集成CA与QSIM的非正式组织群体行为演化的定性模拟

发布时间：2016-12-04 13:34

  本文关键词：集成CA与QSIM的非正式组织群体行为演化的定性模拟，由笔耕文化传播整理发布。

第13卷??第5期中国管理科学Vol.13,No.5

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2005年????10月ChineseJournalofManagementScienceOct.,??2005文章编号:1003-207(2005)05-0130-07

集成CA与QSIM的非正式组织群体

行为演化的定性模拟

胡??斌,殷芳芳

(华中科技大学管理学院,湖北武汉??430074)

摘??要:集成QSIM(QualitativeSIMulation)算法和CA(CellularAutomata,即元胞自动机),提出一种非正式组织群体行为定性模拟方法。其中,用基于CA的方法描述了群体成员行为、成员人性特征和群体环境因素;在此基础上,根据QSIM的定性模拟思路,设计了群体行为后续状态转换方法、过滤器和模拟引擎,提出了忠诚-成本均衡概念,以设计过滤器;VisualBasic6.0用来编程实现了本文的方法;通过八项实验设计,对本文方法进行了确认;应用中的模拟结果表明,本文方法能够做为非正式组织管理决策支持的虚拟实验工具。关键词:元胞自动机;定性模拟;忠诚-成本均衡;忠诚度引力;成本引力中图分类号:F830??????文献标识码:A

1??引言

为了实现复杂管理系统的模拟,必须首先解决群体行为的定性模拟问题,而非正式组织的群体,是最朴素的一种群体形式,实现这种形式群体行为的定性模拟,是研究更复杂群体行为定性模拟的基础。QSIM(QualitativeSIMulation)算法是定性模拟中被普遍接受的方法[1]。QSIM算法的模拟步骤可归纳为两个要点:产生变量的后续状态、过滤不合理的后续状态。但是QSIM算法是面向物理系统的,在管理领域,QSIM并不可行,原因在于管理系统的复杂行为和复杂环境。管理系统主要是处理人的或是由人组成的,用QSIM算法中数学方程类的模型来描述管理系统中人的行为,几乎是不可能的。管理系统常受内外不确定性因素的影响,如管理措施或组织文化,而朴素物理系统,如管道系统、弹簧振子等,并没有上述不确定性的特点。

因此,在管理领域,QSIM算法不能完全被照搬,而应该和其它方法结合,以符合复杂管理系统的特征,如QSIM与因果关系图的结合,利用因果关系图,描述不同成员之间的关系、考虑人的行为的时

收稿日期:2005-02-24;修订日期:2005-08-03

基金项目:国家自然科学基金资助项目(70271029);湖北省自然

科学基金资助项目(2004ABA069)

作者简介:胡斌(1966-),男(汉族),湖北武汉人,华中科技大学

管理学院,博士,副教授,研究方向:管理系统模拟??

间延迟特点,而变量的表示、后续行为的推理和过滤、定性模拟步骤等,则借鉴QSIM算法

[2]

。本文

仍然借鉴QSIM的做法,尝试将QSIM与CA结合起来,这是因为CA擅长表述群体要素的??流变??现象。

CA方法本用于自然科学领域,包括从晶体成长、土壤腐蚀、传播以及流体动力学,到星球碰撞的建模

[3]

。Sakoda和Schelling

[4][5]

最早将CA模型应

用于社会科学领域,比如用来分析居民住址的布局行为[4]。近年来,CA方法常被用来研究行为和社会科学的问题,如人们观念的演变、合作关系的转变等[3]。CA作为一种社会矩阵,也用于群体动力学研究:用矩阵的值描述群体行为,进而描述群体成员交朋友的过程

[6]

。CA在经济领域也有应用,比如

模拟寡头垄断市场中公司的价格调整行为、市场营销中消费者的购买行为、以及股票市场中股民的买卖行为[7]。

CA方法在社会、行为、经济等科学领域的应用有如下特点:1)表现人的行为的指标通常是一个动作,比如交朋友、找位置、选邻居或形成某个观念。但在现实社会中,人的行为不仅由动作组成,还要涉及其所处的组织文化,如对组织的忠诚,群体的凝聚力等;2)对元胞行为的演化只通过观察来评价,即如果具有相似行为的元胞在栅格板上是聚集在一起的,则这个行为具有群聚性,如果不是的,那么就没

有群聚行为,但是在现实社会中,栅格板上的这种现

象只是表示人们所处的位置是挨在一起,不一定表示他们有共同的行为;3)CA方法只是对人的行为的一种模仿,不是模拟,模拟应该是将被模拟的对象看作一个系统,随着模拟时钟的推移,描述每个时间阶段系统的行为,并对系统的性能进行评价。

本文将QSIM的思路集成到CA方法之中,使CA方法带有定性模拟的特征,以便更加适合模拟非正式组织群体行为的变化过程。可从系统的输入和输出的角度看待该问题,输入包括群体行为的初始状态和管理者采取的管理措施。群体行为的初始元胞表示忠诚度??高??,浅灰色区域表示??一般??,剩余部分(即白色区域)表示??低??

。

图1??忠诚度在栅格板上的分布

状态,即成员处于栅格板上元胞的位置,是由成员的人性特征决定的;管理措施则视为影响元胞状态在栅格板上发生转换的因素。转换规则要表现出成员人性特征、管理措施和群体行为变化之间的复杂关系。输出为群体行为及其相应的评价。群体行为以栅格板上元胞的状态表现出来,根据定性模拟的思路,元胞的后续状态有很多可能,哪一种最有可能,要通过相应的评价来决定。

2??描述方法

非正式组织群体一般由正常成员和非正常成员两个子群体组成。正常成员遵守群体的规则,代表群体行为演变的主要方向。非正常成员不一定遵守群体的规则,有时候对群体演变产生消极影响。群体受外部和内部环境因素的影响,内部因素包括管理措施和组织文化。

群体行为要用多个指标来描述。但对非正式组织群体来说,最重要的指标是成员对群体的忠诚度。从群体角度来看,成员应该对群体表示忠诚,但从每个成员自己角度(经济人、社会人)来看,每个成员会对忠诚所付出的成本进行评价;对组织忠诚是否值得?这是非正式组织群体的一个特征。

从群体动力学的观点来看,在环境没有发生变化的情况下,群体处于适应环境的状态,这个状态可以看作是一个均衡点。当环境发生了变化,就对群体产生影响,群体行为于是开始变化。这表现为群体成员在忠诚于群体和评价成本之间的波动。经过一段时间的波动后,群体再次适应环境,则另一个均衡产生了。均衡-波动-均衡,表现了群体行为的变化过程。2.1??行为描述

本文研究的非正式组织群行为是成员的忠诚度。忠诚度的大小用??高??、??一般??和??低??表示。见图1,黑色元胞表示忠诚度的最高值,深灰色区域的

2.2??成员人性特征描述

成员分为经济人和社会人两种类型,对于经济人,只有物质利益可以满足他的需求;而对于社会人,受人表扬或被人认可,就可能使他得到满足。如图2所示,用服从均匀分布的随机变量Xi来表示成员i

的人性特征。

图2??成员人性特征函数

2.3??环境因素描述

本文将管理措施作为环境因素。管理措施有经济类和社会类两种类型。以企业中对员工的激励为

例,管理者采取的措施是关于员工报酬的,那就是经济类措施。与经济无关的措施,如向员工灌输企业文化,就是社会类措施。图3中EF为管理措施的

程度。

图3??管理措施函数2.4??相互关系描述

环境因素对成员忠诚度有影响,这是一种因果关系。环境因素是原因变量,忠诚度是结果变量,因果关系W可以表示为:

W=??-??,??0??,or??+??

(1)

3??模拟方法

3.1??规则

3.1.1??规则1:生成初始行为

初始阶段,两个子群体成员的行为分布在图1不同元胞区域。根据群体动力学原理,其分布的特点为:1)正常成员的忠诚度初始值高于非正常成员;2)每个元胞只能代表一个成员的行为,两个成员的行为不能重叠在一个元胞上;3)代表正常成员行为的元胞通常都挨得近一些,由于非正常成员比较独非正式组织可以看作是一个社会场,社会场对其中每个成员都有吸引力,这个吸引力来源于组织文化。作为社会场中的一员,他被引力吸引,表现出对组织的忠诚,本文将这种吸引力称为忠诚度引力。另一方面,成员会评价、权衡自己的行为,看表现得这么忠诚是否值得,每个人都希望自己的成本越少越好,这就会形成另一个引力促使成员不一定要过于忠诚,这种吸引力称为成本引力。

在现实的非正式组织中,忠诚度引力一般与成本引力不一致。前者代表群体的利益,而后者代表立,所以其元胞在栅格板上彼此之间要分散一些。

例如,如果正常成员的初始忠诚度为??一般??,那么正常成员的行为都聚集在浅灰色区域里,非正常成员的行为则分散在白色区域里。

3.1.2??规则2:状态转换

在2.5节的因果关系中,当环境因素发生变化,即管理者采取了新的管理措施,那么群体成员行为也会相应变化,即行为发生状态转换,在栅格板中表现为??移动??,移动只发生在相邻元胞之间。图4(a)和(b)中显示了两种常见情况。设栅格板中心的黑色元胞表示忠诚度的最高值,粗黑圈表示成员的忠

诚度。

图4??格子中成员的转移

????粗黑圈的状态转换方向是由因果关系W决定的:

如果W=??-??,那么粗黑圈??移动??到远离中心的元胞,如图4中的黑点元胞。如果W=??0??,那么??移动??到与中心的距离不怎么变化的元胞,如图4中的细黑圈和粗黑圈本身。如果W=??+??,那么??移动??到距离中心近的元胞,如图4中的黑饼元胞。3.2??过滤器

根据规则2,在每个时间阶段,每个成员的行为不仅有一种转换(即??移动??,见图4),随着时间的推移,就会导致后续状态的组合爆炸。实际上,很多组合在现实情况中是不合理的,因此,要设计一个过滤器,以剪除不合理的组合。本文过滤器基于忠诚-成本均衡概念。

3.2.1??忠诚-成本均衡

个体的利益。因此,成员的行为在两者之间波动。波动结束时,就达到了忠诚-成本均衡。在均衡点,忠诚度引力和成本引力之间的差值为0或非常接近0。

3.2.2??忠诚度引力和成本引力的计算

本文用元胞之间的距离来计算两种引力,即用成员行为所在元胞与代表最高忠诚度的中心元胞之间的距离。

设Di(t)为成员i在时间t的忠诚度引力。以图5为例,设黑色中心元胞和黑圈所在元胞分别表示群体的忠诚度最高值和成员i在时间阶段t的忠诚度。那么图5(a)中Di(t)为:

Di(t)=2

图5(b)中形成了一个直角三角形,Di(t)为:Di(t)=

1

+2图5??两个元胞之间的距离

????设Ci(t)为成员i在时间阶段t的成本引力。如前所述,在初始阶段(t=0)群体处于均衡状态。因此:

Ci(0)=Di(0)

(2)

初始阶段后,随着环境因素的变化和成员人性特征之间的相互作用,Di(t)或Ci(t)将发生相应的变化。

3.2.3??W的计算

W由下式决定:

e(t)=Di(t)-Ci(t)(3)若e(t)<0,则W=??-??;若e(t)=0,则W

第5期??????????????????胡斌等:集成CA与QSIM的非正式组织群体行为演化的定性模拟??133??

=??0??;若e(t)>0,则W=??+??。初始阶段(t=0),W=??0??。

设??它i和??i分别为Ci(t)和Di(t)的变化量。们是由于环境因素和成员人性特征的相互作用造成的。Ci(t+1)和Di(t+1)计算如下:

Ci(t+1)=Ci(t)+??iDi(t+1)=Di(t)+??i

其中??i,??i??[-1,1]。

因为??i和??i是管理措施(EF)和成员人性特征(Xi)共同作用形成的,因此,本文设计它们的计算方法如表1所示,并可通过因果关系图来理解,例如,图6解释了式6、8,其中,??是对因果关系作用打的折扣,本文设定??=50%。

表1????i和??i的计算

子群体

正常子群体和非正常子群体

成员人性特征

经济人社会人

经济类措施??i=0.5??EF(7)

社会类措施??i=Xi??EF(9)

??i=-Xi??EF(6)??i=0.5??EF(8)

????D(t)=n

i=1

??

n

Di(t),C(t)=n

i=1

??Ci(t)

(10)

n

式中,n是群体成员的数量。

设E(t)=|D(t)-C(t)|。则过滤器设计为:在每个时间阶段t,E(t)值最低的行为组合保留下来,其它的组合被过滤掉。3.3??模拟引擎

设正式成员和非正式成员数为n,成员i的特征为Xi,i=1,2,??,n,已知EP或SP。那么,模拟引擎设计为:

步骤1:根据规则1产生所有成员行为的初始状态。

步骤2:根据规则2,转换所有成员的行为,令t=t+1。

步骤3:根据式4~式10计算C(t)和D(t)。步骤4:用过滤器过滤不合理的组合。步骤5:如果E(t+1)??E(t),那么,模拟结束

,否则,转步骤6。

步骤6:根据式3决定W,转步骤2。

(4)(5)

4??确认

4.1??概念模型及确认步骤

定性模型的概念模型如图7所示。第一部分是??描述方法??。在这个基础上,群体成员的人性特征

图6??管理措施、人性特征和引力之间的因果关系

根据模拟对象进行定义。当环境因素的变化被输入后,第二部分??模拟规则??就开始工作。随后,第三部

分??过滤原理??运行,产生输出,即成员行为和对行为的评价。第四部分??定性模拟引擎??驱动上述三个部分的运行。

3.2.4??过滤原理

设D(t)和C(t)分别是群体忠诚度引力和成本引力的均值。计算如下:

图7??基于CA的定性模拟的概念模型及其输入/输出

????概念模型的输入包括成员人性特征的环境因素:1)n1和n2,即正常成员人数和非正常成员人数;2)Xi,即成员i的人性特征,i=1,2,??,n1+n2;3)EF,即管理措施。

概念模型的输出是成员行为及对行为的评价:1)每个时间阶段栅格板上的元胞状态,即每个时间阶段各个成员的行为;2)D(t),即每个时间阶段群

体的忠诚度引力;3)E(t)即忠诚度引力和成本引力之差。

后面两个指标是对群体行为的评价。D(t)能够反映每个时间阶段群体的忠诚度大小,而E(t)可以反映群体行为是否以波动-均衡模式模拟运行。

模型确认分为定量确认和定性确认两类方

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