ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬНЫХ, СОЦИАЛЬНЫХ И ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
нивание состояния трубопроводных си- |
позиционного метода при |
моделировании |
стем на основе функционального эквивален- |
потокораспределения в гидравлических си- |
|
тирования / И.С. Квасов, М.Я. Панов, С.А. |
стемах / С.А. Сазонова // Моделирование, |
|
Сазонова // Известия высших учебных заве- |
оптимизация и информационные техноло- |
|
дений. Строительство. - 2000. - № 4 (496). - |
гии. - 2015. - № 4 (11). - С. 14. |
|
С. 100-105. |
19. Сазонова, С.А. |
Особенности |
17. Сазонова, С.А. Моделирование |
формулировки прикладных задач управле- |
|
нагруженного резерва при авариях гидрав- |
ния функционированием системами тепло- |
|
лических систем / С.А. Сазонова // Модели- |
снабжения / С.А. Сазонова // Моделирование |
|
рование, оптимизация и информационные |
систем и процессов. - 2018. - Т. 11. № 3. - С. |
|
технологии. 2015. - № 4 (11). - С. 7. |
80-88. |
|
18. Сазонова, С.А. Применение деком- |
|
|
УДК 658.3 |
|
|
ВУНЦ ВВС «ВВА имени профессор Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», д-р техн. наук, профессор А.А. Хвостов, E-mail: khvtol1974@yandex.ru,
Канд. техн. наук, доцент А.А. Журавлев, тел: 7473-24476-13
Курсант Е.А. Журавлев, E-mail: zhuraa1@rambler.ru
Воронежский государственный технический университет Канд. техн. наук, доцент Д.В. Сысоев
Россия, г. Воронеж, E-mail: Sysoevd@yandex.ru
MESC AF «N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin Air Force Academy»
Doctor of technical Sciences, professor A.A. Khvostov, E-mail: khvtol1974@yandex.ru,
Candidate of technical Sciences, Associate professor A.A. Zhuravlev Cadet E.A. Zhuravlev, E-mail: zhuraa1@rambler.ru
Voronezh State Technical University
Ph. D. in Engineering, associate professor D.V. Sysoev Russia, Voronezh, E-mail: Sysoevd@yandex.ru
А.А. Хвостов, А.А. Журавлев, Е.А. Журавлев, Д.В. Сысоев
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДИНАМИКИ КОНФЛИКТА НА ОСНОВЕ МАРКОВСКОЙ ЦЕПИ
Аннотация: Рассмотрено использование математического аппарата цепей Маркова для построения стохастической модели динамики конфликта. На основании структурного анализа составлен граф состояний конфликта. Разработана модель динамики конфликта в виде уравнений Колмогорова-Чепмена. Получены уравнения для расчета стационарных вероятностей отдельных состояний конфликта
Ключевые слова: конфликт, цепь Маркова, вероятность, интенсивность, дискретное состояние
A.A. Khvostov, A.A. Zhuravlev, E.A. Zhuravlev, D.V. Sysoev
MATHEMATICAL MODEL OF CONFLICT DYNAMICS BASED ON MARKOV CHAIN
Abstract: The use of the mathematical apparatus of Markov chains to construct a stochastic model of the conflict dynamics is considered. On the basis of structural analysis, a graph of the States of the conflict is made. A model of conflict dynamics in the form of Kolmogorov-Chapman equations is developed. The resulting equations for calculating the stationary probabilities of the individual States of the conflict
Keywords: conflict, Markov chain, probability, intensity, discrete state
Конфликты 7 и конфликтные ситуации присущи практически всем областям человеческой деятельности, в которых существенно взаимодействие людей и социальных групп.
В современной конфликтологии для изучения межличностных и межгрупповых конфликтов широко применяются методы математического моделирования. Привлечение современных средств вычислительной
©Хвостов А.А., Журавлев А.А., Журавлев Е.А., Сысоев Д.В., 2019
техники и проведение вычислительных экспериментов на математических моделях позволяют перейти от простого накопления и анализа фактов к прогнозированию динамики развития конфликта с целью выбора оптимальной стратегии управления конфликтом [1, 2].
Математическое моделирование позволяет заменить непосредственный анализ конфликтов анализом свойств и характеристик их математических моделей. Математическое описание конфликта представляет со-
30
ВЫПУСК № 3-4 (17-18), 2019 |
ISSN 2618-7167 |
бой систему формализованных соотношений между характеристиками конфликта, разделяемых на параметры и переменные. Параметры модели отражают внешние условия и слабо меняющиеся характеристики конфликта, переменные составляющие – основные для данного исследования характеристики. Изменение этих значений конфликта представляет главную цель моделирования.
Использование математического моделирования в конфликтологии началось в середине XX в., чему способствовало появление ЭВМ и большое количество прикладных исследований конфликтов. Пока трудно дать четкую классификацию математических моделей, используемых в конфликтологии. В основу классификации моделей можно положить используемый математический аппарат (дифференциальные уравнения, вероятностные распределения, математическое программирование и т.п.) и объекты моделирования (межличностные и межгосударственные конфликты, конфликты в животном мире и т.д.). Анцупов А.Я. выделяет следующие группы математических моделей, используемых в конфликтологии [3]:
1)Вероятностные распределения, представляющие собой простейший способ описания переменных через указание доли элементов совокупности с данным значением переменной.
2)Статистические модели в виде регрессионных соотношений, представляющих связь зависимых и независимых переменных
ввиде функциональных отношений.
3)Марковские цепи, которые описывают механизм динамики распределений, где будущее состояние определяется не всей предысторией конфликта, а только «настоящим». Основным параметром конечной цепи Маркова является вероятность перехода участника конфликта из одного состояния в другое за фиксированный промежуток времени. Каждое действие приносит частный выигрыш (проигрыш); из них складывается
результирующий выигрыш (проигрыш).
4)Модели целенаправленного поведения, предполагающие использование целевых функций для анализа, прогнозирования
ипланирования социальных процессов. Такие модели обычно имеют вид задач математического программирования с заданными целевой функцией и ограничениями. В настоящее время это направление ориентировано на моделирование процессов взаимодействия целенаправленных социальных объектов, в том числе и определение вероятности возникновения конфликта между ними.
5)Теоретические модели, предназначенные для логического анализа тех или иных содержательных концепций, когда затруднена возможность измерения основных параметров и переменных (возможные межгосударственные конфликты и др.).
6)Имитационные модели, представля-
ющие собой класс моделей, реализованных в виде алгоритмов и программ для ЭВМ и отражающие сложные зависимости, не поддающиеся аналитическому анализу. Имитационные модели являются средством машинного эксперимента и могут быть использованы как для теоретических, так и для практических целей.
Значительный вклад в развитие основ математического моделирования конфликтных взаимодействий внесли В.И. Новосельцев, Д.С. Конторов, В.В. Сысоев, В.А. Лефевр и др., научные школы 27 и 21 ЦНИИ МО РФ. Краткий обзор математических подходов к описанию конфликтов представлен в монографии [2].
В работе рассматривается использование цепей Маркова для математического моделирования конфликтов. Конфликт в этом случае рассматривается как распределение вероятностей, характеризующее совокупность отдельных состояний (стадий), а процесс развития конфликта во времени – переход из одной стадии в другую [4, 5].
Рассмотрим конфликт как систему X особых взаимодействий участников кон-
31
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬНЫХ, СОЦИАЛЬНЫХ И ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
фликта, возникающих при их несовмести- |
переход) характеризуется величиной ij 0 ; |
||||||||
мых взглядах, позициях и интересах. Пола- |
интенсивность перехода из одного со- |
||||||||
гаем, что конфликт состоит из N = 3 дис- |
|||||||||
стояния в другое менее конфликтное (обрат- |
|||||||||
кретных состояний. |
Переход конфликта из |
||||||||
ный переход) характеризуется |
величиной |
||||||||
одного состояния |
в другое |
происходит |
|||||||
ij 0 ; |
|
||||||||
«скачком». Моменты возникновения перехо- |
|
||||||||
дов из состояния в состояние не фиксирова- |
интенсивности прямых и обратных пе- |
||||||||
ны заранее, а неопределенны |
и случайны. |
||||||||
реходов не зависят от времени t; |
|
||||||||
Таким образом, процесс развития конфликта |
|
||||||||
возможно развитие конфликта, минуя |
|||||||||
рассматривается как Марковский случайный |
|||||||||
состояние x2 («Вражда»). |
|
||||||||
процесс с дискретными состояниями и не- |
|
||||||||
На основании принятых |
положениях |
||||||||
прерывным временем. |
|
||||||||
|
разработан граф состояний конфликта (рис. |
||||||||
|
При синтезе структуры модели кон- |
||||||||
|
1), в котором вершинам графа X x1 ,x2 ,x3 |
||||||||
фликта приняты следующие положения [6]: |
|||||||||
|
конфликт описывается дискретным ко- |
соответствуют вероятности состояния кон- |
|||||||
нечным множеством |
X x1 ,x2 ,x3 , где x1, |
||||||||
фликта Pi, а ребрам – переходы между состо- |
|||||||||
x2, x3 – состояния конфликта, описываемые |
яниями, характеризующиеся интенсивностя- |
||||||||
лингвистическими характеристиками, соот- |
ми i,j и i,j. |
|
|||||||
ветственно, «Мир», «Вражда» и «Столкно- |
|
|
|||||||
вение»; |
|
|
|
|
|
|
|||
|
нахождение конфликта в состоянии xi, |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
i 1,N , в момент времени t характеризуется |
|
|
|||||||
вероятностью Pi t , |
|
|
|
|
|
|
|||
i 1,N ; |
|
|
|
||||||
для любого момента времени t сумма вероятностей состояний удовлетворяет усло-
N
вию нормирования Pi t 1 , т.к. состоя-
i 1
ния конфликта x1, x2, x3 в момент времени t несовместны и образуют полную группу событий;
процесс развития конфликта во времени моделируется переходом из состояния xi в xj, где i j ;
интенсивность перехода из одного состояния в другое более конфликтное (прямой
Рис. 1. Граф состояний конфликта
Граф состояний (см. рис. 1) послужил основой для составления математической модели динамики конфликта, которая имеет вид системы дифференциальных уравнений Колмогорова - Чепмена, дополненных соответствующими начальными условиями:
dP |
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
1 |
|
|
|
|
P |
t |
P |
t |
|
|
P |
|
t |
; |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
dt |
|
|
|
1,2 |
1,3 1 |
|
3,1 3 |
|
|
2,1 |
2 |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
dP2 |
|
|
|
|
|
|
|
t P |
t |
|
|
|
t ; |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
P |
P |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
dt |
|
|
|
2,3 |
|
2,1 |
2 |
|
|
1,2 1 |
|
|
|
|
3,2 |
3 |
|
|
|
(1) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
dP |
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
P |
t P |
t ; |
|||||||||||||
|
|
3 |
|
|
|
|
|
P |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
dt |
|
|
|
3,2 |
|
3,1 |
3 |
|
|
2,3 2 |
|
|
|
|
1,3 |
1 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
P |
0 P ; P |
0 P ; P |
0 P . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
1,0 |
|
|
2 |
|
2,0 |
|
|
3 |
3,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где t – продолжительность протекания конфликта.
32
ВЫПУСК № 3-4 (17-18), 2019 |
ISSN 2618-7167 |
Решение системы дифференциальных уравнений (1) относительно переменной t дает представление о вероятности нахождения конфликта в каждом состоянии при изменяющемся времени t развития конфликта.
Задаваясь матрицами интенсивностей
переходов |
Ω |
и вероятностей состоя- |
|
ij |
|
ний P Pi
|
1,2 1,3 |
|
|
2,1 |
|
|
3,1 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2,1 |
|
, |
||
ij |
|
1,2 |
|
2,3 |
|
3,2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
1,3 |
|
|
2,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,2 3,1 |
||||
P
1
Pi P2 , (2)
P3
систему уравнений (1) представим в матрич- |
допускают решение только с точностью до |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ном виде с начальными условиями |
|
произвольного множителя. Для решения си- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
dP |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стемы (4) воспользуемся условием нормиро- |
||||||||||||||||||
|
|
|
Ω P , |
P |
|
|
|
|
P0 . |
(3) |
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
t |
0 |
вания Pi 1 , которым заменим последнее |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
dt |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Решение системы уравнений в виде (1) |
уравнение в системе (4) и перейдем к неод- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
или (3) при известных параметрах i,j |
и i,j |
нородной системе относительно 2-х неиз- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
может быть получено на основе классиче- |
вестных: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
ских |
|
методов |
решения |
|
линейных систем |
|
|
|
P |
|
|
|
|
P ; |
|
||||||||||||||||||||||
дифференциальных уравнений с постоянны- |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
1,2 |
1,3 |
3,1 1 |
|
3,1 |
|
2,1 |
2 |
3,1 |
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
ми коэффициентами. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
|
|
P |
|
|
; |
(5) |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,1 |
1,2 1 |
2,3 |
|
|
2,1 |
|
3,1 |
2 |
3,1 |
|
|
|||||
|
Практический |
интерес |
|
представляет |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
определение финальной (стационарной) ве- |
|
Система (5) может быть решена отно- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
роятности каждого состояния при t . |
сительно вероятностей P1 и P2 одним из из- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
При t в системе устанавливается |
вестных методов линейной алгебры. Вероят- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
предельный стационарный режим, в ходе ко- |
ность P3 |
находится из условия нормирования |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
торого система случайным образом меняет |
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
Pi 1 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
свои состояния, |
|
но их вероятности уже не |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
i 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
зависят от времени. Каждую финальную ве- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
Важной |
задачей |
|
при |
|
математическом |
|||||||||||||||||||||||||||||||
роятность |
состояния |
можно |
|
интерпретиро- |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
моделировании конфликта между его участ- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
вать как среднее относительное время пре- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
никами является интерпретация полученных |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
бывания конфликта в этом состоянии. |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
результатов в виде набора финальных веро- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Полагая |
|
в |
|
системе |
|
(1) |
производные |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
ятностей |
отдельных |
состояний |
конфликта |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
dPi t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
0 |
, получим систему линейных ал- |
P1, P2 |
и P3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
dt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Анализ показывает, что, в зависимости |
||||||||||||||||
гебраических уравнений для финальных ве- |
от значений финальных вероятностей Pi, все |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
роятностей: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
многообразие |
состояний конфликта |
|
может |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
P |
P |
|
P ; |
|
быть разбито на шесть типов (рис. 2). Кон- |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
1,2 |
1,3 |
|
1 |
3,1 |
|
3 |
|
|
2,1 |
2 |
|
фликтные состояния типа I |
и II |
характери- |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
P |
|
P ; |
(4) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
2,1 |
3,1 |
зуются |
преобладанием |
состояния |
«Мир». |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
2,3 |
|
2 |
1,2 |
1 |
|
|
|
3 |
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
P P P . |
|
Для состояний типа III и IV преобладающим |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
3,1 |
3,2 |
3 |
2,3 |
2 |
|
|
|
1,3 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
является |
состояние |
«Вражда». |
Состояние |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
Уравнения системы (4) являются одно- |
«Столкновение» является доминирующим в |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
родными (не содержат свободных членов) и |
состояниях конфликтов типа V и VI. |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
33
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬНЫХ, СОЦИАЛЬНЫХ И ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
Рис. 2. Возможные типы состояний конфликта
Для графического представления фи- |
ся наглядным, представляет собой, фактиче- |
нальных вероятностей отдельных состояний |
ски, многомерную и плохо формализуемую |
конфликта может быть использована трой- |
задачу по оцениванию состояния конфликта. |
ная диаграмма состояний конфликта (рис. 3) |
В этой связи оценку конфликтного состоя- |
в виде равностороннего треугольника, по |
ния системы предлагается проводить по |
сторонам которого отложены значения фи- |
обобщенному показателю – индексу состоя- |
нальных вероятностей P1, P2 и P3 отдельных |
ния ИС, представляющего собой свертку |
состояний конфликта. |
финальных вероятностей отдельных состоя- |
|
ний конфликта P1, P2 и P3 с учетом важности |
|
каждого из них: |
Рис. 3. Диаграмма состояний конфликта Очевидно, такой подход, хотя и являет-
ИС f , |
, |
, P , P , P |
, |
(6) |
|||
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
|
|
где 1, 2 , 3 – весовые коэффициенты, ха-
рактеризующие степень важности (или величину вклада) каждого отдельного состояния P1, P2, P3 в общее состояние.
Значения 1, 2 , 3 могут быть уста-
новлены с учетом предпочтений лица, принимающего решение (ЛПР), при этом
N
i 1. Для свертки финальных вероятно-
i 1
34