众决策仿真系统研究与实现

本文结合国家重点研发计划（原 973 计划，2017YFB1400105）课题“众智网络理论仿真与实验平台研发”针对社会公共治理中的决策问题，研究众决策仿真，力图揭示在万物互联的状态下投票机制和投票结果之间的定量关系，主要研究内容包括这类仿真平台的构建框架和其中的关键技术，并初步实现了一个小型的示例系统。

1  绪论

1.1  研究背景
众智现象普遍存在于人类社会。“三个臭皮匠顶个诸葛亮”、“众人拾柴火焰高”，这些都是众智在人类社会的原生态表现。具体到经济领域中的企业经营管理过程、产业链协同运作等；社会领域中的各类研讨会、各类社会组织及其集体行为过程等；政府治理领域中的全民选举、社会公共问题全民讨论等，均是通过集众多个体智慧，期望取得更好或最好的效果。同时也有“三个和尚没水喝”的经验教训，如何在经济运行、社会生活、政府治理等领域中避免这些众智现象的负面影响也一直是人类社会不断探索解决的复杂问题。
传统的外包活动通过网络转型升级为众包、众创、众筹模式，由局部范围内几个、几十个人群之间的经济、设计、金融活动或行为演化为时空无限的几十万、几百万、几千万人群之间的经济、设计、金融活动或行为，如何组织、管理、规范众包、众创、众筹过程，使之更经济、更有效率，也缺乏理论依据。传统的百科全书的编撰工作转型升级为维基百科，由专业化的数十人、数百人的编撰活动演化为全社会的编撰活动，其面临的问题同上述类似。
未来的头脑风暴会、研讨会等必将是网络化、人数众多、无时空限制的；未来的全民选举、社会公共事务讨论也必将是网络化、全程在线、全民参与的；未来的政府治理必将是网络化、全程在线、全社会共同参与的，等等，也需要创新的理论指导。此外，网络时代的知识产权保护、企业商业秘密及个人隐私保护、人们的民主与自由的权利保障等问题的处理，也需要创新的理论指导。
大数据、人工智能不断提升人、机器及物体的智能，互联网、物联网、云计算不断增强人、企业、政府等机构、智能机器人、智能物体之间的联接深度、广度和方式。与传统众智现象相比，网络环境下的众智现象不仅是规模大、联系紧密，逐步呈现出万物互联的网络化众智型经济社会形态。
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1.2  众决策研究内容
本文结合国家重点研发计划（原 973 计划，2017YFB1400105）课题“众智网络理论仿真与实验平台研发”，主要针对社会公共治理中的投票问题，以众智科学为研究背景，研究众决策仿真。
胡税根[32]提出在网络时代下的公共决策已经转化为智慧公共决策，使用新一代信息技术全面剖析，可以全面的感知、客观透明的分析、实时连续的运行、自主预制、和多元公职等来达到公共决策利益最大化。众决策仿真主要针对社会公共决策问题，通过仿真研究不同投票规则组合与最终结果之间的对应关系，探讨在万物互联的状态下群体智能（最终得票数）与个体智能（每个人）之间的定量关系，本文研究了这类仿真平台的构建框架，和其中的关键技术，并初步实现了一个小型的示例系统。 .............................

2  众决策仿真需求分析

2.1  投票机制分析
投票机制是现代公共决策中最基本、最普遍、最重要的一种选择机制，由于可以有效地表达投票成员的决策应用非常广泛，包括国内外公职的选举、公司股东选举、网络平台对相关调查对象的民意选择等。同时，可以通过经济或者数学建模的方式进行分析、检测与验证，更好的实现决策。对于同一个决策问题选择不同的投票机制，可能会产生较大差异的结果。Chandle[33]探讨了在调查研究中应用的两种不同规则来解释投票行为和投票结果。虽然这些不同的规则模型运用的是同样的数据，但对问题的预测得出的是不同的结果。这两个模型在一定程度上都是正确的，因为投票行为模型描述的现象是大致相同的，只是由于不同模型元素之间的相互关系才会影响最后的结果[34]。
1、 孔多塞投票制
每个投票成员有一张选票，根据自己的偏好对候选成员排序，相比较于波达尔计数法的将排名转化成分数的做法，对所有候选成员统计其分数，然后获得一个最终投票排名。孔多塞投票制采用对候选成员两两比较的方法，比较的是一对候选成员之间相对排名位置的得票数，哪个候选人排在对方前面的得票数多，哪个候选人就在这场一对一比较中获胜，如果某候选人能在所有与其他候选人的两两对决中全部获胜，那他就是最终的赢家。 孔多塞投票制存在着许多缺点，如候选成员进行两两比较时，需要花费较多的时间去清点选票。
2、 排序复选投票制
排序复选投票制与其他排序制投票一样，都要求投票成员对候选成员进行排序，统计候选人排在第一名的数量，如果存在某个候选成员排在第一名的票数超过了选票总数的一半，则可以确定其为最终获胜者。否则将排在第一名数量最少的候选成员淘汰，并将其排在第一名的票数转移至其排名最靠近的一位，以此循环，直到最终选出排在第一位名的票数超过选票的候选成员。
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2.2  众决策仿真实现目标
众决策仿真主要针对社会公共决策问题，研究不同投票规则组合与最终结果之间的对应关系，探讨群体智能（最终得票数）与个体智能（每个人）之间的定量关系。
假设有一个新的管理规定，有候选项 A、B、C 三种方案，客观上 A 方案优于B 方案、B 方案优于 C 方案，现通过网络进行投票决策，任意设定网络投票规则，通过计算机仿真分析不同规则组合与最终结果之间的对应关系，探讨群体智能（最终得票数）与个体智能（每个人）之间的定量关系。
众决策仿真作为众智网络理论仿真的一部分，是对物理、意识、信息三元空间的一种本质化抽象，架构研究主要包括仿真系统的基本元素、元素自身的定义和表达方法、元素之间的交互作用机理以及仿真系统的基本构成等方面。众决策仿真的基本元素包括各类智能主体以及由其构成的智能群体，需要在保证其活性的基础上研究其统一表达、交互作用机理、交互感知等问题；众决策仿真的基本构成需要研究仿真系统框架和仿真基本规则、仿真成员接口规范、仿真模型模板、仿真开发过程以及仿真验证的要求和过程。形成的众智网络仿真工具集，包括仿真运行基础设施、成员定义工具包、仿真定义工具包、仿真执行与监测工具包和仿真结果评价工具包。仿真运行基础设施需要实现众智网络仿真接口规范中的所有服务功能，成员定义工具包主要完成仿真成员定义与描述，仿真定义工具包主要定义仿真执行过程中成员信息交互的内容，仿真执行与监测工具包负责仿真执行的控制和仿真执行过程中各种消息的接收与展示，仿真结果评价工具包对仿真执行结果进行验证。
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3  基于 HLA 的仿真框架 .......................................... 11
3.1  现有大规模仿真软件相关研究 ................................ 11
3.2  众智网络仿真的特点 ............................................... 14
4  众决策仿真关键技术 ................................. 20
4.1  众决策仿真单元模型 ................................ 20
4.2  立场表达、比较与运算方法 ........................... 28
5  众决策仿真系统 ........................................ 33
5.1  众决策仿真设计 .................................... 33
5.1.1  系统结构 ........................................... 33
5.1.2  功能结构 .............................. 34

5  众决策仿真系统

5.1  众决策仿真设计
5.1.1  系统结构
根据众智网络理论仿真的特点，众智网络理论仿真平台总体上采用层次性结构，包括仿真应用层、仿真验证层、仿真工具层、持久存储层和 RTI 层，如图  5.1 所示。 

仿真应用层主要针对众进化仿真、众决策仿真、众协作仿真、结构演化仿真和鲁棒性仿真的特点配置仿真执行，验证或发现众智网络的各种规律。
仿真验证与评价层主要是根据众智仿真的特点开展 VV&A 的研究，以验证众智网络仿真执行的可信性。
仿真工具层包括成员定义工具、网络结构定义工具、成员生成工具、网络结构生成工具、仿真定义工具、仿真执行与监测工具和仿真结果展现与分析工具，其中成员定义工具根据成员描述标准辅助进行成员定义；网络结构定义工具用以定义众智网络的结构；成员生成工具根据成员定义工具生成的模板，按实际成员的数字特征生成给定数量的仿真成员；网络结构生成工具根据结构定义在生成的成员信息中添加连接信息；仿真定义工具根据仿真描述标准辅助生成仿真执行的模板；仿真执行与监测工具根据仿真定义监控仿真执行；仿真结果展现与分析工具根据仿真的中间结果回放或者重演仿真的过程。
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6  总结与展望

本文结合国家重点研发计划（原 973 计划，2017YFB1400105）课题“众智网络理论仿真与实验平台研发”针对社会公共治理中的决策问题，研究众决策仿真，力图揭示在万物互联的状态下投票机制和投票结果之间的定量关系，主要研究内容包括这类仿真平台的构建框架和其中的关键技术，并初步实现了一个小型的示例系统。
本文的主要工作和取得的成果有：
1、 综述了众智现象和众智科学，并由此界定了众决策问题；
2、 分析整理了众决策相关的投票方式和投票机制，确定了众决策仿真的实现目标；
3、 分析了当前主流大规模仿真软件的特点，并在此基础上形成了基于 HLA 的众决策仿真概念架构、基于反射内存卡的功能架构和 XML 文件驱动的实现架构，发表了一篇会议论文和一篇期刊论文；
4、 为了更加准确的描述在万物互联情况下智能主体的行为，本文构建了一个基于格局的两级反馈模型，通过决策器、汇聚器、分解器和执行器反映智能主体的决策过程，通过影响器、联接器和监控器反映智能主体在执行过程中受到的约束、干扰和启发，使得众智科学仿真的成员具有很强的一致性；
5、 针对立场的表达提出了由一组领域偏好来表示的方式，其中偏好通过基于极坐标的矢量来进行表示。通过施政纲领和立场的比较与运算去推测投票行为，使这类仿真更契合实际情况，表达和运算更加简洁和清晰。
6、 最后，本文给出了众决策仿真的推进算法，并采用层次结构实现了一个众决策仿真示例系统，以具体投票机制和相关 XML 文件，展现了投票的实现过程，并成功申请软件著作权一项。
参考文献（略）