论文部分内容阅读
群智能是指众多行为简单的个体在相互作用过程中涌现产生的整体智能行为。目前，国内相关研究提到的群智能一般都是指群智能优化，主要以蚁群优化和粒子群优化为代表，这一方面的研究工作侧重于对优化算法的性能进行改进。群智能优化算法的生物原型以觅食为主，如模拟蚂蚁觅食的蚁群优化算法、模拟鸟群觅食的粒子群优化算法、模拟蜜蜂觅食的人工蜂群算法和模拟鱼群觅食的人工鱼群算法等。相比之下，对群智能的其他生物原型，如劳动分工、墓地构造、筑巢、空间忠诚带（Spatial Fidelity Zone, SFZ）等的关注较少。本文将群智能的研究领域由优化扩展到对分工合作和组织结构相关问题的探索，围绕劳动分工和SFZ展开研究。 群智能劳动分工是族群的一种任务分配方式，其中不存在中心控制指导个体执行任务。个体不仅可以根据族群的需要随时从一项任务转换到另一项任务，而且任务的分工恰好符合族群对各项任务的要求，即个体的柔性协作形成族群层面任务的柔性分配。群智能SFZ是族群空间结构的一种组织形式，其中个体具有独特的SFZ，其位置与个体从事的任务相关，具有结构化特征。当族群遭遇大的变故，个体可以重建各自相关的SFZ并继续完成各自的任务，重组恢复原来的功能群体，称为社会弹性。劳动分工和SFZ分别是群智能柔性和弹性的一种表现形式，本文依次对劳动分工的柔性和SFZ的弹性进行了研究，并以供应链系统为例，验证了柔性和弹性在其运作中的综合应用，进而探讨了柔性与弹性的关系。本文的主要研究工作如下： （1）借鉴劳动分工的柔性任务分配来实现布局问题中有效的空间分配，提出了一种柔性劳动分工求解方法。首先基于材料和空间的二元性，将卫星舱多边形布局问题抽象为空间分配问题，即将容器空间合理有效地分配给给定的多边形。接着基于响应阈值模型提出了一种柔性劳动分工方法，该方法结合多边形布局空间分配的特点，设计了三种动作来占据容器空间。在环境刺激和响应阈值的相互作用下，每个多边形都采取恰当的动作完成空间分配，最终得到满足卫星舱布局要求的结果。通过与自组织涌现算法在标准算例上的比较实验，表明该方法具有求解上的有效性。 （2）借鉴劳动分工的柔性任务分配来实现社会群体间公平的利益分配，建立了面向利益分配的柔性劳动分工模型。首先分析了缓解当前社会矛盾与冲突的关键是建立公平柔性的利益分配机制。随后从分配的角度对利益的概念进行界定，并引入相对剥夺感来衡量利益分配的公平性。进而根据社会群体利益的特点，对基本劳动分工模型进行扩展，借助恢复因子来协调不同利益群体，建立了面向利益分配的柔性劳动分工模型。选取一个具有代表性的利益分配实例进行仿真实验，从恢复性和分配柔性两方面验证了该模型的有效性。最后给出了利益型群体事件演化过程的描述，定量分析了其中的恢复情况，阐述了现实中利益型群体事件的演化规律。 （3）借鉴基于SFZ的社会弹性来实现集群供应链网络在干扰中断下的弹性运作，提出了一种基于SFZ的弹性恢复方法。首先从网络结构入手，揭示了群智能SFZ与集群供应链网络SFZ之间的映射机理。随后基于企业欠载失效建立了集群供应链网络的级联失效模型。进而根据基于SFZ的社会弹性和集群供应链网络级联失效的特点，设计了基于SFZ的弹性方法，并采用SFZ的偏离程度作为集群供应链网络弹性的度量指标。最后通过实验验证了级联失效模型和弹性恢复方法的有效性，并研究了不同参数下基于SFZ的弹性方法对集群供应链网络弹性的影响规律。 （4）借鉴基于SFZ的社会弹性来探索复合网络环境下复杂社会管理的运行机制，建立了一种基于SFZ的弹性控制结构。首先分析了当今社会的复杂性特征及其对社会管理体制的要求。随后将SFZ由群智能映射到社会群体，在此基础上设计了一种基于SFZ的社会管理弹性控制结构。最后，从社会满意度和社会管理效率两个方面构建了评价指标，通过仿真实验对比分析了弹性控制结构、层级控制结构和平等控制结构对社会管理效果的综合影响作用，进而验证了弹性控制结构的有效性。 （5）以武汉激光供应链为例，研究了劳动分工和SFZ在其风险管理中的综合应用。仿真实验表明，对于运作风险给供应链带来的扰动，基于劳动分工的柔性策略能够帮助供应链适应这种变化的环境；对于中断风险给供应链造成的中断性破坏，基于SFZ的弹性策略能够帮助供应链从中恢复正常运营。在此基础上分析说明了以劳动分工为代表的群智能柔性和以SFZ为代表的群智能弹性之间的关系。