О роли упрощенных оптимизационных моделей

ВОЕННАЯ МЫСЛЬ № 1/2008, стр. 57-61

О роли упрощенных оптимизационных моделей

Подполковник Д. Е. АХМЕРОВ

Подполковник А. В. БЕЛОМЫТЦЕВ

Подполковник С.Л. ВАСКЕЦОВ

РЕДАКЦИЯ журнала «Военная Мысль» в № 10 за 2004 год предложила развернуть дискуссию о путях и способах применения информационных технологий в практической деятельности командиров и штабов.

О.Н. Калиновский - автор одной из статей, опубликованных в этом номере журнала, приходит к неутешительному выводу о том, что реальное состояние дел в данной сфере далеко от желаемого и нередки случаи, когда «результаты моделирования» подгоняются под мнение командира. С ним в определенной степени солидарен А.А. Егоров, в своей статье «К вопросу о математическом моделировании боевых действий объединений ВВС» отмечающий ограниченное применение в объединениях ВВС моделирования боевых действий, недоверие командующих и штабов к его результатам и стремление традиционно опираться при принятии решений на собственный опыт и интуицию.

Вместе с тем, по оптимистическим оценкам, современный уровень моделирования позволяет разрабатывать модели с требуемыми характеристиками. Успех связывается с высокой степенью полноты описания, «копирования» объектов, средств вооруженной борьбы и связей между ними, с созданием «откалиброванных» компьютерных моделей, позволяющих приблизить результаты моделирования к реальным. От использования таких современных моделирующих комплексов ожидается достижение принципиально новых результатов в работе командиров и штабов, так как предполагается, что возможности подобных систем практически безграничны.

Компьютерное моделирование боевых действий (операций) - лишь часть более общего научного направления - компьютерного моделирования сложных самоорганизующихся систем. Соответственно в военной науке моделирование опирается на достижения более высокого теоретического уровня - теории систем, системного анализа и такого междисциплинарного направления, как синергетика.

Из публикаций видных ученых в этой предметной области следует, что наиболее конструктивным направлением является построение иерархии моделей, часть из которых должна отличаться простотой и легко анализироваться. Это необходимо для понимания, на основе которого только и можно принимать решение. Здесь на первое место выдвигается не полнота описания, а сложная творческая проблема отбора относительно небольшого числа ключевых переменных - параметров порядка, определяющих поведение сложной системы как единого целого для создания легко анализируемых моделей. Идея одновременного использования упрощенных моделей, позволяющих решать оптимизационные и игровые задачи выбора управлений для предварительных (оценочных) расчетов и имитационных моделей в целях последующего уточнения этих расчетов, возникла еще в 70-х годах XX века. Ее важность и плодотворность отмечали авторы широко известных учебных пособий Е.С. Вентцель и академик Н.Н. Моисеев.

Так, Н.Н. Моисеев подчеркивал, что упрощенные модели и «быстрые алгоритмы» оптимизации играют решающую роль в анализе систем и несут основную нагрузку вычислительной работы. Еще в 60-х годах ученые отдавали приоритет именно таким моделям, ставя на первое место не имитацию, а поиск плодотворных идей для решения проблем (задач). А для проверки справедливости идеи, по их мнению, лучше использовать несколько грубых моделей, чем детально проработать одну. На наш взгляд, именно такой характер должны носить модели для поддержки принятия решений на верхних - оперативных и оперативно-стратегических - уровнях исследований (оценок).

В статье В.В. Барвиненко и В.Р. Ляпина «О методе оценки обстановки и принятия решения» описана последовательность работы штаба при выборе рациональных вариантов способов ведения операции (боевых действий) по результатам моделирования на многофункциональном моделирующем комплексе общих (исходных, опорных) вариантов (способов) действий сторон. Подчеркивается, что разработка этих опорных способов - сложный и ответственный процесс, который могут проводить только должностные лица уровня оперативного управления (отдела) и выше.

По нашему мнению, именно этот этап работы может предусматривать широкое использование упрощенных оптимизационных моделей, выходными результатами которых являются ориентиры для элементов принимаемых решений и разрабатываемых планов. С их помощью могут решаться, например, при планировании ПВО задачи оценки соотношения сил, прогноза действий воздушного противника, построения группировки ПВО. Так, В.П. Саушкин сообщает о комплексе штабных математических моделей боевого применения радиотехнических войск, в котором реализована концепция сочетания имитационной модели с оптимизационными.

Что же касается того, станут ли модели применяться непосредственно при подготовке операции или по результатам их применения заранее, в ходе оперативной подготовки, будут сделаны некоторые обобщенные выводы, подготовлены справочные данные, то этот вопрос, видимо, может решаться по-разному в каждом конкретном случае с учетом накопленного опыта применения моделей. Разработка и внедрение таких моделей могут осуществляться не в виде единовременного акта, а постепенно, по мере готовности моделей, предназначенных для решения частных задач. Их внедрение не требует существенных дополнительных затрат, так как может быть использована та вычислительная техника, которой уже в настоящее время оснащены подразделения штабов. При этом в ходе практического использования и проверки некоторые модели будут совершенствоваться, а некоторые, возможно, не закрепятся в научно-методическом аппарате, применяемом в штабах.

Ценность оптимизационных моделей состоит также в том, что они, используя принцип минимакса, в идеале (разумеется, при принятых допущениях) позволяют найти наилучший вариант действий своих войск в его неразрывной связи с наиболее опасными действиями противоположной стороны. Опасения А.А. Егорова в указанной статье, что полученные на этой основе решения могут быть «угаданы» противником, на наш взгляд, преувеличены. Знание гарантированных стратегий не противоречит стратегиям риска, последнее слово всегда остается за командованием, но желательно, чтобы оно, идя на риск, видело «идеальное» решение (в реальности, разумеется, лишь его контуры, некоторые важные черты). Это как раз и позволит измерить степень риска, оценить, от чего и во имя чего отказываются, принимая оригинальное решение. Таким образом, прикладные науки - это применение результатов фундаментальных (или верхних, академических «этажей» прикладных) наук для решения практических проблем в соответствующих областях человеческой деятельности, а искусство - это творческая комбинация научно обоснованных предложений.

При этом то обстоятельство, что в подобных моделях отражается лишь часть факторов, которые хотелось бы учесть, не может, на наш взгляд, служить достаточным основанием для отрицательного отношения к таким моделям. Ведь если предполагается, что офицеры штаба, решая какую-то конкретную задачу при отсутствии модели, способны на интуитивном уровне учитывать все факторы с приемлемым качеством, а модель обеспечивает формализованный учет лишь некоторых из них, то оставшиеся факторы за то же время теми же лицами могут быть учтены с еще более высоким качеством за счет концентрации внимания именно на них. Кроме того, результаты расчетов являются лишь предварительными, ориентировочными и подлежат творческому уточнению, в том числе и с использованием имитационных моделей (комплексов). А вот уменьшить число вариантов, анализируемых на этих комплексах, с использованием оптимизационных моделей представляется вполне возможным.

Почему именно оптимизационным моделям уделяется, по нашим оценкам, мало внимания в публикациях и они слабо внедряются в практику работы штабов? Попытаемся ответить на этот вопрос. Во-первых, при разработке оптимизационной модели, тем более легко анализируемой, исследователи сталкиваются с более широким кругом вопросов, чем при копировании уже существующего образца вооружения с его связями. Здесь недостаточно перед исследователем поставить задачу, желательно, чтобы опытный руководитель указал конкретный путь ее решения, в противном случае исследователь должен найти его сам (чаще всего он сам и выбирает задачу, которую считает важной для практики и интересной для себя). Это, как правило, требует времени, продолжительность которого нельзя заранее определить. Кроме того, вполне возможно, что путь решения так и не удастся найти. Во-вторых, если в классических трудах по системному анализу простота модели рассматривается как достоинство и одно из первых требований к ней, то в реальности на фоне комплексов с высокой степенью детализации объектов моделирования простота нередко считается пороком. В-третьих, внедрение в практику работы штабов (как правило, постепенное) таких моделей менее эффектно и престижно, чем сложных комплексов, в которых в полной мере можно использовать информационные технологии.

Кроме того, даже если эти препятствия будут успешно преодолены, внедрение именно оптимизационных моделей в практику будет встречать определенное сопротивление и со стороны предполагаемых пользователей. Потенциальные пользователи нередко стремятся получить однозначный количественно выраженный результат и по возможности быстро и без затруднений, которые должна якобы преодолеть модель. Модель же, потенциально повышая качество решения, увеличивает объем работы и в определенной степени затрудняет ее, требуя дополнительных операций, размышлений и новых доводов для обоснования. Именно на оптимизационных моделях с обозримым объемом исходных данных в ряде случаев трудно или даже невозможно получить желаемый или привычный результат - нужна его творческая корректировка или нестандартное решение. Поэтому внедрение моделей требует в течение определенного времени, а возможно, и постоянно совместной работы разработчиков (представителей НИУ и военных вузов) и пользователей, терпения и стремления к взаимопониманию.

В заключение полагаем целесообразным остановиться на роли объективных и субъективных факторов в формировании решения, на степени доверия командования к результатам моделирования, на возможности их подгонки к мнению командования. Конечно, подгонка, как беспринципный способ поведения исследователя (оператора), стремящегося угадать желания начальника и удовлетворить их независимо от реальных результатов, должна быть, безусловно, отвергнута. Вместе с тем то обстоятельство, что решение всегда остается за командиром и носит синтетический, субъективный характер, вытекает из самой природы военной реальности. Остановимся лишь на двух ее аспектах.

Первый из них заключается в непредсказуемости хода и исхода вооруженной борьбы, трудности или невозможности количественного выражения ее существенных связей. Непредсказуемость же есть принципиальная невозможность достоверного, основанного на логической последовательности суждения о состоянии какого-либо объекта (процесса или явления) в будущем. Отсюда непосредственно следует вывод о принципиальной невозможности построения моделей, адекватных процессам вооруженной борьбы. Поэтому, видимо, речь должна идти не о слепом доверии к моделям, а о возможности понимания их слабых и сильных сторон, перечня и способов учета различных факторов, что позволит командующему трезво относиться к результатам моделирования, основываясь, прежде всего, на своем кругозоре военачальника.

Второй аспект связан с многокритериальностью задач применения войск и военного строительства, т. е. с наличием ряда показателей, одни из которых целесообразно обратить в максимум, а другие - в минимум. Математика не имеет средств для непосредственного решения таких задач. Для их сведения к стандартной задаче оптимизации необходимо «свернуть» критерии за счет формулирования дополнительных гипотез, не вытекающих из поставленной задачи. В науке разработаны различные методы такой свертки, но выбор исследователем того или иного из них есть акт субъективный. Выбор различных методов свертки с последующей оптимизацией приводит к многовариантности решений. Устраняется же она субъективным выбором окончательного решения руководителя операции. Этот выбор не является волюнтаристским, поскольку опирается на данные, разработанные с применением методов науки, и на собственные знания законов и принципов войны и вооруженной борьбы, на опыт принятия решений руководителем (командующим). При этом помощь ему со стороны исследователей (операторов) по корректировке ими же предлагаемых предварительных вариантов с указанием их существа и возможных последствий корректировки не должна, на наш взгляд, рассматриваться как подгонка результатов, так как является частью процесса выработки решения.

Многовариантность порождается также тем, что нестабильность, неопределенность, альтернативность являются фундаментальным свойством действительности во всех ее сферах, а не только в общественной. При этом функции науки состоят именно в разработке альтернатив, причем невозможно объективно и убедительно показать, что лишь одна из них является наиболее верной. Поэтому возникающие время от времени инициативы по выработке НИУ и военными вузами согласованной методологии, позволяющей представить руководству единственный научно обоснованный результат исследований по строительству (применению) видов ВС и родов войск, противоречат самым последним положениям науки и, как правило, не могут быть реализованы, за исключением тривиальных случаев.

Таким образом, наши предложения сводятся к более широкому использованию в штабах наряду с имитационными комплексами достаточно простых и обозримых оптимизационных моделей как первого этапа обоснования решений. И их применение вытекает из многовариантной природы самой военной действительности, характеризующейся непредсказуемостью, и, что самое главное, не потребует больших затрат.

Военная Мысль. 2003. № 10. С. 21-27.

Военная Мысль. 2004. № 9. С. 54-55; № 1. С. 33-39.

Вентцель Е.С. Исследование операций. Задачи, принципы, методология. М.: Высшая школа, 2001. С. 25; Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1981. С. 50, 59, 229.

Военная Мысль. 2004. № 9. С. 54-55.

Военная Мысль. 2003. № 6. С. 48-56.

Ларичев О.Н. Теория и методы принятия решений: Учебник. М.: Логос. С. 83, 110, 145, 172.

Степин B.C. Теоретическое знание. М.: Прогресс - Традиция. 2000. 653; Малкей М. Наука и социология знания. М.: Прогресс, 1983. С. 204-205.