基于勞動分工和空間忠誠帶的群智能研究及應用.pdf

1、群智能是指眾多行為簡單的個體在相互作用過程中涌現(xiàn)產(chǎn)生的整體智能行為。目前，國內(nèi)相關研究提到的群智能一般都是指群智能優(yōu)化，主要以蟻群優(yōu)化和粒子群優(yōu)化為代表，這一方面的研究工作側重于對優(yōu)化算法的性能進行改進。群智能優(yōu)化算法的生物原型以覓食為主，如模擬螞蟻覓食的蟻群優(yōu)化算法、模擬鳥群覓食的粒子群優(yōu)化算法、模擬蜜蜂覓食的人工蜂群算法和模擬魚群覓食的人工魚群算法等。相比之下，對群智能的其他生物原型，如勞動分工、墓地構造、筑巢、空間忠誠帶（Spat

2、ial Fidelity Zone, SFZ）等的關注較少。本文將群智能的研究領域由優(yōu)化擴展到對分工合作和組織結構相關問題的探索，圍繞勞動分工和SFZ展開研究。
　　群智能勞動分工是族群的一種任務分配方式，其中不存在中心控制指導個體執(zhí)行任務。個體不僅可以根據(jù)族群的需要隨時從一項任務轉(zhuǎn)換到另一項任務，而且任務的分工恰好符合族群對各項任務的要求，即個體的柔性協(xié)作形成族群層面任務的柔性分配。群智能SFZ是族群空間結構的一種組織形式，其中

3、個體具有獨特的SFZ，其位置與個體從事的任務相關，具有結構化特征。當族群遭遇大的變故，個體可以重建各自相關的SFZ并繼續(xù)完成各自的任務，重組恢復原來的功能群體，稱為社會彈性。勞動分工和SFZ分別是群智能柔性和彈性的一種表現(xiàn)形式，本文依次對勞動分工的柔性和SFZ的彈性進行了研究，并以供應鏈系統(tǒng)為例，驗證了柔性和彈性在其運作中的綜合應用，進而探討了柔性與彈性的關系。本文的主要研究工作如下：
　?。?）借鑒勞動分工的柔性任務分配來實現(xiàn)布

4、局問題中有效的空間分配，提出了一種柔性勞動分工求解方法。首先基于材料和空間的二元性，將衛(wèi)星艙多邊形布局問題抽象為空間分配問題，即將容器空間合理有效地分配給給定的多邊形。接著基于響應閾值模型提出了一種柔性勞動分工方法，該方法結合多邊形布局空間分配的特點，設計了三種動作來占據(jù)容器空間。在環(huán)境刺激和響應閾值的相互作用下，每個多邊形都采取恰當?shù)膭幼魍瓿煽臻g分配，最終得到滿足衛(wèi)星艙布局要求的結果。通過與自組織涌現(xiàn)算法在標準算例上的比較實驗，表明該

5、方法具有求解上的有效性。
　?。?）借鑒勞動分工的柔性任務分配來實現(xiàn)社會群體間公平的利益分配，建立了面向利益分配的柔性勞動分工模型。首先分析了緩解當前社會矛盾與沖突的關鍵是建立公平柔性的利益分配機制。隨后從分配的角度對利益的概念進行界定，并引入相對剝奪感來衡量利益分配的公平性。進而根據(jù)社會群體利益的特點，對基本勞動分工模型進行擴展，借助恢復因子來協(xié)調(diào)不同利益群體，建立了面向利益分配的柔性勞動分工模型。選取一個具有代表性的利益分配實

6、例進行仿真實驗，從恢復性和分配柔性兩方面驗證了該模型的有效性。最后給出了利益型群體事件演化過程的描述，定量分析了其中的恢復情況，闡述了現(xiàn)實中利益型群體事件的演化規(guī)律。
　?。?）借鑒基于SFZ的社會彈性來實現(xiàn)集群供應鏈網(wǎng)絡在干擾中斷下的彈性運作，提出了一種基于SFZ的彈性恢復方法。首先從網(wǎng)絡結構入手，揭示了群智能SFZ與集群供應鏈網(wǎng)絡SFZ之間的映射機理。隨后基于企業(yè)欠載失效建立了集群供應鏈網(wǎng)絡的級聯(lián)失效模型。進而根據(jù)基于SFZ的

7、社會彈性和集群供應鏈網(wǎng)絡級聯(lián)失效的特點，設計了基于SFZ的彈性方法，并采用SFZ的偏離程度作為集群供應鏈網(wǎng)絡彈性的度量指標。最后通過實驗驗證了級聯(lián)失效模型和彈性恢復方法的有效性，并研究了不同參數(shù)下基于SFZ的彈性方法對集群供應鏈網(wǎng)絡彈性的影響規(guī)律。
　　（4）借鑒基于SFZ的社會彈性來探索復合網(wǎng)絡環(huán)境下復雜社會管理的運行機制，建立了一種基于SFZ的彈性控制結構。首先分析了當今社會的復雜性特征及其對社會管理體制的要求。隨后將SFZ由

8、群智能映射到社會群體，在此基礎上設計了一種基于SFZ的社會管理彈性控制結構。最后，從社會滿意度和社會管理效率兩個方面構建了評價指標，通過仿真實驗對比分析了彈性控制結構、層級控制結構和平等控制結構對社會管理效果的綜合影響作用，進而驗證了彈性控制結構的有效性。
　　（5）以武漢激光供應鏈為例，研究了勞動分工和SFZ在其風險管理中的綜合應用。仿真實驗表明，對于運作風險給供應鏈帶來的擾動，基于勞動分工的柔性策略能夠幫助供應鏈適應這種變化的