分布式决策架构中时间压力的影响

### 分布式决策架构中时间压力的影响 #### 1. 引言 在许多情况下，人类决策者面临的任务规模过大，个人无法独立完成，需要多人合作。例如，扑灭森林大火就需要多个消防单位协调行动。分布式决策问题要求多个决策者合作实现共同目标，每个决策者拥有部分所需资源，但无人能完全掌控所有资源，因此他们必须共享资源、协调活动。然而，由于每个决策者对任务的了解有限，缺乏整体视角，协调变得困难，他们必须通过沟通来达成共同理解，即“情境意识”。 分布式决策的关键问题之一是如何组织决策者之间的沟通。若无法形成整体认知，协调效果会受影响，但这并不意味着无法实现目标，局部协调也可能达成目标，只是绩效可能不佳。比如，即使消防员对火势没有全面了解，也能灭火，但会耗费更多时间和资源。 在动态决策问题中，如森林灭火，任务具有以下特点： - 需要一系列相互依赖的决策； - 任务状态会自主变化，也会因决策者的行动而改变； - 决策必须实时做出。 在这种情况下，静态问题的协调方式不再适用，需要基于反馈信息进行在线协调。由于沟通耗时，基于信息构建的整体画面往往滞后，因此局部指挥官需要对资源有一定控制权，完全集中控制和完全分散控制都不可行。 分布式决策的架构有多种，这里主要考虑两种：全连接架构（FC 架构），每个决策者可直接与其他决策者沟通；层级架构，所有沟通都需通过中央决策者。理论上，层级架构中中央决策者更有可能掌握任务整体状态，从而更有效地协调网络成员的行动。 #### 2. 实验方法 - **受试者**：64 名乌普萨拉大学的本科生，每人获得约 35 美元报酬。他们根据报名顺序分为四个条件组，每组四个小组，每组四个受试者。 - **模拟实验**：使用 D3FIRE 模拟实验，要求受试者扮演消防队长，合作扑灭森林大火。这是一个基于分布式决策概念的微观世界模拟，每个受试者只能看到 3×3 单元格的区域，通过电子邮件与其他受试者沟通。屏幕按预定间隔更新，通过改变更新间隔来操纵时间压力，更新间隔为 15 秒和 60 秒。 - **实验设计**：实验中改变两个因素：时间压力和架构。时间压力通过屏幕更新间隔变化操纵，有 15 秒和 60 秒两个水平；架构分为全连接架构和层级架构。所有受试者进行三次试验，每次试验扑灭一场大火。 - **实验过程**：受试者分两天参加实验，每天工作约 2 小时。第一天接受指导并练习约 20 分钟，然后进行第一次试验；第二天进行另外两次试验。指导强调受试者的目标是尽快灭火，但未提示具体方法。 #### 3. 实验结果 - **每次试验时间**：从屏幕更新率来看，两个时间压力条件的差异为 4:1。但实际结果显示，高时间压力条件下灭火速度更快（20.3 分钟 vs. 59.8 分钟），但差异小于预期，约为 3:1。 - **绩效表现**：以试验结束时被火烧毁的单元格数量衡量绩效，时间压力对绩效有显著影响，低时间压力条件下受试者表现更好。为检验时间压力对层级架构的影响是否大于 FC 架构，进行了 Tukey HSD 检验，结果显示层级架构中两个时间压力条件的绩效差异显著，而 FC 架构中差异不显著。 - **沟通情况** - **消息数量**：低时间压力条件下受试者发送的消息更多。FC 架构中受试者发送的消息比层级架构多。将消息数量除以分钟数得到每分钟消息数后，两个时间压力条件无显著差异，但两个架构的差异更明显（FC 架构为 5.6 条/分钟，层级架构为 3.6 条/分钟）。 - **消息内容**：将受试者发送的消息分为 18 类，这里关注其中 9 类。层级架构中的中央受试者发送的命令更多，FC 架构中的受试者发送的关于意图的消息更多。中央受试者接收的关于火灾、其他单位位置和活动的信息更多，非中央受试者接收的关于其他受试者意图和关于火灾的问题更少。高时间压力条件下命令的平均频率显著低于低时间压力条件。 以下是不同架构和时间压力条件下的部分实验结果对比表格： | 条件 | 每次试验时间（分钟） | 被火烧毁单元格数量 | 每分钟消息数 | | ---- | ---- | ---- | ---- | | 低时间压力 - FC 架构 | - | - | 5.6 | | 高时间压力 - FC 架构 | - | -