考慮攻防博弈的基礎設施選址問題研究

《考慮攻防博弈的基礎設施選址問題研究》是依託清華大學，由張弛擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：考慮攻防博弈的基礎設施選址問題研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：張弛
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

基礎設施的損壞將嚴重影響現代社會的經濟發展和人們的生活。為有效應對其面臨的蓄意攻擊風險，本課題擬研究考慮攻防博弈的基礎設施選址問題。在研究已設立設施面臨的攻防博弈時，現有的方法通常假設攻擊者可以獲取關於保護策略的完備信息，而採用領導者-跟隨者博弈模型。本研究擬採用同時博弈模型，以考慮保護者採取保密策略，使攻擊者行動前無法獲取關於保護策略的信息的情景，並給出尋找混合策略納什均衡的方法。對於擬設立設施，在選址決策階段考慮攻防博弈的研究還很不足。而且，在涉及多個目標時，現有的研究大多通過加權和等方法將問題轉化為單目標最佳化問題。為了更好地服務於選址決策，本研究將給出多目標最佳化模型，同時考慮包括故障發生前後的運輸成本在內的多個目標，並給出求解算法。本課題的套用將能夠使決策者更深入地理解各目標之間的關係，制定考慮攻防博弈的帕累托最優設施選址方案，使其即使在蓄意攻擊發生時，依然能夠有效地提供服務。

結題摘要

郵局、醫院、消防站等設施對現代社會的經濟發展和人民的幸福具有舉足輕重的作用，因而被視為基礎設施。然而，這些基礎設施正遭受越發頻繁的蓄意攻擊的威脅。為了有效保障基礎設施的安全，本項目研究了綜合考慮攻防博弈的基礎設施選址問題。在研究攻防博弈時，信息公開策略是需要考慮的一個重要因素。現有的研究通常假定保護者採取公開策略，即將關於保護策略的所有信息全部公開。與已有文獻不同，本項目重點研究了保護者將關於保護策略的信息保密時的攻防博弈，並比較了其相對於公開策略的優勢。 我們首先在設施選址方案給定（即，假定設施位置已確定）的條件下，建立了保護者與攻擊者之間的同時博弈模型，以研究保護者採取保密策略的效果。為了應對該同時博弈模型求解的複雜性，我們首先提出了最優攻擊策略和最優保護策略尋找的方法。接著，我們基於對已有算法的改進設計了能夠高效求解所提出的同時博弈模型的混合策略納什均衡解的算法。 在此基礎上，我們創新性地建立了多目標最佳化模型用於求解能夠同時最小化設施建設成本、故障發生前的總運輸成本以及蓄意攻擊可能帶來的期望損失三個目標的帕累托最優設施選址方案。其中，蓄意攻擊可能帶來的期望損失由同時博弈模型的混合策略納什均衡解所決定。本研究套用了多目標演化算法，MO-PSDA，以應對所提出的涉及同時博弈的多目標最佳化問題的複雜性並求解其帕累托最優解。採用本研究所提出的多目標最佳化方法，可以通過一次求解便獲得一系列帕累托最優解。這樣，決策者就能夠通過分析多個帕累托最優解，充分理解各目標之間的關係，從而更好地平衡各目標，做出符合自己風險偏好的決策。同時，可以在系統設計階段就考慮到未來可能發生的蓄意攻擊及能夠採取的保護策略，從而能夠設計出具有蓄意攻擊承受能力的設施系統。