搜索論
1.什么是搜索論
搜索論是運籌學的一個分支,是應用數(shù)學方法研究在尋找某個目標的過程中,如何合理使用人力、物力、資金、時間等搜索手段,以取得最好的搜索效果的理論和方法。
2.搜索論的研究內(nèi)容[1]
(1)關于搜索目標。搜索的目標有兩種,即不動目標和活動目標。對不動目標的搜索稱為“單邊”搜索,對活動目標的搜索稱為“雙邊”搜索。
(2)關于搜索問題的實質(zhì),即獲取一定量的信息。
(3)關于搜索的效果,搜索論的研究目的在于取得最佳搜索效果,即在最短時間內(nèi),以最少費用,達到既定搜索目的。
3.搜索論的研究對象[2]
搜索論的研究對象就是在各種不同的環(huán)境中搜索一定的物體。搜索是指為了發(fā)現(xiàn)所要尋找的物體而考查物體可能所在區(qū)域的過程,而發(fā)現(xiàn)就是與目標發(fā)生直接的能量接觸,從而獲得關于目標存在(比如位置)的信息。發(fā)現(xiàn)是依靠觀察器材——光學的、雷達、水聲及其他器材來實現(xiàn)的。參與搜索過程的對象可分作兩個方面,一方是被搜索的目標,另一方是進行搜索的觀察者,其中任一方都可能有多個成員。
研究搜索過程的方法之一是構作和分析能夠反映搜索的客觀規(guī)律和反映搜索條件及其結(jié)局之間因果關系的數(shù)學模型。
各種不同的物體都可作為搜索的目標,如飛行器、地面目標、艦船、各種魚類和海洋動物等。被搜索的目標一般有兩個特點:
(1)目標的特征隨著搜索時環(huán)境條件的變化而不同;
(2)目標的位置信息從搜索開始到搜索結(jié)束通常是不定的。
由于這種的不定性,從而要求觀察者為獲得目標的信息而采取搜索行動。
一般來說,被搜索的目標與其所處的環(huán)境總是在某些方面具有不同的特征,從而存在被發(fā)現(xiàn)的可能性,搜索的任務就是要能及時地探測出這種不同,及早地發(fā)現(xiàn)目標,提高搜索的成功率。比如最常見的不同之處就是目標可能是輻射能量(電磁,音響等)的,而其周圍環(huán)境卻是不輻射能量的。
搜索論需要解決的重要課題之一,就是如何構造和計算搜索的效果指標即搜索的效果判據(jù)。最終目的在于根據(jù)具體情況和條件,即所謂搜索態(tài)勢,來選擇最優(yōu)的搜索行動的方式。也就是說,在分析該態(tài)勢所對應的數(shù)學模型基礎上,求出搜索力耗費最少且能保證在最短或給定時間完成搜索任務的搜索控制變數(shù)值。
搜索的方式和方法,大體可分成以下幾類。根據(jù)搜索的目的可分為原義的搜索和發(fā)現(xiàn)搜索目標之后的跟蹤。根據(jù)搜索態(tài)勢的不同,可分為面(給定區(qū)域)搜索,地線(線上)搜索和在發(fā)現(xiàn)目標以后經(jīng)過若干時間對發(fā)現(xiàn)目標位置的搜索(“應召”搜索)。根據(jù)目標和觀察者各自發(fā)現(xiàn)對方距離的比較,可分為目標超過觀察者(非隱蔽)的搜索和觀察者超過目標(隱蔽)的搜索。根據(jù)搜索者對搜索地域的考察方式的特點,又可分為連續(xù)的和離散的。根據(jù)搜索最后達到的結(jié)局即發(fā)現(xiàn)目標的可能性,可分為可靠的和不可靠的。根據(jù)目標活動空間的特點,可分為空中的、地面的、海上的等。根據(jù)觀察者搜索手段的特點,可分為飛機的、軍艦的、人造衛(wèi)星的等。根據(jù)所用的觀察手段,可分為目力的、無線電的、水聲的等。
4.搜索論的研究搜索步驟[3]
首先,所有搜索活動都有一定的目的,搜索者主要的是為了查明某種對象是否存在于某個具體位置,或位置確定以后,進一步測定它的狀想?yún)?shù)。
其次,所有搜索活動都離不開三個基本要素:
第一要素是目標特征,這包括目標本身的能動性,位置、形狀、大小、個數(shù)以及它的探測能力與反探測能力等。
第二個要素是探索手段的特性,這包括探測手段與目標之間的物理接觸性質(zhì)和化學接觸性質(zhì),探測能量的傳遞規(guī)律以及探測目標分辨力等。
第三個要素是搜索力的分配,這包括搜索工具的數(shù)字、耗費的時間、航程等。為了進行搜索,如何用科學的方法來定量地描述搜索目的、搜索三要素以及它們之間的關系,構成了搜索論的基礎理論。
搜索論的主要任務,在于解決如何有效地組織搜索作業(yè)的問題。為了實現(xiàn)預定的搜索目的,必須付出相應的搜索代價。一旦實現(xiàn)了搜索目的,就可獲得相應的規(guī)定。這就有搜索效率問題。
典型的效率問題,可分兩類:
第一類效率問題,是在實現(xiàn)搜索目的達到規(guī)定程度的限制下,要求選擇一種代價最小的搜索率分配方案。
第二類效率問題,是在搜索代價不超過規(guī)定限制下,要求選擇一種實現(xiàn)搜索目的程度最大的搜索力分配方案。
舉例如下:
在甲、乙兩地中必有一地蘊藏有某種地下資源,但又不能斷定究竟在何地。根攝資料分析,估計甲、乙兩地蘊藏這種資源的可能性分別是75%和25%。現(xiàn)在,需要在兩地同時而獨立地鉆孔勘探,并斷定以90%以上的把握程度,查明這資源究竟蘊藏在甲地,還是乙地。在作業(yè)中應節(jié)約使用鉆探設備,盡量減少鉆孔數(shù)目。
這里,搜索的目的是查明資源蘊藏在甲地或乙地;以90%以上的把握程度查明資源所在地就是實現(xiàn)搜索目的所應達到的規(guī)定程度,鉆孔數(shù)目就是所需付出的搜索代價,現(xiàn)在要求它盡量的少,在這個要求下,確定兩地分別鉆孔的數(shù)目也就是待求的搜索力分配方案。
這是一個第一類搜索效率問題。如果每次鉆孔取樣,由于地質(zhì)結(jié)構、操作、化驗等過程中許多隨機因素的影響,查明資源的可能性不論在甲地或乙地,都是10%。那么,根據(jù)搜索論的方法,可以算出這樣的方案,即:
在甲地至少鉆孔26個,在乙地至少鉆孔15個,甲地恰好比乙地多11個孔。這是所述問題的最優(yōu)方案。
現(xiàn)在,把所述問題倒過來,我們對于實現(xiàn)搜索目的的程度不限制在90%以上,而只要求它盡量地大,但是,對于搜索力代價,現(xiàn)在不要求它盡量地小,而足限制在總數(shù)二十個孔。根據(jù)這樣的要求和限制,要求在甲,乙兩地分配鉆孔數(shù)目的最優(yōu)方案。問題就變成了第二類搜索效率問題。根據(jù)搜索論的方法,可以算出這樣的方案,即:
在甲地鉆15個孔,在乙地鉆5個孔,查明資源所在地的把握程度可以達到70%。任何其它分配方案都不可能使得查明的把握程度超過百分之七十。