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第1章　简介1

1.1　CNA的复杂性与作战研究项目的简要历史2

1.1.1　基本问题2

1.1.2　将新科学应用于战争8

1.1.3　战争和复杂性13

1.1.4 ISAAC16

1.1.5　EINSTein19

1.2　背景和动机25

1.2.1　兰彻斯特作战方程25

1.2.2　人工生命28

1.3　模型和仿真：一个启发式的讨论32

1.3.1　定义34

1.3.2　与现实世界的联系36

1.3.3　数学模型40

1.3.4　计算机仿真42

1.3.5　复杂性的代价是什么43

1.4　作战仿真45

1.4.1　建模和仿真主计划46

1.4.2　人类行为和指挥决策的建模47

1.4.3　传统的仿真48

1.4.4　建模技术的未来50

1.5　基于多Agent的模型和仿真51

1.5.1 自治Agent52

1.5.2　基于多Agent建模的实质53

1.5.3　基于Agent的仿真与传统的数学模型55

1.5.4　基于多Agent的仿真与传统的AI57

1.5.5　基于多Agent仿真的例子58

1.5.6　基于多Agent仿真的价值61

1.5.7　基于CA的和其他与EINSTein相关的作战模型63

1.6 EINSTein作为更一般的复杂适应系统模型的例子67

1.6.1　波斯湾场景68

1.6.2　SCUDHunt70

1.6.3　社会建模：暴乱和内乱72

1.6.4　一般应用73

1.6.5　统一行为模式74

1.7　开发EINSTein的目标和成果74

1.7.1　指挥和控制75

1.7.2　模式识别76

1.7.3　“如果会怎样”的实验76

1.7.4　战争的基本原理77

1.8　关于复杂系统的价值论本体77

1.8.1　为什么是值77

1.8.2　为什么是“价值论本体”79

第2章　非线性动力学、确定性混沌和复杂适应性系统：入门指南81

2.1　非线性动力学和混沌82

2.1.1　简要发展历程82

2.1.2　动态系统85

2.1.3　确定性混沌88

2.1.4　混沌的定性表征102

2.1.5　混沌的定量描述105

2.1.6　时间序列的预测和可预测性112

2.1.7　混沌控制113

2.2　复杂适应系统115

2.2.1　参考文献116

2.2.2　简史118

2.2.3　一般性质：一个启发式讨论120

2.2.4　复杂性度量131

2.2.5　复杂性科学：一种新的世界观147

2.2.6　人工生命149

2.2.7　元胞自动机155

2.2.8　自组织临界168

第3章　非线性、复杂性和战争：适用性的八个层面179

3.1　方法180

3.2　第一层：战争复杂性的一般隐喻概念182

3.2.1　隐喻是什么183

3.2.2　隐喻和战争185

3.2.3　隐喻转换187

3.3　第二层：政策和策略的通用指南193

3.3.1　新隐喻的启示193

3.3.2　策略193

3.3.3 组织结构195

3.3.4 情报分析196

3.3.5　战争特征时间尺度的策略制定197

3.4 第三层：“常规”战争模型与方法199

3.4.1　常规模型的真实性测试199

3.4.2　非单调性和混沌200

3.4.3　最小化建模201

3.4.4 兰彻斯特方程的泛化202

3.4.5 军备竞赛模型中的非线性动态性和混沌性205

3.5 第四层：战场复杂性描述206

3.5.1 源于时间序列数据的吸引子重构207

3.5.2　分形与作战207

3.5.3 历史数据中是否有战争中存在混沌性的证据209

3.5.4　历史数据中是否有自组织临界特性的证据210

3.5.5　用复杂系统理论工具来描述战争211

3.5.6　用相对信息描述指挥控制过程214

3.6　第五层：作战技术的提高215

3.6.1　计算机病毒（“计算机作战”）215

3.6.2　分形图像压缩216

3.6.3　密码系统218

3.7　第六层：作战辅助219

3.7.1　用遗传算法完善坦克策略220

3.7.2　战术决策辅助224

3.7.3　分类器系统226

3.7.4　如何使用遗传算法227

3.7.5　战术图像Agent228

3.8　第七层：综合作战环境230

3.8.1　基于元胞自动机的作战仿真230

3.8.2　基于多Agent的仿真232

3.9　第八层：全新的作战概念模型233

3.9.1　寄生决斗233

3.9.2　渗透理论和指挥与控制过程235

3.9.3　开发混沌性236

3.9.4　模式识别238

3.9.5　火蚁战争244

第4章　EINSTein：数学基础246

4.1　简介246

4.2　设计理念250

4.2.1　Agent层次250

4.2.2　指导原则252

4.3　抽象Agent体系结构253

4.3.1　概述254

4.3.2　数值的动态性256

4.3.3　一般形式257

4.3.4　EINSTein中的Agent259

4.3.5　动作260

4.3.6　特征265

4.3.7　局部环境269

4.3.8　实例270

4.3.9　本体的划分271

4.3.10　通信272

4.3.11　公理逻辑本体274

4.3.12　避免组合性爆炸274

第5章　EINSTein：方法论309

5.1　程序结构309

5.1.1　源代码309

5.1.2　面向对象310

5.1.3　程序流312

5.2　作战引擎313

5.2.1　Agent313

5.2.2　战场315

5.2.3　Agent的感知参数317

5.2.4　Agent个性319

5.2.5　Agent动作选择321

5.2.6　运动决策逻辑标志333

5.2.7　元规则334

5.2.8　决策逻辑347

5.2.9　二义性解决逻辑348

5.3　分队350

5.4　作战351

5.4.1　在1.0及之前版本中的实现352

5.4.2　1.1版本及以后版本362

5.5　通信375

5.5.1　分队间通信权重矩阵377

5.6　地形377

5.6.1　1.0及之前版本377

5.6.2　1.1或之后版本380

5.7　搜寻和导航路径382

5.7.1　路径搜寻384

5.7.2　用户自定义路径的导航390

5.8　指挥与控制404

5.8.1　局部指挥405

5.8.2　下属Agent408

5.8.3　实例408

5.8.4　全局指挥409

附录1：增强型行为选择逻辑415

概述416

附录2：激活触发器状态426

附录3：权值计算434

基本响应激活函数434

两个或多个特征的组合438

组合类型-Ⅰ439

组合类型-Ⅱ440

组合类型-Ⅲ445

附录4：通过内部特征空间调整权值451

挤压函数451

附录5：动作逻辑函数（ALF）455

惩罚函数459

附录6：Agent行为的预先可视化461

研究对Agent行为的直觉461

预期行为和涌现行为462

第6章　EINSTein：行为样本490

6.1 概述490

6.1.1 仿真运行模式492

6.1.2　观察492

6.1.3　行为分类494

6.2 案例研究1：兰彻斯特战斗496

6.3 案例研究2：传统战斗前线（指南）499

6.3.1　数据收集500

6.3.2　“what if？”问题501

6.3.3　生成适应度景象509

6.4　案例研究3：爆炸式冲突512

6.4.1　Agent密度图514

6.4.2 空间熵514

6.4.3　分形维和作战517

6.4.4 损耗量524

6.4.5　损耗率527

6.5 案例研究4：分队对抗532

6.5.1 背景532

6.5.2　场景定义533

6.5.3　武器装备的战技指标535

6.5.4　兵力比例经验法则3:1537

6.6 案例研究5：进攻539

6.7　案例研究6：防御544

6.8 案例研究7：涌动546

6.9　案例研究8：非单调性549

6.10 案例研究9：自生冲突553

6.11 案例研究10：小型穿插555

6.12　案例研究11：混合行为558

6.12.1　旋进机动558

6.12.2 随机防守560

6.12.3 通信563

6.12.4 局部指挥564

6.12.5 全局指挥566

第7章　训练Agent568

7.1　背景568

7.1.1　遗传算子569

7.1.2 适应度景象570

7.1.3　GA方法基础573

7.1.4　GA的工作原理576

7.2　GA在EINSTein中的应用579

7.2.1 任务适应度度量580

7.2.2　适应度函数582

7.2.3 遗传算法在EINSTein中的使用589

7.2.4　EINSTein中的GA搜索空间591

7.3　GA训练实验595

7.3.1　GA“训练”实验1（指南）595

7.3.2 Agent“训练”实验2606

7.3.3 Agent“训练”实验3609

7.3.4　Agent“训练”实验4611

第8章　结论与思考614

8.1 EINSTein仿真系统616

8.2 收获619

8.3 成果622

8.4 确认624

8.4.1　EINSTein和JANUS626

8.4.2　计算模型联合627

8.5　未来工作629

8.6　结束语635

附录A　其他资源636

A.1　通用资源636

A.2　复杂适应系统研究资源637

A.3　Agent637

A.4　人工智能638

A.5　人工生命638

A.6　元胞自动机639

A.7　混沌640

A.8　复杂性641

A.9　冲突和战争641

A.10　模糊逻辑642

A.11　游戏编程642

A.12　遗传算法643

A.13　信息可视化643

A.14　机器学习644

A.15　新闻组644

A.16　哲学类资源645

A.17　机器人学645

A.18　仿真系统646

A.19　群体智能647

A.20　时间序列分析647

附录B　EINSTein主页649

B.1　链接649

B.2　屏幕截图650

附录C　EINSTein开发工具652

附录D　安装EINSTein653

D.1　版本653

D.2　系统要求653

D.3　安装EINSTein654

D.4　运行EINSTein655

附录E　EINSTein简明用户指南660

E.1　File菜单660

E.1.1　Load…660

E.1.2　Save662

E.1.3　Exit663

E.2　Edit菜单663

E.2.1　Combat Parameters…664

E.2.2　Red Data665

E.2.3　Terrain680

E.2.4　Territorial Possession682

E.2.5　Multiple Time-Series Run Parameters682

E.2.6 2-Parameter Fitness Landscape Exploration683

E.2.7　1-Sided Genetic Algorithm Parameters684

E.3　Simulation菜单685

E.3.1　交互式运行模式685

E.3.2　回放运行模式686

E.3.3　多时间序列运行模式686

E.3.4　2-Parameter Phase Space Exploration690

E.3.5　单方遗传算法运行模式692

E.3.6　Clear697

E.3.7　Run/Stop Toggle697

E.3.8　Step-Execute Mode697

E.3.9　Step Execute for T Step697

E.3.10　Randomize698

E.3.11　Reseed Random Number Generator698

E.3.12　Restart698

E.3.13　Terminate Run699

E.4　Display菜单699

E.4.1　数据699

E.4.2　转换背景颜色（Toggle Background Color）701

E.4.3　追踪图702

E.4.4　显示所有Agent（默认，Show All）702

E.4.5　显示所有Agent（高亮受伤者）702

E.4.6　只显示存活Agent702

E.4.7　只显示受伤Agent703

E.4.8　高亮显示单个分队703

E.4.9　高亮显示指挥结构703

E.4.10　活动图705

E.4.11　前线视图706

E.4.12　杀伤域图707

E.4.13　领地占有图708

E.4.14　缩放（Zoom）710

E.5　On-the-Fly Parameter Changes菜单710

E.6　Data Collection菜单712

E.6.1　Toggle Data Collection On/Off713

E.6.2　Set All713

E.6.3　Capacity Dimension713

E.6.4　Force Sizes713

E.6.5　Center-of-Mass Positions713

E.6.6　Cluster-Size Distribution713

E.6.7　Goal Count714

E.6.8 Interpoint Distance Distributions714

E.6.9　Neighbor-Number Distributions714

E.6.10　Spatial Entropy714

E.6.11　Territorial Possession715

E.6.12　Mission-Fitness Landscape(2-Parameter)715

E.6.13 Calculate Capacity Dimension(Snapshot at time t)716

E.7 Data Visualization菜单716

E.7.1 2D Graphs（二维图形）718

E.7.2 3D Graphs（三维图形）729

E.8 Help菜单732

E.8.1 Help Topics732

E.8.2 About EINSTein732

E.9　工具栏734

E.9.1　工具栏含义734

附录F　EINSTein1.0（及之前）版本与1.1（及之后）版本的区别737

F.1　工具栏和主菜单737

F.2　主菜单的Edit选项和对话框738

F.2.1　Agent参数738

F.2.2　编辑地形类型739

F.2.3　与作战有关的对话框739

F.2.4　主菜单Simulation选项／对话框743

F.2.5　主菜单Display选项744

F.2.6　鼠标右键操作746

附录G　EINSTein的数据文件748

G.1　1.0以及之前版本748

G.1.1　输入数据文件749

G.1.2　作战Agent输入数据文件777

G.1.3　运行文件（Run-File）778

G.1.4　地形输入数据文件779

G.1.5　地形可修改的Agent输入数据文件780

G.1.6　武器输入数据文件781

G.1.7　双参适应度景象输入数据文件782

G.1.8　单边遗传算法输入数据文件786

G.1.9　通信矩阵输入数据文件789

G.1.10　分队间互连矩阵输入数据文件790

G.1.11　输出数据文件791

G.2　1.1或之后版本796

参考文献801