基于案例推理的應急決策過程及其“人-機”交互機理

程聰慧，郭俊華

(上海交通大學國際與公共事務學院，上海 200030)

基于案例推理的應急決策過程及其“人-機”交互機理

程聰慧，郭俊華

(上海交通大學國際與公共事務學院，上海 200030)

本文首先對案例推理用于應急決策的可行性做了分析，然后根據案例推理的 “運作-反饋-修正-再運作”閉環漸進過程，提出面向應急決策的案例推理流程；其后將決策人得出方案的心理活動定義為 “醞釀-提示-啟發-頓悟-驗證”五階段，繼而提出 “人-機”交互路徑包括積極走向的直接啟發式、觸類旁通式、人機互助式，以及消極走向的因循附屬式、利己滿足式、獨裁冒進式；最后提出目標案例決策方案的概念模型，用以描述決策人在案例庫輔助下決策的實現機理。

應急決策；案例推理；人機交互路徑；決策概念模型

1 引言

國外學者多以經典決策理論為基礎，使用效用分析、敏感性分析等定量方法建立應急決策模型[1-4]；國內學者則多使用系統動力學、情境-權變范式或情境演化等方法[5-7]。然而，這些研究多從定性角度出發，尚停留在概念層面，故提出的應急決策方式缺乏可操作性，難以解決決策信息擁擠、成本高、效率低等實際問題。

隨著信息科技的迅猛發展，依據歷史案例或案例知識庫為應急管理提供決策支持，越來越成為提升應急管理能力的必要手段，其中最為理論界和實務界所推崇的是案例推理 (Case-Based Reasoning，CBR)。作為當下國際人工智能領域研究熱點，CBR的淵源最早可追溯至耶魯大學Schank和Abelson于1983年提出的基于CBR的認知模型及框架[8]，此后國外學者逐步將其應用于通用問題求解、醫療診斷、工程設計、金融商務、物流資源管理等領域[9-11]。

雖然國內已有部分學者嘗試設計應急決策支持系統，但其針對的多是常態、相對固定組織形態下的信息系統[12-15]。因此，本文擬厘清人機交互下的案例 “推理”機制與 “提示-頓悟”機理，為發揮突發事件應急平臺的綜合研判和輔助決策功能，完善應急決策輔助支持的智能感知技術與方法提供理論參考。

2 面向應急決策的案例推理過程分析

2.1 案例推理用于應急決策的可行性

學術界尚未對應急決策形成一致定義，本文認為應急決策屬于半結構化、非結構化決策，意指突發公共危機事件時，在極短時間內收集處理有關信息、明確問題與目標、擬定可行方案、優選方案、組織實施并跟蹤檢驗、糾正決策過程中的失誤直至問題徹底解決的一個動態過程[16]。因應急決策現場通常都是極端壓力環境，決策者在原有應急框架遭受破壞的情況下，需不斷調整應急指揮策略，根據事件各個階段銜接規律及各種技術救援手段進行輔助決策，形成最優的決策路徑。

CBR既能發揮計算機處理信息即時性優勢，又能提高決策的科學性與有效性，將其作為一種方法或技術應用于突發事件應急決策正在成為共識。其過程通常被定義為4R循環[17]，即案例表示、案例檢索、案例修正、案例學習，各過程環環緊扣，可用圖1所示的任務模型進行描述。

案例表示通過對突發事件詞匯進行整理、歸納、提煉，構建有效的表達模型實現；案例檢索以相似度計算為基礎，以用戶輸入的問題描述為起點，以檢索到有效、適用的案例或案例集合為重點；案例修正是對檢索到的源案例適當而有針對性地修改、調整，得到目標案例的解決方案；案例學習是采用增量式學習法，有選擇地保存新案例，刪除無效案例，實現案例的自我更新。

圖1 案例庫規范化建設機制

2.2 案例推理的復雜系統過程

復雜適應系統理論 (Complex Adaption System，CAS)認為，系統演化的實質動力來自系統內部，系統成員的主動性及其與環境反復地相互作用，即適應性造就復雜性[18]。面向應急決策的案例推理亦可視為內部結構與外部環境共同作用的系統過程。

突發事件發生時，決策者參考歷史案例做出正向或負向的推理反應，得出應急決策結果；每次事件處置結束后總結、修正或反饋給案例庫，完成 “運作-反饋-修正-再運作”的閉環漸進過程；并通過不斷調整自主判斷和自主行為的能力，達到自學習、自適應效果。從宏觀來看，隨著環境因素輸入，系統同時受環境和內部各主體作用力共同影響而不斷演變、進化，最終輸出系統行為，即應急決策方案。

2.3 面向應急決策的案例推理過程

各類突發事件的種類繁多，發生原因也各不相同，不同的事件觸發點會產生已知或未知可能的各種問題，CBR以增量式學習的方式[19]，拓寬系統所能解決的問題，有助于獲得更完善的應急決策方案。

如圖2所示，突發事件從接報開始，通過信息采集和確認，事件特征識別，不同時間節點、不同場景下的事件信息刻畫與危險初步判斷。在明晰情況后，劃定監測預警級別，同時檢索并比對現存問題與歷史案例的屬性，界定源案例與該突發事件的匹配程度。對完全符合求解規則的事件處置方案進行輸出；對不完全符合規則的就在原有處置措施的基礎上予以優化，輸出整合結果作為解決方案。之后，根據輸出方案進行應急指揮與指導、救援與處置以及各類資源的優化配置。當應急處置過程終止，認定事件發生的權責關系，必要時采用獎懲措施，吸取本次應急決策過程的經驗教訓，即案例學習；該過程還包含案例數據庫重新管理，即存或棄新案例。

圖2 面向應急決策的案例推理流程

3 應急決策的 “人-機”交互作用機理研究

3.1 決策心理過程分析

決策者的推理不僅受歷史案例的信息觸發影響，也隱含著其個人智慧、情緒、態度、認知等。面向應急決策的CBR過程中，決策者的心理活動可定義為 “醞釀—提示—啟發—頓悟—驗證”五階段。

(1)醞釀階段。決策者處于為解決目標問題而忘我投入、高度興奮的思維狀態。盡管面對突發事件會表現出情緒不穩定，但決策者其實已全身心地沉浸在事件思考處理的智力活動中。其個體意識將外界和記憶對相關信息搜集并加以處理，為后期決策做出準備。

(2)提示階段。決策者處于興奮地搜集事件信息的思維狀態。突發事件發展的不同階段與不同情境對應于不同的決策任務，引導決策者將注意力指向特定位置并促進對該位置目標的識別。決策者在這一過程中可能獲得不同信息，有些信息有助于決策而提示有效，有些則無助于決策甚至可能產生干擾，即提示無效。

(3)啟發階段。偶然信息的觸發會引起奇妙聯想的思維活動。意識在思考問題時，利用經驗和知識，按照邏輯對解決目標問題的各種途徑進行隨機或系統探索。一方面，突發事件的復雜特性已屬經驗知識以外的領域，導致決策者意識思維的 “計窮”；另一方面，意識中亂如麻的線索和想法卻在下意識地重新梳理。在不斷接收外界情報信息的情況下，大腦中出現各種聯想、組合，重新整理的線索和想法在一瞬間理順，則啟發過程完成。

(4)頓悟階段。啟發過程產生的新想法從下意識進入意識，決策者的認識產生飛躍。人腦經過緊張思考后，意識由于過載或疲勞而轉入精神較松弛的抑制狀態，下意識更加活躍地有效工作。在歷史案例等外來新信息的觸發下，思維材料重新排列組合，產生更多新想法。一旦一種新想法從下意識浮現到意識，靈光閃過心頭，決策人茅塞頓開而頓悟，此為決策方案初步形成的最重要階段。

(5)驗證階段。頓悟中產生的想法是否能行得通，需嚴格鑒定。隨著頓悟發生，新想法、新概念或新思想脫穎而出，但是這些想法一般較為模糊，有待證明其切實可行性并予以具體化。因此，需運用邏輯方法進行嚴密驗證，最終得出目標問題的具體解決辦法。

3.2 “人-機”交互路徑分析

案例推理過程受決策者和案例庫相關因素的共同作用，雖然在實際運作中被要求朝著不斷優化的方向發展，但這種 “人-機”交互的可能路徑可定義為積極和消極兩種。

(1)積極走向路徑。應用案例推理進行應急決策，預期達到的必然是正效應，本文將二者的交互作用路徑分為以下三種形式。

直接啟發式:如果即時突發事件的類型、演變都遵循案例庫中某歷史案例發展過程的既定規則，或者與歷史案例的發展過程幾乎相同，決策者能直接利用歷史案例進行應急處置，模仿既往案例的應急處置過程，得出目標問題的決策方案。

觸類旁通式:雖然大多數突發事件發生的時間、地點等不同，但這些事件本質屬性相似甚至相同。決策者若能掌握了解特定事件發展變化、趨勢和規律，則可通過類比推斷目標事件的發展過程，從源案例中習得相應的解決框架，用以處置目標問題。

人機互助式:應急決策實踐中，目標處置事件很可能與既往經驗和知識體系不一致、非典型。但即使只有部分或幾乎沒有相似狀態，如果謹慎分析并深入挖掘該目標問題與歷史案例之間的匹配關系，決策者仍可找出諸如事件情境、階段特征、演化過程等部分相同的情報信息。以此根據目標問題的特征進行研判，通過與案例庫信息系統中源案例相互學習、修正，直至找出最佳決策方案。

(2)消極走向路徑。現實情況是決策者多數情況下理性自利，且存在個體差異性，案例推理在應用過程中極可能產生負效應，本文將這種負向效果分為以下三種形式。

因循附屬式:決策者為維護自身權力、地位及社會支持，可能全然根據既往僵化的決策經驗或只按照系統提示進行事件處置。同時，群體決策易出現人為制造的表面意見一致狀況，做出有失偏頗的決策方案。

利己滿足式:決策者如果在處置突發事件的問題時自私自利、推諉塞責或事事自滿、表現欲強，并人為地將一切決策結果傾向于自己，只服務于個人動機、利益和需求，不僅易導致事件無法有效處理，且易造成組織內部矛盾激化，最終導致決策低效甚至無效。

獨裁冒進式:決策者在未搞清事件觸發原因、任務目標、待解決問題時，卻利用其權威和地位，一味制定決策方案，或者在未明確衡量方案優劣的情況下主觀臆斷，對備選方案做出判斷。尤其是愛好風險的決策者，易以直覺代替信息、以主觀猜測代替客觀分析，從而錯失最佳方案制定時機，甚至做出錯誤判斷而造成不可挽回的損失。

4 “人-機”交互路徑下的應急決策機理

4.1 “人-機”交互應急決策機理

設定面向應急決策的案例推理機制類似于模型組合方法，定義前一模型的輸出為另一模型或者多模型的輸入，利用決策的階段銜接規律使決策進程從前一階段轉向后一階段，通過不同組合方式組成相互連接的模型鏈。如果用字母E(E-vent)表示正發生的事件，C(Computer)表示案例庫信息系統，D(Decision)表示決策方案，F (Feedback)表示決策的反饋，I(Impact)表示上文所述因素的影響情況；T(Task)表示計算機語言結構化表達形成目標案例，S(Source)表示案例庫信息系統中的源案例即歷史案例，R(Revise)表示案例修正，那么決策流程就可表示為如下模型。從運算來看，目標案例T和源案例S均可由一系列特征描述，數學表達式為:

目標案例T的函數描述事件由其一系列客觀特征T1，T2…Tn在事件引爆點Tm作用下形成；源案例S與之類似，也是特征值S1，S2…Sn在Sm引發下的歷史突發事件。其中，Tm與Sm的值只能賦值1或者0:如果為1，代表存在該引爆點，突發事件發生，否則為0表示無引爆點，那么不會發生突發事件。

目標案例T的第i個屬性與源案例S的第j個屬性匹配，可定義匹配度函數為 f(Ti，Sj)；目標案例與源案例總匹配程度為 Similarity(T，S)。源案例通常以文本形式儲存，但案例文本的匹配不等于案例標題和關鍵詞的匹配。因此，可對案例的原始文本進行結構化處理，通過兩個案例文本詞匯詞頻的匹配度計算，對高頻詞匯分布、詞性結構、漢語句式等進行修正，分析不同案例或者同案例不同事件階段的相似度，探究案例與案例之間的內部關聯，進而為案例檢索提供依據。

案例推理在案例修正階段要對源案例調整、修正，以適用目標突發事件的應急決策過程，因此可定義Rx(∈ 0，1[ ])為案例函數的修正系數，則Rx＝F(T)/F′(S)，表示目標案例T與源案例S的相似關系。它與決策者對源案例決策結果的贊同程度有關，若Rx越趨近于1，說明決策者越贊同源案例方案，無需修正；反之，如果Rx取值過低，說明需要將目標案例放入案例庫信息系統作為新的源案例供下次突發事件的應急決策參考。

突發事件的突發性決定其發生的時間、地點、形態及其后果與危害性等難以預測，即使發生于同一地點的相同事件二次發生，也不可能出現事件情境及其發展演化過程不受任何因素影響的情況，因此，可定義Ix(∈ 0，1( ])為因素的影響系數，那么，目標案例決策方案的概念模型即表示為D ＝Ds×Rx×Ix。其中，Ds代表計算機系統中源案例的解決方案。目標案例的決策方案D是在源案例方案Ds的基礎上，經過修正與影響因素作用而達成。若Rx、Ix均為1，說明案例相同，決策人采用直接啟發式路徑；Ix不可能為0，若Rx為0或者很低，說明事件為非常規或突發，需要存儲為計算機的源案例。

從宏觀角度來看，目標案例相關信息對接歷史案例信息源，根據相關信息和各階段所對應的決策優化目標，可從案例庫中選擇滿足決策優化目標的最優方案或合適方案。決策者的推理路徑，即案例庫輔助應急決策的機理可表示為如圖3所示。以一次突發事件E1為起點，通過案例庫C1的數據提示，得出目標事件解決方案D1并向案例庫反饋F1而進行歷史案例的修正R1。在下一次事件E2處置過程中，前一次事件成為存儲在案例庫中的歷史案例，通過兩次事件的特征值比對，得出目標問題的解決方案D2，同樣，第二次事件完成應急處置之后做出反饋與修正并存入案例庫。隨著案例推理在應急決策工作中不斷深入，每次事件發生都會對其后事件處置中的決策者、案例庫信息系統產生影響，決策者根據實際情況學習獲得經驗或教訓，案例庫信息系統通過自學習逐步完善到Cn的程度，從而得出更優化決策方案Dn。

圖3 案例庫輔助決策機理

4.2 “人-機”交互的可能負向影響

決策機理研究的假設是 “人-機”交互過程會對應急決策過程起到積極面向的提示作用，但現實中可能有悖初衷。尤其是當突發事件發生時，決策者通常會根據既往經驗做出決策。鑒于事件突發、情況緊急、時間緊迫等原因，決策者易出現心理上的焦慮感和壓迫感，難以在短時間內制定全面有效準確的應急方案。因而，心理特性對決策者決策過程具有重大影響。

決策者的心理特性包括:個體特征，如性格、氣質、意志力、知識結構、認同感等；情緒，如正向或負向情緒；成就動機，如渴望成功或回避失敗；風險偏好，如風險中立型、規避型、喜好型或復雜型；應激與適應能力；決策風格，如果敢堅定或優柔寡斷；期望或欲望；非理性，如僥幸、省能、逆反、湊興、從眾等。這些特性所表征出的結果即為上文在 “人-機”交互路徑研究中區分出的積極走向與消極走向。

在積極走向下，決策會按照 “人-機”交互的應急決策機理過程逐步推進。與之相反的消極走向下，可能會對決策過程產生如下影響:若為“因循守舊式”應急決策，其決策過程將始終處于“E1-C1-D1”階段，既定案例庫系統的完備程度會對決策結果起決定性作用，此時決策者不會對系統中的決策方案做優化。若為 “利己滿足式”或 “獨裁冒進式”應急決策，決策者始終會采取優先滿足個人利益的態度制定方案，案例庫系統對應急決策幾乎不起任何輔助作用。尤其是偶然情況發生，消極走向的 “人-機”交互決策過程也可能取得令人滿意的效果，但如果將該決策偶發成功的方案納入案例庫系統，可能造成嚴重后果。

5 結論與討論

突發事件的不確定性、迅速擴張性、強破壞性，客觀上要求相關部門在事件發生后必須立即啟動緊急救援，盡最大可能降低事件危害，但決策者在短時間無法掌握充分信息，也難以對相關信息進行快速加工分析并做出最準確判定。尤其是在中國特有的文化背景下，政府應對突發事件時，決策多以領導意志為中心的客觀現實一直存在，導致決策時無法采取最優的處置措施，造成更大的負面效應。因此，應用案例推理方法進行應急決策需要滿足宏微觀條件。

在微觀方面，決策者應在每次突發事件應對后做全面詳盡的效果評估，根據事件信息優化計算機決策方案，滿足最新決策需求；應改善決策信息通訊系統，打破管理本位思想，實現應急決策中更大范圍的信息共享。在宏觀方面，國家層面要重視建立健全應急管理法制、體制和機制，嘗試構建突發事件案例庫以指導各級各地的應急處置工作順利開展；組織層面要建立應急協同機制以及內部核心關鍵業務的備份機制；人員層面要培養風險意識以及專業應急能力。

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(責任編輯 沈蓉)

Process and“Human-Machine”Interaction Path of the Case-Based Reasoning for Decision-Making of Sudden Incidents

Cheng Conghui，Guo Junhua
(School of International and Public Affairs，Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200030，China)

Firstly，it analyzes the practicability of applying CBR to emergency decision-making.Secondly，it presents the decisionmaking process based on the closed-loop mode of“Operation-Feedback-Correction-Reoperation”.Thirdly，it defines the mental activity of decision making as five stages of“Brewing-Hint-Inspired-Epiphany-Verify”.Then，it summarizes interaction path between human and machine:the positive-oriented path as directly heuristic interaction，analogized drawing，human-machine cooperation；and passive-oriented path as subsidiary，autocratically self-satisfied and aggressive type.Finally，it proposes a conceptual model of target case's decision-making scheme，which describes the implementation mechanism of decision-making with the help of CBR.

Emergency decision-making；Case-based reasoning；Interaction path of human-machine；Conceptual model for decisionmaking

C93

A

國家 “十二五”科技支撐計劃 “國家應急演練仿真服務平臺及其應用示范研究”(2013BAK03B07)。

2015-04-15

程聰慧 (1992-)，女，山西古交人，上海交通大學博士研究生；研究方向:應急管理、科技政策。