李華楠 郝 威 張世偉

(海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院 武漢 430033)

?

基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的通信訓(xùn)練考核評(píng)估方法*

李華楠 郝 威 張世偉

(海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院 武漢 430033)

針對(duì)通信訓(xùn)練評(píng)估問題,分析了影響通信訓(xùn)練質(zhì)量的基本因素,并建立了多級(jí)通信訓(xùn)練考核評(píng)估的指標(biāo)體系模型。應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)方法,構(gòu)造了多級(jí)指標(biāo)體系模型數(shù)值計(jì)算模型。最后,以通信臺(tái)的通信訓(xùn)練評(píng)估為例,進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算分析。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明,采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)通信訓(xùn)練進(jìn)行評(píng)估具有可行性和較高準(zhǔn)確度。

通信訓(xùn)練; BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò); 考核評(píng)估方法

Class Number TP391; N94

1 引言

通信訓(xùn)練考核評(píng)估,是通信部隊(duì)通信訓(xùn)練的日常性工作,是衡量部隊(duì)通信訓(xùn)練質(zhì)量,檢驗(yàn)部隊(duì)實(shí)戰(zhàn)化水平的一種方法與手段[1]。通過通信訓(xùn)練考核評(píng)估,不僅能發(fā)現(xiàn)通信訓(xùn)練過程中存在的不足,及時(shí)修正訓(xùn)練計(jì)劃,推動(dòng)通信訓(xùn)練向著合理有序方向發(fā)展,更能通過橫向?qū)Ρ?激發(fā)各通信部隊(duì)訓(xùn)練的內(nèi)在動(dòng)力,提高通信訓(xùn)練的效率。

通信訓(xùn)練效果受多方面因素影響,建立科學(xué)合理的評(píng)價(jià)體系是組織通信部隊(duì)訓(xùn)練的機(jī)關(guān)最為關(guān)心的問題。因此,構(gòu)建與實(shí)際相符的通信訓(xùn)練評(píng)估指標(biāo)體系,選用合適的評(píng)價(jià)方法對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證,顯得尤為重要。為此,本文利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)方法對(duì)通信訓(xùn)練進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 考核評(píng)估指標(biāo)體系

2.1 考核評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建原則

在進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)問題研究中,首先要確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,其次選擇恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)算法進(jìn)行合理評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建是否合理直接影響后續(xù)工作,因此必須在一定的原則指導(dǎo)下,用科學(xué)的方法來建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。科學(xué)合理的指標(biāo)體系應(yīng)該具備以下幾個(gè)特點(diǎn):

1) 最簡性。即在基本能滿足評(píng)估要求和給定作戰(zhàn)任務(wù)需求的情況下,應(yīng)盡量以較少的關(guān)鍵指標(biāo)來評(píng)估給定方案。

2) 可測(cè)性。即盡量選擇容易定量計(jì)算的指標(biāo)和容易準(zhǔn)確確定的關(guān)鍵指標(biāo),尤其是盡量選擇試驗(yàn)測(cè)試的定量指標(biāo)數(shù)據(jù)。這樣既可以減少求解效能評(píng)估問題的復(fù)雜性,又可以提高決策的科學(xué)性,降低主觀隨意性。

3) 客觀性。即指標(biāo)能逼真地與被評(píng)估系統(tǒng)發(fā)生聯(lián)系,較真實(shí)地反映在作戰(zhàn)需求下被評(píng)估系統(tǒng)的各項(xiàng)性能、特征和性質(zhì)。

4) 完備性。即各指標(biāo)應(yīng)能較為全面地反映被評(píng)估系統(tǒng)的全部內(nèi)容。

5) 獨(dú)立性。即指標(biāo)體系中的各指標(biāo)應(yīng)盡可能地獨(dú)立,減少指標(biāo)內(nèi)涵的重疊度,這樣在確定指標(biāo)權(quán)重時(shí),可以在不考慮或少考慮指標(biāo)重疊造成的影響的情況下得到較切合實(shí)際的權(quán)重。

最后采用科學(xué)合理的指標(biāo)賦值方法,本文采用德爾菲法來確定指標(biāo)的數(shù)值。德爾菲法(Delphi Method),又稱為專家評(píng)議法[2],是利用專家集體智慧對(duì)某些復(fù)雜問題進(jìn)行決策的方法。主要依靠專家的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和綜合分析能力對(duì)需要解決的問題進(jìn)行直觀判斷。該方法主要是由調(diào)查者擬定調(diào)查表,按照既定程序,以函件的方式分別向?qū)＜医M成員進(jìn)行征詢;而專家組成員又以匿名的方式(函件)提交意見。經(jīng)過幾輪反復(fù)征詢和反饋,專家組成員的意見逐步趨于集中,以獲得準(zhǔn)確率較高的集體判斷結(jié)果。

2.2 考核評(píng)估影響因素分析

影響通信臺(tái)通信訓(xùn)練質(zhì)量的因素包括訓(xùn)練參與人員、訓(xùn)練環(huán)境、訓(xùn)練流程和訓(xùn)練管理等方面。因此,通信訓(xùn)練綜合評(píng)估主要從訓(xùn)練人員、訓(xùn)練環(huán)境、訓(xùn)練流程和訓(xùn)練管理四個(gè)方面建立通信訓(xùn)練評(píng)估指標(biāo)體系。

訓(xùn)練人員主要包括:受訓(xùn)的士兵、指揮軍官、技術(shù)軍官以及教練員等。這些訓(xùn)練人員的學(xué)歷、文化層次、身體素質(zhì)、專業(yè)素質(zhì)、受訓(xùn)經(jīng)歷等各方面條件因素都將影響整個(gè)通信臺(tái)通信訓(xùn)練的效果。如:參訓(xùn)士兵的文化層次越高,其接受能力越強(qiáng),通過短時(shí)間的通信訓(xùn)練就有可能從專業(yè)技能一般轉(zhuǎn)變?yōu)閷I(yè)技術(shù)能手;同樣指揮軍官、技術(shù)軍官從事通信行業(yè)時(shí)間越長,其組織指導(dǎo)本單位通信訓(xùn)練的能力就越強(qiáng),這些都能夠最終決定通信臺(tái)通信訓(xùn)練的效果。

訓(xùn)練環(huán)境是指通信訓(xùn)練展開的空間、時(shí)間環(huán)境、保障裝備以及訓(xùn)練物資保障條件,這些是開展通信訓(xùn)練的物質(zhì)基礎(chǔ)、客觀條件?？臻g環(huán)境主要包括開展通信訓(xùn)練的場(chǎng)所;時(shí)間環(huán)境主要是指適宜開展通信訓(xùn)練的時(shí)機(jī);保障裝備則是指通信器材的數(shù)量、質(zhì)量是否能夠充分保障通信訓(xùn)練的展開;物資保障包括訓(xùn)練經(jīng)費(fèi)是否充足等保障條件。如,不同地域的通信臺(tái),適宜其開展通信訓(xùn)練的季節(jié)可能存在差異;物資保障條件則決定了可能開展通信訓(xùn)練科目,訓(xùn)練保障裝備準(zhǔn)備不充分,可能直接導(dǎo)致通信訓(xùn)練中無法持續(xù)開展。

訓(xùn)練流程則是指通信訓(xùn)練準(zhǔn)備、實(shí)施、考核、總結(jié)等整個(gè)訓(xùn)練必要環(huán)節(jié)。準(zhǔn)備環(huán)節(jié)主要包括:訓(xùn)練保障條件準(zhǔn)備、訓(xùn)練人員動(dòng)員、協(xié)調(diào)和部署等。實(shí)施環(huán)節(jié)涉及組織訓(xùn)練的指揮軍官對(duì)訓(xùn)練過程的督察,發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練存在的問題并及時(shí)對(duì)訓(xùn)練進(jìn)行指導(dǎo)等方面?？己谁h(huán)節(jié)則包括考核的組織,參考率、普及率、達(dá)標(biāo)率、優(yōu)良率等考核要素的統(tǒng)計(jì)分析。總結(jié)則是對(duì)整個(gè)訓(xùn)練過程的回顧,查找訓(xùn)練中存在的不足,分析原因,制定對(duì)策,并針對(duì)整個(gè)訓(xùn)練過程人員表現(xiàn)進(jìn)行獎(jiǎng)懲,以激勵(lì)參訓(xùn)人員的積極性。如,訓(xùn)練準(zhǔn)備環(huán)節(jié)有缺失,沒有認(rèn)真進(jìn)行人員思想動(dòng)員,會(huì)給整個(gè)參加訓(xùn)練的人員造成思想上的懈怠,訓(xùn)練態(tài)度不積極,這將直接導(dǎo)致訓(xùn)練效果無法達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

訓(xùn)練管理是提高訓(xùn)練質(zhì)量,建立正規(guī)訓(xùn)練秩序的關(guān)鍵環(huán)節(jié),包含通信訓(xùn)練計(jì)劃、組織、指揮、監(jiān)控等職能,主要包括制定科學(xué)合理的訓(xùn)練計(jì)劃,協(xié)調(diào)有序的訓(xùn)練組織,流暢高效的訓(xùn)練指揮,嚴(yán)格公正的訓(xùn)練監(jiān)控。訓(xùn)練計(jì)劃主要包括訓(xùn)練形勢(shì)分析,訓(xùn)練目標(biāo)的確立、計(jì)劃制定;訓(xùn)練組織包括合理設(shè)置組織機(jī)構(gòu)、進(jìn)行合理的任務(wù)分配和力量調(diào)配,確保訓(xùn)練活動(dòng)有序進(jìn)行;訓(xùn)練指揮主要指通信訓(xùn)練機(jī)構(gòu)的設(shè)立、教練員的調(diào)整、資源調(diào)配等,訓(xùn)練監(jiān)控主要包括首長機(jī)關(guān)或連隊(duì)主官對(duì)訓(xùn)練實(shí)施與登記統(tǒng)計(jì)的監(jiān)督、檢查、訓(xùn)練方法的改進(jìn)和控制等。

2.3 考核評(píng)估體系建模

依據(jù)考核評(píng)估影響因素分析結(jié)果,建立如圖1所示的通信訓(xùn)練評(píng)估多級(jí)指標(biāo)體系。

圖1 通信訓(xùn)練考核評(píng)估指標(biāo)體系

3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)考核評(píng)估模型

3.1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)方法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是對(duì)人腦功能作某種簡化、抽象和模擬的高度復(fù)雜非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。它具有學(xué)習(xí)、記憶、聯(lián)想、歸納、概括和抽取、容錯(cuò)以及自學(xué)自適應(yīng)的能力。典型的BP網(wǎng)絡(luò)具有三層結(jié)構(gòu),即輸入層、隱含層和輸出層。BP網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過程是由正向傳播和反向傳播兩部分組成的。

3.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)模型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括:輸入層、隱含層、輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)及各層之間的傳輸函數(shù)[3]。

1) 輸入層輸出層設(shè)計(jì)

輸入層和輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)的選擇由應(yīng)用要求決定。設(shè)計(jì)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)模型應(yīng)用于通信訓(xùn)練評(píng)估系統(tǒng)中,因此其節(jié)點(diǎn)數(shù)的選擇應(yīng)根據(jù)評(píng)估的輸入數(shù)據(jù)維數(shù)和輸出維數(shù)決定。輸入層神經(jīng)元單元數(shù)取決于輸入向量的維數(shù),根據(jù)前面定義的通信訓(xùn)練評(píng)估指標(biāo)體系,包括受訓(xùn)士兵、指揮軍官、技術(shù)軍官等一共16個(gè)指標(biāo),所以輸入層神經(jīng)元單元數(shù)n確定為16。輸出層神經(jīng)元單元數(shù)由評(píng)估輸出結(jié)果所決定,在通信訓(xùn)練評(píng)價(jià)模型中,希望通過各單項(xiàng)指標(biāo)來獲得綜合的訓(xùn)練效果評(píng)估結(jié)果,將通信訓(xùn)練效果的綜合評(píng)估結(jié)果作為輸出信號(hào),因此輸出層神經(jīng)元單元數(shù)m為1。

2) 隱含層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1)隱含層數(shù)設(shè)計(jì)

Robert Hecht-Nielsen證明了任意閉區(qū)間內(nèi)的一個(gè)連續(xù)函數(shù)都可以用一個(gè)隱含層的BP網(wǎng)絡(luò)來逼近。因而,三層BP網(wǎng)絡(luò)可以完成任意的映射。通常情況下BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為三層,即輸入層、輸出層和單隱含層。

(2)隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)設(shè)計(jì)

圖2 通信臺(tái)通信訓(xùn)練評(píng)估BP網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

4 固定通信臺(tái)考核評(píng)估實(shí)例分析

現(xiàn)以某系列固定通信臺(tái)為例,采用Delphi法確定指標(biāo)模糊評(píng)價(jià)值[5],對(duì)固定通信臺(tái)通信訓(xùn)練考核評(píng)估進(jìn)行實(shí)例分析。

4.1 仿真數(shù)據(jù)

由于通信訓(xùn)練的各評(píng)價(jià)指標(biāo)多為定性指標(biāo),因此各指標(biāo)值采用專家打分的方法,評(píng)價(jià)等級(jí)分為五級(jí):v1(優(yōu)秀)、v2(良好)、v3(較好)、v4(一般)、v5(差)的分?jǐn)?shù),給定的模糊評(píng)價(jià)值依次為0.9、0.8、0.7、0.6、0.5。評(píng)分專家在充分審核各通信臺(tái)站訓(xùn)練統(tǒng)計(jì)情況的基礎(chǔ)上,給出各指標(biāo)的評(píng)分值,以衡量被評(píng)價(jià)通信臺(tái)在該指標(biāo)上的表現(xiàn)。根據(jù)10位專家對(duì)多個(gè)通信臺(tái)通信訓(xùn)練質(zhì)量各項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)價(jià),建立指標(biāo)評(píng)價(jià)集。取其中10個(gè)通信臺(tái)的評(píng)價(jià)值構(gòu)成評(píng)價(jià)集,如表1所示。

4.2 仿真實(shí)例及分析

將仿真數(shù)據(jù)表中應(yīng)用16*14*1結(jié)構(gòu)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)仿真程序中,網(wǎng)絡(luò)輸出值和目標(biāo)值如表2所示。

從仿真結(jié)果可以看出,訓(xùn)練樣本的網(wǎng)絡(luò)輸出值與目標(biāo)值都非常接近,相對(duì)誤差最大為3.93%,相對(duì)誤差最小僅僅0.012%,說明選擇的模型結(jié)構(gòu)及其參數(shù)具有較高的精度,能夠滿足通信訓(xùn)練評(píng)估計(jì)算的需求。根據(jù)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)方法的原理,其具有輸入層到隱含層、隱含層到輸出層的權(quán)重記憶功能,可以應(yīng)用訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)所有的通信臺(tái)通信訓(xùn)練進(jìn)行評(píng)估。通過數(shù)值計(jì)算表明,BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠準(zhǔn)確找出專家根據(jù)自身知識(shí)經(jīng)驗(yàn)對(duì)通信臺(tái)訓(xùn)練指標(biāo)評(píng)分的模糊原則,對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)做出相對(duì)準(zhǔn)確的判斷,證實(shí)了運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)方法對(duì)通信臺(tái)通信訓(xùn)練評(píng)估是可行的,評(píng)價(jià)結(jié)果可以供通信訓(xùn)練主管機(jī)關(guān)決策參考。

表1 仿真數(shù)據(jù)表

表2 網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)值和目標(biāo)值的比較

5 結(jié)語

在運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)多個(gè)通信臺(tái)訓(xùn)練評(píng)估,專家通過全面了解各通信臺(tái)站的訓(xùn)練統(tǒng)計(jì)資料,直接給各指標(biāo)賦值,不需要重復(fù)對(duì)各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行相對(duì)評(píng)估,使得多個(gè)通信臺(tái)站訓(xùn)練評(píng)估過程簡化。其次,基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的通信訓(xùn)練評(píng)估結(jié)果能夠較為客觀、全面的反應(yīng)各通信臺(tái)通信訓(xùn)練的基本現(xiàn)狀,在具體組織指導(dǎo)通信訓(xùn)練過程中,各級(jí)訓(xùn)練組織管理部門依據(jù)仿真結(jié)果,可以找出訓(xùn)練的薄弱臺(tái)站,有針對(duì)地開展訓(xùn)練,進(jìn)而提高訓(xùn)練質(zhì)量。

[1] 何非常.軍事通信:現(xiàn)代戰(zhàn)爭的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2004.

[2] 胡永紅,賀思輝.綜合評(píng)價(jià)方法[M].北京:科學(xué)出版社,2000.

[3] 孫玉英.銷售人員績效管理研究—客戶關(guān)系管理視角[J].企業(yè)管理,2012(7):27-29.

[4] 傅薈璇,等.Matlab神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

[5] 孫杰,刁俊良,李修和.基于模糊綜合評(píng)判電子對(duì)抗裝備作戰(zhàn)運(yùn)用訓(xùn)練效果評(píng)估[J].艦船電子工程,2011.

Communication Training Examining and Evaluating Method Based on BP Neural Network

LI Huanan HAO Wei ZHANG Shiwei

(Department of Electronic Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033)

For the examining and evaluating of communication training, the basic influence factors of the quality in the communication training are anlyzed, and the multi-level examining and evaluating index of the communication is built. It operates the mathematical analysis model using BP neural network evaluating method to complete the implementation of the program model to verify the accuracy and feasibility of the multi-level examining and evaluating index. Simulation experiments demonstrate that, it is feasible and has high accuracy using neural network for examining and evaluating of communication training.

communication training, BP neural network, examining and evaluating method

2014年12月11日,

2015年1月20日

李華楠,男,碩士,研究方向:軍事信息學(xué)。郝威,男,碩士,副教授,研究方向:通信指揮。張世偉,男,碩士研究生,研究方向:軍事信息學(xué)。

TP391; N94

10.3969/j.issn1672-9730.2015.06.023