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本文是研究指揮與控制（C2）未來表現形式的四篇系列論文中的第一篇。第一篇論文通過探討未來指揮與控制（C2）系統需要在其中運行的未來作戰環境，為后續研究設定了基線。具體來說，本文探討了復雜性的驅動因素、表現形式和影響，而此前的研究表明，復雜性很可能是這一環境的特征。為此，它討論了 C2 和復雜性等關鍵術語的定義；介紹了未來運行環境中復雜性的一些驅動因素，并討論了這些因素如何對 C2 系統和組織造成新的壓力；研究了分析和理解復雜性的可能方法；并概述了 2030 年代及以后可能產生的一些實際考慮因素。由于本文旨在為本系列的后續三篇論文提供資料，因此沒有全面涵蓋未來 C2 思考的所有方面，包括提出具體建議。

研究問題

• 根據當前的全球社會和技術趨勢進行預測，國防和合作伙伴可能面臨的持續競爭和多領域作戰的作戰環境的性質是什么？
• 基于這種對未來的預測，未來的 C2 系統和組織將面臨怎樣的復雜性；即復雜性的可能來源是什么？
• 考慮到未來作戰環境的這一特點，未來的 C2 系統和組織需要具備哪些條件？
• 未來的 C2 系統和組織需要什么樣的新能力和特性才能有效應對這些需求？

有爭議的定義

C2 沒有直截了當的定義，對于該術語在當代作戰環境中的范圍和相關性也存在爭議。對 C2 傳統定義的批判來自于對 21 世紀有效領導力構成要素的更廣泛質疑。在英國、美國和北約，最近出現了大量與 C2 相關的新術語，并將重點從聯合思維轉向多領域思維。我們的研究將 C2 定義為一個動態的、適應性強的社會技術系統，因此有必要考慮組織、技術和人力要素。

同樣，復雜性也沒有一個公認的定義。學術界對復雜性的研究日益增多，涉及多個科學學科，但缺乏統一的方法或理論框架。一個有用的出發點是區分簡單系統、復雜系統、復雜系統和復雜適應系統。文獻還描述了在這些條件下可能出現的所謂 "棘手"或 "超級棘手問題"。還可以對有限博弈和無限博弈進行重要區分--這是考慮作為復雜適應系統的國家間競爭時的一個有用視角。鑒于這些爭論，我們的研究避開了對復雜性的僵化定義，而是從其關鍵屬性的角度對這一現象進行了 DCDC 式的描述。

復雜性的預計驅動因素

未來作戰環境的特征--以及國防 C2 系統和組織預計將執行的任務類型--具有很大的不確定性，因此任何預測都必須謹慎。盡管如此，文獻指出了各種政治、經濟、社會、技術、法律、環境和軍事（PESTLE-M）趨勢，預計這些趨勢將影響國際體系的演變，進而影響 2030 年及以后的國防行動。這些趨勢包括以下宏觀趨勢

• 日益增強的互聯性、多極化和全球競爭
• 不斷變化的氣候的影響
• 技術變革和數字化的影響
• 傳統和新穎領域的模糊化
• 國際準則和價值觀的轉變。

最重要的是，沒有一個單一或主要的趨勢推動著變化或復雜性；相反，最令人擔憂的是多種因素的融合及其不可預測的相互作用。這種認識為進一步研究這些趨勢影響國際體系復雜性水平和特征的具體機制提供了基礎，從而為在這一領域開展工作的 C2 帶來了新的挑戰。

復雜性的表現

上述 PESTLE-M 趨勢為未來組織應對 C2 帶來了一系列困境和壓力，包括但不限于

• 不確定性
• 模糊性
• 多義性
• 信息超載
• 認知偏差
• 面對瞬息萬變的事件，決策癱瘓或節奏不足
• 難以確保決策（包括人工智能）或信任決策所依據的數據、邏輯和假設
• 難以調動所有必要的權力杠桿，或協調參與制定和執行特定戰略或行動計劃的大量不同參與者（如跨政府合作伙伴、行業、國際盟友、公民）。

此外，無論是理論家還是實踐者，在處理包含非線性動態的問題時，都缺乏有力的措施來衡量所做決定或采取的行動的有效性。因此，很難確切地說未來作戰環境中的復雜性是否在客觀上不斷增加（而不是以不同的形式出現），但對軍隊應處理的復雜任務的政治期望與當前 C2 方法的執行能力之間顯然存在巨大差距。當前的學術理論為決定如何在復雜環境中配置 C2 提供了一個方法工具包的初步輪廓和一些指導原則，但并沒有提供靈丹妙藥。該理論強調審議分析方法，即讓不同利益相關者參與共同設計、借鑒多學科和知識體系的見解，并在分析和決策過程中建立靈活性，以便根據反饋意見不斷迭代和改進的方法。

未來 C2 的實際考慮因素

要應對復雜的自適應系統，就必須摒棄當前的線性 C2 流程和等級結構，盡管在處理非復雜任務和問題時，更傳統的方法可能仍然有用。在競爭激烈的世界中，英國既需要培養能夠對他人施加建設性影響的特性和能力（例如，將復雜性強加給對手的 C2），也需要培養能夠增強自身駕馭復雜性能力的特性和能力。

要影響敵對行動者的觀念、決策和行為，首先要深入了解其 C2 結構、流程和文化。根據這種了解，英國國防需要一套動能和非動能杠桿，對敵方的 C2 施加建設性影響，包括施加復雜性。除了敵對行動者，英國國防部還需要進一步了解如何對 PAG、盟友、合作伙伴、工業界、學術界、公民和對 C2 采取截然不同方法的其他人施加建設性影響。

在增強英國自身應對復雜性的能力方面，未來的 C2 系統和組織必須促進靈活性、復原力以及學習和適應能力等特性。整個決策周期都需要變革。例如，傳感器和通信技術的進步為獲取更多深度和廣度的數據提供了機會，包括有關復雜問題的數據。因此，提高認知能力對于理解所有這些數據至關重要，既要利用人類和機器的優勢，又要減少各自的缺點。要改變決策方法，還需要改變領導風格，以培養更善于駕馭復雜適應系統的決策者。在做出決策或計劃后，提高跨部門或跨層級的能力，在實施階段更好地整合活動或匯聚效應，對于抵消英國的局限性（如在質量方面）至關重要。

同樣，整合也不是萬全的；如果國防缺乏足夠深度的力量和能力，無法在充滿敵意的威脅環境中采取可信行動或維持高節奏行動，那么即使是最高效的指揮控制系統也無法在未來取得成功。此外，還需要采取防御措施以及恢復和失效模式，以阻止或減輕敵方破壞 C2 系統和組織的努力所造成的影響。鑒于所面臨的威脅，以及英國國防可能需要解決的不同形式的復雜問題，很可能會同時出現多種并行的 C2 模式，而不是單一的方法。應對復雜性意味著不斷學習、適應、創新和開放求變。因此，必須從一開始就將效果衡量標準、信號和變革機制納入計劃以及 C2 系統和組織，使其能夠隨著時間的推移不斷學習和調整，以應對各種情況。至關重要的是，未來 C2 系統和組織的設計只是挑戰的一部分--它們還必須得到更廣泛的國防企業緊急改革的支持，以確保獲得所需的使能因素（人員、技術等）。從 C2 的角度來看，這本身就是一個挑戰，因為改變這個企業--一個復雜的適應性系統--本身就是一個棘手的問題。

結論和下一步行動

學術理論家和政府、軍事或工業從業人員對復雜性或復雜適應系統的理解并不全面，而這正是未來 C2 運行環境的特點。雖然文獻提供了處理復雜性的有用方法和工具，以及未來 C2 的一些初步設計考慮，但英國 C2（本身就是一個社會技術系統）的現代化和轉型將是一項高度復雜的工作。這意味著要與不斷發展的作戰環境、不斷變化的威脅和技術環境共同適應，從而進行迭代和不斷學習。因此，最緊迫的挑戰或許是，考慮到 C2 系統在未來面對復雜性時取得成功所需的轉型（技術、結構、流程、文化、教育等）的程度和性質，了解如何在一段時間內最好地引導這一過程。

自相矛盾的是，要克服實現以應對復雜性為目標的 C2 系統所面臨的障礙，可能需要英國國防部已經表現出其所尋求建立的系統的許多特征。面對這樣的循環邏輯，英國國防部可能需要某種外部沖擊來迫使其進行創造性的破壞，或者利用（或不顧）更傳統、線性的 C2 方法來啟動自身的激進改革努力，并隨著時間的推移，隨著變化的到來而進行調整。

本文分析了西方兩棲部隊為在未來作戰環境中發揮威懾和作戰作用而需要做出的主要調整。特別是，本文論述了英國皇家海軍陸戰隊的部隊設計需要如何發展，才能為聯盟或聯軍的兩棲作戰能力做出支撐。

本文認為，兩棲部隊不應成為艦隊奪取制海權后利用制海權的一種能力，而應是艦隊向陸地的延伸。這一點有微妙的不同，因為它涉及將兩棲部隊與兩種嚴格意義上的海軍職能緊密結合：海上打擊和確保制海權的工作。兩棲部隊的這種使用需要戰術專業化，尤其要注重縮小藍水海軍與聯合部隊之間的潛在差距。然而，正如將要討論的那樣，在戰術上側重于實施打擊并不一定會限制更加專業化的兩棲部隊的使用案例數量。

未來作戰環境的一個主要特征可能是對手擁有更強的反介入能力和更遠的岸上火力。對于盟軍和聯軍兩棲部隊來說，這意味著登岸部隊需要分布得更廣，而為其提供支援的航運也必須在更遠的距離上作戰。雖然這一挑戰在涉及近鄰對手的情況下尤為嚴峻，但反介入能力的擴散使其在英國和盟國兩棲部隊可能部署的多種情況下都可能成為挑戰。

本文認為，要適應這種新出現的作戰環境，最好的辦法是采用一種作戰概念，將兩棲力量投送歸入海軍的打擊和制海功能之下。分布式兩棲部隊可發揮關鍵作戰作用，通過匯聚遠程火力，應對反介入能力增強的挑戰。美國海軍陸戰隊的 "遠征高級基地行動 "框架是這種方法的縮影，它通常被視為海上封鎖的同義詞，但實際上具有更廣泛的適用性。在水上和岸上混合使用分散的遠程火力和小股突襲部隊，會給對方龐大的地面部隊帶來嚴重困難。

雖然突擊與火力的結合并不完全是兩棲作戰的解決方案，但能夠同時在海上和陸地上機動的部隊會給對手帶來更大的挑戰。在許多情況下，包括在歐洲狹窄的群島海域，以這種方式使用兩棲部隊將迫使對手勘察包括大陸地區、海域和近海島嶼在內的擴展沿岸空間。這將大大增加對手的 ISR 負擔。

兩棲部隊還可在沿岸海域發揮一些作用，其中包括在政治敏感條件下行使制海權。因此，本文認為兩棲作戰應歸入海軍的兩項任務--打擊和制海--而不是作為一項單獨的職能。

在這一范圍內，皇家海軍陸戰隊有可能成為以打擊為中心的合作伙伴以及英國和盟國海軍的輔助力量。作為一支輕型突擊部隊，海軍陸戰隊可以為執行打擊任務創造有利條件。對輕型登岸部隊的重視應使突擊隊所依賴的海上支援力量不斷發展，使其更具多功能性。一旦減少了對移動重型裝備的要求，就可以把重點更多地放在優先事項上，如攜帶傳感器和攻擊彈藥的能力以及實現低可觀察性。這樣就能在瀕海兩側執行制海權和群島戰等任務。

將皇家海軍陸戰隊的重點轉向打擊和制海這兩個優先事項意味著戰術專業化。但這并不一定意味著限制海軍陸戰隊將發揮的作戰和戰略作用。無論是在歐洲的突發事件中，還是在遠征范圍內，以打擊為中心的作戰概念都具有明顯的效用。這將涉及縮小突擊隊的戰術作用和認證范圍，以及減少對傳統輕步兵職能的重視。然而，部隊的規模和不斷變化的作戰環境意味著，無論如何，其中許多職能都可能是多余的。

新出現的威脅使目前兩棲部隊進入戰區變得越來越困難，同時也增加了對其他艦隊和更廣泛的聯合部隊的需求，以便在兩棲部隊派遣時為其提供保護。因此，兩棲部隊面臨的風險是，兩棲登陸的價值逐漸被其成本和風險所抵消。本文認為，包括皇家海軍陸戰隊在內的兩棲部隊不必將沿岸讓給岸基反介入/區域拒止能力。這些部隊有可能為盟軍威懾增加相當大的價值。但要在未來的作戰環境中做到這一點，它們必須在概念上和部隊設計上與艦隊更緊密地結合。

美軍繼續利用外國伙伴部隊作為美國安全政策的戰略支柱，將采取謹慎、慎重的選擇方法來評估伙伴關系的可行性。歷史表明，須盡早選擇合適的伙伴部隊，以避免浪費時間、精力、資源，甚至生命在毫無結果的伙伴關系上。這一理念對未來同樣重要。

本論文基于這樣一個假設，即通過比較杠桿作用和目標一致性可以確定伙伴關系的可行性，運用了演繹分析法。本研究開發的模型對基礎扎實的委托代理關系理論進行了調整和擴展。該模型通過考察目標一致性和杠桿作用來評估預期伙伴關系的預期可行性，從而解決 "逆向選擇 "的風險問題。

從強化的理論和模型中，可以識別理想和不理想合作伙伴的特征。為了證明該模型的實用性，將其應用于歷史上和最近與各地區地方勢力建立的委托智能體伙伴關系的案例研究。這一演示表明，可以很容易地對合作伙伴部隊進行分類，并從可行性方面進行比較。

最后，研究建議將該模型作為八步驟方法的一部分加以實施，以補充評估和選擇伙伴部隊的現有程序。這樣，它就可以成為決策者的有用工具和更高組織級別的解釋輔助工具。

數字工程正在徹底改變系統工程領域。美國海軍正在實施數字工程概念和方法，包括數字孿生、數字線程、權威真相來源、基于模型的系統工程以及數字工具和技術，以設計和建造復雜的海軍系統。本論文探討了數字工程在海軍系統測試與評估（T&E）中的應用。論文對海軍采購測試與評估的現狀進行了深入分析，解釋了相關的挑戰和局限性，強調了采用現代化方法的必要性。它全面概述了數字工程，通過海軍和整個行業的幾個使用案例說明了數字工程的影響。報告提出了一個新概念： "數字測試與評估 "是將數字工程方法應用于系統工程的測試與評估階段。這項研究揭示了如何利用數字 T&E 來應對和克服當前海軍 T&E 面臨的挑戰。研究最后提出了海軍實施數字化 T&E 方法的路線圖。這些見解旨在對海軍測試與評估界產生實際影響，指導制定新的戰略和政策，利用數字工程提高性能，促進傳統測試與評估流程的現代化。

圖 1. 海軍系統數字化測試與評估路線圖

數字工程正在徹底改變系統工程領域。2018 年，美國國防部推出了數字工程戰略，并將其定義為 "使用權威的系統數據源和模型作為跨學科的連續體，支持從概念到處置的生命周期活動的集成數字方法"（DOD 2018, 3）。它象征著系統工程實踐的根本性轉變，從傳統方法轉向數字環境中基于模型的技術（Giachetti 2022）。這一戰略轉變要求通過可靠的 "權威真相來源"，在整個工程流程和組織結構中開發、利用和分發正式模型和數字信息。這一新興領域影響深遠，可能會影響到美國國防工業和其他各個領域，重塑系統工程的實踐。數字工程能夠提高運行效率和系統性能，創新設計和構建系統的方法，從而為快速發展和技術進步的動態階段鋪平道路。

2020 年，海軍部（DON）發布了一項戰略，正式確定了其對數字工程的承諾，概述了在整個海軍系統生命周期中使用數字工程的愿景。海軍正在將數字工程概念應用于 "鍛造軟件工廠 "等新興項目，旨在加速宙斯盾作戰系統的軟件升級（Katz 2022）。另一個值得注意的應用是潛艇戰聯合戰術系統（SWFTS），在該系統中，數字工程實現了靈活的架構，可快速實現潛艇技術集成、無縫更新并提高系統互操作性（Herber 和 Batchelor，2023 年）。最近，海軍計劃開發集成建模環境（IME），旨在利用數字工程徹底改變系統設計。該數字環境旨在提供一個具有凝聚力的框架，將各種系統模型和仿真單元結合起來，以推動創新、提高系統性能并提升艦隊的整體能力。

本論文探討了數字工程在海軍系統測試與評估（T&E）中的應用。它為傳統流程的現代化和增強向作戰人員提供的能力提供了一個開創性的機會。通過利用現代技術、數字工具和先進技術，數字工程有可能簡化海軍系統的測試與評估流程。然而，在這兩個領域的交叉點上，現有的研究十分有限，顯示出文獻上的空白。數字工程不僅僅是將傳統的測試流程和產品（如測試計劃和分析報告）轉換為數字格式。相反，數字工程需要對系統的整個生命周期進行全面的數字透視。隨著海軍在系統開發中采用基于模型的系統工程和數字孿生等數字工程概念，T&E 對海軍采購項目的快速部署變得至關重要。

本論文首先深入探討了海軍采辦 T&E 的現狀。論文對術語、背景和法定測試類型進行了深入探討，同時概述了復雜的組織結構。它強調了海軍 T&E 工作級集成產品團隊（WIPT）的重要性，該團隊由來自海軍各部門的科學家和工程師組成。該團隊對海軍采購項目的 T&E 活動的規劃、執行、分析和報告至關重要。在研究過程中，我們發現有關海軍 T&E 流程具體步驟的信息非常有限。為彌補這一不足，我們繪制了當前 T&E 流程圖，詳細說明了流程步驟、里程碑和交付成果。

這項研究確定了海軍測試與評估界面臨的九項具體挑戰和限制： 基礎設施不足、測試空間有限、威脅和場景不斷變化、測試集成、測試與評估支出、測試與評估成本認知、進度延誤、缺乏數據策略以及人工智能和 ML 測試。這些挑戰領域受到物理環境和傳統 T&E 流程的限制。這種方法越來越與當前的技術環境脫節，缺乏當今快速發展的世界所需的靈活性和適應性。

數字工程由基于模型的原則、權威真相來源（ASOT）和先進數字工具組成。基于模型的原則包括：數字孿生（物理系統的數字復制品）；數字線程（貫穿系統生命周期的相互關聯的連續信息流）；以及基于模型的系統工程（MBSE），這是一種強調使用系統模型支持系統設計的方法，而不是傳統的基于文檔的系統工程流程。ASOT 是一致且最新信息的集中存儲庫，在整個系統生命周期中統一數據、模型和其他系統相關信息（DOD 2018, 8）。這些原則共同標志著從傳統的以文檔為中心的方法論向全面、動態的數字化環境的轉變。

通過深入研究橫跨各行各業的四個數字工程案例研究，再加上廣泛的文獻綜述，本論文構建了一個矩陣，展示如何戰略性地部署數字工程原則，以解決運輸和評價中的現有挑戰。這種方法涵蓋了數字工程的方方面面，包括數字工程生態系統的概念。該生態系統整合了基礎設施、環境和方法論，將管理和分析系統數據與模型的流程、方法和工具統一起來，與利益相關者的需求保持一致。

這項研究的積累導致了一種被稱為 "數字 T&E "的新方法的發展。這一概念代表了數字工程方法在系統工程測試與評估階段的應用。與傳統的 "設計--建造--測試 "方法不同，該建議要求采用一種更復雜的 "建模--模擬--分析--建造--驗證 "迭代方法。它提供了一個更精確、更明確的框架，為提高系統開發的效率和準確性指明了道路。這一方法的步驟詳述如下：

• 模型： 通過創建物理系統的精確表征來啟動流程，最好是通過高保真數字孿生來捕捉系統細節。
• 模擬： 根據開發的模型，在虛擬運行環境中運行仿真，以模擬真實世界的條件。
• 分析： 使用指標對模擬數據進行分析，以評估性能并發現問題。采用先進的數字技術，實現流程自動化和簡化。如果根據分析結果需要更改系統模型，則調整模型并返回上一步。這種迭代循環一直持續到模型產生預期結果為止。
• 構建： 一旦系統模型滿足了所有系統要求并實現了預期結果，就開始構建實際的物理系統。
• 驗證：使用來自物理系統的數據作為權威的真理來源來驗證系統模型，確保虛擬表示與物理系統準確一致。

如圖 1 所示，將這種方法應用到當前的 T&E 流程中，就會產生一種執行數字 T&E 的創新方法。這種先進的數字 T&E 方法由十個步驟組成，通過融入數字工程原理，徹底改變了現有流程。它超越了計劃、準備、執行、分析、評估和報告等傳統的、按部就班的、以文件為中心的階段。取而代之的是一種更加動態、靈活和迭代的方法，強調持續反饋和系統改進。

本論文探討了海軍系統中數字工程和技術與評估的整合，旨在回答首要研究問題。通過文獻綜述和對四個案例研究的分析，論文采用建模-模擬-分析-構建-驗證的方法，提出了數字化 T&E 路線圖，強調了數字化工程的作用。研究結果為提高海軍系統開發效率提供了一條途徑，并有可能在整個國防工業中得到更廣泛的應用。建議強調對數字基礎設施的投資，如基于云的平臺、網絡升級、數字工具和數字雙胞胎。報告還呼吁與國防承包商共同制定新政策，以確保技術數據包和系統模型的訪問權限。此外，報告還鼓勵技術與工程界、學術界、工業界和承包商之間開展合作。展望未來，未來的工作領域包括本體論在 T&E 數據管理中的作用、數字勞動力的需求、使用任務工程測試多個系統模型以支持復雜的海軍行動，以及確定支持數字 T&E 的最佳組織結構。這些大有可為的途徑為進一步完善和擴展擬議的數字化 T&E 路線圖提供了機會。

在美國陸軍的條令中，結束狀態和條件描述的是沖突后的未來。結束狀態意味著沖突的結束--戰爭結束。許多現代戰爭都缺乏明確的輸贏劃分，因此無法達成和平協議，也無法實現最終狀態的解決。因此，軍事規劃人員需要一個成功解決沖突的框架和條件，以實現結束狀態。

本專著探討了戰爭如何結束。案例研究包括以最終地位解決而告終的戰爭、試圖但未能實現最終地位解決的戰爭，以及在僵持沖突中繼續進行的戰爭。北愛爾蘭戰爭以及以色列和埃及之間的戰爭在經過多年談判和實施之后以最終地位的解決而告終。以色列和巴勒斯坦之間的沖突未能解決最終地位問題，導致第二次起義的暴力爆發。塞浦路斯和納戈爾諾-卡拉巴赫存在著僵持不下的沖突，盡管談判仍在繼續，以期達成協議。

和平進程本質上是危險的，因為無論是失敗還是成功，都會導致相關地區的暴力加劇。不過，某些條件可以減輕這種危險。本專著建議，成功解決戰爭的框架應包括以下因素：穩定力量；沖突局部化；適當當事方的參與和消除不相干當事方；交戰人口的分治或隔離；實現和平的激勵措施；以及停火。

陸軍一直認為有必要將其決策建立在行之有效的作戰研究方法的基礎上，這些方法旨在為指揮部提供決策過程中的替代方案，從優化戰役到戰略評估和成本經濟學。戰斗傷亡是軍事行動研究的一個主題，它應用數學模型來量化勝利與失敗的概率。特別是，已經提出了不同的方法來模擬戰斗過程。然而，這些方法都不能為高層指揮提供足夠的決策支持。為了克服這種情況，本文提出了一個顛覆性的框架，它克服了傳統模型的大多數局限性，支持最高指揮層的決策：戰略層和戰役層，將確定戰斗力水平的衰減（通常稱為減員（損失））作為評估決策的機制。該框架采用自適應和預測控制工程方法，根據戰斗變化進行動態調整，同時考慮到對手的能力和演習以及產生的效果。此外，它還包括一個學習機制，以改進高不確定性條件下的決策。

引言

蘭徹斯特（Lanchester）在戰斗動力學建模方面的開創性工作[1]啟發了對戰斗抽象發展的重要研究，以支持不確定條件下的軍事決策，追求如何在戰斗中取得優勢。長期以來，蘭徹斯特的原始模型及其不斷演化的擴展模型[2]一直主導著常規陸軍力量平衡的動態評估，被主要機構（如美國陸軍、國防部長辦公室等）用于評估各種問題（如評估戰區平衡[3, 4]、指導武器裝備選擇決策[5]等）。

然而，值得注意的是，蘭徹斯特模型有其重要的局限性，例如，它們只進行了過于簡單的單面處理，而沒有考慮對手的能力，并且不能用于分類交戰[6]。

另一個需要考慮的問題是決策程序所支持的抽象層次。軍事理論通常將指揮層次分為以下三個等級：

1.戰略層次從最抽象的角度研究沖突，從整體上考慮戰爭的最終結果。它涉及軍事力量的整體規劃、資源分配和組織。此外，它還確定并支持國家政策。

2.戰役層面涉及戰役和主要行動的設計、安排和執行。

3.戰術層面在戰場上實施戰役行動。

有趣的是，大多數決策方法，包括非蘭徹斯特的決策方法，都集中在戰術指揮層面[6,7]。換句話說，現有決策系統對作戰和戰略指揮層面的支持不足。

本文提出了一個創新框架，它克服了蘭徹斯特模型的大部分局限性，并支持最高指揮層的決策：戰略層和作戰層。我們的框架應用了自適應和預測控制工程方法，以動態適應戰斗中的變化，同時考慮到對手的能力和演習以及產生的效果。此外，它還包括一個學習機制，以改進高不確定性條件下的決策。

最后，本文報告了我們的框架在克里特島戰役、硫磺島戰役和庫爾斯克戰役中的實證評估。這本身就是一個相關的貢獻，因為大多數關于軍事決策的文獻都缺乏足夠的實驗驗證。特別是，大多數驗證都是按照非現實的假設[8]或依賴于簡單化的編造例子[9]的數學程序進行的。

本文的其余部分按以下順序組織。第2節描述了我們的框架工作，第3節報告了其經驗驗證。最后，第4節提供了一些結論性意見并討論了未來的挑戰。

支持戰役戰略決策的框架

在經典的蘭徹斯特模型之外，還有兩種主要的戰爭分析機制：(i)隨機模型和(ii)確定性模型，其中一 些是傳統的蘭徹斯特模型[10,11]。目前，智能代理等其他方法正獲得巨大發展[12,13]。這些新模型的目的是擴展能力[6,9]和減少以前方法的缺點[14,15]。然而，它們無法成為高層決策的適當基準。

本框架克服了蘭徹斯特原著的局限性，[16, 6]中對這些局限性進行了深入探討，將戰斗視為一個因果過程，該過程根據蘭徹斯特方程的動態變化和外部行動而演變。為此，我們的方法應用了[17]中介紹的自適應和預測控制理論，并結合了不確定性建模技術。我們的方法架構由一系列模塊組成，這些模塊協同工作，確保按照軍事理論協調一致地進行決策。特別是，一組順序階段觸發了適用戰略的定義、不同可能行動方案（COA）的評估和選擇，以及模型對行動演變的適應。

圖中x(t)和y(t)分別表示每一瞬間x部隊和y部隊的戰斗員數量，x(t+1)e和y(t+1)e表示下一瞬間的估計戰斗員數量。

圖1. 我們框架的架構設計。每個模塊都代表了軍事思維的機制，即：(i)評估戰斗事件，以確定應遵循的戰略并選擇完成任務的COA；(ii)確定執行任務所需的資源；最后(iii)適應結果。

實施需要邏輯過程能力，并應模擬從預測到行動的決策過程。在此背景下，我們制定并測試了新的框架（如果其在實際對抗中的應用在性能和一致性方面符合預期，則該框架將是穩健的）。

圖2 新框架中通過順序模型觸發選擇特定COA的主要因素。

圖2顯示了迭代觸發特定COA選擇的基本要素。預測模塊產生預測演變。自適應模塊根據輸出信號（實際情況）與預測信號之間的差異調整組成模塊的參數，并根據最后執行的COA進行適當更新。專家模塊通過調度模塊試圖改變預測模塊所定義的趨勢，從而根據戰斗需要改變行動路線。值得注意的是，設定點與完成任務有關，行動發展時間是操作時間，在最好的情況下，可用的沖突信息數據庫通常以天為單位表示。

近年來，"原型戰爭 "的概念已被西方軍隊采用，以加速實驗性開發、獲取和部署戰爭中的新興技術。本文以科技研究和國際關系學的交叉研究為基礎，調查了支撐當代戰爭邏輯的更廣泛的話語和物質基礎結構，并對科學、技術和戰爭之間的關系特別感興趣，指出原型戰爭是如何捕捉到一種新的戰爭制度的出現的，本文稱之為戰爭的實驗方式。雖然戰爭一直是由實驗活動定義的，但在目前的背景下，特別是實驗如何跨越越來越廣泛的軍事實踐，在高度推測的實驗理解的基礎上運作，將失敗作為一種生產力量。文章追溯了西方軍事話語和實踐中的原型戰爭概念，并放大了原型戰爭是如何將實驗直接帶入戰場的，文章最后概述了原型戰爭是如何將軍事干預重新配置并正常化為實驗。

盡管美國陸軍希望在多域作戰中取得認知上的優勢，但它還沒有充分發展并采用認知能力提升的概念。本文對陸軍在這一領域的努力進行了全面評估，探討了對士兵認知的日益增長的要求，并將陸軍目前的方法與對手進行了比較。它的結論將幫助美國軍隊和政策執行者建立促進認知優勢和跨領域成功的文化和行為。

關鍵字：認知能力、復原力、神經倫理學、人類表現、信息過載

認知能力是支持所有士兵表現的關鍵變量：身體、精神和情感。美國陸軍條令認識到認知優勢的重要性，或獲得對敵人的智力優勢。它甚至在最近的幾個出版物中占據了突出位置，包括2019年陸軍現代化戰略（AMS）和美國陸軍多域作戰（MDO）2028年概念。 盡管認知科學取得了進展，并且認識到認知超配在多域作戰中的重要性，然而，美國陸軍還沒有完全接受認知能力優化的概念。在過去的十年中，美國國家衛生研究院在大腦研究方面的投資超過535億美元，但士兵和領導人在 "永遠在線 "的多任務和連接文化中進行訓練和操作，這種習慣最終會降低認知性能。 無論是在駐地還是在部署時，領導人都試圖過濾幾十條信息流，并在睡眠不足和對認知能力優化原則理解有限的情況下做出快速決策。

與此同時，中國和俄羅斯一直在追求生物技術、神經科學和人工智能（AI）解決方案，以提高人類的認知能力，并獲得對美國及其盟友的不對稱作戰優勢。 不受西方社會道德規范的約束，俄羅斯等積極利用雙重用途的民用和軍用研究來實現這一目的，將頭腦視為未來戰爭的主要戰斗空間，并正在采取措施在那里占據主導地位。

為了應對這一挑戰，美國陸軍必須與美國防部的認知能力研究和開發工作保持一致。然而，僅有科學是不夠的。陸軍還必須發展其文化，認識到以科學為基礎的道德方法的重要性，以確保以推動整個部隊的競爭和創新的方式發揮認知優勢。需要采取一種植根于教育、培訓和技術的審慎行為修正方法來取代過時的認知能力神話，這些神話最終會通過多任務處理、睡眠剝奪和信息過載來降低認知功能。否則，我們的對手可能會找到他們所需的不對稱優勢來支配美國的聯合部隊。

多域作戰與認知域

認知能力是指觀察、定向、決定和行動以產生最佳結果的能力。 認知技能對于戰場上的成功一直很重要，在決定戰斗和戰役中發揮著關鍵作用。未來將提供類似的機會，但隨著戰場擴展到空間和網絡空間，會有更大的復雜性、迷霧和摩擦。2019年AMS針對這種不斷變化的環境，提出了多域作戰的概念。 2019年AMS概述了多域作戰概念與以前的作戰概念有何不同，并要求其從業人員具有更高水平的認知能力。

MDO概念提出了認知方面的挑戰，因為它要求領導者認識并利用稍縱即逝的機會，在復雜的作戰環境中實現對先進對手能力的跨域聚合效應。 為了在多領域作戰中取勝，美國陸軍沿著六個貫穿所有領域的現代化優先事項部署了日益復雜的系統。這些先進的系統不僅需要更高的智力和技術技能來操作和維護，而且當與改進的數字通信和網絡能力相結合時，領導人還可以獲得比以往更多的實時數據。最后，MDO 2028概念和 "陸軍人員戰略 "將美國士兵置于多域作戰概念的中心。事實上，作為"陸軍最大的力量和最重要的武器系統"，士兵們將在無數實時數據和信息源的交匯處行動，并面臨著越來越大的壓力，需要在機會和威脅出現時進行多任務處理、優先排序、評估、決定和行動。

以人工智能、人機交互和其他技術進步的承諾來解決這些挑戰是很誘人的。然而，許多這些能力仍然是假設的，即使對士兵的認知要求繼續上升。即使當它們可用時，人工智能和其他技術將補充人類的決策，但在短期內，人腦可能仍然是關鍵節點。因此，要實現認知上的優勢，首先要了解人腦的基本能力和局限性。大衛-洛克（David Rock）等認知科學家堅持認為，了解大腦功能是提高認知能力的最佳途徑之一。最佳喚醒、多任務處理、認知耐力和決策質量等概念提供了一個理解框架，并為提高績效提供了機會。

認知喚醒

情緒的喚醒程度直接影響認知表現。1908年首次提出的耶克斯-多德森定律（Yerkes-Dodson Law）為這一現象提供了一個基本模型，并描述了一個與巔峰表現相關的認知喚醒的甜蜜點。正確的喚醒水平，或壓力，會使大腦釋放正確的神經化學物質組合，以產生最佳表現所需的警覺性和注意力。優秀的教練認識到喚醒水平對表現的影響，并在比賽期間根據需要成功地使球隊平靜下來或振作起來。太少會讓我們變得平淡無奇，而太多則會產生適得其反的壓力、焦慮或脫離。軍隊領導人可能熟悉這種現象，在戰斗情況下，身體的威脅會激起強大的反應，但在工作壓力和信息過載的情況下也會出現類似的狀態。

盡管在戰斗中限制壓力和焦慮具有挑戰性，但監測和管理士兵的情緒喚醒水平可以為提高認知能力提供直接機會。英國皇家學會描述的一個新穎的解決方案建議軍隊和執法部門使用認知過載監測系統，在個人出現認知過載的跡象時發出警報。這種意識將使用戶有意識地改變他們的情緒喚醒和行為狀態，以專注于最關鍵的問題。同樣，美國陸軍作戰能力發展司令部士兵中心進行的監測和評估士兵戰術準備和有效性試點研究，重點是通過創新的科學技術優化士兵個人和小單位的感知、認知和互動。通過分析持續訓練期間通過佩戴式傳感器和實驗室傳感器收集的數據，該研究確定了額外研究的機會，可以幫助士兵和領導識別、預測和維持影響決策質量、射擊精度和注意力控制的最佳喚醒和戰術性能水平。

圖 1. Yerkes-Dodson 定律

多任務處理

軍隊領導人被要求發展一種能力，以應付多種情況--立即對短信、聊天和電子郵件作出反應，并在快速變化的環境中解決問題的同時保持對局勢的認識。不幸的是，軍隊領導人所使用的工具及其使用方法在戰斗和駐軍中加深了 "戰爭迷霧"。盡管社會聯系日益緊密，但科學表明，大腦在任何特定時間內能夠處理的操作數量和復雜性都是有限的。集中我們的注意力需要分配前額葉皮層的神經資源，使大腦不能有效地同時關注兩件事情。當多任務處理時，我們的大腦反而被迫從一個話題迅速過渡到另一個話題。在不同的任務之間轉換需要大量的代謝資源，如含氧葡萄糖；一旦耗盡，認知和身體表現都會下降。多任務處理還產生壓力荷爾蒙皮質醇，并影響腎上腺素和多巴胺水平，從而擾亂我們的思維。多任務處理影響的深刻性使一些研究人員相信，通過文本、電子郵件、廣播交通和聊天窗口等不斷的中斷，可能會產生類似于暫時降低智商的效果。

此外，研究表明，多任務處理會增加決策風險。2009年斯坦福大學的一項研究稱，重度媒體多任務處理者的記憶力、學習和認知功能都有所下降。該研究比較了被認定為重度和輕度多任務處理者的群體的認知能力。雖然其他因素可能導致這種退化，但研究表明，習慣性的多任務處理可能會諷刺地損害個人完成偶爾多任務的能力。例如，考慮到一個司機在城市的一個不熟悉的地方一邊聽廣播一邊與乘客交談。在一次轉彎失誤后，司機本能地暫停了談話，關閉了收音機，集中精力糾正方向。司機的行為顯示了他對同時做兩件事的挑戰的直覺認識。通過選擇多任務處理，我們接受了性能下降，正式稱為 "雙重任務干擾 "或 "心理折返效應"。

作為全軍腦科學教育倡議的一部分，早期職業教育可以為減少多任務、分心、頻繁中斷和信息過載的文化提供有意義的第一步。冥想、深思熟慮、元認知、正念和正念意識等技術提供了可獲得的、低成本的方法，通過提高注意力和表現來建立整個部隊更好的認知習慣，以滿足訓練和任務要求。

認知耐力

軍隊的腦科學教育也可以幫助領導者了解決策和注意力過濾對認知表現的累積代價。大腦可用于數據處理的資源是有限的，做出決定、抵制沖動或忽略分心等行為會隨著時間的推移消耗我們的認知能量。充滿瑣碎的選擇和分散注意力的信息的環境耗盡了我們的頭腦，使我們的認知能力變得遲鈍，因為大腦不會根據重要性的程度來區分或確定決定的優先次序。換句話說，我們的決策能力受制于認知耐力的限制，并隨著時間的推移而退化。

盡管對認知耐力的極限有天生的認識，但許多軍事領導人在安排日程和戰斗節奏時并沒有考慮到這一點。例如，在值班日結束時舉行 "夜間法庭 "非司法處罰聽證會的指揮官可能會在日常決策的累積效應使他們的認知能力出現問題和不可靠的時候做出重要決定。相反，領導人可能把他們最有成效的時間花在回答電子郵件或執行低級任務上，而不是最大限度地利用他們的認知資源來完成復雜的任務和決策。這些基本的例子說明了為什么軍隊必須將時間管理教育和培訓納入其認知主導工作中。

決策質量

即使在考慮認知耐力的極限時，我們的大腦也經常被淹沒在信息中，必須在采取行動之前進行綜合分析。對最佳復雜性理論的研究表明，在做決定時需要考慮的因素有一個最佳數量，太少或太多都會降低性能。正如對計算機的研究一樣，這些研究揭示了人類工作記憶的極限。我們在綜合理解時，很難在腦海中記住超過三到五件知識。此外，試圖考慮10個以上的因素會大大降低性能。了解這一現象有助于促進更好的決策，尤其是在時間緊迫的情況下。

許多人認為，更多的投入將導致最佳決策的產生。在決策實驗中，受試者在超過最佳復雜程度后要求更多的信息，受試者的表現因信息過載而下降。這種趨勢對軍隊來說尤其值得關注，在伊拉克和阿富汗的信息至上主義現在使高級領導人有條件期待大量的信息來支持他們的決策。信息成癮可能會耽誤指揮官等待更多的信息，而這具有諷刺意味的是，這會降低他們決策的質量。

軍方認識到這一挑戰，正在利用人工智能開發改進的信息過濾和決策支持算法，使領導人能夠做出更好、更快的決定。雖然很有希望，但這些努力在不久的將來是有限的，不會完全緩解與現代戰爭相關的認知挑戰。再次，作為全軍腦科學教育倡議的一部分，關于信息過載的負面影響的教育可以推動文化變革，改善決策--無論是否有人工智能的增強。

對手

當美國軍隊慢慢地將提高認知能力融入其文化時，俄羅斯等在認知領域取得了令人不安的進展。中國強調旨在創造神經科學、人工智能和生物技術方面的作戰優勢的研究和開發，作為正在進行的軍民融合的一部分。有影響力的中國人民解放軍（PLA）領導人強調要為延伸到虛擬領域的未來作戰環境做好軍事準備。這些領域包括信息領域和 "意識領域"，需要 "精神/認知主導 "才能取得成功。新美國安全中心的高級研究員和中國問題專家Elsa B. Kania指出，這些概念現在經常在解放軍的著作中討論，還有人類和人工智能融合的概念。

同樣，俄羅斯認為思想是現代戰爭的主戰場，"戰爭要以信息和心理戰為主導"。俄羅斯模仿中國在認知優勢研究中對道德規范的堅持值得懷疑，但俄羅斯的方法更多的是依靠通過心理戰和其他手段破壞對手的認知過程。無處不在的虛假俄羅斯敘事給對手帶來了很高的認知負荷，需要增加信息過濾，這消耗了認知資源，并隨著時間的推移降低了決策的速度和質量。在2022年俄羅斯對烏克蘭戰爭的前6個月，就有無數這樣的例子。非人化的言辭、非法吞并的行為以及關于烏克蘭人親近俄羅斯的錯誤說法，都是為了混淆俄羅斯的侵略和制造混亂的說法。通過播種懷疑和制造混亂，俄羅斯的錯誤信息只需要暫時蒙蔽敵人的判斷力，就能造成猶豫，為俄羅斯的活動提供優勢。

此外，俄羅斯軍隊對使用喪失能力的藥劑來降低其對手的認知功能表現出持續的興趣。在2002年杜布羅夫卡劇院的人質事件中，俄羅斯特種部隊在通風系統中釋放芬太尼衍生物，以操縱大約50名車臣分離主義分子和750名俄羅斯人質的意識。雖然他們的行動使分離主義分子失去了知覺，但也導致了大約125名人質的過量死亡和其他人的永久性衰弱。盡管俄羅斯官員在很大程度上認為這次行動是成功的，但他們的行動招致了國際社會的譴責，并再次引發了對國際法，如1993年《化學武器公約》的有效性和適用性的辯論。

神經學和生物化學專家，如喬治敦大學醫學中心的神經倫理學主任詹姆斯-喬達諾，擔心神經科學和技術的進步為利用現有條約、國際法和超國家公約中關于使用化學和生物制劑的空白提供了機會。這包括使用CRISPR基因編輯和納米技術來增強士兵的神經結構，同時制造新型神經武器來降低對手的認知功能。

美國陸軍的機遇

飛躍性技術的誘惑和神經科學的進步獲得了國內媒體對認知表現舉措的大部分關注。雖然這些努力很重要，而且應該繼續下去，但美軍必須利用實際的、近期的機會來實現現在的認知主導地位。

間接和直接提高和優化認知性能的方法可以以適度的成本為美陸軍提供快速的勝利。了解到直接-間接二分法涉及到對復雜的認知和神經科學概念的一些過度簡化，但這些類別還是提供了一個討論的框架。提高認知能力的間接方法是通過飲食干預、睡眠調整、體育鍛煉、藥理學和復原力訓練來影響認知能力。直接方法 "直接針對學習、感知、認知或情感的結構或功能機制和過程"，包括經顱腦電刺激或現實增強等方法。在實踐中，這兩種方法沒有界限之分，都需要有效地提高和優化認知性能。

圖 2. 認知優勢的綜合方法

認知硬件升級——一種間接方法

使用計算機類比有助于可視化認知增強，同時建立在間接和直接方法的概念上。認知性能的優化意味著我們在現有的硬件（或生理學）的限制下，最大限度地提高我們的軟件（認知能力，或我們如何思考）。在這種情況下，硬件和軟件的升級都可以為提高認知能力提供機會。硬件升級通過人才管理、生理干預、藥物干預和技術提升提供了一種間接的方法。

人才管理

在《從優秀到卓越》（Harper Business, 2001）中，詹姆斯-C-柯林斯（James C. Collins）通過 "讓正確的人上車，讓錯誤的人下車，讓正確的人坐在正確的座位上 "這一比喻來描述建立一個成功組織的第一步。同樣，陸軍提高部隊集體認知操作能力的最佳機會可能在于識別、招募、評估和保留合適的人。

研究表明，認知能力部分是遺傳的，通過結合神經影像技術、統計工具和傳統的認知評估，識別諸如神經靈活性和技能專長等特質是可能的。這些工具為軍隊提供了一個識別和優化個人認知特征應用的機會，作為信息時代招聘和人才管理計劃的一部分，促進認知多樣性以提高創造力和決策力。認知多樣性被定義為 "視角或信息處理方式的差異"。最近的研究表明，認知多樣性加速了學習，并提高了團隊在不確定的復雜情況下的表現。通過有效的評估和人才管理計劃，可以提高軍事團隊的認知多樣性。諸如 "雅典娜項目 "這樣的倡議為應用評估作為自我發展工具提供了一個有前途的模式，但在軍隊范圍內實施需要增加研究、開發和應用的資金。在當今競爭激烈的就業市場上，陸軍必須在目前的評估和人才管理努力的基礎上，招募和保留所需的人才，以優化其認知潛力并超越近似的競爭對手。

生理干預

大量的研究表明，體育訓練、適當的營養和睡眠管理與認知能力有明顯的聯系。陸軍長期以來一直倡導體育鍛煉對心理和生理的益處，研究證實耐力運動中產生的神經化學物質具有神經保護作用，可以改善學習和記憶。睡眠管理和營養指南也反映在美國陸軍的 "整體健康和體能"（H2F）理論和 "績效三要素戰略 "中，但在整個部隊中缺乏廣泛接受。盡管陸軍認識到適當的營養對支持 "最佳身體和認知功能 "的重要性，但士兵們往往將陸軍的營養概念與體力、體質和能量水平聯系起來，而不是與心理功能或情緒聯系起來。例如，領導人對脫水的身體影響很熟悉。然而，脫水對認知的影響在醫學和研究界之外卻鮮為人知。

在可用于提高認知能力的生理干預措施中，睡眠管理可能是軍隊應用中最尚未開發的潛力。陸軍H2F理論指出，"認知能力和戰備狀態與獲得的睡眠量有直接關系"，許多研究將睡眠與陸軍的認知功能和戰備狀態直接聯系起來。即便如此，研究表明，超過62%的士兵長期遭受睡眠不足的困擾，無論是在駐扎地還是部署地，每晚平均睡眠時間不足6小時。軍隊要想在睡眠管理方面取得有意義的進展，就必須在入伍培訓和專業軍事教育的各個階段通過腦力教育來刻意改變文化。教育必須與表彰和獎勵士兵建立健康的睡眠習慣作為提高認知能力的生活方式的計劃相結合。

隨著美陸軍尋求改變其文化，更廣泛地采用可穿戴技術可以提高士兵和領導者的意識，建立理想的習慣和做法，并改變思維方式。所有這三者都需要啟動在認知和身體領域的持久增強性能。沃爾特-里德陸軍研究所（WRAIR）和美國陸軍作戰能力發展司令部士兵中心涉及數百名第十山地師士兵的研究表明，商業化的現成可穿戴技術，如手表、戒指或手環，可以在個人和組織層面推動行為變化。例如，監測睡眠習慣和下班后的身體活動水平可以幫助領導者利用個性化的數據指導士兵建立健康的習慣。陸軍應優先考慮在這一領域的近期投資，作為快速和可見的手段來證明對提高認知能力的承諾。與領導層的教育和強調相結合，可穿戴設備的使用可以為廣泛的文化變革提供強大的催化劑。

非藥物介入

與生理干預類似，藥物干預為提高認知能力提供了機會。興奮劑的使用就是這樣一種干預，在軍隊中已經很普遍了。在高端領域，醫療機構為飛行員開出了諸如右旋苯丙胺之類的藥物，以維持長期任務中的認知能力和警覺性。更常見的是，士兵們通過飲用咖啡因來幫助他們的個人表現。雖然有機會對提高認知能力的藥物如莫達非尼（Provigil）、哌醋甲酯（Ritalin）和各種苯丙胺混合物（Adderall）的使用進行進一步研究和道德辯論，但咖啡因的使用在西方社會基本上沒有爭議。即便如此，過量飲用咖啡因也會產生不必要的副作用，包括失眠、焦慮、血壓升高和心悸。為了可靠地提高認知能力，需要采取慎重的方法來使用興奮劑，以達到最佳的喚醒水平，同時不產生負面的健康后果。

2B-Alert應用是優化咖啡因使用的一種新方法，有可能在全軍范圍內使用。目前，沃爾特-里德陸軍研究所與生物技術高性能計算軟件應用研究所合作開發，2B-Alert使用機器學習、睡眠歷史和個人數據來預測睡眠不足時期的認知功能，并制定咖啡因劑量計劃，以在所需的時間窗口內最大限度地提高警覺性。如果與可穿戴技術相結合，納入所有訓練，并成為日常軍事文化的一部分，像2B-Alert這樣的應用可以為整個聯合部隊提供安全和具有成本效益的認知增強。

技術加強

整個美國防部的多種努力都在探索基于技術的認知增強手段。這些技術在開發、應用方法和成本方面差異很大，但應被視為整體認知優勢戰略的一部分。例如，經顱電刺激（TES）可以增強大腦信號，模仿深度恢復性睡眠時的腦電波，以提高睡眠質量。因此，在睡眠不足的環境中使用TES可以使士兵從短暫的睡眠中獲得更多的恢復性效果，以提高認知能力。沃爾特-里德陸軍研究所睡眠研究中心與美國國防部高級研究計劃局（DARPA）和Teledyne Scientific合作，正在評估可實地使用的TES設備的有效性，以充分利用有限的睡眠時間并改善疲勞管理。

經顱直流電刺激（tDCS）已經被奧林匹克運動員使用，并正在國防部內進行測試。與經顱電刺激不同，tDCS通過增加大腦中的能量來促進神經活動，改變大腦連接，以改善運動表現和認知。海軍特種作業人員的初步測試顯示，TDCS可以提高訓練效率，空軍的研究顯示，使用經顱直流電刺激可以提高警覺性，增強疲勞狀態下的認知能力。

生物技術和藥物認知增強正在引發關于士兵同意增強的自由和增強社會一部分人的長期反響的道德辯論。陸軍在繼續其強化研究工作以跟上近似競爭對手的步伐時，應該參與到這場辯論中。然而，認識到這些道德限制和預算限制，陸軍應該在短期內更多地強調容易執行和爭議較少的工作。

認知軟件升級——一個直接的方法

重新審視我們的計算機類比有助于說明，增強的認知軟件--我們如何使用我們的思想--為增強認知性能提供了直接的方法。雖然間接的步驟可以改善認知的硬件，但僅靠更好的硬件可能無法提高性能。新的硬件往往需要升級的軟件和更高的用戶熟練度來最大限度地發揮其潛力。因此，直接和間接的方法--升級的硬件和軟件--對于實現最高水平的認知性能是必要的。大腦教育、基于認知科學的學習技術和管理信息過載的方法以最小的投資提供實用的軟件升級。

大腦教育和自我感知

許多認知心理學家和神經學家都認為，優化個人的認知表現要從了解大腦開始。對大腦功能的基本了解為元認知，或 "關于思維的思考 "奠定了基礎。軍隊理論重視元認知在復雜問題解決和適應性思維方面的作用，但對如何發展和改善元認知過程卻沒有提供深入的見解。此外，陸軍理論中關于元認知的文章很少，完全集中在復雜問題解決背景下的領導人身上，沒有考慮到整個部隊的廣泛應用。安德魯-斯蒂德曼在其2011年關于應用神經科學提高陸軍認知能力的論文中指出，"元認知還沒有作為一種理想的領導者特質和培訓概念下降到戰術層面。"

對服役人員進行基本腦科學和元認知的普遍培訓和教育，如果輔之以個人實時觀察大腦過程的能力，可以為高峰認知性能打下基礎。元認知是通過正念完成的，或者說是 "有目的、無判斷 "地密切關注當下。多項神經科學和心理學研究顯示，練習正念有很大好處，包括改善認知控制和決策。陸軍將正念訓練作為士兵和家庭綜合健身計劃的一部分，并在陸軍H2F學說和教練中承認正念和正念意識的概念。然而，正念和正念意識的概念在整個部隊中缺乏廣泛的理解和采用。

腦科學、元認知和正念意識必須被納入專業軍事教育，以優化整個軍隊的士兵認知表現。美國陸軍外國軍事和文化研究大學提供的應用批判性思維課程為野戰級預科課程和陸軍戰略教育計劃提供了基線課程內容。這些主題也應該在所有的初始入職培訓管道中教授，根據技能和經驗水平進行調整，并根據職業生涯的評估結果進行定制。這種方法在許多方面類似于海軍的 "勇士堅韌"計劃，該計劃側重于發展水兵的精神、心理和體力，并取得了初步的成果。

海軍在審查了菲茨杰拉德號和約翰-S-麥凱恩號上最近發生的事故后，于2018年在所有士兵和軍官入伍計劃中實施了 "勇士堅韌 "課程。 它使用正念和體育心理學的目標設定、自我對話、可視化和能量管理技術來改善情緒調節和認知表現。勇士堅韌計劃的實施標志著對整個海軍文化變革的重大投資，其結果迄今為止還難以量化。美國海軍臨床心理學家梅麗莎-D-希勒-勞比（Melissa D. Hiller Lauby）上尉指出，2020年7月在美國海軍 "邦霍姆-理查德 "號上成功應對火災的水兵們在行動后的匯報中多次提到了 "勇士堅韌 "訓練的好處。具體來說，自我對話和情緒調節的使用幫助一些水手在面對極端壓力時更加冷靜地應對。需要更多的時間和分析來判斷該計劃的有效性，但 "勇士堅韌"可以為陸軍改變其認知性能文化的努力提供參考。

基于認知科學的學習

訓練在軍隊中無處不在，但最近的認知科學研究表明，軍隊的許多訓練技術可能無法產生長期的理解力。認知科學表明，重復操練、死記硬背和重讀并不像許多人認為的那樣有效。對學術情況和試圖掌握運動技能（如擊球）的運動員的研究表明，改變提供指導和訓練的方式會大大影響學習的質量和持久性。采用基于認知科學的學習方法，如間隔練習、交錯練習和適應性輔導，可以為軍隊提供低成本的機會，使教育和訓練的效果最大化，以提高認知能力。

此外，《陸軍野戰手冊》（FM）7-22《整體健康與體能》指出，基于認知科學的學習策略，控制學習環境，限制干擾，并根據士兵的學習偏好進行指導，可以使士兵更有效地掌握任務。陸軍大學的應用認知和腦科學專家韋德-埃爾莫爾（Wade Elmore）認為，自適應輔導技術有機會增加持久的學習。研究表明，使用機器學習和計算機算法提供定制教學的智能輔導平臺優于所有其他方法，包括人類輔導員。雖然智能輔導可能不會直接提高決策和批判性思維能力，但通過量身定制的強化學習方法來增加士兵的隱性知識，為隨后掌握相關的認知任務提供了基礎。基于認知科學的學習方法和技術必須在整個陸軍訓練中采用，納入陸軍訓練理論，并融入陸軍訓練文化。提高嵌入士兵長期記憶中的持久知識和技能的數量和質量是優化認知軟件以達到最佳性能的有力方法。

管理信息過載

雖然基于認知科學的學習方法和技術可以幫助優化學習，但改善士兵的短期工作記憶需要一個不同的方法。陸軍理論認識到這一點，并在FM7-22《整體健康和體能》中宣稱，優化短期工作記憶的士兵可以更有效地處理和完成復雜任務。該手冊繼續提供任務簡化、學習提示和記憶提示作為提高績效的方法，但沒有采取更全面的方法，并錯過了在這個關鍵領域影響軍隊文化的機會。

抵消信息過載的影響需要從根本上改變陸軍 "永遠在線 "的通信和信息管理文化。特別是對領導人隨時可以進行即時溝通的期望，會因為頻繁的中斷、分心和情緒激動而降低認知能力。作為全軍腦科學教育倡議的一部分，關于多任務、分心、頻繁中斷和信息過載的影響的教育可以為推動變革提供重要的第一步。

有效的時間管理提供了另一個減少心理摩擦和提高認知能力的機會。日常行動的要求經常考驗領導者的時間管理技能。然而，在高級軍校以下的專業軍事教育中沒有系統地教授有效的時間管理技巧。因此，許多領導人不知道基于認知科學的時間管理的最佳做法，并執行保證次優認知表現的日常計劃。加強這方面的教育可以幫助領導人制定日常時間表，避免在創作期間分心，提供集中工作的機會，并支持充足的睡眠和營養。

結論

認知能力是所有領域中個人和集體表現的基礎。隨著美國陸軍為多域作戰做準備，建立促進認知優勢的文化和行為對于成功地與在多個領域尋求不對稱優勢的近似對手競爭至關重要。為了成功，陸軍必須用一種優化和提高認知性能的文化來取代其 "永遠在線 "的多任務和連接文化，以便在信息時代占據主導地位并取得勝利。只有通過植根于教育、培訓、技術和努力工作的深思熟慮的方法，美國陸軍才能建立一種持久的認知主導文化。

雖然僅僅依靠技術進步來實現認知優勢是很誘人的，但在預算和行動不確定的情況下，需要在理論、組織、訓練、物資、領導和教育、人員、設施和政策（DOTMLPF-P）框架內采取多樣化的方法來減少風險。陸軍必須同時采用間接和直接的方法來提高認知性能，同時參與與這些方法相關的道德辯論。美國未來的對手將繼續尋求在認知領域的不對稱優勢。我們必須迫使他們嘗試克服美國士兵的決心、創造力和勇氣來實現這一目標。

在當代戰爭中，數據科學對于軍隊實現信息優勢至關重要。在這項研究中，通過綜合的、半系統的文獻綜述，對158篇同行評議的文章進行了分析，以獲得對該主題的概述。該研究考察了文獻在多大程度上關注數據科學在軍事決策中的機會或風險，并按戰爭級別（即戰略、戰役和戰術級別）進行區分。

在社會科學文獻中觀察到對數據科學風險的關注相對較多，這意味著政治和軍事決策者受到對數據科學軍事應用的悲觀看法的影響過大。然而，在正式科學文獻中，幾乎沒有涉及到數據科學的感知風險。這意味著對數據科學軍事應用的擔憂并不是針對能夠實際開發和增強數據科學模型和算法的受眾。對軍事數據科學的機會和風險的跨學科研究可以解決觀察到的研究差距。

考慮到戰爭的級別，與其他兩個級別相比，觀察到對戰役級別的關注相對較少，這可以說是一個研究空白。軍事數據科學的機會大多出現在戰術層面。相反，對戰略問題的研究大多強調了軍事數據科學的風險。因此，對軍事戰略數據科學應用的特定領域要求幾乎沒有表達。在當今的戰爭中，缺乏這樣的應用可能最終導致次優的戰略決策。

1 引言

如今，數據科學和相關概念吸引了大眾的關注。然而，分析數據以支持決策并不新鮮。考慮一下歷史文明中著名的人口普查的例子，可以追溯到巴比倫帝國（公元前4000年）。巴比倫人利用人口普查來調節糧食庫存，以確保整個人口有足夠的食物[1]。然而，相對較新的是捕捉一切事物和每個人的數據的傳感器的數量，產生的數據量不斷增加。結合計算能力的急劇增加，這為廣泛的行業帶來了分析的機會，例如癌癥研究[2]、金融[3]和公共服務[4]。對軍隊來說也是如此。除了這些機會之外，決策者也面臨著由于數據量不斷增加而帶來的挑戰。僅舉幾個例子。如何在決策過程中整合所有相關數據？我們使用哪些算法，為什么？我們是否被允許將所有可用的數據用于所有目的？然而，在競爭環境中，主要的挑戰和決定勝負的因素之一可能是比競爭對手更快地處理更可靠和詳細的數據的能力。在商業上，這相當于贏得或失去金錢或市場份額；在政治上，這可能最終導致地方或全球范圍的權力轉移。因此，軍隊--作為政治的工具--必須努力爭取權威的信息地位，這一點也得到了政策制定者的認可，例如[5]，[6]。

為了實現這種信息優勢，有必要處理所謂的戰爭迷霧，即與戰爭密不可分的不確定性。在當代信息環境中，數據科學對實現這一地位至關重要。換句話說，數據科學既是利用大數據機會的前提，也是回答那大量數據帶來的挑戰的前提。

隨后，關于戰爭行為中的信息優勢有大量的研究，例如[7]、[8]、[9]、[10]。有關軍事決策中的數據科學的研究大多集中在軍事行動的戰術層面上的數據科學機會，例如[11]、[12]、[13]，而關于軍事戰略決策中的數據科學的研究卻很少。那些針對戰略層面的研究主要關注算法決策的風險而不是機會，例如[14]、[15]、[16]。據我們所知，目前還沒有關于數據科學在各級軍事決策中的機會和風險的廣泛文獻調查。為彌補這一空白，我們重點關注以下研究問題：

• 問題1：關于軍事決策中的數據科學的學術文獻在多大程度上集中于機會或風險？

• 問題2：這種關注點是否因研究集中的戰爭級別而不同？如果是的話，這意味著什么？

• 問題3：在安全研究學科之外，有哪些關于數據科學的研究可以在理論上加強軍事決策？

我們對數據科學在軍事決策中的作用進行了綜合的、半系統的文獻回顧，對目前關于這一主題的研究進行了嚴格的評估，并確定了未來研究的差距。在社會科學文獻中，我們發現人們對數據科學在軍事上的效用持相對悲觀的態度，在戰略層面的懷疑程度最高。因此，我們建議加強對軍事數據科學的跨學科研究。

本研究的主要貢獻是對有關在軍事決策中使用數據科學的知識體系進行了廣泛評估。此外，還指出了一些未來研究的機會。除了豐富學術討論外，這也有助于改善實踐中的軍事戰略決策。

本文的其余部分結構如下。為了把我們的研究放在一個更廣泛的角度，第2節概述了先前關于軍事決策中的數據科學的研究，我們還提供了數據科學的定義和軍事決策發生的戰爭級別。第3節描述了研究方法，解釋了為本文獻綜述尋找相關文章的過程，我們在第4節介紹并討論了我們的主要發現。在結論部分，我們概述了本文獻綜述的理論和實踐意義，以及我們研究的局限性。

結論

為了在信息時代保持競爭優勢，軍隊必須利用數據和計算能力來獲得權威的信息地位[5]。然而，數據科學在軍事決策中的應用還沒有得到充分的發揮。我們對軍事決策中的數據科學進行了綜合的、半系統的學術文獻回顧，以獲得對該主題的概述，并對其進行批判性評估。此外，我們還分析了文獻在多大程度上關注了數據科學的機會或風險，以及這與研究集中在的戰爭層面有什么關系。我們在文獻回顧中包括了158篇文章。在這個結論部分，我們概述了我們研究的理論和實踐意義以及局限性。

5.1 理論和實踐意義

首先，社會科學文獻顯示出對數據科學風險的相對關注。由于我們假設對軍事決策感興趣的政策制定者很可能主要是由社會科學文獻提供信息，這意味著政治和軍事政策制定者受到對數據科學在軍事領域應用的悲觀看法的影響過大。

同時，在正式的科學文獻中，幾乎沒有涉及數據科學的感知風險。這意味著對數據科學在軍事上的應用的擔憂并沒有針對那些能夠實際開發和加強數據科學模型和算法的受眾。這表明，這些模型的進一步發展不會適合所有具體的軍事決策需求。我們相信，對軍事數據科學的機會和風險的跨學科研究可以解決所觀察到的研究差距。

當我們放大軍事決策時，我們觀察到與其他兩個層面相比，戰爭的操作層面的關注度相對較低，這表明在軍事操作數據科學方面存在研究空白。

軍事數據科學的機會大多出現在戰術層面。相反，強調軍事數據科學風險的研究往往主要集中在戰略層面，其中核威懾最引人關注。因此，軍事戰略數據科學應用的特定領域要求幾乎沒有被表達。在當代信息環境中，缺乏軍事戰略數據科學可能會導致次優的戰略決策。這本身就是一個道德問題。因此，進一步研究軍事戰略數據科學的機會對軍隊來說是非常有價值的。

我們為這種未來的工作提供了一些建議，主要來自非軍事文獻，再次強調了跨學科研究在加強軍事決策方面的價值。數據科學可以改善這種決策。顯然，這并不是說數據科學應該在決策過程中完全取代人類，但我們至少應該探索各種可能性，為決策提供最佳參考。

對軍事數據科學的進一步研究（特別是在戰略和行動層面）不僅是學術責任。我們同意梅茨的觀點，這也需要培養未來的戰略領導力，注重創業精神[61]。畢竟，只有當數學、計算機科學和商業知識齊頭并進的時候，數據科學才會成功。而后者又取決于商業領袖如何設想他們的未來。

5.2 局限性

首先，由于我們在廣泛的領域中進行了跨學科的文獻回顧，不可能選擇所有的相關文獻。因此，我們對與各學科相關的期刊進行了初選。鑒于現有期刊的總數，這種選擇本身可能會影響我們研究的有效性。為了盡量減少這種影響，我們又進行了一次電子搜索，如我們的方法論部分所述。

第二，我們只審查了學術文獻。未來的研究可能會受益于包括關于數據科學在軍事決策中的應用的非學術來源。

總而言之，盡管對某些文章是否強調數據科學的風險或機會的分類可能被認為是未定的，但我們相信，仔細閱讀最后一組論文的結果與所提出的評估類似。

反叛戰爭的經典和現代理論強調了資源能力的作用。我們證明，在確定叛軍如何對裝備較好的政府軍發動復雜攻擊的具體細節方面，由這些資源提供的情報收集發揮了關鍵作用。我們利用關于阿富汗叛軍攻擊、叛亂分子領導的間諜網絡和反叛亂行動的高度詳細的數據來檢驗理論模型。利用鴉片適宜性的準隨機變化，我們發現，叛軍能力的提高與（1）額外的反偵察，（2）叛亂行動的增加，（3）通過技術創新、增加復雜性和攻擊集群改進戰場戰術，以及（4）提高對安全部隊的有效性，特別是對更難對付的目標。這些結果表明，獲得資本，再加上情報收集，對叛軍的作戰方式和地點產生了有意義的影響。

引言

國內沖突已經取代了國家間的戰爭，成為人員損失和人口遷移的主要來源。一般來說，人們都知道，資源能力決定了叛軍如何招募、保留和部署他們的戰士（Weinstein，2007）。叛軍持有的經濟資源的波動影響了叛軍活動的規模（Dube和Vargas，2013年），他們對戰略領土的控制（Kalyvas，2006年），以及他們如何對待平民（Wood，2014年）。這些因素反過來又影響到平民是與叛軍勾結還是與政府軍合作（Condra和Shapiro，2012）以及政府參與發展和重建的能力（Sexton，2016）。

在這篇文章中，我們從更細微的層面來解讀資源可用性對作戰策略的影響。在我們的非正規戰爭模型中，叛軍收集有關目標脆弱性的信息，并根據這些信息選擇攻擊模式。積極的經濟沖擊使叛軍能夠獲得相對高質量的情報，他們的攻擊變得更加復雜，涉及更復雜的武器，并聚集在一組最脆弱的目標上。從技術上講，我們的模型是Blotto上校博弈的一個新版本，這是一個標準的兩方沖突的一般模型（Blackett, 1958; Powell, 2007; Kovenock and Roberson, 2012）。我們為攻擊方增加了收集有關目標脆弱性的額外信息的可能性：在政府分配了其防御資源后，每個可能的目標都要進行脆弱性測試，叛軍對目標的選擇依賴于這些測試的結果。在均衡狀態下，不同目標的最佳攻擊分配要考慮到這些額外的信息；這在信息的精確性和攻擊的分配之間建立了聯系。

我們使用美國政府提供的解密軍事數據來測試我們模型的含義，這些數據記錄了在 "持久自由行動 "期間阿富汗的數十萬次戰斗。這些數據在范圍和規模上都是獨一無二的；它們包含了原本無法觀察到的戰斗行動細節，如叛亂分子監視行動的地點、叛亂分子的戰場創新、叛亂分子的單位滲透以及欺騙性武器技術的使用。我們將這些細化的記錄與微觀層面的鴉片生產地點和強度信息以及影響鴉片生產力的外生農藝條件的衛星測量相結合。我們利用這些高分辨率、高頻率的農業投入措施來構建一個新的外源性鴉片適宜性措施。我們還收集了一系列有關農業價格區、基礎設施項目、灌溉技術和使用脅迫性威脅來操縱當地生產的額外信息，以評估反叛能力的沖擊如何影響政治暴力。

我們發現一致的證據表明，對反叛組織的正面經濟沖擊導致了暴力的增加和反叛分子產生暴力的方式的改變。特別是，我們發現反叛者能力的提高與反叛者更多的技術創新有關，更多的攻擊涉及對政府部隊的復雜滲透，更多的使用欺騙性武器技術，以及更復雜的多目標作戰行動。我們還發現，隨著叛亂分子獲得資本的增加，他們在時間和空間上都參與了更多的集群攻擊。重要的是，由于我們的作戰記錄還包括叛軍的監視信息，我們可以檢驗我們理論模型的核心猜想：獲得有關政府漏洞的更精確的信息使叛軍可以將資本轉化為更復雜的攻擊。在我們的樣本開始時，叛亂分子能夠在阿富汗398個地區中的70個地區進行監視行動，我們在圖1中對其進行了可視化。我們發現了這一機制的廣泛證據：在戰役早期叛亂分子開展監視行動的地區，暴力和攻擊的復雜性對資源能力的反應特別強烈。

圖 1：叛軍領導的在阿富汗進行的監視行動。

注釋：叛亂分子間諜行動的數據來自SIGACTS軍事記錄。交叉模式表明叛亂分子在2006年期間至少進行了一次被發現的監視行動，這也是我們樣本的第一年。地區邊界取自ESOC阿富汗地圖（398個地區）。

利用現代計量經濟學推理方法對戰斗策略進行的研究仍然很少，這些研究利用了細化的軍事記錄。正如伯爾曼和馬塔諾克（2015）所指出的，在我們對叛軍何時和如何參與武裝斗爭的理解之間存在一個有意義的差距。我們的論文有助于解決這一差距。更廣泛地說，我們的論文提供了對叛亂基本機制的見解。國家能力是沖突的經濟理論的核心（Besley和Persson，2011；Powell，2013）。然而，國家競爭者可用的資源也影響著沖突何時出現，內部戰爭如何進行，以及是否以撤軍結束。

我們的理論模型和實證測試還關注沖突中一個新的但經常被忽視的動態：所有各方都收集信息。之前關于反叛亂的工作主要是研究戰斗的動態，包括對平民的傷害，如何影響政府軍的情報收集（Condra和Shapiro，2012）。這部分是由于很難觀察到非國家行為者如何以及何時參與監視并管理有關戰斗活動和目標脆弱性的信息流。然而，Kalyvas（2006）和其他人使用各種人種學、歷史和檔案方法指出，在沖突期間，特別是不對稱戰爭期間，信息對各方都很重要。我們的理論模型強調了這一機制，認為情報收集決定了叛亂分子在哪里、如何以及以何種方式制造暴力。我們還對這一機制進行了廣泛的定量探討，并對政治暴力的豐富定性描述進行了探討，這些描述將信息置于國內沖突的中心。

最后，我們的研究是第一個估計資源能力對戰場有效性影響的研究，特別是涉及車輛和武器系統損壞以及士兵傷亡的攻擊。我們發現，這些有效攻擊隨著鴉片適宜性的正向沖擊而大幅增加，特別是針對硬目標的攻擊。與我們的主要結果一致，我們還發現，這些沖擊對叛軍能力的影響是由情報收集機制介導的：在叛軍能夠獲得監視資產的地區，戰斗力的提高最為明顯。

本文的其余部分組織如下。第2節介紹了我們的理論模型。第3節簡要介紹了制度背景。第4節詳細介紹了實證策略。第5節介紹主要結果和穩健性檢驗。最后一節是結論。