基于勞動(dòng)分工和空間忠誠(chéng)帶的群智能研究及應(yīng)用.pdf

1、群智能是指眾多行為簡(jiǎn)單的個(gè)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(guó)內(nèi)相關(guān)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(cè)重于對(duì)優(yōu)化算法的性能進(jìn)行改進(jìn)。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(duì)群智能的其他生物原型，如勞動(dòng)分工、墓地構(gòu)造、筑巢、空間忠誠(chéng)帶（Spat

2、ial Fidelity Zone, SFZ）等的關(guān)注較少。本文將群智能的研究領(lǐng)域由優(yōu)化擴(kuò)展到對(duì)分工合作和組織結(jié)構(gòu)相關(guān)問題的探索，圍繞勞動(dòng)分工和SFZ展開研究。
　　群智能勞動(dòng)分工是族群的一種任務(wù)分配方式，其中不存在中心控制指導(dǎo)個(gè)體執(zhí)行任務(wù)。個(gè)體不僅可以根據(jù)族群的需要隨時(shí)從一項(xiàng)任務(wù)轉(zhuǎn)換到另一項(xiàng)任務(wù)，而且任務(wù)的分工恰好符合族群對(duì)各項(xiàng)任務(wù)的要求，即個(gè)體的柔性協(xié)作形成族群層面任務(wù)的柔性分配。群智能SFZ是族群空間結(jié)構(gòu)的一種組織形式，其中

3、個(gè)體具有獨(dú)特的SFZ，其位置與個(gè)體從事的任務(wù)相關(guān)，具有結(jié)構(gòu)化特征。當(dāng)族群遭遇大的變故，個(gè)體可以重建各自相關(guān)的SFZ并繼續(xù)完成各自的任務(wù)，重組恢復(fù)原來的功能群體，稱為社會(huì)彈性。勞動(dòng)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(duì)勞動(dòng)分工的柔性和SFZ的彈性進(jìn)行了研究，并以供應(yīng)鏈系統(tǒng)為例，驗(yàn)證了柔性和彈性在其運(yùn)作中的綜合應(yīng)用，進(jìn)而探討了柔性與彈性的關(guān)系。本文的主要研究工作如下：
　?。?）借鑒勞動(dòng)分工的柔性任務(wù)分配來實(shí)現(xiàn)布

4、局問題中有效的空間分配，提出了一種柔性勞動(dòng)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(yīng)閾值模型提出了一種柔性勞動(dòng)分工方法，該方法結(jié)合多邊形布局空間分配的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了三種動(dòng)作來占據(jù)容器空間。在環(huán)境刺激和響應(yīng)閾值的相互作用下，每個(gè)多邊形都采取恰當(dāng)?shù)膭?dòng)作完成空間分配，最終得到滿足衛(wèi)星艙布局要求的結(jié)果。通過與自組織涌現(xiàn)算法在標(biāo)準(zhǔn)算例上的比較實(shí)驗(yàn)，表明該

5、方法具有求解上的有效性。
　　（2）借鑒勞動(dòng)分工的柔性任務(wù)分配來實(shí)現(xiàn)社會(huì)群體間公平的利益分配，建立了面向利益分配的柔性勞動(dòng)分工模型。首先分析了緩解當(dāng)前社會(huì)矛盾與沖突的關(guān)鍵是建立公平柔性的利益分配機(jī)制。隨后從分配的角度對(duì)利益的概念進(jìn)行界定，并引入相對(duì)剝奪感來衡量利益分配的公平性。進(jìn)而根據(jù)社會(huì)群體利益的特點(diǎn)，對(duì)基本勞動(dòng)分工模型進(jìn)行擴(kuò)展，借助恢復(fù)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(dòng)分工模型。選取一個(gè)具有代表性的利益分配實(shí)

6、例進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，從恢復(fù)性和分配柔性兩方面驗(yàn)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(fù)情況，闡述了現(xiàn)實(shí)中利益型群體事件的演化規(guī)律。
　?。?）借鑒基于SFZ的社會(huì)彈性來實(shí)現(xiàn)集群供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)在干擾中斷下的彈性運(yùn)作，提出了一種基于SFZ的彈性恢復(fù)方法。首先從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)入手，揭示了群智能SFZ與集群供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)SFZ之間的映射機(jī)理。隨后基于企業(yè)欠載失效建立了集群供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)失效模型。進(jìn)而根據(jù)基于SFZ的

7、社會(huì)彈性和集群供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于SFZ的彈性方法，并采用SFZ的偏離程度作為集群供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)彈性的度量指標(biāo)。最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了級(jí)聯(lián)失效模型和彈性恢復(fù)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(duì)集群供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)彈性的影響規(guī)律。
　?。?）借鑒基于SFZ的社會(huì)彈性來探索復(fù)合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下復(fù)雜社會(huì)管理的運(yùn)行機(jī)制，建立了一種基于SFZ的彈性控制結(jié)構(gòu)。首先分析了當(dāng)今社會(huì)的復(fù)雜性特征及其對(duì)社會(huì)管理體制的要求。隨后將SFZ由

8、群智能映射到社會(huì)群體，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種基于SFZ的社會(huì)管理彈性控制結(jié)構(gòu)。最后，從社會(huì)滿意度和社會(huì)管理效率兩個(gè)方面構(gòu)建了評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析了彈性控制結(jié)構(gòu)、層級(jí)控制結(jié)構(gòu)和平等控制結(jié)構(gòu)對(duì)社會(huì)管理效果的綜合影響作用，進(jìn)而驗(yàn)證了彈性控制結(jié)構(gòu)的有效性。
　?。?）以武漢激光供應(yīng)鏈為例，研究了勞動(dòng)分工和SFZ在其風(fēng)險(xiǎn)管理中的綜合應(yīng)用。仿真實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于運(yùn)作風(fēng)險(xiǎn)給供應(yīng)鏈帶來的擾動(dòng)，基于勞動(dòng)分工的柔性策略能夠幫助供應(yīng)鏈適應(yīng)這種變化的