基于竞争性假设分析的主成分分析法在情报分析里的运用

姚泽清 张晨光

(解放军理工大学 理学院，江苏 南京211101)

1 引言

情报是作战的基础，情报分析在联合作战的指挥决策中起着至关重要的作用。在战争前夕，情报分析能够帮助准确识别战争征候，提供更多预警时间;在作战时，情报分析能够整合汇总杂乱无章的各方信息，透视敌军的兵力部署和作战企图，判定敌作战重心;在作战后期，情报分析又通过采集到的多方面信息来评估战争效果。长期以来，许多情报分析专家借助其丰富的经验和敏锐的直觉来分析情报，在许多情况下都取得了不错的效果，但由于情报资料的“信号”与“噪声”并存，情报分析也会取得与事实截然不同的结果。

例如，第二次世界大战中在德军进攻苏联之前，佐尔格、“红色乐队”和山道尔·拉多及时向苏联发回了预警，但在德军一系列战略欺骗的诱导下，苏联统帅部认为德军会跨越海峡进攻英国，而继续履行《苏德互不侵犯条约》［1］。再如，兰德公司研究人员罗伯塔·沃尔斯泰特在《珍珠港:预警与决策》一书中提到“珍珠港”事件中美军没有及时预警的原因:日军在突袭之前发布了许多欺骗信息，使得情报人员手头的情报资料中既包含信号又包含噪声，而噪声对情报分析造成了不利于得出正确结论的干扰［2］。又如，朝鲜战争期间的仁川登陆和海湾战争的“左勾拳行动”，都是战略欺骗成功的典范与情报分析失误的典型。

在情报分析领域，很多分析失误并不是因为缺少可供分析的信息，而是海量的信息，特别是“信号”与“噪声”相互掺杂的环境让情报分析人员和决策者迷失了［3］。针对这一问题，本文提出了一种基于竞争性假设分析的主成分分析方法，以期将噪声的影响降到最低，并以仁川登陆为例对方法进行了验证。

2 情报分析方法的探讨

2.1 休尔的“竞争性假设分析法”

美国学者理查兹·休尔从情报分析心理学角度研究了这些因噪声而导致情报分析失误的案例，认为知觉从三个方面影响并制约着情报分析人员客观认识实际情况:一是期望先入为主地制约知觉，观察者获得的信息在很大程度上取决于他个人最初的期望、假设和先入之见;二是新的信息往往容易被已有的印象同化掉，即思维定势;三是由于一开始受到模糊的刺激，即使后来得到更多、更清楚的信息也仍会妨碍准确的判断。这就要求我们要采取尽量客观的方法，减小先入之见对分析结果的影响［4］。

理查兹·休尔基于对情报分析心理学研究的成果，设计了“竞争性假设分析法”(Analysis of Competing Hypotheses，ACH)，通过提出假设、构建矩阵、筛选证据、汇报结论等一系列慎密的分析流程，反复核实假设与证据之间的关系，帮助分析人员避开先入之见、思维定势等对情报分析的不利影响，得出更客观合理的结论。其步骤如下:

(1)召集持不同看法的分析人员集体讨论并确定所有可能存在的假设。

(2)对支持和反对每一个假设的重要证据和意见做一列表。

(3)构建矩阵。以假设为行、证据为列，分析每项证据与每项假设的相关程度，考察并选出具有诊断性的证据。

(4)完善矩阵。重新考察假设并删除那些没有诊断价值的证据和意见。

(5)对每一种假设的相对可能性做出试验性的结论，试图用证据否定某一种假设而不是证实它。

(6)分析初步结论对少数重要证据的依赖程度，同时考虑如果那些证据是错的或者有不同解释时，分析结果将会怎样变化。

(7)汇报结论，阐述所有假设的相对可能性，而不仅仅是最有可能的那个假设。

(8)找出影响事态未来发展的关键事件以备后续分析使用。

竞争性假设分析法的核心就是在一系列看似合理的假设中进行竞争，通过反复交叉测试，选出那些既与现有情报相符，又没有关键证据驳斥的假设，然后再作评估。这种方法与传统分析法的差别在于:

(1)竞争性假设分析法始于讨论各种可能性，而不是试图证明可能性最大的假设，保证了各种假设受到同等对待，避免思维定势。

(2)竞争性假设分析法判断各种假设的可能性，重视少数具有诊断价值、可以证伪假设的证据，而传统方法则极少考虑许多证据可能同时支持所有假设的事实。

(3)竞争性假设分析法要求证据驳倒假设，最有可能的假设不是支持它的证据最多，而是反驳它的证据最少。

然而，竞争性假设分析法虽然强调对认知偏见的关注，但不能彻底地克服思维的局限性与情报的不完整性。另外，由于敌方先我进行了战略欺骗和伪装，而后我再来透过敌方的“伪装网”“欺骗网”来确定其能力和意图，这种顺序过程导致了情报分析中的“时滞”现象，要求情报分析更加注意速度。

2.2 主成分分析方法

主成分分析(Principal Components Analysis，PCA)是一种把多个变量化为少数几个新综合变量的多元统计方法。其原理是利用原始p个变量(x1，x2，…，xp)构造少数几个新的综合变量(z1，z2，…，zm)，新变量为原始变量的线性组合，彼此之间互不相关且包含了原始p个变量的绝大部分信息。使用主成分分析法不仅通过降维简化了原始变量，使分析更加简洁，分析结果更加精确，而且通过在数据变差最大方向取主成分的方法，能够尽可能多地反映原始变量的信息。其步骤如下:

(1)召集持不同看法的分析人员集体讨论并预测未来有可能发生的n种态势S1，S2，…，Sn。

(2)对支持和反对每一个假设态势的重要情报和意见做一列表。

(3)构建矩阵:以假设态势为行，情报为列，分析每种态势与目前已收集的p个情报(I1，I2，…，Ip)的相关程度，则第i种态势与情报的相关度为:

X(i)称为一个样品，而全部n个样品就形成了一个样本，并称

为一个样本资料阵。

(4)由原始数据求情报之间的相关系数矩阵:

式(2)中，rij是情报xi与xj间相关系数:

(5)判断情报之间是否存在明显的多重共线性，若存在，则回到第3 步。

(6)求R的特征根及各主成分贡献率:

(7)得出主成分的表达式并确定主成分个数。

(8)结合主成分对研究问题进行分析，阐述所有假设的优势和劣势。

(9)找出影响事态未来发展的关键事件进行不确定性分析。

3 主成分分析的相关过程

本文以仁川登陆为例，对主成分分析方法进行验证。

仁川登陆是朝鲜战争中一场决定性的进攻战役。1950 年9 月15 日开始，联合国军通过在人民军的后方仁川登陆并攻占了仁川— 汉城地区，成功扭转了开战以来的颓势。战前，美军进行了一系列的战略欺骗行动:自9 月5 日起，美军派出空军与海军，向群山港及其周围的地点诸如桥梁、铁路、公路反复轰炸，并派出精锐的两栖登陆部队在离群山港不远的荒岛上进行登陆演习;到了开始突击的前一天，各登陆演习部队还不断地发出各种让朝鲜方面能够收到的假电报。下面通过运用主成分分析方法，对美军可能登陆点进行分析判断。

3.1 主成分分析计算

通过初期的情报分析，可判断美军可能会在仁川、群山、注文津、釜山、元山、蔚山等地登陆［7］，分别记为态势S1，S2，S3，S4，S5，S6，如图1 所示。

已获取的情报主要有:B11——仁川“外有小岛屏障、潮差大”，B12—— 仁川位于朝鲜半岛蜂腰部位，靠近汉城且防御力量弱，B13——美军上尉克拉克带队进入仁川港外围进行了现地侦察并击退了人民军9 月7 日的进攻，B14——美军在9 月13 日和9 月14 日两次对仁川港和月尾岛进行了火力准备，B15——9 月15 日是仁川登陆的最佳时机而这之前几天的美军各种动作频频，B16—— 麦克阿瑟喜欢冒险;B21—— 群山的地理和潮汐适宜登陆，B22——登陆群山无法形成战略上的包围，对战局影响不大，B23——9 月12 日夜美英联军在群山海滩登陆，实施以佯动为目的的战斗侦察，B24——美军在9 月5 日、9 月12 日和9 月14 日三次对群山地区及滩头阵地进行了火力准备，B25——9 月13 日，美军撒传单称将在群山登陆;B3——注文津位于朝鲜半岛东海岸，若在此登陆，占领江陵后向原州进攻，可切断北朝鲜军队后方，而且这个方案的登陆条件良好，主要问题是与汉城隔着太白山脉，机动不便;B4——美军有意再向釜山增兵，并从釜山防御圈直接反击，这样就不需要进行登陆这种非常困难的作战样式;B5——元山位于朝鲜半岛东海岸，若在此登陆，可直切平壤，但是此处位于朝鲜北部，入冬早，而且与釜山相距甚远，若进攻受挫，则容易导致孤军深入的险境;B6—— 蔚山与釜山相近，其登陆条件类似。

图1 仁川登陆前态势图

根据上述的情报资料，分析目前已收集的有关地形与潮汐I1、地理位置与防御力量I2、战前侦察I3、火力准备I4、登陆时机I5、指挥员作战风格I6等6类支持登陆方向判断情报与每种态势的相关程度，见表1。

表1 6 类情报与每种态势的相关程度

由表1 的数据，可以得到样本资料阵，即相关程度矩阵X。

由情报与态势之间的相关程度矩阵X可以得到这6 类情报之间的相关系数矩阵R。经检验，6 类情报之间无明显多重线性。表2 列出了矩阵R全部特征值λi及其对方差的贡献率与累计贡献率。

表2 矩阵R 全部的特征值λi 及其对方差的贡献率与累计贡献率

得到第一主成分:

得到第二主成分:

从表2 可以看出，前两个主成分的累积贡献率达到91.554%，它们分别对应着原样本数据点数据差异的最大、次大方向，是原变量系统的一个最佳整合，从而我们可以以91.554%的精度将变量的有效维数从6 维降至2 维。表3 给出了原变量与第一、第二主成分的相关系数。

表3 原变量与第一、第二主成分的相关系数

3.2 主成分分析

对于第一主成分Z1，它与战略地理因素的相关系数为0.933，可见，登陆作战作为一场战役，应当为整个战略全局做出贡献;它与登陆时机的选择的相关系数为0.945，说明登陆点的选择应当考虑到登陆时机对于战局的影响;它与指挥员风格的相关系数为0.918，作为战役的直接指挥者，他的作战风格对战争的打法、胜负起着决定影响。由此看来，第一主成分是反映登陆作战战略考虑与指挥员风格的一个综合因子，称之为战略考虑与指挥员风格因子。

对于第二主成分Z2，它与地形潮汐的相关系数为-0.828，与战前侦察动向的相关系数为0.872。由此可见，第二主成分是反映战术考虑的一个综合因子，我们称之为战术因子。

图2 在前两个主成分下的散点图

截然相反的两个数据变异方向，反映了登陆作战决策因素的复杂性。由于各登陆点的战略地位与战术环境都不一样，既有登陆条件良好、能迅速支援处境艰难的第8 集团军的群山、釜山、蔚山登陆点，也有位于人民军后方防御空虚但登陆困难的仁川、元山登陆点。主成分分析通过降维使得高维不可见空间中的数据点的可见性成为可能。图2 给出了美军几个可能登陆点按第一主成分Z1和第二主成分Z2而描绘出的平面散点图，从中可以直接观察到这些登陆点的差异以及它们之间的相互关系。

登陆点的选择巧妙与否，对登陆作战的成功有着决定性意义，美军仁川登陆的成功，相当程度上在于选择了合适的登陆地点。由图2 可以很容易发现仁川登陆点的第一、第二主成分值都比较高，应该是当之无愧的最佳登陆点。蔚山登陆点和釜山登陆点都位于当时美军的控制区内或者附近，登陆可迅速得到友军的增援，直接从釜山防御圈实施反攻，但是这两个登陆方案的主要问题是“硬碰硬”，正面强攻，有正无奇。元山和注文津登陆方案的主要问题是距离人民军战略枢纽过远，难以迅速震撼全局。群山登陆方案的主要问题是距离人民军主力过近，抗登陆方容易得到大量增援，不符合美军当时兴起的“避免岸滩决战“作战思想。

3.3 不确定性分析

以上基于登陆条件和战斗准备对美军可能登陆点进行了分析，但是战争迷雾中存在着太多不确定因素——不确定性是战场情报的根本属性。

作战中，通常可以对敌人的能力做出判断，却很少能够断定其意图。能力是基于事实的，而意图只存在于敌人的头脑中，因此，对敌人意图的判断只能是一种评估。出色的情报评估可以推断出事情发生的机率，但总是无法排除不确定性。

因此，情报分析人员需要在现状分析的基础上再找出影响事态未来发展的关键事件以做准备，即在美军登陆之前，未发生但有可能发生的影响登陆地点的关键事件。

4 结束语

长期以来，许多人一直认为仁川登陆主要是靠出奇制胜。然而通过对仁川登陆战前态势的情报收集，并利用基于竞争性假设分析的主成分分析法进行分析，可发现在当时仁川应该是最有可能的登陆点。那么仁川登陆主要是靠什么来取胜呢?孙子曰:攻而必取者，攻其所不守。战略在于谋局，战役重在造势，美军一开始就谋局造势，造成一种使人民军有多处不得不防，又处处防不胜防的必胜之势。

善战者，求之于势，故能择人而任势。登陆作战确实需要出奇制胜，但不能把全部希望都寄托在这个不确定性很大的因素上，最主要的还是以势取胜。这也给防御方判断攻方的主攻方向提供了更多方便，而主成分分析克服了竞争性假设分析的竞争性分析阶段对少信息量的情报完全抛弃的缺点，保留了绝大部分的情报信息，同时借助计算机对复杂的情报进行分析整理，加快了情报分析的速度，可帮助指挥员更快、更理性、更客观地进行决策。

1 闻敏.苏联谍报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.渡海登陆作战——中外登陆作战启示录［M］. 北京:国防大学出版社，2001.

6 吴志荣.潮汐与仁川登陆战［J］. 科学24 小时，2011(11):31 -33.

7 陆建飞，张晓鹰，郐舟.世界著名登陆作战点评［M］. 北京:长征出版社，2011.