本報告重點討論與人工智能系統可能缺乏可預測性而導致的有關風險--被稱為可預測性問題--及其對國家安全領域人工智能系統治理的影響。人工智能系統的可預測性表明人們可以在多大程度上回答這個問題：人工智能系統會做什么？可預測性問題既可以指人工智能系統的正確結果，也可以指不正確的結果，因為問題不在于這些結果是否符合系統工作的邏輯，而是在部署時是否有可能預見到這些結果。

人們越來越擔心，使用不可預測的人工智能系統為高風險決策提供信息可能會導致災難性的后果，這將破壞公眾對部署這些系統的組織的信任，并可能侵蝕政府的聲譽。在國家安全領域，人工智能的使用引入了一個新的不確定性來源，可能會阻礙風險管理程序，并可能使責任鏈變得混亂。在這個領域，可預測性問題的影響可能導致關鍵基礎設施的安全風險、個人權利和福祉的風險、沖突升級或外交影響。

在本報告中，我們首先從技術和社會技術的角度分析了可預測性問題，然后集中討論了英國、歐盟和美國的相關政策，考慮它們是否以及如何解決這個問題。從技術角度來看，我們認為，鑒于人工智能系統的設計、開發和部署的多層面過程，不可能考慮到所有的錯誤來源或可能產生的新行為。此外，即使在理想的情況下，在設計或開發階段沒有錯誤可以假設或檢測，一旦部署了人工智能系統，仍然可能發展出形式上正確的（但不想要的）結果，這在部署時是無法預見的。

我們通過關注人機編隊（HMT-AI）來分析可預測性問題的社會技術影響。人機編隊代表了一種越來越普遍的人工智能系統部署模式。在HMT-AI中，人類咨詢、協調、依賴、發展并與人工智能代理交換任務。由于HMT-AI結合了人類和人工的自主性，它們通過增加人工和人類代理及其環境之間的互動的數量和類型而加劇了可預測性問題。在這種情況下，我們發現可預測性問題的三個主要來源：人機交互、人員培訓和（過度）信任。人機交互可能會助長不可預測的結果，因為它們可以掩蓋、扭曲或過分詳細地描述人工智能系統的工作原理，而培訓計劃可能沒有考慮到人工智能技術的學習能力和HMT-AI的長期慣例建設。同樣，在HMTAI中，人類代理人不加批判地接受AI系統的結果，這種過度信任的動態也可能導致無法預測的結果。

在確定了可預測性問題的一些根本原因之后，我們分析了英國、歐盟和美國的政策，以評估這些原因是否在相關的政策文件中被涵蓋，如果是的話，如何以及在何種程度上被涵蓋。我們確定了四個主要主題和一個缺口。它們是：控制、監督和價值調整；資源提升的方法；可信賴人工智能的發展；以及缺乏對風險管理措施的關注，以遏制可預測性問題的影響。

我們的政策分析包括八個建議，以減輕與可預測性問題有關的風險。關鍵的建議是將治理方法集中在HMTAI上，而不僅僅是AI系統，并將可預測性問題概念化為多維度的，解決方案集中在HMT-AI組成的共同標準和準則上。在這些標準和準則中，可信人工智能的要求是特別相關的，應該與評估人工智能系統的可預測性的標準和認證計劃以及審計HMT-AI的程序結合起來。支持在國家安全中使用HMT-AI的決定的成本效益分析和影響評估應該考慮到可預測性問題及其對人權、民主價值的潛在影響，以及意外后果的風險。為了確保在部署潛在的不可預測的人工智能系統時進行充分的風險管理，我們建議調整ALARP原則--在合理可行的情況下盡量降低--作為制定HMT-AI中可預測性問題的人工智能特定風險評估框架的基礎。

擬議的基于ALARP的框架將提供有用的實際指導，但僅僅是這樣還不足以識別和減輕可預測性問題所帶來的風險。需要額外的政策、指導和培訓來充分考慮人工智能可預測性問題帶來的風險。人工智能系統支持的決策的影響越大，設計、開發和使用該系統的人的謹慎責任就越大，可接受的風險門檻也越低。這些分析和建議應該被理解為可操作的見解和實用的建議，以支持相關的利益相關者在國家安全背景下促進社會可接受的和道德上合理的人工智能的使用。

建議

建議1. 政府應撥出研究經費，發展公私合作，對HMT-AI進行縱向研究。這項研究應側重于HMT-AI中的新舊決策模式，以評估編隊協議建設和培訓對績效和控制措施的影響。重點應放在為HMT-AI的具體動態定義新的培訓協議，以及加快風險管理標準和HMT-AI績效評估的發展。

建議2. 應該建立一個專門的HMT-AI認證計劃，以促進行業對為HMT-AI設計的AI系統的設計要求和評估的共識。任務之間的通用性、有效的溝通、性能的一致性以及對新隊友的適應性都應該包括在這樣一個認證計劃中。在開發不足的ISO標準的基礎上，這個認證計劃還應該擴展到過程的可追溯性和決策的問責制，以及評估HMT-AI信任程度的審計機制。這對于抑制HMT-AI中的過度信任和自滿態度是必要的，這種態度維持或擴大了可預測性問題。

建議3. 對國家安全領域的可預測性問題的政策反應應該側重于管理HMT-AI團隊，而不是單獨的AI系統。

建議4. 國家安全領域的HMT-AI的成本效益分析（CBA）應該包括對AI系統的可預測性以及技術和操作層面的相關道德風險的評估。為了促進各安全機構之間的一致評估，應該定義一個評估人工智能系統可預測性的標準量表，在這個量表上，使用（或不使用）人工智能的選擇應該根據上下文的CBA以及考慮公眾對風險和相關利益的態度來證明。這個尺度的定義應屬于獨立的第三方行為者的職權范圍，即與部署HMT-AI的公共機構不同。

建議5. 與其說是 "更多 "或 "更少 "的可預測性，政策建議應側重于可預測性的權衡，明確具體建議旨在解決可預測性問題的哪個方面，以何種方式解決，以及它們有可能加劇哪些方面，哪些緩解措施將被落實到位。政策應該認識到，可預測性是一個多維度的概念，在一個層面上可預測性的收益可能會以另一個層面的損失為代價。

建議6. 關于國家安全中人工智能可預測性問題的政策應該在正式和操作層面上解決可信度和不可預測性之間的聯系。例如，應該給人工智能系統一個可修正的可預測性分數，這應該包括在對系統的可信任度的評估中。人工智能系統的可信賴性應包括成本效益分析，以評估不想要的行為在不同部署背景下可能帶來的風險。

建議7. 應該為不可預測的人工智能建立風險閾值，這些閾值將圍繞不可預測行為的風險嚴重程度映射到其自身的可預測程度（例如，劃分為已知的已知因素、已知的未知因素等）。這些閾值反過來將為風險管理過程的發展提供信息，允許根據風險的可預測性及其影響對其進行優先排序。

建議8. 應該制定一個基于ALARP的框架，以評估不可預測的人工智能和HMT-AI的風險，并為任何給定的環境確定可接受的最大程度的不可預測性。這個框架應該包括:

• 對特定人工智能系統和HMT-AI的可預測程度的定量評估；
• 對導致部署人工智能系統的設計、開發和/或采購步驟的可追溯性的評估；
• 對部署條件的評估，例如，HMT-AI、操作員（或HMT-AI成員）的培訓水平、交互的透明程度、人類對AI系統的控制水平；
• 對部署該系統的潛在風險和預期收益進行成本效益分析（根據建議4）；
• 對假設情況的分析，以考慮風險暴露或緩解措施的有效性如何隨部署情況而變化；
• 人為推翻系統的協議和補救機制。

軍隊一直認為有必要將他們的決策建立在成熟的作戰研究方法之上，這些方法試圖在決策過程中為指揮部提供備選方案，對戰役到戰略進行評估。

戰斗傷亡是軍事運籌學的一個研究課題，它應用數學模型來量化勝利與損失的概率。特別是，已經提出了不同的方法來模擬戰斗的過程。然而，它們都沒有為高層指揮提供足夠的決策支持。為了克服這種情況，本論文提出了一個創新的框架，它克服了傳統模型的大部分局限性，并支持最高指揮層的決策：戰略和戰役層，借助于確定戰斗力水平的衰減，通常被稱為損耗（損失），作為評估決策的機制。該框架應用了適應性和預測性控制工程方法來動態調整以適應戰斗的變化，同時考慮到對手的能力和機動性以及產生的效果。此外，它還包括一個學習機制，以改善在高不確定性條件下的決策。

論文報告了對克里特島戰役、硫磺島戰役和庫爾斯克戰役這三場有影響力的二戰戰役框架的實證評估，這些戰役的戰斗類型主要是陸上的。從那時起，這種作戰模式基本上沒有改變。因此，收集到的實驗結果可以推斷到現今的陸地作戰。這本身就構成了一個相關的貢獻，因為大多數關于軍事決策的文獻都缺乏足夠的實驗驗證。

最后，本論文為從業者和研究人員提供了現有文獻的指導，確定了現有決策模型的優勢和劣勢，并為在決策中應用戰斗預測模型提供了參考背景。

本文范圍

這項研究將分析戰場決策模型的現狀，重點是了解應用了哪些類型的決策，這些決策是如何做出的，以及有哪些經驗證據支持這些決策，這將使人們深入了解當前方法的局限性，并能提出新的機制來克服這些局限性。在這個意義上，我們的研究將提出一種方法，以彌補陸地戰場上高層決策自動化的差距，即所謂的戰略和戰役軍事決策。擬議方法的有效性將由一套足夠廣泛的經驗證據來證明，所有這些證據必須具有代表性。

論文目的

確定了以下目標：

• 消除蘭徹斯特經典著作的局限性和其他蘭徹斯特在陸地戰場上的影響。

• 為戰略和作戰軍事決策的自動化提供一個框架。

• 提供經驗性證據，表明該框架充分適合戰斗趨勢，并能選擇最合適的決策。

• 指導從業人員和研究人員了解現有決策模型的優勢和劣勢。

研究問題

本研究旨在分析控制理論在蘭徹斯特戰斗決策模型中的應用表現，以追求陸軍領域的戰略和作戰決策方法。在此基礎上，考慮了以下研究問題（RQs）。

• 問題1：現有的決策系統對戰役和戰略層面的指揮是否有足夠的支持？

• 問題2：適應性和預測性控制結構能否有助于克服傳統作戰模式的局限性？

支持戰役-戰略決策的框架

有兩種主要的戰斗分析機制可以替代經典的蘭徹斯特模型：（i）隨機模型和（ii）確定性模型，其中一些是拉切斯特的傳統，例如[KMPS17, JHC17a]。目前，其他方法，如智能代理，正在獲得巨大的發展勢頭，例如，[OT17, ADK17]。這些新模型旨在擴展能力，例如[Kre20, Cou19]，并減少以前方法的缺點，例如[Duf17, KLM18]。然而，它們未能成為高層決策的適當基準。

建議的框架克服了蘭徹斯特原始工作的局限性，在[Eps85]中進行了深刻的討論，將戰斗視為一個因果過程，根據蘭徹斯特方程的動態變化和外部行動進行演變。為此，該方法應用了[SR95]中介紹的適應性和預測性控制理論，并結合了不確定性建模技術。該方法的結構包括一組合作工作的模塊，確保決策按照軍事理論連貫地進行。特別是，一組連續的階段觸發了適用戰略的定義、評估和選擇不同的可能COA，以及使模型適應行動的演變。每個區塊代表軍事思維的機制，見圖3.1，其中x(t)和y(t)定義了每個瞬間x部隊和y部隊的戰斗人員數量，x(t+1)e和y(t+1)e是對下一瞬間戰斗人員數量的估計。

實施需要有邏輯過程的能力，應該模擬從預測到行動的決策過程。在這種情況下，新的框架在第四章中被制定和測試（如果它在實際對抗中的應用在性能和一致性方面符合預期，它將是強大的）。

圖3.1：我們框架的架構設計。每個區塊都代表了軍事思維的機制，因此（i）評估將確定要遵循的戰略的戰斗事件，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。

圖3.2：在新框架中通過順序模型觸發選擇特定COA的主要因素。

圖3.2開發了迭代觸發特定COA選擇的基本要素。預測塊產生預測演變。適應性模塊根據輸出信號（實際情況）與預測信號的差異調整組成模塊的參數，并適當地更新最后執行的COA。專家區塊試圖通過調度區塊修改預測區塊定義的趨勢，從而按照戰斗的需要改變行動路線。值得注意的是，設定點與完成任務有關，行動的發展時間是操作時間，在最好的情況下，有沖突信息的可用數據庫通常是以天為單位的時間演變。

圖3.3：縱軸標識了模型所體現的抽象程度，圓錐體的底圓代表現實或完全沒有抽象，隨著聚合水平的提高，定義指揮水平的變量逐漸抽象出作戰執行的細節。因此，在蘭徹斯特模型的應用水平與戰略-戰役聚合水平相一致，聚合模型涵蓋了戰斗最基本的執行機制，如個體沖突，執行水平受到武器裝備、位置、能見度、后勤等因素的影響。

經驗實證

特別是在克里特島和硫磺島戰役中，我們的驗證目標是根據當前的理論確定可能的最佳行動方案，并與1941年5月20日和1945年2月19日的實際戰役相比，確定它們對對手產生的影響；在庫爾斯克戰役中，我們的目標是通過適應性和預測性控制的動態調整，正確確定戰斗階段，圖4.1。

圖4.1: 實際應用的基本自適應預測控制方案。自適應控制機制使戰斗過程輸出和預測模型輸出之間的差異趨于零，突出了預測塊在每個采樣時間窗口在系統中發揮的雙重作用。

博弈論是一種用數學工具研究相互依賴的理性博弈者之間復雜相互作用的形式框架。博弈論中最著名的概念是著名的納什均衡。實際上，博弈論的方法是多種多樣的，包括合作和非合作模型，靜態和動態博弈，單槽和重復博弈，有限和無限視野博弈。博弈論導致了經濟學的革命性變化，并在社會學、現代通信、生物工程和交通運輸等領域得到了重要應用。這本書介紹了博弈論的介紹，并提供了博弈論的應用。 這本書是關于博弈論的傳統解釋。博弈論分為兩個主要分支。第一種是合作博弈論，該理論假設參與者可以溝通、結成聯盟并簽署有約束力的協議。例如，合作博弈論被用于分析政治科學及相關領域的投票行為等問題。我們將專門討論另一個主要分支，即非合作博弈論。非合作博弈論模型的情況下，參與者要么無法溝通，或能夠溝通，但不能簽署有約束力的合同。后一種情況的一個例子是，在反壟斷法規定企業就價格或生產配額或其他形式的串通行為達成協議為非法的環境中，行業內企業之間的相互作用。

這本書分為五個部分。這本書的印刷版分為兩卷。第一卷涵蓋了基本概念，包括第1-7章(第一部分和第II部分)，而第二卷致力于高級主題，包括第8-16章(第III部分到第五部分)。

摘要

本文是挪威國防大學學院更廣泛的研究和開發項目的一部分，該項目旨在探索各種兵棋推演和軍事演習的效用和潛力。這篇文章旨在激發對兵棋的使用和問題進行討論，并激發產生新的和更好的建議。因此，本文包含意見和學術思考。本文討論了兵棋推演、其多種不同類型、它們的實際用途，以及在使用兵棋以產生有用結果時出現的一些危險或陷阱。本文的目的是促進辯論，而不是給出任何明確的結論。

簡介

"兵棋推演"這個詞對不同的人意味著許多不同的含義。在某些情況下，存在著截然不同的解釋，從與軍事決策過程（MDMP；見CALL，2015）中的特定階段有關的極其狹窄的定義，到記者和大部分公眾傾向于將戰爭之外的所有軍事努力，包括現場訓練和計算機模擬，視為兵棋推演。這個詞有許多不同的使用方式，并帶有許多情感成見，這取決于相關人員的經歷。問題的一部分在于"'兵棋推演'沒有單一的、普遍接受的定義"（英國國防部，2020）。

即使是那些在專業基礎上參與兵棋推演的人，也很難接受現有的眾多定義，這些定義在定性技術和對更多分析性產出的定量要求之間可能有所不同。對于是否應該包括計算機模擬，或者 "兵棋推演"是否僅指人工技術，也存在分歧。有些人甚至不認可寫成 "war gaming"或"wargaming"。

與許多軍官一樣，我不關心學術定義的細枝末節，而更關心與我所承擔的任務有關的特定技術的有效性。我認為，任何 "兵棋推演"的定義都只能與兵棋推演所支持的具體任務和目的相關，而不是任何全面的概括。我還認為，試圖給"兵棋推演"下一個萬能的定義，不僅是徒勞的，而且實際上對更廣泛地采用這種技術來解決國防需求是有害的。因此，針對本文目的，我將以最廣泛的定義來使用 "兵棋推演"，包括所有涉及人類決策者的教育、培訓和分析目的，但不包括實際戰斗。

兵棋推演

兵棋推演是一種決策技術，它提供了結構化的、但在智力上是自由的、可以避免失敗的環境，以幫助探索什么是有效的（勝利/成功），什么是無效的（損失/失敗），通常成本比較低。兵棋推演是一個對抗性挑戰和創造性的過程，以結構化的形式提供，通常有裁判或裁決。兵棋推演是由玩家決策驅動的動態事件。除了敵對的行動者，它們還應該包括所有抵制計劃的 "反對 "因素。兵棋推演的核心是：

• 玩家。

• 他們做出的決策。

• 他們創造的敘事。

• 他們的共同經歷；以及

• 他們所獲得的教訓"。(英國國防部, 2020)

兵棋推演涵蓋了廣泛的方法和技術，旨在優化其與目標相關的產出，從那些旨在利用想象力、創造力和原創思維的方法和技術，到那些旨在支持軍事決策過程的方法和技術，以及那些旨在產生定量數據以支持采購和部隊開發的方法和技術。

作者的經驗

由于這是一篇以實踐為導向的文章，關注的是兵棋推演在現實生活中的實際應用，以支持特定的任務和目的，因此也許值得花一些時間來闡述我自己作為一個兵棋玩家的實踐以及我過去在軍隊中舉辦訓練活動的經驗。我是1979年在桑德赫斯特皇家軍事學院開始接觸兵棋推演的，當時是在帕迪-格里菲斯（已故）的指導下，他是一位軍事歷史學家、兵棋家和多產的軍事歷史和戰術作者。在接下來的幾年里，我參與并幫助組織了許多大規模的兵棋推演活動，這些活動都是利用桑赫斯特的設施，由帕迪-格里菲斯和其他人負責。

兵棋推演的目的

有幾個不同的，往往是重疊的，你可能希望進行兵棋推演的原因。根據30年的經驗，我提供了一個主要原因的簡短清單，如下：

• 了解系統能力。

• 有效地了解態勢。

• 教育。

• 訓練。

• 當前部隊戰略或戰術。

• 未來部隊發展（包括作為采購過程的一部分）。

• 軍事決策過程的一部分。

• 了解團隊。

• 預測可能的未來。

• 了解系統能力。

2015年，我應邀在中國長沙的國防科技大學講授仿真和建模。作為一系列講座的一部分，我被邀請向軍校學生演示一個簡單的 "自由兵棋（free-kriegsspiel）"（一種很少或沒有書面規則的兵棋，裁決是基于一個高級裁判的經驗，而不是復雜的規則和程序）。這是在大學體育館進行的，由模擬學生充當裁判員（之前接受過技術培訓），同時進行25場10人的同一游戲。

我觀察到，中國學生傾向于尋找 "答案"，而不是探索學習或自己思考，所以當一個學生質疑為什么有人會進行兵棋推演時，我選擇指導他們玩游戲，然后告訴我他們認為游戲的目的是什么。

在比賽中，關于戰術的討論非常少（以至于一個玩家在得知有炮火支援時，建議連續轟炸敵人的陣地，直到敵人死亡）。大部分的問題和討論都與武器的能力和效果有關。有人向我提問，如 "某個武器系統的有效射程是多少？"，我回答說，作為解放軍的軍官，他們應該知道這些信息。這導致了許多討論、信息共享和對軍事手冊的研究。會議結束時，學生們一致認為，與死記硬背相比，這是一種非常高效和有效的信息教學方式。大多數人還同意，這顯然是進行這樣一個兵棋推演的主要原因。我并不反對。

高效的態勢理解

與上述見解相聯系的是，約翰-康普頓博士3在2018年的 "連接美國 "專業兵棋推演會議上討論說，兵棋推演是向參與者介紹軍事態勢的一種極其高效和有效的方式。這是因為信息的呈現方式與它所處的環境直接相關，而且，由于它通常是通過發現學習的過程獲得的，所以它往往更容易在解決問題時發揮作用（Alfieri等人，2011）。這與我在英國常設聯合部隊總部工作時，在俄羅斯吞并克里米亞后，就波羅的海局勢進行的兵棋推演的經驗相吻合。

最終，我為總部的辦公人員就波羅的海局勢進行了四小時的矩陣游戲。游戲結束后，大家一致認為，游戲使參與者迅速掌握了不同的要素和關于當前局勢的重要背景。一位玩家說："我現在知道了我所知道的，并理解了我不知道的，以及我需要研究的東西。一位J2的工作人員對此提出質疑，他指出這些信息已經以電子郵件簡報的形式提供，并指著一疊至少300毫米高的紙質打印件。大多數工作人員的回答是 "太長了--沒看"。

教育

兵棋推演在教育中特別有效，正如上面提到的發現學習的背景。"我聽了就忘，我看了就記，我做了就懂"（Seok，2011）。然而，與所有基于游戲的學習一樣，也有一些注意事項，那就是需要仔細管理，所選擇的游戲類型應該是有重點的，并且與預期的學習結果相關（以及在現有的時間內可以實現）。也有很好的證據表明，試圖讓不熟悉或不習慣這種方法的教師強制使用基于游戲的學習，可能弊大于利（Whitney等人，2014）。

將游戲用于教育目的需要考慮的其他因素是，游戲不一定要玩到最后（避免得出 "我輸了，所以游戲不好 "或 "我贏了，所以游戲好 "的結論--這兩種結論對教育理解都是有害的），以及游戲不一定要完美地表現現實--游戲的簡易性和學生的參與性更為重要。事實上，如果游戲是不完美的，教員邀請學生就如何改進游戲提出建議，可以產生比游戲本身更多的洞察力和智能對話。因此，在一節基于游戲的學習之后，進行適當的匯報是非常重要的，以確保游戲與要達到的學習結果相聯系。

培訓

兵棋推演可以在培訓中發揮作用，因為兵棋推演往往比其他培訓方法更容易獲得，更容易接觸，而且成本更低（允許有更多的機會進行練習--刻意練習比天賦更重要；見Ericsson等人，1993）。就像上面的評論一樣，游戲是在一個特定的環境中進行的，這有助于信息的保留，并有助于理解游戲中描述的情況。

然而，與教育游戲不同的是，特別重要的是，游戲機制和裁決要根據對現實世界表現的期望進行驗證，以防止對游戲的價值失去信心或從體驗游戲中獲得錯誤的教訓。

當前部隊戰略或戰術

2019年，駐扎在蘇格蘭愛丁堡的3號步兵營（一個輕型步兵營）的指揮官要求我協助開展一些戰斗小組級別的兵棋推演。該部隊將從輕步兵重新定位，成為一個機械化營，配備輕型裝甲的偵察車、支援車和運兵車。其目的是為了獲得一些洞察力和理解，以適應裝備這些車輛所需的戰術和程序的變化。

很快就可以看出，作為在阿富汗使用的 "緊急行動需求 "而購買的車輛，完全不適合機械化營所期望的更廣泛的作用。當把它放在一個特定的兵棋推演場景中，試圖在不同的地形中使用不同的車輛，并對付另一種更常規的敵軍時，很明顯，如果按照最初的設想使用這些車輛，會有很大的缺點。用于偵察的車輛雖然裝甲較輕，但缺乏對乘員的保護，特別容易受到炮彈碎片和敵人裝備的大炮的偵察。運兵車雖然在阿富汗的地形上對簡易爆炸裝置有很好的防護作用，但完全不適合在另一種地形上越野行駛。

事實上，所有這些因素都被暴露出來，在場景的操作背景下，在所有相關的利益相關者在場的情況下一起工作，這使得什么可能有效，什么不可能有效變得很明顯。這導致了對如何改變戰術以減少這些風險，或對部隊可以承擔的任務和角色進行限制的清晰理解。

未來部隊的發展

當考慮將未來部隊的發展作為兵棋推演的目的之一時，這分為兩個主要領域：兵棋推演作為分析過程的一部分，以確定未來采購的數量和性能；以及兵棋推演，以確定這些新能力在特定場景下的最佳應用。前者最有可能由研究機構進行，后者則由軍事單位和編隊進行。

應該注意的是，在用于分析目的的兵棋推演中，游戲規則、數據和程序必須盡可能準確，以確保游戲產生的數據同樣準確；游戲的簡易性和玩家的參與是次要的（與教育戰爭游戲相反）。

軍事決策過程的一部分

可以說，兵棋推演是軍事決策過程中最關鍵的部分之一，因為它將指揮官的計劃從概念變成了細節，并使部隊的戰斗力同步于行動。這通常是軍事人員最熟悉的戰爭演習類型，也是由于對如何正確執行戰爭演習的誤解，以及缺乏分配給這一職能的時間和專業知識而通常做得不好的類型（CALL, 2020）。

戰術演練應該被用來評估作戰方案（COA）完成任務的潛力，以應對不同對手COA的預見性反擊，以及識別和糾正不足之處。然而，真正的價值在于它能夠允許指揮官和參謀部將行動的開展可視化，并深入了解對手的能力和行動，以及作戰環境的狀況（AJP-5，2019）。

基本要素是在作戰的背景下了解計劃，以及敵人可能采取的作戰方針。

了解團隊

托馬斯-謝林是美國經濟學家，馬里蘭大學學院公園公共政策學院的外交政策、國家安全、核戰略和軍備控制教授。他因 "通過博弈論分析提高了我們對沖突和合作的理解 "而被授予2005年諾貝爾經濟科學紀念獎。他還根據自己在戰略層面上的博弈經驗，在美國和俄羅斯之間建立了核熱線（Miller, 2021, pp.176-191）。

在蘭德公司的論文《27年后的危機兵棋推演》（Levine et al., 1991）中，Schelling寫道："最大的好處是他們（參與者）與一些他們將來可能有機會合作或依賴的人變得親密無間，或者至少是隨意地熟悉起來。" 這被明確為兵棋推演的一個重要副產品，以及我所說的場景理解和系統能力。

預測可能的未來

"兵棋推演不是預測性的。兵棋推演說明了可能的結果，所以有可能從兵棋推演的一次運行中發現錯誤的教訓。兵棋推演可以說明某些事情是合理的，但不能明確地預測它是可能的。(英國國防部, 2020) "

許多作者，包括支持使用兵棋推演的作者和批評兵棋推演方法的作者，都對兵棋推演的預測能力提出了可怕的警告。人們總是對兵棋推演的失敗提出批評，從未能預測1899-1902年布爾戰爭的心理或經濟方面的決定性因素（Caffrey，2019），到商業兵棋推演 "遙遠的平原"（關于阿富汗戰爭）的設計者無法預測2021年8月阿富汗軍隊出現災難性崩潰的可能性（BGG，2021）。

如果兵棋推演在過去的122年里都不能預測未來，盡管有些作者聲稱它們可以（Dupuy, 1985），那么它們在這個領域有什么用處呢？

答案在于它們能夠在關鍵的利益相關者在場的情況下，暴露出一個計劃的多面性，同時面對克勞塞維茨式的摩擦（Watts，2004）和敵人行動所能帶來的所有對抗性因素。這種方法，如果執行得當，有一種獨特的能力，可以暴露任何未來計劃的弱點，排除那些根本行不通的行動和意圖，并完善可能結果的未來錐（Voros, 2017），突出預測的、合理的和可能的未來，并允許更好地理解與之相關的風險。

兵棋推演可能無法預測實際的未來，但它們善于排除那些根本行不通的未來計劃，并允許更好地理解在執行一項行動時可能發生的一系列結果。

兵棋推演的誤用

在簡要討論了你可能希望進行兵棋推演的一些原因之后，重要的是要介紹一下為專業目的進行兵棋推演所涉及的陷阱和危險。

然而，在開始之前，有必要參考一下關于這個特定主題的開創性工作："兵棋推演的病癥"（Weuve, et al, 2004）一文。我所做的任何評論只是反映了對我所進行的兵棋推演影響最大的問題，由于我在職業生涯的后半段是一名 "教育者"，這影響了我的思維，也意味著在兵棋推演的某些領域（訓練和分析），我的經驗比較有限。

幻想游戲

以色列軍方堅定地認為，任何具有虛構背景的訓練活動，包含專門為該活動創建的數據，不僅是一種浪費，而且浪費了對真實世界的理解和洞察的機會 - 他們是絕對正確的。你永遠不應該使用假的場景。

除非你必須這樣做。

在某些情況下，對運行有關真實潛在敵人的游戲存在政治敏感性。大多數情況下，這些都是誤導，實際上對活動的價值有害。在真實的潛在情況下進行游戲的行為不僅本身非常有價值，而且如果消息傳到反對派那里，那就更好了，因為這將產生威懾作用。更不用說，如果一般公眾認為我們是在 "瞎編"，他們會認為我們不認真對待這種情況，是瘋了。畢竟，20世紀20年代的 "紅色戰爭計劃 "是美國針對英國和加拿大的一套真實的計劃方案，是由一個剛剛在歐洲作為英國的盟友之一打了一場大仗的國家設計的（Major, 1998, pp.12-15）。

如果你被迫擁有一個虛構的場景，基本上有三種選擇：從頭開始生成場景，增加一個額外的國家，以及改變名稱。

從頭開始構建場景是最糟糕的選擇。所需的工作是巨大的，根據游戲的層級，你可能需要創建整個大陸、國家和其他社會政治集團。你可能需要繪制地圖，以及關于友軍和敵軍作戰命令的深層背景數據，這可能是非常耗時的。

添加一個額外的國家是一個稍好的選擇，因為地緣政治環境是真實的世界，但在危機地區插入了一兩個虛構的國家。這減少了準備工作的負擔，通常允許使用真實的地形（重新劃定一些邊界），并有一個可否認的外衣。

改變名稱是最好的選擇。它允許所有相關人員使用現實世界的情況，并將變化降到最低，而我們決定費盡心思改變名稱的事實表明，我們不希望冒犯他人，同時顯然允許在真實的地緣政治情況下進行訓練。然而，不要搞錯了--"僅僅改變名稱 "本身就可能是一項巨大的努力。我曾參與過一次軍團級的演習，我們要使用西德的地理環境，我們只是把它重新命名為 "紅土"。準備工作已經到了高級階段，當參加演習的德國師級人員震驚地發現，只有國名改變了，但城鎮、地區或河流的名稱都沒有改變。例如，將下薩克森州作為 "敵人的領土"，這在政治上被認為是不可接受的，而且，由于計算機模擬無法在現有的時間內進行修改，因此不得不完全重寫設定，使用英國的地理環境，因為這是當時唯一存在的替代模擬地形。

人們經常表示擔心，如果使用真實世界的數據，場景將不得不成為機密；增加的費用和努力是一個數量級的。有幾件事情需要考慮：

• 用真實的數據進行訓練是更好、更現實的。它將吸引在現實生活中處理情況的個人更高水平的參與，并提供一個機會在事件中檢查數據的有效性和背后的假設。在大多數情況下，在高分類的情況下，實際需要的數據非常少，但額外的成本可能非常高。

• 根本不需要使用分類數據。完全可以使用通常用于 "訓練 "或公共領域的數據，以較低的分類來設計事件，將其設置在現實世界中。與從完全 "編造 "的數據中得出的那種教訓相比，認為這可能會產生 "錯誤的教訓 "的論點顯然是可笑的。

在過去，這不是一個問題，因為人們普遍認為戰爭與和平之間有一條分界線。這意味著，與手頭的軍事任務相比，對地緣政治局勢、當地政治或宗教的詳細了解被置于次要地位。然而，在當前的不對稱威脅環境中，這種復雜性變得極為重要，因此，為了解決這個問題，場景模擬變得越來越復雜了。

問了錯誤的問題

當一位高級軍官說他希望通過一個特定的兵棋推演來 "證明我們需要更多的[某種]導彈 "時，我實際上也在場。他沒有按照兵棋推演的原意使用兵棋，而是為了研究一個問題，以收集有助于為辯論提供信息的見解，他已經決定了答案，只是想通過兵棋推演來證實他的偏見。

這種行為比你想象的要多，不一定像上面的例子那樣明目張膽地發生，但在減少兵棋推演的范圍時，表面上是出于預算或編程的原因，所以被審查的場景被迫處理如此少的替代方案，結果是預先注定的。

英國皇家海軍進行了一次兵棋推演，研究格陵蘭島、冰島和英國之間的差距，這是大西洋北部的一個區域，在這三個陸地之間形成了一個海軍扼制點。其目的是確定是否可以有效地發現俄羅斯北方艦隊的潛艇運動進入北大西洋。一些憤世嫉俗的分析家認為，這場戰爭的目的是為了 "證明 "皇家海軍沒有足夠的潛艇來發揮效力。他們感到驚訝的是，這個假設在游戲開始時就被假定了，而實際的問題是調查如果這種情況被證明是真的，最具有成本效益的替代方案。

最后，顯然需要更多的潛艇才能有效地對付更現代化的俄羅斯潛艇，但除了試圖采購更昂貴的潛艇外，還有一些具有成本效益的替代方案：衛星監視、與盟國加強合作以及海上空中巡邏。當然，海軍兵棋準備建議為皇家空軍海上航空隊提供額外的資金，這一事實在分析上，特別是在政治上都是令人信服的，并且保證了結果被廣泛分享和采取行動。一個提出正確問題的例子。

重要的不是兵棋推演確定了某一系統或戰略存在嚴重的不足，而是玩家做了什么來克服這一不足，以及這是否能夠成功。

太大的問題

兵棋推演，至少以我在英國的經驗來看，一般是例外，而不是常態。因此，當安排了適當數量的高級領導人參加的兵棋推演時，它們往往會受到 "膨脹 "的影響，目的和目標變得越來越雄心勃勃，以證明有這么多的高級決策者參加。在這種情況下，活動中不可避免地增加了其他內容，在活動中插入了審查其他場景和問題的機會，以充分利用參與的人才。

這必然會扭曲活動，將重點從最初的問題上移開，并有可能稀釋結論，從而使它們在更廣泛的戰后報告中丟失，這些報告中充滿了對大多數人來說不感興趣或不相關的信息。

額外的元素也將有助于固定活動方案，分散對原意的注意力，減少那些高級人員花時間 "深入研究 "的靈活性，以進一步研究與他們的同行產生的任何特殊見解。相反，他們往往被從一個點引導到另一個點，缺乏參與或時間來產生有用的投入。

當一場兵棋推演成為 "大事件"，有許多高級決策者參加時，它也可能吸引媒體的注意，因此游戲的結果將受到明顯的關注。這意味著要避免被認為是失敗或缺點的尷尬，而且游戲不可避免地被傾斜，以產生一個 "成功的結果"（就外部第三方而言），而不考慮最初的目的。

在這種情況下，游戲不再是一個兵棋，而是通過計劃獲得成功的行動，只有微不足道的 "學習 "才能證明事后的活動。

更多的計算機和更多的數據

如果我們考慮在最廣泛的意義上使用兵棋推演，我們需要理解許多人為了產生一個 "更準確 "的結果而希望涉及計算機模擬，也許還有人工智能（AI）。這是錯誤地認為 "更多的數據 "和 "更多的計算能力 "可以在某種程度上，本身就可以提高準確性。

使用模擬和人工智能協助軍事指揮官決策的機會是令人興奮的：使用計算機模擬未來的沖突局勢，然后 "通過人工智能運行它們"，以制定最佳行動方案、部隊組合和實現成功的時間。請注意，在這種情況下，人工智能的軍事概念包括在一個基于云的分布式架構中查看多個同時進行的行動方案，以并行地完成許多這些過程（庫克，2020年）。它可能不是嚴格意義上的人工智能，但任何先進的技術計算架構都傾向于被概括為這個標題--軍事指揮官實際上只對產出的實際效用感興趣，而不是對術語的學術定義。

然而，這種方法有一些問題，主要是在兩個方面：基礎模型的準確性；以及優化的危險，導致可預測性和脆弱性。

人工智能系統采用規則來優化其行為，以尋求優勢。這種方法的優勢在于它的有效性。這種方法的缺點也是它有效。我們必須非常小心，確保我們為人工智能定義參數，以產生我們想要的行為（例如，最佳攻擊路線可能在國家邊界之外，所以我們需要確保我們在執行計劃時不會入侵鄰國）。人工智能可以產生不同的行動方案，只要他們的規則適合任務，在封閉的模擬環境中。這必須由人類嚴格控制，以確保不僅規則適合情況，而且人工智能不會通過利用系統中的錯誤來作弊（Benson，2020）。

雖然許多這些系統或多或少都是聚集在一起的，所以必須對性能進行近似，但它們是用來訓練的，這意味著它們足夠準確，有軍事用途；對于Box（1979）來說，"所有的模型都是錯的，有些是有用的"。

危險的是，如果我們可以做這種分析，我們的敵人也可以，讓他們預測我們的行動方案。在尋求具有決定性優勢的武器系統時，這樣的系統變得昂貴，減少了用于替代方案的資源，并且需要很長時間才能投入使用。敵人在得知這樣一個系統后，可以花時間來打敗這個系統。而當他們這樣做的時候，就沒有什么可以反對他們了。韋恩-休斯教授警告說："海上戰爭中的殺戮往往是用海軍的第二好的武器完成的。如果在未來的某個沖突中，雙方都反擊了對方的首要武器，那么海軍將不得不問：我們的下一個最佳武器是什么？" (Rielage, 2017)。如果人工智能生成的可預測性已經導致了一個單一的武器系統或最佳方法，而它被打敗了，可能就沒有什么替代品了。

優化的系統也是脆弱的，特別是在面對突發事件時。這一點在COVID-19大流行病早期的衛生紙交付的供應鏈失敗中得到了明確的證明（Wieczner, 2020）。特別是軍事行動，需要對突發事件有強大的抵抗力。

然而，許多這樣的實驗未能解決的是關于情報和局勢數據準確性的一些隱性和顯性假設。正如在科索沃的空襲行動中所證明的那樣，塞族人能夠用相對粗糙的技術騙過美國的情報分析員（施密特，1999年），而且在堅實的地面、泥濘的斜坡和耕地上的相對 "前進"（即前進速度）很少被量化，所以假設是危險的。

然而，所有的軍事規劃都是在不完善的信息基礎上進行的。假設人類對人工智能的建議有所節制，那么當人類和人工智能合作以利于決策時，有可能導致更好的結果（an den Bosch & Bronkhorst, 2018），或至少排除更愚蠢的選擇。

因此，人工智能，在一些注意事項和人類的支持下，可以使其發揮作用 - 但代價是什么？人工智能的歷史是一個炒作和預期失敗的故事，被Floridi（2020）稱為 "人工智能的冬天"。其他技術（現有的統計方法、人工兵棋推演、競爭性假設的分析）已被證明是同樣有效的，而成本和精力卻只有一小部分（Makridakis等人，2018），而且不容易出現人工智能衍生結果有時會產生的嚴重錯誤（Yampolskiy，2016；Osoba和Welser，2017）。

英國防部傾向于希望在最昂貴和效率最低的領域使用人工智能--而不是后勤支持和光學識別這些低垂的果實（國防采購機構認為在正常競爭下會自動交付）。相反，他們追求的是最昂貴和最令人興奮的獎品：常規部隊的行動過程評估（Kerbusch等人，2018）。

兵棋推演應該是小型的定期活動，其范圍靈活，產出集中，能夠從最廣泛的角度考慮問題。只有從這樣的活動中才能產生洞察力。

正如偉大的F.W.蘭徹斯特所說。"提供有用見解的簡單模型比那些與現實世界如此接近的模型更受歡迎，因為他們想要解開的謎團在模型中重復出現，而且仍然是謎團"（Fletcher, 1995）。

對兵棋推演缺乏了解

然而，到目前為止，對兵棋推演最大的誤用僅僅是因為許多人（包括許多高級決策者）根本不了解兵棋推演這一技術，或者認為他們自己對兵棋推演的狹義解釋是正確的，而所有其他的解釋都或多或少地存在缺陷。

這并不局限于國防領域的普通民眾。職業兵棋手們自己也對兵棋的定義爭論不休，在那些認為分析性兵棋的定量科學是唯一有效的方法的人和那些喜歡 "更廣泛的兵棋"的定性藝術而不是 "狹隘的"（和 "狹隘的"）替代品的人之間存在著明確的分裂。

造成這種情況的原因是，幾乎在所有情況下，兵棋推演都是由自學成才的少數人進行的，由他們個人的職業發展提供信息，缺乏正規專業教育所能提供的更廣闊的視野。這并不是說兵棋推演課程不存在，但總的來說，這些課程是其環境的產物，因此其產出偏向于其贊助商的要求。舉個例子，MORS7兵棋證書（正如你所期望的那樣）在很大程度上偏向于分析的一端。

為了有效，兵棋推演需要來自指揮系統的正式支持。它需要一個冠軍（一個高級領導人，承擔起確保每個參與者都致力于該技術的最終成功的重任），需要有人負責確保兵棋推演在每個級別都得到理解并定期進行，從計劃分區攻擊的初級士兵到軍隊的最高級別，如英國國務卿的網絡評估和挑戰辦公室（SONAC；見Elefteriu，2020）。

需要在軍事學校和學院開設正式的教育課程，教授全方位的兵棋推演，而且兵棋推演應該被強制規定為任何課程或單位和編隊的年度培訓周期的一部分。只有這樣，才能培養出新一代有適當資格和經驗的人，以取代 "有天賦的業余愛好者"，他們在大多數軍隊中構成了大部分的兵棋推演專家。

不過，無論怎樣強調都不為過的是，不能把應該進行兵棋推演的授權與應該玩某種游戲或游戲類型的授權混為一談。

正如弗朗茨-哈爾德將軍（Generaloberst Franz Halder）在談到20世紀30年代和40年代的德國軍隊兵棋推演時所說:

"軍事文獻包括關于兵棋推演的非官方手冊。為了避免哪怕是最輕微的軍團化跡象，并在戰爭游戲的應用和發展中保持充分的自由，官方沒有發布任何形式的正式指令。(霍夫曼, 1952)"

結語

在這篇文章中，我試圖確定兵棋推演的多種多樣的用途，強調游戲類型之間的差異，所有這些游戲都是為了一個特定的目的。沒有哪種游戲適合所有人--用于教育、培訓和分析的游戲之間的差異是非常重要的，而且經常被忽略。

我還從我的經驗出發，介紹了一些在運行兵棋推演時可能出現的錯誤和危險（并指出了關于這個問題的開創性工作）。為了避免其中最重要的危險，并確保它作為一種使軍隊更加有效的技術而獲得成功和發展，兵棋推演需要得到指揮系統的支持，并且必須成為軍事學校和學院課程的一個重要組成部分。

前言

美國陸軍未來與概念中心 未來戰爭部主任 克里斯-羅杰斯上校

歷史上的戰爭包含了大量改變戰爭性質的工具和技術的例子。自最初研究多域作戰（MDO）以來，美國陸軍發現人工智能是一種新興技術，有可能改變戰爭的特點，也許也會改變戰爭的性質。使用人工智能（AI）解決方案來緩解軍事問題是過去兩年未來戰爭研究、檢查和學習的一個反復出現的主題。作為2019年未來研究計劃的一部分，我們與陸軍、聯合、多國、學術和科技組織合作，探索和了解人工智能對多軍種的影響，并為未來的研究和發展制定一個操作框架。

多域作戰的人工智能運作最終報告提供了采用人工智能的組織框架，以幫助陸軍和聯合部隊更好地定義所需的能力以及相關的數據和網絡架構，以實現多域能力部隊。描述聯合部隊如何采用人工智能解決方案，為了解人工智能在時間和空間上對多域作戰的影響提供了一個操作說明。本報告確定并解決了與人工智能相關的好處、機會和挑戰，為進一步分析提供了基礎。諸如人工智能等新興技術使陸軍不僅可以改進當前的戰術、技術和程序，而且可以創造新的運用和融合能力的方法。

該報告支持美國陸軍人工智能任務組，該組織負責制定陸軍的人工智能戰略和政策。本文通過描述部隊如何在整個MDO框架內采用人工智能解決方案和相關技術，啟動了陸軍的人工智能運用工作。這份報告使概念發展團體能夠修改陸軍功能概念和戰場發展計劃。它為能力發展團體提供了作戰視角和部隊在確定所需能力時必須考慮的技術影響。此外，該報告還為作戰概念文件或基于能力的評估提供了開發情景或小插曲的基礎。該文件為科學和技術界提供了行動背景，以便為人工智能研究、開發、建模和模擬提供信息和指導。最后，它支持制定一個在未來使用人工智能的全面愿景，以告知陸軍現代化的努力，這將創造有能力的MDO部隊，準備好與任何對手作戰并取得勝利。

執行摘要

人工智能（AI）是未來聯合部隊實現多域作戰（MDO）全部潛力的基礎。人工智能系統提供了跨越領域、電磁頻譜和信息環境戰勝對手的能力。在競爭中使用這些系統使聯合部隊能夠近乎實時地了解作戰環境，從而更好地運用能力來擊敗旨在破壞區域穩定的威脅行動，阻止暴力升級，并將被拒絕的空間變成有爭議的空間。在從競爭到武裝沖突的過渡中，人工智能的機動、火力以及情報、監視和偵察能力為聯合部隊提供了拒絕敵人奪取優勢地位的能力。改進的維持能力與攻擊敵人的反介入/空中拒止網絡的能力相結合，為美國部隊提供了奪取作戰、戰略和戰術優勢位置的能力。通過由人工智能支持的多領域聯合行動圖（MDCOP）增加了解，使美國部隊有能力協調多領域的效果以創造優勢窗口。

制定人工智能的作戰概念使陸軍能夠更好地理解這些技術對戰爭的性質和特征的潛在影響。描述陸軍如何在未來的作戰環境中使用人工智能，有助于說明其對戰爭的暴力、互動和基本的政治性質的影響，以及戰爭不斷演變的特點。本文提供了一些小插曲（附錄A），說明了人工智能的組織運用，為美國陸軍RAS總體概念、作戰和組織概念、基于編隊的作戰概念以及系統或單個系統的運用概念的潛在發展提供信息。

人工智能的運作影響到未來部隊將如何運作，如何針對對手開展行動，以及指揮官如何利用軍事藝術和科學，運用部隊能力來實現預期效果和目標。在2019年未來研究計劃（FSP19）期間，人工智能工作線（LoE）確定了與實施人工智能支持的多領域解決方案有關的以下問題：

• 數據管理--AI/ML應用程序依賴于對策劃的數據的訪問，以便發揮作用。陸軍必須培養一種以數據為中心的文化，以標準化的格式和協議有效地生成、存儲和訪問數據。人才管理的努力必須側重于發展、培訓和保留一支精通數據的員工隊伍。這可以通過以下方式實現：

  • 在整個部門培養一種以數據為中心的文化

  • 投資于整個員工隊伍的數據科學培訓

  • 簡化數據訪問

  • 設計和實施協議，以確保數據的可發現、可訪問、可共享和可互操作性

• 功能分解--狹義的人工智能本質上是有限的，構建算法的數據科學家需要精確的問題定義，準確確定聯合部隊的要求。

• 可解釋人工智能--人工智能支持的系統需要有能力解釋決策/建議和所采取的行動背后的邏輯。這種解釋 "為什么"的能力是人類對人工智能智能體的信任基礎。

• 邊緣計算/人工智能--未來的作戰環境與有爭議的電磁頻譜預期要求有能力向前處理極其龐大的數據集，以及能夠自主行動的人工智能平臺。

• 利用商業部門--美國防部實驗室繼續在人工智能/ML發展方面取得重大進展，特別是與聯邦資助的研究和發展中心合作。商業部門繼續探索和擴大可能適用于軍事應用的工作。

作為FSP19的一部分，人工智能LoE開發了五個小插曲和一個概念草圖（見附錄A），以協助人工智能和機器學習的運作。這些小插曲說明了聯合部隊如何利用人工智能/ML來解決多領域行動所需的關鍵能力。MDCOP概念將依靠幾個有限內存的人工智能來建立和維護描繪整個戰場的藍、紅、綠活動。一個反應式機器人工智能將為特定的指揮官和總部定制MDCOP。合作傳感、維持、攻擊和瞄準的小插曲依靠反應式機器人工智能來優化傳感器覆蓋、維持吞吐量、攻擊順序和射手選擇。

未來部隊需要人工智能來充分實現多領域作戰的潛力。人工智能支持的系統使未來部隊能夠進行信息收集和分析，以便在時間有限和信息競爭的環境中增加對形勢的了解。這種能力使快速、知情和合理的決策成為可能。人工智能的決策支持代理將減輕作戰人員的認知工作量并提高整體效率。由人工智能支持的無人系統將探測、識別和穿透高風險區域，以提高開展行動和保護部隊、人口和資源的能力。人工智能使MDO在與近似對手的沖突規模下實現了作戰速度的要求。

在存在智能對手的情況下，博弈論模型（如安全博弈）已被證明是減輕保護和安全協議中可利用漏洞風險的有效工具，因為它們模擬了對手和防御者之間的戰略互動，并允許防御者在面對這種對手時計劃使用稀缺或有限的資源。然而，標準的安全博弈模型在允許防御者執行的規劃類型方面具有有限的表現力，因為它們只關注一組固定的安全資源的部署和分配。這忽略了兩個非常重要的規劃問題，它們涉及安全系統的戰略設計和部署的資源，以及安全協議的可用性和實施。當這些問題出現在現實世界的系統中時，如果不以一種原則性的方式來處理，安全協議的效用和效率就會出現重大損失。

為了解決這些局限性，在這篇論文中，我為安全博弈的規劃問題引入了一個新的層次結構，將問題分為三個層次的規劃（i）戰略規劃，考慮長期的規劃期限，以及與游戲設計有關的決策，這些決策限制了可能的防御者策略；（ii）戰術規劃，考慮較短的期限，處理資源的部署，以及在戰略層面的限制下選擇防御者策略；（iii）行動規劃，處理在現實世界中的策略實施。

首先，以戰略規劃為重點，我討論了選擇一組資源和時間表類型的設計問題。我引入了一個新的基本問題，即資源團隊和戰術的同步優化（SORT），它模擬了戰略和戰術規劃的耦合問題，在選擇資源類型方面對游戲設計進行了優化，并對它們在現場的實際部署進行了優化。我提供了有效解決SORT問題的算法，該算法使用優化問題的分層放松來計算這些戰略層面的投資決策。我表明，這種更具表現力的模型使防御者能夠進行更精細的決策，從而在效用上獲得巨大的收益。其次，在資源異質性的安全博弈的相關性和艱巨性的激勵下，我還通過提供一個計算異質資源的適應性策略的框架來解決戰術規劃方面的挑戰。最后，我研究了行動規劃的問題，這在安全博弈的文獻中從未被正式研究過。我提出了一個可操作策略的新解決方案概念，它隨機選擇一個最優選擇的純策略子集，其基數由防御者選擇。我展示了計算這種可操作策略的難度，并提供了一種用于計算可操作的最佳均衡的算法。

在所有這些問題中，我的動力來自于現實世界的挑戰，以及開發可在現實世界中使用的解決方法。因此，許多工作都是與Panthera、WWF和其他非政府組織（NGO）合作，幫助保護國家公園和野生動物免受森林砍伐和偷獵，以及與TSA合作，保護我們的機場等關鍵基礎設施免受恐怖襲擊。正因為如此，在處理這三個層次的規劃時，我開發的解決方案不僅是新穎的、學術上有趣的，而且是可部署的、對現實世界有影響的。

摘要

本文探討了人工矩陣和研討會兵棋推演的裁決、數據收集和分析方法，以便作為一份參考文件，為未來的兵棋推演設計提供參考。其目的是不僅記錄各種方法的優點和局限性，而且提出一個分析性兵棋推演可以利用的框架來探索的問題。本文所使用的數據來自于關于所探討的主題的現有文獻，以及對兵棋推演從業者的采訪。

對國防和安全的意義

兵棋推演是探索不利問題的有效途徑，如反叛亂（COIN）行動或未來武器系統的影響。這一點至關重要，因為這些問題由于缺乏相關知識，很難通過常規研究方法進行探討。兵棋推演可以通過進行游戲所產生的主題專家之間的互動，對最復雜的問題產生洞察力。然而，要使兵棋推演有效地做到這一點，就要求它們有有效的設計，本文試圖將其作為一個資源庫。

1 引言

兵棋推演是根據預先確定的規則、數據和程序模擬沖突的某些方面的人類行為練習，旨在提供決策經驗或決策信息[1, 2]。本文著眼于后一種目的，因為它支持加拿大國防研究與發展（DRDC）的任務，即支持基于證據的決策。

兵棋推演可用于培訓和教育，但本文重點關注其作為分析工具的效用，通過對假設沖突情景的研究，深入了解國防規劃中的不利問題[3, 4, 5]。特別是，我們試圖了解人類在面對這種挑戰時的決策，特別是所選擇的行動方案，因為很少有其他工具可以研究人類決策是一個關鍵組成部分的問題[6]。

兵棋推演允許通過利用現有的主題專家（SMEs）提供洞察力來探索贊助商對未來問題的疑問[6]；通過在游戲過程中產生洞察力來探索解決方案[6]；以及通過分析有關玩家在面對這些問題時如何行動的數據，以辨別他們決策背后的基本原理[7]。洞察力的產生可以使人們更加了解一個特定的問題在現實生活中是如何表現的，以及如何應對它。此外，對玩家決策背后的理由的理解被認為是對人類在現實生活中如何行動的良好預測，從而允許對決策中可能被證明是致命的潛在缺陷進行分析[7]。

也就是說，兵棋推演必須被專門設計，以有效地產生探索問題所需的洞察力和數據[8]。這可能很困難，因為每個兵棋推演都是專門為解決贊助商的問題而設計的[9]，但是，如果能夠了解當前裁決、數據收集和分析方法的最佳實踐，包括其內在的優勢和局限性，就可以幫助設計。因此，本文探討了與上述方法相關的方法論，以便提供一份可以在未來兵棋推演設計中利用的參考文件。目的是記錄各種方法的優點和局限性，同時也提出一個框架，讓未來的分析性兵棋推演可以利用這個框架來探索惡性問題。

本文來自于對現有學術文章、游戲報告和會議記錄的文獻回顧。它還得到了美國、英國和加拿大的兵棋推演從業者的訪談數據的補充。此外，本文并不是對DRDC--作戰研究和分析中心（CORA）或其他機構的現行做法的批評；相反，它只是代表了某種可以補充現行做法的分析性兵棋推演框架。

摘要

幾十年來，政治科學家和國家層面的軍方政策制定者一直在戰略層面使用博弈論，但對其在作戰層面的使用幾乎沒有評論。傳統上，三個主要挑戰阻礙了規劃人員和分析人員在作戰層面使用博弈論，即復雜的作戰環境、參與者的動態交互以及大多數陸軍參謀人員不具備使用復雜數學技能。

這本專著表明，這些挑戰是可以克服的，博弈論可以在規劃過程中提供新穎的見解。美陸軍參謀部規劃人員可以在作戰層面有效地使用基本博弈論和簡單的數學來了解作戰環境、了解行動者及其動機，并在軍事決策過程中比較行動方案。本專著展示了如何避免高級博弈論用于解決理論問題的繁瑣數學程序，而是專注于使用基本博弈論在規劃過程中提供價值。它通過回顧博弈論在戰略層面的應用、教授基本博弈論和涵蓋一些基本博弈概念來展示博弈論的實用性。然后，它考察了一場歷史性的行動，以展示博弈論的使用將如何達到另一個推薦行動方案和結果，也許會改變歷史進程。最后，它通過將博弈論應用于軍事決策過程、任務分析和行動制定過程的兩個步驟的練習，提供了使用博弈論的指南。

引言

幾十年來，戰略規劃者和政策制定者在戰略層面有效地應用了博弈論，但軍事從業者往往不在作戰層面使用它。當約翰·馮·諾依曼和奧斯卡·摩根斯坦在 1940 年代初在蘭德公司工作期間發展博弈論時，他們尋求一種數學方法來為沖突領域，特別是經濟沖突提供解決方案。他們于 1944 年發表了開創性的著作《博弈論與經濟行為》

博弈論允許通過將場景建模為簡化的博弈來分析決策。博弈論試圖定義參與者、策略——或可供他們選擇的選項——以及博弈結果的預期回報。它試圖澄清由于參與者的選擇而導致的不確定性。它的主要用途是它認識到結果是通過多個參與者的互動共同決定的，而不僅僅是一個人自己決定的結果，它允許分析對手可能會做什么。由于這些原因，政策制定者和戰略家使用博弈論來理解戰略問題，例如核對手、貿易慣例、內戰解決和裁軍以及缺乏國際合作，從而制定政策建議以幫助解決這些問題

作戰層面的規劃者是否可以有效地應用博弈論仍然是一個懸而未決的問題。在作戰層面使用博弈論的批評者強調了動態交互的復雜性。他們指出，培訓軍官了解博弈論的基本概念并將操作層面問題的復雜性提煉成基本博弈需要大量時間。

本專著認為博弈論提供了一個有價值的框架，最適用于在軍事決策過程的任務分析和行動發展步驟過程中理解環境中的參與者。博弈論旨在提供對情況的理解。這需要了解參與者及其潛在計劃或戰略動機。博弈論提供了一種理性的方法來研究行動者如何制定他們的策略和他們的動機基礎。由此，指揮官和參謀人員可以獲得理解，然后疊加其他因素，包括行動方案和潛在結果。它提供了一種合理而直接的方法來簡化復雜的問題。因此，博弈論為作戰規劃者提供了另一種工具，可用于了解作戰環境。

本專著重點介紹博弈論在戰略層面的歷史應用、當前的規劃過程學說和相關框架，以回答作戰規劃者能否在作戰層面有效地使用博弈論。這本專著主要通過囚徒困境分析博弈論在戰略層面的應用，將其應用于冷戰、國際貿易和價格戰期間的降價。 1777 年的新澤西戰役為應用博弈論和理解喬治華盛頓將軍和查爾斯康沃利斯將軍之間的競爭環境提供了一個歷史例子。最后，它演示了如何以及在何處將博弈論工具實施到美國陸軍當前使用的規劃過程中。所使用的博弈論是一種基本的應用方法，而不是過于復雜和無用的高級學術博弈論。簡單的博弈可以使復雜的操作情況變得清晰。該研究回顧了陸軍規劃學說，以專注于了解作戰環境和問題。任務分析旨在了解環境中的參與者以及他們之間沖突的根源。這 3 項研究的重點是深入了解對抗性和中立的參與者、激勵措施、潛在的行動方案和回報。該專著追溯了博弈論的戰略應用和作戰應用之間的差異，以了解哪些要素是一致的，同時說明了差異。最后，它將討論如何克服實施中的潛在挑戰。

博弈論在軍事決策過程中的應用

規劃人員可以在軍事決策過程中使用博弈論工具，特別是在任務分析期間，以不同的視角理解作戰環境和行動發展過程，以檢查未發現的假設。博弈論工具不是替代軍事決策過程中現有的步驟和工具，而是對其進行補充。戰地手冊 6-0 解釋說，指揮官和參謀人員使用任務分析來更好地了解作戰環境和部隊面臨的問題。接下來，規劃人員使用任務分析來制定假設以填補知識空白。最后，考慮到博弈論理解競爭的本質，任務分析也有助于理解友軍和敵軍如何互動。行動方案制定過程提供了一種客觀的方式來看待多個潛在計劃。在上面的歷史例子中，華盛頓將軍和康沃利斯將軍需要了解他們的潛在行動以及他們認為 30 名敵方指揮官可能會做什么。在某種程度上，歷史例子中的將軍們可以在他們的行動發展過程中使用博弈論來檢查他們的假設。開發從敘述性或定性評估開始，然后轉向帶有每個計劃的加權分數的可量化評估。博弈論允許另一種觀點來評估潛在的計劃。以下思想實驗提供了一個示例，說明工作人員如何在任務規劃期間使用一些博弈論工具。

演習如下：美國討論在一個靠近對手的友好國家增加軍事存在，這旨在阻止對手入侵友好國家。軍團工作人員了解國家決策者關于在一個地區增加軍事存在的辯論。此外，他們知道如果國家領導層追求升級，軍團是升級的一個因素。工作人員致力于了解作戰環境并了解國家層面的優先事項和激勵措施，以便他們可以就選項提出更高的建議并為預期的行動方案做好準備。其次，他們努力了解敵人的動機和行動計劃。敵人還面臨著增加其在該地區的軍事存在或維持現狀的前景。兩國都擁有核武器，都不想進行全面戰爭。最后，兩個大國都可以遷移的地區的人口不希望被外國勢力占領。國家決策者面臨的戰略決策具有操作層面的影響。

如上所述，任務分析提供了對情況和問題的理解。在任務分析過程中，工作人員開始對行動者的動機和動機有所了解。戰場情報準備是任務分析的關鍵步驟。參謀人員對友軍和敵軍如何在環境中相互作用做出假設。由此，工作人員開發了每個參與者在即將到來的操作中可以使用的潛在選項。此外，情報準備步驟確定了指揮官和參謀人員的知識差距。這些差距導致了獲取信息的情報需求的發展。正如文獻回顧中所述，人們根據他們擁有的信息做出決策，并預測競爭對手的行為。這些步驟不會取代或否定軍事決策過程的任何步驟，它們只是關于如何以及在何處實施博弈論工具的建議。

鑒于這種情況，參謀人員開始制定敵人的行動方案。當應用于博弈矩陣時，這些行動方案成為敵人的策略。敵人可以用他們的一個師或軍將該地區軍事化，也可以選擇不軍事化。是否軍事化的選擇為敵人創造了兩種不同的戰略。第二步著眼于每個策略的結果。如果雙方都軍事化，那么他們將面臨戰爭。如果雙方都沒有軍事化，那么他們就維持現狀。如果一個國家軍事化而另一個國家不軍事化，那么軍事化的國家就會在沒有爭議的環境中這樣做。表11顯示了這種情況的結果。

表11：定性結果

第三步要求參謀人員查看敵人的動機，然后對他們的選擇進行定性分析。敵人想在美國不決定將該地區軍事化的情況下將該地區軍事化。這為他們創造了一個無可爭議的環境。其次，他們既不看重自己也不看重美國將該地區軍事化，這是現狀。第三個可取的結果是美國軍事化，而敵人沒有，這意味著美國擁有無可爭議的軍事化。最后，如果美國也進行軍事化，敵人不想升級為戰爭，也不想將該地區軍事化。工作人員現在可以根據偏好對敵人的行動路線進行排序。作戰和情報人員可以利用收集資產并制定收集計劃，以確定有關敵人計劃的任何指標，例如在該地區集結部隊。信息收集計劃有助于回答信息需求并協助進行有效規劃。

工作人員現在進入行動開發過程。生成選項步驟概述了指揮官和參謀人員可用的選項。工作人員制定了可以切實擊敗敵人行動方案的選項，然后確定它們的優先級。工作人員還產生了兩個廣泛的選項。他們可以軍事化，也可以不軍事化。由于每個參與者的策略，工作人員現在可以對他們的行動方案進行排序。指揮官和參謀更愿意維持現狀。如果美國采取行動將該地區軍事化，它可能會擾亂地方、國家政府和民眾。因此，美國對該地區的軍事化和一個不軍事化的敵人是次要的選擇。這種選擇意味著美國擁有無可爭議的軍事化，但正如所述，當地政府感到不安。第三，排名是美國不軍事化，但敵人軍事化，給了他們無可爭議的優勢。最后，美國不希望發生戰爭，如果美國和敵人都進行軍事化，就會發生戰爭。

接下來，工作人員將博弈發展為矩陣或戰略形式。首先，他們進行定性分析，說明每次交戰的可能結果，見表 12。然后參謀人員從每個指揮官的角度對結果進行排序，以生成定量分析和回報，如表 13 所示。該表顯示了回報敵方第一，美國第二。使用倒序排列，最低數字的收益表示排后的選項，數字越大，表示首選的選項。每個戰斗人員都是近鄰，因此參謀人員認為交戰將有利于主動一方。

表12 ：定性分析

表13：定量結果

這兩種的價值在于員工進行分析以掌握對潛在未來結果的理解。它提供了一個簡潔的可交付產品，參謀計劃人員可以在一張紙上將其交給指揮官或參謀長，以供將來參考或思考，因為指揮官和參謀人員開始在軍事決策過程的未來步驟中權衡選項。這種分析為員工提供了一個思考他們正在做什么以及他們的計劃可能產生什么結果。這是舍恩所說的實踐中反思的一個例子。正如他所說，它允許人們在執行任務時思考他們正在做什么，然后塑造他們所做的事情。

下一步要求參謀人員將可用選項縮小到只有指揮官可用的可信選項。參謀部尋找指揮官永遠不會使用任何主導策略。敵方指揮官沒有任何主導策略，并且兩種策略都可供他使用。但美國永遠不會在博弈中選擇軍事化，因為無論敵人選擇什么，不軍事化都會主導博弈。表 14 以粗體突出顯示哪個選項在美國占主導地位。例如，如果敵人決定軍事化，如果它決定軍事化，美國將獲得 1 的回報，否則將獲得 2 的回報。因此，在這種情況下，美國會選擇不進行軍事化。同樣，如果敵人不軍事化，那么如果它軍事化，美國將獲得三倍的回報，如果它不軍事化，美國將獲得四倍的回報，美國將再次選擇不進行軍事化。因此，工作人員將其排除在外。

表14：以粗體突出顯示的美國的收益

既然參謀人員了解美國沒有軍事化的動機，它就可以看看敵人可能會采取什么行動作為回應。敵人知道美國不想軍事化，并尋求使其結果最大化。因此，敵人選擇軍事化，因為這比不軍事化帶來更好的回報。這達到了納什均衡，即敵人軍事化并獲得四分之二的回報，而美國不軍事化并獲得三分之二的回報。表 15 顯示了圈出的所得納什均衡。

表15：軍事化為主

但現實生活中的情況并不總是一致的。一方通常首先采取行動，迫使另一方做出決定。在上述情況下，美國正在努力應對將該地區軍事化的決定。然后他們的決定迫使敵人做出決定。下一步著眼于在順序移動游戲中情況如何展開，以及納什均衡在決策分析中是否發生變化。順序博弈見表 16。該表首先顯示了敵人的收益，其次是美國的收益。

表16：順序多次博弈

參與者對每個結果的選擇和回報保持不變。唯一的區別是美國先行動，敵人必須做出反應。工作人員必須使用子博弈分析來分析這個博弈及其結果。敵人有第二步，因此分析從他們的預期步驟開始。這兩個參與者都知道，如果美國選擇軍事化，敵人將選擇不軍事化，因為兩個人的回報比一個人要好。如果美國選擇不軍事化，敵人會想要軍事化，因為四比三好。鑒于美國的選擇，上面的表 16 通過圈出每個敵人的首選選擇來表明這種行為。既然美國知道敵人會根據美國的選擇做出哪些選擇，他們就會在兩者之間做出選擇。美國選擇軍事化，知道敵人不會軍事化，從而為美國帶來三倍的回報。美國軍事化總比不軍事化并獲得兩個回報要好，因為知道敵人會選擇軍事化。因此，納什均衡變成了美國軍事化和敵人不軍事化，敵方兩分，美國三分，見表 17。

表17：納什均衡

序列博弈導致的納什均衡與同步博弈不同，為什么？每場比賽都會導致一方軍事化，而另一方不軍事化。在同步博弈中，敵人通過軍事化獲得了最有利的回報，美國知道這一點，因此選擇不軍事化。然而，在順序博弈中，美國先決勝負。如果他們不軍事化，他們將獲得最高的回報，而敵人也選擇不軍事化。兩國都不會軍事化，因為如果美國不軍事化，敵人就有動機進行軍事化。美國意識到這一點，因此認為他們的下一個最佳選擇是軍事化，因為它知道敵人不會軍事化，因為這會迫使兩個參與者之間發生戰爭。這個游戲提供了一個先發優勢的例子。如果敵人先選擇，他們也會有軍事化的動機

序列多次博弈反映了更現實的情況。但是運行這兩種類型的博弈為工作人員了解動機和潛在行動提供了分析價值。工作人員可以看到排序操作如何改變結果。如上所述，使用這種方法的價值在于分析。工作人員可以按照矩陣形式對每個結果進行簡要說明。然后他們可以看到他們的選擇之一不是一個可行的選擇。然后，他們查看了定量評估并確定可以使用平衡結果。所進行的定性分析重申了 Thomas Schelling 的觀點，即博弈論的數學并不總能解決沖突，不應過度依賴數學。而是對問題的思考增加了價值。

結論

博弈論提供了一種分析工具來看待競爭情況。它使分析師能夠了解潛在的行動計劃、激勵措施以及回報或結果。此外，它可以突出信息差距和需要進一步理解的領域。在 20 世紀中葉，戰略層面的規劃者用它來更好地了解美國和蘇聯之間在使用核武器和原子戰方面的競爭。國防部以外的分析師使用它來了解競爭公司之間的貿易爭端和降價。

在作戰層面，博弈論允許對潛在計劃、激勵和結果進行相同類型的分析和理解。這本專著審視了博弈論的歷史并探索了基本的博弈論，確立了博弈論在分析沖突情況方面的有用性。文獻回顧揭示了博弈論的優勢和劣勢，這為如何最好地利用它以最大限度地發揮其潛力提供了信息。檢查諸如核局勢和國際貿易等戰略層面的決策為以前的努力如何有效地應用博弈論提供了背景。博弈論在特倫頓和普林斯頓的美國獨立戰爭中的應用與指揮官們所追求的不同，展示了使用博弈論如何提供獨特的見解，這對于像康沃利斯這樣經驗豐富的將軍來說并不明顯。最后，該專著展示了軍團級別的參謀人員如何使用博弈論來理解戰略級別的決策如何影響作戰級別的行動，比較了同步博弈和序列博弈的實用性。最后一部分提供了一個基本框架，工作人員可以通過將博弈論應用于任務分析和行動開發過程來解決操作問題。

博弈論的使用不僅限于軍事決策過程。博弈論非常適合國防部和美國陸軍目前使用的現有規劃流程。規劃人員可以在聯合作戰設計過程和陸軍設計方法中使用博弈論工具。具體來說，在聯合設計期間，博弈論工具最適合理解戰略指導和理解作戰環境。在軍隊設計期間，它最適合構建作戰環境和理解問題。博弈論是參謀人員或計劃團隊的工具包中的另一個有用工具。當通過軍事決策過程或設計過程應用時，博弈論分析與其他工具很好地結合在一起，可以更好地了解作戰環境。

我們并不是生活在真空中!我們與環境中的其他主體互動以做出理性的決定。例如，選擇從你的公寓到校園的最快或最簡單的路線，在eBay拍賣中選擇最合適的出價，決定是否在雙人撲克游戲中認輸，或在石頭剪刀布游戲中選擇獲勝的一步棋。在所有這些例子中，我們在做決策時必須與其他代理交互。特別是，我們的最佳策略取決于環境中其他代理的行為(例如，選擇的路線取決于使用這些路線的其他人的數量，如果我的對手選擇剪刀，我就選擇石頭)。在給定的環境中，面對其他戰略主體時，我們如何做出理性的決策?最好的策略是什么?博弈論幫助我們回答這些問題。

博弈論是一種數學工具，它允許我們對特定環境下的利己主義和理性行為者的戰略互動進行推理。該結構提供了一組框架，描述了在這樣一個戰略代理人的環境下的理性結果。雖然博弈論領域起源于經濟文獻，但計算機科學家在過去幾十年里從建模和計算的角度對這一領域做出了重大貢獻(這導致了計算博弈論)。此外，許多博弈論應用在現實世界中(例如，分配警力到洛杉磯國際機場的檢查站，分配巡邏人員來保護非洲的野生動物，預測美國參議員的投票行為)。

觀眾將會學習到： (1) 引入基本的博弈論決策工具，建模和理解自利和戰略代理的戰略互動; (2) 了解建模工具的解決方案概念，以及如何使用它們來預測agent的決策行為; (3) 介紹了計算方面的計算這些解的概念; (4 )接觸了博弈論在安全和社會科學領域的一些主要應用。 此外，如果時間允許，講座將涵蓋更高級的主題，包括解決復雜策略空間的博弈，博弈中的學習，完全信息的動態博弈，不完全信息的靜態博弈，不完全信息的動態博弈。