基于信息熵的應急預案邏輯復雜度評價

游國強 張文宇 趙懷璞 金　潮 杜旭紅

（中國輻射防護研究院，山西 太原 030006）

基于信息熵的應急預案邏輯復雜度評價

游國強 張文宇 趙懷璞 金潮 杜旭紅

（中國輻射防護研究院，山西 太原 030006）

應急響應預案是應急處理的依據和指南。本文針對應急預案邏輯缺陷，基于圖形熵的概念，將應急預案文本轉化為相應的圖形。根據計算圖形求出的熵值，提出降低邏輯復雜度，即優化應急預案邏輯的具體措施。

應急預案；評價；分析

按傳統的應急管理四階段理論（減災、準備、響應、恢復），應急準備是應急管理過程一個中間環節，應急準備所形成的能力甚至是支撐應急全過程的基礎性行動?！?.23”甬溫線特大鐵路交通事故的處置過程中顯露出的一些問題，實際是應急準備能力不足的反映。

應急預案是應急準備的基礎平臺，強調在事故發生之前怎樣做好應急準備。目前我國很多企業均建立了各類安全事故的應急預案。這些預案雖然劃分各個崗位的職能以及應急響應行動，甚至對于應急操作時間的要求也很明確。但是由于邏輯過于復雜或缺少具體應急措施的邏輯順序等原因，使得應急預案的可理解性和可操作性難以保障，存在著很大的安全隱患。

應急響應預案邏輯復雜度是應急措施邏輯的具體量化，是應急響應預案復雜度（邏輯復雜度、信息復雜度、長度復雜度、知識復雜度、決策復雜度）的5個組成之一。本文把應急預案文本轉換為相應的圖形，引入信息論中的熵的概念，通過計算這些圖形的一階熵來評價應急預案邏輯復雜度，在量化評價復雜度的同時，分析造成其復雜的因素、提出簡化復雜度的措施。

1.圖形熵計算原理

信息論的創始人Shannon在《通信的數學理論》中提出了熵的概念。信息熵Entroy是信息論中用于度量信息量的一個概念。一般用H表示：

在上述公式中，h表示分組的數量，pi表示每組出現的概率，圖形的一階熵H通常表示系統邏輯的復雜度。一個系統越有序，信息熵就越低，反之，一個系統越混亂，信息熵就越高。

在軟件工程中，熵的方法用于評價源代碼的數據和結構。應用熵的方法進行應急響應預案的評價時，首先根據應急預案子任務和子任務相關步驟，將應急預案文本轉換為相應的圖形，這些圖形需要描述出應急預案中需要處理的信息量、處理步驟間的邏輯順序等。然后求取一階熵。最后根據熵值對應急預案邏輯復雜度進行評價。

1.1建立圖形

根據操作對象、應急預案的任務等，將應急預案分解為一系列應急預案基本子任務和子任務相關步驟。圖1為應急預案任務分解示意圖。根據應急預案子任務和子任務相關步驟，將應急預案文本轉換為相應的圖形，圖2為根據4種應急預案文本轉換成的4個相應圖形。其中，每個圖形均描述出相對應應急預案中需要處理的信息量、處理步驟間的邏輯順序等。

1.2一階熵的計算

在一階熵的計算中，分別把上述4個圖形中的節點按照具有相同輸入、輸出個數的原則進行分組。分組結果見表1。最后分別計算它們的一階熵，其中，每組出現的概率為組內節點數與節點總數的比值。圖中相似類型的節點越多，分的組數就越少，邏輯上就越規范，一階熵就越小。

圖形Ⅰ的一階熵：

圖形Ⅱ的一階熵：

圖形Ⅲ的一階熵：

圖形Ⅳ的一階熵：

比較上述熵值。可以看出，圖形Ⅰ、圖形Ⅱ、圖形Ⅲ和圖形Ⅳ一階熵的大小依次為（Ⅳ）＞（Ⅱ）＞（Ⅰ）＞（Ⅲ）。在步驟數相同的圖形Ⅰ、圖形Ⅲ和圖形Ⅳ中，圖形Ⅲ的一階熵最小，圖形Ⅲ比圖形Ⅰ和圖形Ⅳ分組更少，邏輯上更規范。在4個圖形中，圖形Ⅳ邏輯上最不規范，復雜度最高，圖形Ⅲ邏輯上最規范。

在完成同一任務的應急預案中，圖形結構相似的應急預案Ⅲ比應急預案Ⅱ的步驟多，而邏輯復雜度小。因而對于邏輯復雜度高的步驟，可通過增加步驟數來降低邏輯復雜度。

表1　圖形Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ的分組情況表

2.結果分析與討論

本文應用熵的方法對應急響應預案邏輯復雜度進行評價，展開幾點討論：

（1）由于每個步驟包括事故判斷和事故處理，對于邏輯復雜度高的子任務，可通過增加步驟數，減少每步的操作量來降低邏輯復雜度。

（2）由于每個步驟之間存在一些相似的內容，相互抵消子任務的邏輯復雜度。因而子任務的邏輯復雜度并不是所包含步驟邏輯復雜度的代數和，而是要小于步驟邏輯復雜度的代數和。但如何確定子任務以及應急預案的邏輯復雜度是今后研究的重點。

（3）評價應急預案的復雜度是為了讓應急預案的復雜度在人員可接受的范圍內。而可接受的范圍，還沒有量化指標，只能通過具體情況確定其范圍。

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