規(guī)則生成機(jī)理復(fù)雜性科學(xué)的最大貢獻(xiàn)在于研究系統(tǒng)的方法從還原論到整體論的改變,重點(diǎn)探究系統(tǒng)的整體性質(zhì)以及此種性質(zhì)何以出現(xiàn)也即產(chǎn)生的機(jī)理是什么?對(duì)于一個(gè)具體系統(tǒng)而言,如復(fù)雜群決策系統(tǒng)的一個(gè)重要整體特性就是突現(xiàn)性。我們關(guān)注的問題是復(fù)雜群決策系統(tǒng)的這種突現(xiàn)性產(chǎn)生的決策機(jī)理是什么,如何對(duì)其進(jìn)行管理與控制。在復(fù)雜群決策系統(tǒng)中,單個(gè)決策主體的行為改變,只是局部的行為,這種局部行為必須通過多決策主體間的相互作用、相互影響,才能形成復(fù)雜的群決策系統(tǒng),從而產(chǎn)生突現(xiàn)現(xiàn)象,實(shí)現(xiàn)群體決策的增效能力。根據(jù)復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的觀點(diǎn),復(fù)雜群決策系統(tǒng)產(chǎn)生突現(xiàn)性的根本原因在于系統(tǒng)的受限生成過程,這一過程描述如下:首先,參與決策的每一主體根據(jù)輸入的信息做出某種反應(yīng),對(duì)輸入進(jìn)行處理并產(chǎn)生最終的輸出行為。當(dāng)然,對(duì)每一個(gè)決策者或主體來說,都存在多個(gè)輸入和多個(gè)輸出的可能;其次,多個(gè)決策主體通過相互作用而連接成網(wǎng)絡(luò)模型,這個(gè)網(wǎng)絡(luò)就是通常所說的受限生成過程。由于決策主體在決策過程中,都在一定的約束條件下進(jìn)行,因此,決策主體間的選擇性相互作用就制約著網(wǎng)絡(luò)的生成或消亡;再其次,決策主體一旦通過相互作用連接成網(wǎng)絡(luò),就會(huì)在一定的決策規(guī)則下生成所有可能性集合。由此,受限生成過程就存在各種可能的狀態(tài);最后,不同的決策主體通過相互作用產(chǎn)生受限生成過程,新的受限生成過程再通過相互作用生成更加復(fù)雜的受限生成過程,如此反復(fù),直到生成期望的結(jié)果。假設(shè)復(fù)雜群決策系統(tǒng)的決策主體用Ai(i=1,2,…,n)表示,決策主體狀態(tài)用S表示,S1,S2,…,Sm表示狀態(tài)集合,另外,決策主體的狀態(tài)轉(zhuǎn)換函數(shù)用f:I×S表示。如果系統(tǒng)中某個(gè)決策主體Ai有k個(gè)輸入,其對(duì)應(yīng)的k個(gè)輸入值為I1,I2,…,Ik,則轉(zhuǎn)換函數(shù)可以定義為:f:I×S→S或按定義展開,即f:(I1×I2…×Ik)×S→S,令S(t)為t時(shí)刻決策主體的狀態(tài),Ij(t)為t時(shí)刻輸入j的輸入值,那么決策主體的決策活動(dòng)——機(jī)制在一段時(shí)間內(nèi)的行為由轉(zhuǎn)換函數(shù)f按下面的公式確定:f(S(t+1))=f(I1(t),I2(t),?,Ik(t),S(t))f(S(t+1))=f(Ι1(t),Ι2(t),?,Ιk(t),S(t))也就是說,f根據(jù)決策主體在t時(shí)刻的狀態(tài)賦值和輸入(I1(t),I2(t),…,Ik(t))來決定決策主體在下一時(shí)刻即t+1時(shí)刻的狀態(tài)S(t+1)。如果給出t+1時(shí)刻時(shí)的輸入(I1(t+1),I2(t+1),…,Ik(t+1)),則可以利用函數(shù)f推導(dǎo)出決策主體在t+2時(shí)刻的狀態(tài)S(t+2)。依此類推,在組合序列I(t),I(t+1),I(t+2),…的影響下,反復(fù)使用函數(shù)f就可以生成連續(xù)狀態(tài)。當(dāng)然,群體決策的過程不只是一個(gè)決策者,它是由眾多互相影響和制約的多決策主體構(gòu)成,根據(jù)單個(gè)決策主體的行為規(guī)則生成機(jī)理,可以推導(dǎo)多決策主體在輸入和輸出的相互作用過程,由于這些決策主體輸入和輸出的變化,引起決策主體的行為規(guī)則改變,產(chǎn)生若干個(gè)受限生成過程,從而使群決策系統(tǒng)的整體狀態(tài)和功能發(fā)生轉(zhuǎn)移。復(fù)雜群決策系統(tǒng)的多決策主體間通過限制性輸入和輸出的相互作用,引起系統(tǒng)狀態(tài)的變化,從而發(fā)生突現(xiàn)現(xiàn)象。3信息共享的必要性如何基于復(fù)雜群決策系統(tǒng)的突現(xiàn)性以及產(chǎn)生機(jī)理的認(rèn)識(shí),誘導(dǎo)復(fù)雜群決策系統(tǒng)的決策主體在適度的規(guī)模、適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)及一定的外部環(huán)境下產(chǎn)生我們希望的突現(xiàn)結(jié)果。本文主要從以下三個(gè)方面進(jìn)行分析。首先,突現(xiàn)的本質(zhì)是整體具有而部分不具有的東西。突現(xiàn)的本質(zhì)要求復(fù)雜群決策系統(tǒng)的協(xié)同管理具有很好的增效性。理論上講,任何系統(tǒng)都有可能產(chǎn)生增效性,但只有合作良好的群體組織才有能力、有可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過同樣數(shù)目個(gè)體能力的總和,此外,還須充分利用信息優(yōu)勢(shì),才能充分地綜合利用群體的經(jīng)驗(yàn)和智慧、掌握所有必要的信息,以應(yīng)對(duì)面臨的所有無法預(yù)測的問題。所以突現(xiàn)要求復(fù)雜群決策系統(tǒng)的內(nèi)外部都要有良好的信息交流和溝通,要求有一個(gè)先進(jìn)的信息技術(shù)平臺(tái)作為支撐;同時(shí)突現(xiàn)還要求復(fù)雜群決策系統(tǒng)的成員都能進(jìn)行良好的合作,基于群體的整體利益形成一種協(xié)同的工作方式。其次,雖然一切突現(xiàn)現(xiàn)象歸根結(jié)底是元素效應(yīng)、規(guī)模效應(yīng)、結(jié)構(gòu)效應(yīng)以及環(huán)境效應(yīng)等,即系統(tǒng)的組成部分相互作用造成的效應(yīng),但是突現(xiàn)的來源可具體歸為元素(主體)、組織結(jié)構(gòu)、外部環(huán)境和信息四個(gè)來源。這就要求復(fù)雜群決策系統(tǒng)協(xié)同管理要在決策人員選擇、組織等方面基于決策的目標(biāo)進(jìn)行,而非漫無邊際地開展工作。結(jié)構(gòu)決定著一個(gè)系統(tǒng)的效用大小,基于突現(xiàn)的復(fù)雜群決策系統(tǒng)協(xié)同管理應(yīng)該有一個(gè)科學(xué)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在外部環(huán)境方面,突現(xiàn)要求復(fù)雜群決策系統(tǒng)與系統(tǒng)環(huán)境及其他組織的管理控制系統(tǒng)有一個(gè)很好的匹配,相互能協(xié)同工作。突現(xiàn)必定與信息有關(guān),因?yàn)橹挥行畔⑹遣皇睾愕?可以共享,可以增值。從信息角度刻畫整體與部分關(guān)系的特征都是非加和性的。突現(xiàn)要求復(fù)雜群決策系統(tǒng)是一個(gè)能進(jìn)行信息共享、增值信息的系統(tǒng)。最后,在現(xiàn)實(shí)的決策實(shí)踐中存在著多維度決策組織,多維度決策組織協(xié)同管理主體(如員工個(gè)體、部門、團(tuán)隊(duì)等)都是智能體,具有適應(yīng)學(xué)習(xí)能力即所謂的適應(yīng)學(xué)習(xí)特性。由于決策主體所處環(huán)境的變化,及各種利益沖突的改變所引起的決策主體決策輸