基于競爭性假設分析的主成分分析法在情報分析里的運用

姚澤清 張晨光

(解放軍理工大學 理學院，江蘇 南京211101)

1 引言

情報是作戰的基礎，情報分析在聯合作戰的指揮決策中起著至關重要的作用。在戰爭前夕，情報分析能夠幫助準確識別戰爭征候，提供更多預警時間;在作戰時，情報分析能夠整合匯總雜亂無章的各方信息，透視敵軍的兵力部署和作戰企圖，判定敵作戰重心;在作戰后期，情報分析又通過采集到的多方面信息來評估戰爭效果。長期以來，許多情報分析專家借助其豐富的經驗和敏銳的直覺來分析情報，在許多情況下都取得了不錯的效果，但由于情報資料的“信號”與“噪聲”并存，情報分析也會取得與事實截然不同的結果。

例如，第二次世界大戰中在德軍進攻蘇聯之前，佐爾格、“紅色樂隊”和山道爾·拉多及時向蘇聯發回了預警，但在德軍一系列戰略欺騙的誘導下，蘇聯統帥部認為德軍會跨越海峽進攻英國，而繼續履行《蘇德互不侵犯條約》［1］。再如，蘭德公司研究人員羅伯塔·沃爾斯泰特在《珍珠港:預警與決策》一書中提到“珍珠港”事件中美軍沒有及時預警的原因:日軍在突襲之前發布了許多欺騙信息，使得情報人員手頭的情報資料中既包含信號又包含噪聲，而噪聲對情報分析造成了不利于得出正確結論的干擾［2］。又如，朝鮮戰爭期間的仁川登陸和海灣戰爭的“左勾拳行動”，都是戰略欺騙成功的典范與情報分析失誤的典型。

在情報分析領域，很多分析失誤并不是因為缺少可供分析的信息，而是海量的信息，特別是“信號”與“噪聲”相互摻雜的環境讓情報分析人員和決策者迷失了［3］。針對這一問題，本文提出了一種基于競爭性假設分析的主成分分析方法，以期將噪聲的影響降到最低，并以仁川登陸為例對方法進行了驗證。

2 情報分析方法的探討

2.1 休爾的“競爭性假設分析法”

美國學者理查茲·休爾從情報分析心理學角度研究了這些因噪聲而導致情報分析失誤的案例，認為知覺從三個方面影響并制約著情報分析人員客觀認識實際情況:一是期望先入為主地制約知覺，觀察者獲得的信息在很大程度上取決于他個人最初的期望、假設和先入之見;二是新的信息往往容易被已有的印象同化掉，即思維定勢;三是由于一開始受到模糊的刺激，即使后來得到更多、更清楚的信息也仍會妨礙準確的判斷。這就要求我們要采取盡量客觀的方法，減小先入之見對分析結果的影響［4］。

理查茲·休爾基于對情報分析心理學研究的成果，設計了“競爭性假設分析法”(Analysis of Competing Hypotheses，ACH)，通過提出假設、構建矩陣、篩選證據、匯報結論等一系列慎密的分析流程，反復核實假設與證據之間的關系，幫助分析人員避開先入之見、思維定勢等對情報分析的不利影響，得出更客觀合理的結論。其步驟如下:

(1)召集持不同看法的分析人員集體討論并確定所有可能存在的假設。

(2)對支持和反對每一個假設的重要證據和意見做一列表。

(3)構建矩陣。以假設為行、證據為列，分析每項證據與每項假設的相關程度，考察并選出具有診斷性的證據。

(4)完善矩陣。重新考察假設并刪除那些沒有診斷價值的證據和意見。

(5)對每一種假設的相對可能性做出試驗性的結論，試圖用證據否定某一種假設而不是證實它。

(6)分析初步結論對少數重要證據的依賴程度，同時考慮如果那些證據是錯的或者有不同解釋時，分析結果將會怎樣變化。

(7)匯報結論，闡述所有假設的相對可能性，而不僅僅是最有可能的那個假設。

(8)找出影響事態未來發展的關鍵事件以備后續分析使用。

競爭性假設分析法的核心就是在一系列看似合理的假設中進行競爭，通過反復交叉測試，選出那些既與現有情報相符，又沒有關鍵證據駁斥的假設，然后再作評估。這種方法與傳統分析法的差別在于:

(1)競爭性假設分析法始于討論各種可能性，而不是試圖證明可能性最大的假設，保證了各種假設受到同等對待，避免思維定勢。

(2)競爭性假設分析法判斷各種假設的可能性，重視少數具有診斷價值、可以證偽假設的證據，而傳統方法則極少考慮許多證據可能同時支持所有假設的事實。

(3)競爭性假設分析法要求證據駁倒假設，最有可能的假設不是支持它的證據最多，而是反駁它的證據最少。

然而，競爭性假設分析法雖然強調對認知偏見的關注，但不能徹底地克服思維的局限性與情報的不完整性。另外，由于敵方先我進行了戰略欺騙和偽裝，而后我再來透過敵方的“偽裝網”“欺騙網”來確定其能力和意圖，這種順序過程導致了情報分析中的“時滯”現象，要求情報分析更加注意速度。

2.2 主成分分析方法

主成分分析(Principal Components Analysis，PCA)是一種把多個變量化為少數幾個新綜合變量的多元統計方法。其原理是利用原始p個變量(x1，x2，…，xp)構造少數幾個新的綜合變量(z1，z2，…，zm)，新變量為原始變量的線性組合，彼此之間互不相關且包含了原始p個變量的絕大部分信息。使用主成分分析法不僅通過降維簡化了原始變量，使分析更加簡潔，分析結果更加精確，而且通過在數據變差最大方向取主成分的方法，能夠盡可能多地反映原始變量的信息。其步驟如下:

(1)召集持不同看法的分析人員集體討論并預測未來有可能發生的n種態勢S1，S2，…，Sn。

(2)對支持和反對每一個假設態勢的重要情報和意見做一列表。

(3)構建矩陣:以假設態勢為行，情報為列，分析每種態勢與目前已收集的p個情報(I1，I2，…，Ip)的相關程度，則第i種態勢與情報的相關度為:

X(i)稱為一個樣品，而全部n個樣品就形成了一個樣本，并稱

為一個樣本資料陣。

(4)由原始數據求情報之間的相關系數矩陣:

式(2)中，rij是情報xi與xj間相關系數:

(5)判斷情報之間是否存在明顯的多重共線性，若存在，則回到第3 步。

(6)求R的特征根及各主成分貢獻率:

(7)得出主成分的表達式并確定主成分個數。

(8)結合主成分對研究問題進行分析，闡述所有假設的優勢和劣勢。

(9)找出影響事態未來發展的關鍵事件進行不確定性分析。

3 主成分分析的相關過程

本文以仁川登陸為例，對主成分分析方法進行驗證。

仁川登陸是朝鮮戰爭中一場決定性的進攻戰役。1950 年9 月15 日開始，聯合國軍通過在人民軍的后方仁川登陸并攻占了仁川— 漢城地區，成功扭轉了開戰以來的頹勢。戰前，美軍進行了一系列的戰略欺騙行動:自9 月5 日起，美軍派出空軍與海軍，向群山港及其周圍的地點諸如橋梁、鐵路、公路反復轟炸，并派出精銳的兩棲登陸部隊在離群山港不遠的荒島上進行登陸演習;到了開始突擊的前一天，各登陸演習部隊還不斷地發出各種讓朝鮮方面能夠收到的假電報。下面通過運用主成分分析方法，對美軍可能登陸點進行分析判斷。

3.1 主成分分析計算

通過初期的情報分析，可判斷美軍可能會在仁川、群山、注文津、釜山、元山、蔚山等地登陸［7］，分別記為態勢S1，S2，S3，S4，S5，S6，如圖1 所示。

已獲取的情報主要有:B11——仁川“外有小島屏障、潮差大”，B12—— 仁川位于朝鮮半島蜂腰部位，靠近漢城且防御力量弱，B13——美軍上尉克拉克帶隊進入仁川港外圍進行了現地偵察并擊退了人民軍9 月7 日的進攻，B14——美軍在9 月13 日和9 月14 日兩次對仁川港和月尾島進行了火力準備，B15——9 月15 日是仁川登陸的最佳時機而這之前幾天的美軍各種動作頻頻，B16—— 麥克阿瑟喜歡冒險;B21—— 群山的地理和潮汐適宜登陸，B22——登陸群山無法形成戰略上的包圍，對戰局影響不大，B23——9 月12 日夜美英聯軍在群山海灘登陸，實施以佯動為目的的戰斗偵察，B24——美軍在9 月5 日、9 月12 日和9 月14 日三次對群山地區及灘頭陣地進行了火力準備，B25——9 月13 日，美軍撒傳單稱將在群山登陸;B3——注文津位于朝鮮半島東海岸，若在此登陸，占領江陵后向原州進攻，可切斷北朝鮮軍隊后方，而且這個方案的登陸條件良好，主要問題是與漢城隔著太白山脈，機動不便;B4——美軍有意再向釜山增兵，并從釜山防御圈直接反擊，這樣就不需要進行登陸這種非常困難的作戰樣式;B5——元山位于朝鮮半島東海岸，若在此登陸，可直切平壤，但是此處位于朝鮮北部，入冬早，而且與釜山相距甚遠，若進攻受挫，則容易導致孤軍深入的險境;B6—— 蔚山與釜山相近，其登陸條件類似。

圖1 仁川登陸前態勢圖

根據上述的情報資料，分析目前已收集的有關地形與潮汐I1、地理位置與防御力量I2、戰前偵察I3、火力準備I4、登陸時機I5、指揮員作戰風格I6等6類支持登陸方向判斷情報與每種態勢的相關程度，見表1。

表1 6 類情報與每種態勢的相關程度

由表1 的數據，可以得到樣本資料陣，即相關程度矩陣X。

由情報與態勢之間的相關程度矩陣X可以得到這6 類情報之間的相關系數矩陣R。經檢驗，6 類情報之間無明顯多重線性。表2 列出了矩陣R全部特征值λi及其對方差的貢獻率與累計貢獻率。

表2 矩陣R 全部的特征值λi 及其對方差的貢獻率與累計貢獻率

得到第一主成分:

得到第二主成分:

從表2 可以看出，前兩個主成分的累積貢獻率達到91.554%，它們分別對應著原樣本數據點數據差異的最大、次大方向，是原變量系統的一個最佳整合，從而我們可以以91.554%的精度將變量的有效維數從6 維降至2 維。表3 給出了原變量與第一、第二主成分的相關系數。

表3 原變量與第一、第二主成分的相關系數

3.2 主成分分析

對于第一主成分Z1，它與戰略地理因素的相關系數為0.933，可見，登陸作戰作為一場戰役，應當為整個戰略全局做出貢獻;它與登陸時機的選擇的相關系數為0.945，說明登陸點的選擇應當考慮到登陸時機對于戰局的影響;它與指揮員風格的相關系數為0.918，作為戰役的直接指揮者，他的作戰風格對戰爭的打法、勝負起著決定影響。由此看來，第一主成分是反映登陸作戰戰略考慮與指揮員風格的一個綜合因子，稱之為戰略考慮與指揮員風格因子。

對于第二主成分Z2，它與地形潮汐的相關系數為-0.828，與戰前偵察動向的相關系數為0.872。由此可見，第二主成分是反映戰術考慮的一個綜合因子，我們稱之為戰術因子。

圖2 在前兩個主成分下的散點圖

截然相反的兩個數據變異方向，反映了登陸作戰決策因素的復雜性。由于各登陸點的戰略地位與戰術環境都不一樣，既有登陸條件良好、能迅速支援處境艱難的第8 集團軍的群山、釜山、蔚山登陸點，也有位于人民軍后方防御空虛但登陸困難的仁川、元山登陸點。主成分分析通過降維使得高維不可見空間中的數據點的可見性成為可能。圖2 給出了美軍幾個可能登陸點按第一主成分Z1和第二主成分Z2而描繪出的平面散點圖，從中可以直接觀察到這些登陸點的差異以及它們之間的相互關系。

登陸點的選擇巧妙與否，對登陸作戰的成功有著決定性意義，美軍仁川登陸的成功，相當程度上在于選擇了合適的登陸地點。由圖2 可以很容易發現仁川登陸點的第一、第二主成分值都比較高，應該是當之無愧的最佳登陸點。蔚山登陸點和釜山登陸點都位于當時美軍的控制區內或者附近，登陸可迅速得到友軍的增援，直接從釜山防御圈實施反攻，但是這兩個登陸方案的主要問題是“硬碰硬”，正面強攻，有正無奇。元山和注文津登陸方案的主要問題是距離人民軍戰略樞紐過遠，難以迅速震撼全局。群山登陸方案的主要問題是距離人民軍主力過近，抗登陸方容易得到大量增援，不符合美軍當時興起的“避免岸灘決戰“作戰思想。

3.3 不確定性分析

以上基于登陸條件和戰斗準備對美軍可能登陸點進行了分析，但是戰爭迷霧中存在著太多不確定因素——不確定性是戰場情報的根本屬性。

作戰中，通常可以對敵人的能力做出判斷，卻很少能夠斷定其意圖。能力是基于事實的，而意圖只存在于敵人的頭腦中，因此，對敵人意圖的判斷只能是一種評估。出色的情報評估可以推斷出事情發生的機率，但總是無法排除不確定性。

因此，情報分析人員需要在現狀分析的基礎上再找出影響事態未來發展的關鍵事件以做準備，即在美軍登陸之前，未發生但有可能發生的影響登陸地點的關鍵事件。

4 結束語

長期以來，許多人一直認為仁川登陸主要是靠出奇制勝。然而通過對仁川登陸戰前態勢的情報收集，并利用基于競爭性假設分析的主成分分析法進行分析，可發現在當時仁川應該是最有可能的登陸點。那么仁川登陸主要是靠什么來取勝呢?孫子曰:攻而必取者，攻其所不守。戰略在于謀局，戰役重在造勢，美軍一開始就謀局造勢，造成一種使人民軍有多處不得不防，又處處防不勝防的必勝之勢。

善戰者，求之于勢，故能擇人而任勢。登陸作戰確實需要出奇制勝，但不能把全部希望都寄托在這個不確定性很大的因素上，最主要的還是以勢取勝。這也給防御方判斷攻方的主攻方向提供了更多方便，而主成分分析克服了競爭性假設分析的競爭性分析階段對少信息量的情報完全拋棄的缺點，保留了絕大部分的情報信息，同時借助計算機對復雜的情報進行分析整理，加快了情報分析的速度，可幫助指揮員更快、更理性、更客觀地進行決策。

1 聞敏.蘇聯諜報70 年［M］.北京:金城出版社，2010.

2 ROBERTA WOHLSTETTER. Pearl Harbor:Warning and Decision［M］. CA:Stanford University Press，1962.

3 HEUER RICHARDS J. Psychology of Intelligence Analysis［M］.Washington，D.C.:Center for the Study of Intelligence，1999.

4 LEVITE ARIEL. Intelligence and Strategic Surprise［M］. New York:Columbia University，1987.

5 梁光烈.渡海登陸作戰——中外登陸作戰啟示錄［M］. 北京:國防大學出版社，2001.

6 吳志榮.潮汐與仁川登陸戰［J］. 科學24 小時，2011(11):31 -33.

7 陸建飛，張曉鷹，鄶舟.世界著名登陸作戰點評［M］. 北京:長征出版社，2011.