本文關(guān)鍵詞：集成CA與QSIM的非正式組織群體行為演化的定性模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第13卷??第5期中國管理科學(xué)Vol.13,No.5

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

集成CA與QSIM的非正式組織群體

行為演化的定性模擬

胡??斌,殷芳芳

(華中科技大學(xué)管理學(xué)院,湖北武漢??430074)

摘??要:集成QSIM(QualitativeSIMulation)算法和CA(CellularAutomata,即元胞自動機(jī)),提出一種非正式組織群體行為定性模擬方法。其中,用基于CA的方法描述了群體成員行為、成員人性特征和群體環(huán)境因素;在此基礎(chǔ)上,根據(jù)QSIM的定性模擬思路,設(shè)計了群體行為后續(xù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換方法、過濾器和模擬引擎,提出了忠誠-成本均衡概念,以設(shè)計過濾器;VisualBasic6.0用來編程實現(xiàn)了本文的方法;通過八項實驗設(shè)計,對本文方法進(jìn)行了確認(rèn);應(yīng)用中的模擬結(jié)果表明,本文方法能夠做為非正式組織管理決策支持的虛擬實驗工具。關(guān)鍵詞:元胞自動機(jī);定性模擬;忠誠-成本均衡;忠誠度引力;成本引力中圖分類號:F830??????文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

1??引言

為了實現(xiàn)復(fù)雜管理系統(tǒng)的模擬,必須首先解決群體行為的定性模擬問題,而非正式組織的群體,是最樸素的一種群體形式,實現(xiàn)這種形式群體行為的定性模擬,是研究更復(fù)雜群體行為定性模擬的基礎(chǔ)。QSIM(QualitativeSIMulation)算法是定性模擬中被普遍接受的方法[1]。QSIM算法的模擬步驟可歸納為兩個要點:產(chǎn)生變量的后續(xù)狀態(tài)、過濾不合理的后續(xù)狀態(tài)。但是QSIM算法是面向物理系統(tǒng)的,在管理領(lǐng)域,QSIM并不可行,原因在于管理系統(tǒng)的復(fù)雜行為和復(fù)雜環(huán)境。管理系統(tǒng)主要是處理人的或是由人組成的,用QSIM算法中數(shù)學(xué)方程類的模型來描述管理系統(tǒng)中人的行為,幾乎是不可能的。管理系統(tǒng)常受內(nèi)外不確定性因素的影響,如管理措施或組織文化,而樸素物理系統(tǒng),如管道系統(tǒng)、彈簧振子等,并沒有上述不確定性的特點。

因此,在管理領(lǐng)域,QSIM算法不能完全被照搬,而應(yīng)該和其它方法結(jié)合,以符合復(fù)雜管理系統(tǒng)的特征,如QSIM與因果關(guān)系圖的結(jié)合,利用因果關(guān)系圖,描述不同成員之間的關(guān)系、考慮人的行為的時

收稿日期:2005-02-24;修訂日期:2005-08-03

基金項目:國家自然科學(xué)基金資助項目(70271029);湖北省自然

科學(xué)基金資助項目(2004ABA069)

作者簡介:胡斌(1966-),男(漢族),湖北武漢人,華中科技大學(xué)

管理學(xué)院,博士,副教授,研究方向:管理系統(tǒng)模擬??

間延遲特點,而變量的表示、后續(xù)行為的推理和過濾、定性模擬步驟等,則借鑒QSIM算法

[2]

。本文

仍然借鑒QSIM的做法,嘗試將QSIM與CA結(jié)合起來,這是因為CA擅長表述群體要素的??流變??現(xiàn)象。

CA方法本用于自然科學(xué)領(lǐng)域,包括從晶體成長、土壤腐蝕、傳播以及流體動力學(xué),到星球碰撞的建模

[3]

。Sakoda和Schelling

[4][5]

最早將CA模型應(yīng)

用于社會科學(xué)領(lǐng)域,比如用來分析居民住址的布局行為[4]。近年來,CA方法常被用來研究行為和社會科學(xué)的問題,如人們觀念的演變、合作關(guān)系的轉(zhuǎn)變等[3]。CA作為一種社會矩陣,也用于群體動力學(xué)研究:用矩陣的值描述群體行為,進(jìn)而描述群體成員交朋友的過程

[6]

。CA在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域也有應(yīng)用,比如

模擬寡頭壟斷市場中公司的價格調(diào)整行為、市場營銷中消費者的購買行為、以及股票市場中股民的買賣行為[7]。

CA方法在社會、行為、經(jīng)濟(jì)等科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用有如下特點:1)表現(xiàn)人的行為的指標(biāo)通常是一個動作,比如交朋友、找位置、選鄰居或形成某個觀念。但在現(xiàn)實社會中,人的行為不僅由動作組成,還要涉及其所處的組織文化,如對組織的忠誠,群體的凝聚力等;2)對元胞行為的演化只通過觀察來評價,即如果具有相似行為的元胞在柵格板上是聚集在一起的,則這個行為具有群聚性,如果不是的,那么就沒

有群聚行為,但是在現(xiàn)實社會中,柵格板上的這種現(xiàn)

象只是表示人們所處的位置是挨在一起,不一定表示他們有共同的行為;3)CA方法只是對人的行為的一種模仿,不是模擬,模擬應(yīng)該是將被模擬的對象看作一個系統(tǒng),隨著模擬時鐘的推移,描述每個時間階段系統(tǒng)的行為,并對系統(tǒng)的性能進(jìn)行評價。

本文將QSIM的思路集成到CA方法之中,使CA方法帶有定性模擬的特征,以便更加適合模擬非正式組織群體行為的變化過程�？蓮南到y(tǒng)的輸入和輸出的角度看待該問題,輸入包括群體行為的初始狀態(tài)和管理者采取的管理措施。群體行為的初始元胞表示忠誠度??高??,淺灰色區(qū)域表示??一般??,剩余部分(即白色區(qū)域)表示??低??

。

圖1??忠誠度在柵格板上的分布

狀態(tài),即成員處于柵格板上元胞的位置,是由成員的人性特征決定的;管理措施則視為影響元胞狀態(tài)在柵格板上發(fā)生轉(zhuǎn)換的因素。轉(zhuǎn)換規(guī)則要表現(xiàn)出成員人性特征、管理措施和群體行為變化之間的復(fù)雜關(guān)系。輸出為群體行為及其相應(yīng)的評價。群體行為以柵格板上元胞的狀態(tài)表現(xiàn)出來,根據(jù)定性模擬的思路,元胞的后續(xù)狀態(tài)有很多可能,哪一種最有可能,要通過相應(yīng)的評價來決定。

2??描述方法

非正式組織群體一般由正常成員和非正常成員兩個子群體組成。正常成員遵守群體的規(guī)則,代表群體行為演變的主要方向。非正常成員不一定遵守群體的規(guī)則,有時候?qū)θ后w演變產(chǎn)生消極影響。群體受外部和內(nèi)部環(huán)境因素的影響,內(nèi)部因素包括管理措施和組織文化。

群體行為要用多個指標(biāo)來描述。但對非正式組織群體來說,最重要的指標(biāo)是成員對群體的忠誠度。從群體角度來看,成員應(yīng)該對群體表示忠誠,但從每個成員自己角度(經(jīng)濟(jì)人、社會人)來看,每個成員會對忠誠所付出的成本進(jìn)行評價;對組織忠誠是否值得?這是非正式組織群體的一個特征。

從群體動力學(xué)的觀點來看,在環(huán)境沒有發(fā)生變化的情況下,群體處于適應(yīng)環(huán)境的狀態(tài),這個狀態(tài)可以看作是一個均衡點。當(dāng)環(huán)境發(fā)生了變化,就對群體產(chǎn)生影響,群體行為于是開始變化。這表現(xiàn)為群體成員在忠誠于群體和評價成本之間的波動。經(jīng)過一段時間的波動后,群體再次適應(yīng)環(huán)境,則另一個均衡產(chǎn)生了。均衡-波動-均衡,表現(xiàn)了群體行為的變化過程。2.1??行為描述

本文研究的非正式組織群行為是成員的忠誠度。忠誠度的大小用??高??、??一般??和??低??表示。見圖1,黑色元胞表示忠誠度的最高值,深灰色區(qū)域的

2.2??成員人性特征描述

成員分為經(jīng)濟(jì)人和社會人兩種類型,對于經(jīng)濟(jì)人,只有物質(zhì)利益可以滿足他的需求;而對于社會人,受人表揚或被人認(rèn)可,就可能使他得到滿足。如圖2所示,用服從均勻分布的隨機(jī)變量Xi來表示成員i

的人性特征。

圖2??成員人性特征函數(shù)

2.3??環(huán)境因素描述

本文將管理措施作為環(huán)境因素。管理措施有經(jīng)濟(jì)類和社會類兩種類型。以企業(yè)中對員工的激勵為

例,管理者采取的措施是關(guān)于員工報酬的,那就是經(jīng)濟(jì)類措施。與經(jīng)濟(jì)無關(guān)的措施,如向員工灌輸企業(yè)文化,就是社會類措施。圖3中EF為管理措施的

程度。

圖3??管理措施函數(shù)2.4??相互關(guān)系描述

環(huán)境因素對成員忠誠度有影響,這是一種因果關(guān)系。環(huán)境因素是原因變量,忠誠度是結(jié)果變量,因果關(guān)系W可以表示為:

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

(1)

3??模擬方法

3.1??規(guī)則

3.1.1??規(guī)則1:生成初始行為

初始階段,兩個子群體成員的行為分布在圖1不同元胞區(qū)域。根據(jù)群體動力學(xué)原理,其分布的特點為:1)正常成員的忠誠度初始值高于非正常成員;2)每個元胞只能代表一個成員的行為,兩個成員的行為不能重疊在一個元胞上;3)代表正常成員行為的元胞通常都挨得近一些,由于非正常成員比較獨非正式組織可以看作是一個社會場,社會場對其中每個成員都有吸引力,這個吸引力來源于組織文化。作為社會場中的一員,他被引力吸引,表現(xiàn)出對組織的忠誠,本文將這種吸引力稱為忠誠度引力。另一方面,成員會評價、權(quán)衡自己的行為,看表現(xiàn)得這么忠誠是否值得,每個人都希望自己的成本越少越好,這就會形成另一個引力促使成員不一定要過于忠誠,這種吸引力稱為成本引力。

在現(xiàn)實的非正式組織中,忠誠度引力一般與成本引力不一致。前者代表群體的利益,而后者代表立,所以其元胞在柵格板上彼此之間要分散一些。

例如,如果正常成員的初始忠誠度為??一般??,那么正常成員的行為都聚集在淺灰色區(qū)域里,非正常成員的行為則分散在白色區(qū)域里。

3.1.2??規(guī)則2:狀態(tài)轉(zhuǎn)換

在2.5節(jié)的因果關(guān)系中,當(dāng)環(huán)境因素發(fā)生變化,即管理者采取了新的管理措施,那么群體成員行為也會相應(yīng)變化,即行為發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)換,在柵格板中表現(xiàn)為??移動??,移動只發(fā)生在相鄰元胞之間。圖4(a)和(b)中顯示了兩種常見情況。設(shè)柵格板中心的黑色元胞表示忠誠度的最高值,粗黑圈表示成員的忠

誠度。

圖4??格子中成員的轉(zhuǎn)移

????粗黑圈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換方向是由因果關(guān)系W決定的:

如果W=??-??,那么粗黑圈??移動??到遠(yuǎn)離中心的元胞,如圖4中的黑點元胞。如果W=??0??,那么??移動??到與中心的距離不怎么變化的元胞,如圖4中的細(xì)黑圈和粗黑圈本身。如果W=??+??,那么??移動??到距離中心近的元胞,如圖4中的黑餅元胞。3.2??過濾器

根據(jù)規(guī)則2,在每個時間階段,每個成員的行為不僅有一種轉(zhuǎn)換(即??移動??,見圖4),隨著時間的推移,就會導(dǎo)致后續(xù)狀態(tài)的組合爆炸。實際上,很多組合在現(xiàn)實情況中是不合理的,因此,要設(shè)計一個過濾器,以剪除不合理的組合。本文過濾器基于忠誠-成本均衡概念。

3.2.1??忠誠-成本均衡

個體的利益。因此,成員的行為在兩者之間波動。波動結(jié)束時,就達(dá)到了忠誠-成本均衡。在均衡點,忠誠度引力和成本引力之間的差值為0或非常接近0。

3.2.2??忠誠度引力和成本引力的計算

本文用元胞之間的距離來計算兩種引力,即用成員行為所在元胞與代表最高忠誠度的中心元胞之間的距離。

設(shè)Di(t)為成員i在時間t的忠誠度引力。以圖5為例,設(shè)黑色中心元胞和黑圈所在元胞分別表示群體的忠誠度最高值和成員i在時間階段t的忠誠度。那么圖5(a)中Di(t)為:

Di(t)=2

圖5(b)中形成了一個直角三角形,Di(t)為:Di(t)=

1

+2圖5??兩個元胞之間的距離

????設(shè)Ci(t)為成員i在時間階段t的成本引力。如前所述,在初始階段(t=0)群體處于均衡狀態(tài)。因此:

Ci(0)=Di(0)

(2)

初始階段后,隨著環(huán)境因素的變化和成員人性特征之間的相互作用,Di(t)或Ci(t)將發(fā)生相應(yīng)的變化。

3.2.3??W的計算

W由下式?jīng)Q定:

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

第5期??????????????????胡斌等:集成CA與QSIM的非正式組織群體行為演化的定性模擬??133??

=??0??;若e(t)>0,則W=??+??。初始階段(t=0),W=??0??。

設(shè)??它i和??i分別為Ci(t)和Di(t)的變化量。們是由于環(huán)境因素和成員人性特征的相互作用造成的。Ci(t+1)和Di(t+1)計算如下:

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

其中??i,??i??[-1,1]。

因為??i和??i是管理措施(EF)和成員人性特征(Xi)共同作用形成的,因此,本文設(shè)計它們的計算方法如表1所示,并可通過因果關(guān)系圖來理解,例如,圖6解釋了式6、8,其中,??是對因果關(guān)系作用打的折扣,本文設(shè)定??=50%。

表1????i和??i的計算

子群體

正常子群體和非正常子群體

成員人性特征

經(jīng)濟(jì)人社會人

經(jīng)濟(jì)類措施??i=0.5??EF(7)

社會類措施??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是群體成員的數(shù)量。

設(shè)E(t)=|D(t)-C(t)|。則過濾器設(shè)計為:在每個時間階段t,E(t)值最低的行為組合保留下來,其它的組合被過濾掉。3.3??模擬引擎

設(shè)正式成員和非正式成員數(shù)為n,成員i的特征為Xi,i=1,2,??,n,已知EP或SP。那么,模擬引擎設(shè)計為:

步驟1:根據(jù)規(guī)則1產(chǎn)生所有成員行為的初始狀態(tài)。

步驟2:根據(jù)規(guī)則2,轉(zhuǎn)換所有成員的行為,令t=t+1。

步驟3:根據(jù)式4~式10計算C(t)和D(t)。步驟4:用過濾器過濾不合理的組合。步驟5:如果E(t+1)??E(t),那么,模擬結(jié)束

,否則,轉(zhuǎn)步驟6。

步驟6:根據(jù)式3決定W,轉(zhuǎn)步驟2。

(4)(5)

4??確認(rèn)

4.1??概念模型及確認(rèn)步驟

定性模型的概念模型如圖7所示。第一部分是??描述方法??。在這個基礎(chǔ)上,群體成員的人性特征

圖6??管理措施、人性特征和引力之間的因果關(guān)系

根據(jù)模擬對象進(jìn)行定義。當(dāng)環(huán)境因素的變化被輸入后,第二部分??模擬規(guī)則??就開始工作。隨后,第三部

分??過濾原理??運行,產(chǎn)生輸出,即成員行為和對行為的評價。第四部分??定性模擬引擎??驅(qū)動上述三個部分的運行。

3.2.4??過濾原理

設(shè)D(t)和C(t)分別是群體忠誠度引力和成本引力的均值。計算如下:

圖7??基于CA的定性模擬的概念模型及其輸入/輸出

????概念模型的輸入包括成員人性特征的環(huán)境因素:1)n1和n2,即正常成員人數(shù)和非正常成員人數(shù);2)Xi,即成員i的人性特征,i=1,2,??,n1+n2;3)EF,即管理措施。

概念模型的輸出是成員行為及對行為的評價:1)每個時間階段柵格板上的元胞狀態(tài),即每個時間階段各個成員的行為;2)D(t),即每個時間階段群

體的忠誠度引力;3)E(t)即忠誠度引力和成本引力之差。

后面兩個指標(biāo)是對群體行為的評價。D(t)能夠反映每個時間階段群體的忠誠度大小,而E(t)可以反映群體行為是否以波動-均衡模式模擬運行。

模型確認(rèn)分為定量確認(rèn)和定性確認(rèn)兩類方

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