基于信息熵的应急预案逻辑复杂度评价

游国强 张文宇 赵怀璞 金　潮 杜旭红

（中国辐射防护研究院，山西 太原 030006）

基于信息熵的应急预案逻辑复杂度评价

游国强 张文宇 赵怀璞 金潮 杜旭红

（中国辐射防护研究院，山西 太原 030006）

应急响应预案是应急处理的依据和指南。本文针对应急预案逻辑缺陷，基于图形熵的概念，将应急预案文本转化为相应的图形。根据计算图形求出的熵值，提出降低逻辑复杂度，即优化应急预案逻辑的具体措施。

应急预案；评价；分析

按传统的应急管理四阶段理论（减灾、准备、响应、恢复），应急准备是应急管理过程一个中间环节，应急准备所形成的能力甚至是支撑应急全过程的基础性行动。“7.23”甬温线特大铁路交通事故的处置过程中显露出的一些问题，实际是应急准备能力不足的反映。

应急预案是应急准备的基础平台，强调在事故发生之前怎样做好应急准备。目前我国很多企业均建立了各类安全事故的应急预案。这些预案虽然划分各个岗位的职能以及应急响应行动，甚至对于应急操作时间的要求也很明确。但是由于逻辑过于复杂或缺少具体应急措施的逻辑顺序等原因，使得应急预案的可理解性和可操作性难以保障，存在着很大的安全隐患。

应急响应预案逻辑复杂度是应急措施逻辑的具体量化，是应急响应预案复杂度（逻辑复杂度、信息复杂度、长度复杂度、知识复杂度、决策复杂度）的5个组成之一。本文把应急预案文本转换为相应的图形，引入信息论中的熵的概念，通过计算这些图形的一阶熵来评价应急预案逻辑复杂度，在量化评价复杂度的同时，分析造成其复杂的因素、提出简化复杂度的措施。

1.图形熵计算原理

信息论的创始人Shannon在《通信的数学理论》中提出了熵的概念。信息熵Entroy是信息论中用于度量信息量的一个概念。一般用H表示：

在上述公式中，h表示分组的数量，pi表示每组出现的概率，图形的一阶熵H通常表示系统逻辑的复杂度。一个系统越有序，信息熵就越低，反之，一个系统越混乱，信息熵就越高。

在软件工程中，熵的方法用于评价源代码的数据和结构。应用熵的方法进行应急响应预案的评价时，首先根据应急预案子任务和子任务相关步骤，将应急预案文本转换为相应的图形，这些图形需要描述出应急预案中需要处理的信息量、处理步骤间的逻辑顺序等。然后求取一阶熵。最后根据熵值对应急预案逻辑复杂度进行评价。

1.1建立图形

根据操作对象、应急预案的任务等，将应急预案分解为一系列应急预案基本子任务和子任务相关步骤。图1为应急预案任务分解示意图。根据应急预案子任务和子任务相关步骤，将应急预案文本转换为相应的图形，图2为根据4种应急预案文本转换成的4个相应图形。其中，每个图形均描述出相对应应急预案中需要处理的信息量、处理步骤间的逻辑顺序等。

1.2一阶熵的计算

在一阶熵的计算中，分别把上述4个图形中的节点按照具有相同输入、输出个数的原则进行分组。分组结果见表1。最后分别计算它们的一阶熵，其中，每组出现的概率为组内节点数与节点总数的比值。图中相似类型的节点越多，分的组数就越少，逻辑上就越规范，一阶熵就越小。

图形Ⅰ的一阶熵：

图形Ⅱ的一阶熵：

图形Ⅲ的一阶熵：

图形Ⅳ的一阶熵：

比较上述熵值。可以看出，图形Ⅰ、图形Ⅱ、图形Ⅲ和图形Ⅳ一阶熵的大小依次为（Ⅳ）＞（Ⅱ）＞（Ⅰ）＞（Ⅲ）。在步骤数相同的图形Ⅰ、图形Ⅲ和图形Ⅳ中，图形Ⅲ的一阶熵最小，图形Ⅲ比图形Ⅰ和图形Ⅳ分组更少，逻辑上更规范。在4个图形中，图形Ⅳ逻辑上最不规范，复杂度最高，图形Ⅲ逻辑上最规范。

在完成同一任务的应急预案中，图形结构相似的应急预案Ⅲ比应急预案Ⅱ的步骤多，而逻辑复杂度小。因而对于逻辑复杂度高的步骤，可通过增加步骤数来降低逻辑复杂度。

表1　图形Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ的分组情况表

2.结果分析与讨论

本文应用熵的方法对应急响应预案逻辑复杂度进行评价，展开几点讨论：

（1）由于每个步骤包括事故判断和事故处理，对于逻辑复杂度高的子任务，可通过增加步骤数，减少每步的操作量来降低逻辑复杂度。

（2）由于每个步骤之间存在一些相似的内容，相互抵消子任务的逻辑复杂度。因而子任务的逻辑复杂度并不是所包含步骤逻辑复杂度的代数和，而是要小于步骤逻辑复杂度的代数和。但如何确定子任务以及应急预案的逻辑复杂度是今后研究的重点。

（3）评价应急预案的复杂度是为了让应急预案的复杂度在人员可接受的范围内。而可接受的范围，还没有量化指标，只能通过具体情况确定其范围。

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