基于任务达标可行解矩阵的体系重构灵活性分析评估方法与流程

1.本发明涉及复杂系统/体系试验测试技术领域，尤其涉及一种基于任务达标可行解矩阵的体系重构灵活性分析评估方法。


背景技术：

2.体系重构灵活性指某一体系能够利用体系自身组成的资源，灵活进行不同的组合，形成满足任务效能要求的闭环任务链占体系组成闭合链路总量的占比。反映体系在运行/对抗条件下的运用灵活程度，可用于比较不同体系对任务链重构的能力，以便保障自身体系结构发生变化(损毁/失效)时，迅速提供与任务需求相匹配的要素及使用方式组合,辅助体系运行/对抗时的临机调整决策。
3.远离平衡态的复杂系统/体系遍及自然、社会和技术领域，复杂系统/体系通过自组织形成了多种多样的内在结构、秩序和规律，对认知和预测复杂系统/体系提出了艰巨的挑战，反映和描述复杂系统/体系机理并进行客观量化分析的需求日益增长，目前系统重构性分析主要研究三个方面的内容：生成有意义的重构假设、对重构假设进行评价、利用重构进行各种决策的能力，但对重构假设、重构评价和利用重构的能力也没有统一标准，缺乏客观量化分析能力，也尚未有客观量化进行复杂系统/体系重构灵活性量化分析的手段、方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于任务达标可行解矩阵的体系重构灵活性分析评估方法，用以构建复杂系统/体系任务达标可行解空间矩阵并对体系重构灵活性进行客观量化评估的方法。
5.本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
6.本发明提供了一种基于任务达标可行解矩阵的体系重构灵活性分析评估方法，包括：
7.根据复杂系统/体系全任务链ipo模型计算目标体系要素的组合链路总数；
8.构建体系效能模型；
9.基于所述体系效能模型计算任务可行解数量；
10.根据所述组合链路总数和所述任务可行解数量计算所述复杂系统/体系的重构灵活性；
11.其中，所述体系效能模型以所述复杂系统/体系的测试矩阵中因素水平排布作为输入，且所述体系效能模型以试验所获得的指标数据作为输出。
12.优选的，其中，所述基于所述体系效能模型计算任务可行解数量包括：
13.对所述体系效能模型进行拟合优化处理以形成所述复杂系统/体系在各目标任务条件下的体系效能响应模型；
14.对所述体系效能响应模型进行极值、边界和阈值搜索以生成体系效能的极值、边
界、阈值及与之相对应的因素水平；
15.根据体系效能的极值、边界、阈值及与之相对应的因素水平生成目标使用条件下的体系效能响应表以对体系效能进行全面刻画；
16.基于目标任务对所述复杂系统/体系的效能值进行评估；
17.基于获得所述复杂系统/体系的效能分布后，划定体系效能曲面可行解阈值；
18.根据所述可行解阈值确定所述任务可行解数量。
19.优选的，其中，对所述体系效能响应模型进行极值、边界和阈值搜索时采用最速下降法和/或最速上升搜索法。
20.优选的，其中，所述目标体系要素的组合链路总数采用以下方式计算生成：
21.分析所述目标要素的数量；
22.分析每个所述目标要素中的水平数；
23.利用每个所述目标要素中的水平数计算生成所述组合链路总数。
24.优选的，其中，所述复杂系统/体系的重构灵活性为所述任务可行解数量和所述组合链路总数的比值。
25.本发明至少具有以下特点及优点：
26.本发明设计一种面向任务，基于实际测度量数据统计分析，构建复杂系统/体系任务达标可行解空间矩阵并对体系重构灵活性进行客观量化评估的方法，该方法可以提供一种基于数据对体系重构灵活型进行客观量化评价的方法，可行解空间矩阵的构建也为深挖复杂系统/体系的运行/对抗机理、人员快速决策、判断提供有效支撑。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明基于任务达标可行解矩阵的体系重构灵活性分析评估方法的流程框图；
29.图2为本发明基于任务达标可行解矩阵的体系重构灵活性分析评估方法的流程框图；
30.图3为本发明响应曲面可视化表示的示意图；
31.图4为本发明体系效能曲面可行解阈值划分的示意图。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下文所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.本发明中体系重构灵活性由体系要素组合链路总数和满足任务效能要求的闭环任务链数量进行比值得到。其中，体系要素组合链路总数指体系效能影响因素水平组合的
总数，由体系全任务链ipo模型计算得到；满足任务效能要求的闭环任务链数量指达到体系效能阈值的影响因素水平组合数量，根据体系效能模型进行搜索求解得到。
34.本发明提供了一种基于任务达标可行解矩阵的体系重构灵活性分析评估方法，请参见图1至图4，包括：
35.s1、根据复杂系统/体系全任务链ipo模型计算目标体系要素的组合链路总数；
36.s2、构建体系效能模型；
37.s3、基于体系效能模型计算任务可行解数量；
38.s4、根据组合链路总数和任务可行解数量计算复杂系统/体系的重构灵活性；
39.其中，体系效能模型以复杂系统/体系的测试矩阵中因素水平排布作为输入，且体系效能模型以试验所获得的指标数据作为输出。
40.在一些实施例中，请参见图2，s3、基于体系效能模型计算任务可行解数量包括：
41.s31、对体系效能模型进行拟合优化处理以形成复杂系统/体系在各目标任务条件下的体系效能响应模型；
42.s32、对体系效能响应模型进行极值、边界和阈值搜索以生成体系效能的极值、边界、阈值及与之相对应的因素水平；
43.在一些实施例中，对体系效能响应模型进行极值、边界和阈值搜索时采用最速下降法和/或最速上升搜索法。
44.s33、根据体系效能的极值、边界、阈值及与之相对应的因素水平生成目标使用条件下的体系效能响应表以对体系效能进行全面刻画；
45.s34、基于目标任务对复杂系统/体系的效能值进行评估；
46.s35、基于获得复杂系统/体系的效能分布后，划定体系效能曲面可行解阈值；
47.s36、根据可行解阈值确定任务可行解数量。
48.在一些实施例中，目标体系要素的组合链路总数采用以下方式计算生成：
49.分析目标要素的数量；
50.分析每个目标要素中的水平数；
51.利用每个目标要素中的水平数计算生成组合链路总数。
52.在一些实施例中，复杂系统/体系的重构灵活性为任务可行解数量和组合链路总数的比值。
53.本发明的工作原理如下：
54.第一步：根据复杂系统/体系全任务链ipo模型计算体系要素组合链路总数(例如，在某一体系试验中包含a、b、c三个试验因素，其中a含有三个水平a1、a2、a3，b含有两个水平b1、b2，c含有两个水平c1、c2，装备体系要素组合链路总数n总＝3*2*2)；
55.第二步：以该复杂系统/体系的测试矩阵中因素水平排布作为输入，以试验所获得的指标数据作为输出构建体系效能模型；
56.第三步：根据体系效能模型计算任务可行解数量，即满足任务效能要求的闭环任务链数量，计算装备体系重构灵活性(重构灵活性＝n可行/n总)。
57.本发明的设计方案，相较于目前基于专家经验、层次聚合分析的复杂系统评价机制，基于实际测度量数据统计分析进行客观量化评价的方法，可为深挖复杂系统/体系的运行/对抗机理，人员快速决策、判断提供更客观、有说服力的支撑。
58.本发明通过对体系的效能值进行评估，可获得体系的效能分布后划定的可行解阈值，即各种因素水平组合(体系各工况条件)下对应的效能值。若在某一特定任务背景下现有体系编成中某一节点失效，其节点发挥的能力需要由其他节点补充，即使备用的节点发挥能力不如极值点处的节点配置，但是整个体系所发挥的效能依然在可行解阈值范围内。这就体现了复杂系统在某一任务背景下现有的重构灵活性，即不同的组织方式下整个体系所发挥出的效能值达标的范围。
59.可行解空间的获得为该复杂系统/体系的重构灵活性分析评估提供支撑，使得某一节点在体系中失效后，可以在最短的时间内找到对应等效能力的节点进行补充成为可能。可行解空间的构建也为复杂系统/体系实际运行的灵活重构，人员快速决策、判断提供有效支撑。
60.下面通过一个具体实施例来对本发明做一步的介绍与说明，请参见图1至图4：
61.首先，以该复杂系统/体系的测试矩阵中因素水平组合作为输入，以试验所获得的指标数据作为输出构建数学模型(即体系效能模型)。模型构建并拟合优化后可获得效能模型的响应曲面，形成体系在各任务条件下的体系效能响应曲面；由统计分析数学模型建立的响应曲面可视化表现形式如图3所示，曲面上的每一点都与因素水平(工况、条件)存在强映射关系。通过该图可以非常直观的展现出效能曲面中不同体系效能点与不同装备要素水平的对应关系。
62.然后，采用最速下降法对体系效能响应模型进行极值、边界、阈值搜索，给出体系效能的极值、边界、阈值以及与之相对应的因素水平；给出不同使用条件下的体系效能响应表(各工况条件下的体系效能响应表)，对体系效能进行全面刻画，用以评估该复杂系统/体系的效能可达域范围以及体系重构灵活性的自由度。
63.根据微分学原理，任一多元函数在局部区域内总可以用一个多维平面去逼近，响应曲面的一阶方程建立后，在编码空间寻找任意一点，使得指标y达到最大(或者最小)，那么该点总是位于作战体系效能的边界上。由此可知，若此点越出边界，指标值时候必然会更大(或更小)。最速上升搜索法就是沿着最速上升的路径，即面向效能响应有最大增量的方向逐步移动的方法，反之如果是求效能曲面最小响应值，则称之为最速下降法。
64.对于一阶模型——对xi求偏导有：
[0065][0066]
给出了最速上升搜索的方向
[0067][0068]
按照最速上升法的搜素方向，选取一个可控变量的步长定为δxj，选择某一待研究的关键因素，或者选取回归系数绝对值最大的变量；
[0069]
计算剩余变量的步长：
[0070][0071]
将编码变量的δxj转换成原始变量δzj；
[0072]
在点(kδx1,kδx2,......,kδxm)处安排试验，观察响应值，直至响应值减少(或
增加)即效能模型曲线发生弯曲，效能值出现拐点，其中k为搜索的次数k＝1，2，...。在点((k-1)δx1,......,(k-1)δxm)处拟合响应曲面方程，重复以上过程直至达到效能模型的最优响应为止。最速上升、最速下降法用于拟合高阶效能曲面的整个过程，适用于典型响应曲面方法(中心复合设计(ccd)、box-behnken(bbd)及其改进适用型方法)。
[0073]
体系效能曲面的极值点为在此任务背景下现有体系编成的最佳因素水平(x1，x2，
…
，xn)的配置情况，无论在各自因素内是否达到最高水平，在体系层面中反应的能力都能达到最优，该效应源于体系中的各装备要素之间的组合效应使得体系效能表现出涌现性。在任意任务背景下，需要对该体系的效能值进行评估，并在获得体系的效能分布后划定体系效能曲面可行解阈值。可行解阈值内包含的范围为可行解空间，可行解空间的表达形式如下式：
[0074][0075]
阈值范围内的效能即满足该体系任务的效能集合，范围以外的点为体系效能曲面的失效点。划定可行解阈值范围的意义在于若在某一特定任务背景下现有体系编成中某一节点失效，其节点发挥的能力需要由其他节点补充，即使备用的节点发挥得能力不如极值点处的装备配置，但是整个体系所发挥的效能依然可行解阈值范围内。这就体现了特定任务背景下现有体系的重构灵活性，即多种不同的组织方式均可使得整个体系所发挥出的效能值达标。图4直观的展示了体系效能曲面阈值的划分情况，切割平面为阈值划分切面，切面以上的部分为体系效能可行解集合，可行解曲面上可以找到对应因素水平(工况、条件等)的组合集。切面之下的区域为在此特定任务背景下该体系的效能失效点。
[0076]
可行解空间内的任意点代表一个体系效能值，与该体系的各影响因素及各因素所选取水平存在强映射关系，任何一点皆可对应搜索出该效能点所对应的体系因素水平组合(该体系的组合使用方式/工况)。
[0077]
可行解空间的取得使得某一要素在体系中失效后，在最短的时间内找到对应等效节点进行补充的能力成为可量化、可预测的响应矩阵，使复杂系统/体系的效能也可以构建除类似于飞行器的飞行包线或武器的射表。可行解空间的构建也为该复杂系统/体系实际运行、使用的灵活重构及使用人员快速做出决策、判断提供有效支撑。
[0078]
根据复杂系统/体系全任务链ipo模型计算体系要素组合链路总数(例如，在某一体系试验中包含a、b、c三个试验因素，其中a含有三个水平a1、a2、a3，b含有两个水平b1、b2，c含有两个水平c1、c2，装备体系要素组合链路总数n总＝3*2*2)。
[0079]
根据体系效能模型计算可行解空间的任务可行解数量，即满足任务效能要求的闭环任务链数量，计算装备体系重构灵活性
[0080]
本发明设计一种面向任务，基于实际测度量数据统计分析，构建复杂系统/体系任务达标可行解空间矩阵并对体系重构灵活性进行客观量化评估的方法，该方法可以提供一种基于数据对体系重构灵活型进行客观量化评价的方法，可行解空间矩阵的构建也为深挖复杂系统/体系的运行/对抗机理、人员快速决策、判断提供有效支撑。
[0081]
以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在
不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。