论文总字数：21183字

摘 要

近年来，水路安全事故频繁发生，其损失和对社会的危害巨大，所以安全问题在全世界范围内得到了越来越多的重视，利用有限的安全资源最大限度的部署防御策略保护重要的设施以及目标是很多安全部门所面临的一项艰巨的挑战。因此，如何合理的分配安全资源成了急需解决的问题。

本文的研究重点是在 Stackleberg 博弈基础上建立安全模型进行安全资源调度，针对在安全资源有限的情况，提出新的安全模型用于海事安全巡逻问题。

本文对于 Stackleberg 博弈模型在安全应用方面的优化和改进的研究工作包含以下几个方面：

1. 本文对 Stackelberg 博弈的基本概念和 Stackelberg 博弈均衡进行了介绍，详细地描述了 Stackelberg 博弈中领导者的先行者性对安全博弈问题的优势，并介绍了 Stackleberg均衡解的基本算法。

2. 在 Stackelberg 模型基础上建立海事安全巡逻问题模型。将问题模型用于江苏海事问题，对于现实世界中出现的限制因素进行考虑，对在完全理性情况下的最佳策略进行分析，得到更高的收益，更有效地用于海事巡逻问题。

3. 针对海事安全巡逻问题，在考虑问题的实际应用的情况下，利用 DOBSS 算法计算出在海事巡逻问题中面对攻击者时安全部门最优巡逻路线，优化分配安全资源。

关键词：博弈论 安全资源分配 海事安全巡逻 java

Application of game theory algorithm waterway traffic

Abstract

In recent years, water safety accidents occur frequently, huge losses and its harm to society, so security issues worldwide is gaining more and more attention, to maximize the use of limited resources to secure the deployment of defensive strategy to protect critical facilities and the target is a daunting challenge facing many of the security sector. Therefore, how to secure a reasonable allocation of resources has become an urgent problem.

This study focused on the establishment of security in the Stackelberg game model on the basis of safety resource scheduling for limited security resources, the proposed new security model for maritime security patrols issues.

In this paper, for Stackleberg game model optimized and improved application security research in the following areas:

1. The basic concept paper Stackelberg Game and Stackelberg Game introduced, described in detail Stackelberg game leader forerunner advantage of the security game problem, and introduces the basic algorithm Stackleberg balanced solution.

2. The establishment of maritime security patrols in problem Stackelberg model based on the model. For real-world constraints appear to be considered on the best strategy in a completely rational to analyze the situation, to get higher returns, more effective for maritime patrol problems.

3. In response to the issue of maritime security patrols in the case to consider the issue of practical application, calculate the face of the attacker in the maritime patrol in the security sector issues optimum patrol routes, optimize the allocation of resources utilization DOBSS security algorithm.

Keywords: game theory; Security Resource Allocation;Maritime Security Patrol; Java

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景及研究意义 1

1.2 国内外研究现状及发展动态 2

1.2.1 安全博弈论应用发展 2

1.3 本文内容安排 3

第二章安全博弈基本概念 4

2.1 博弈论的基本概念 4

2.2.1 博弈论定义 4

2.2 Stackelberg博弈 5

2.3 贝叶斯Stackelberg博弈 6

2.4本章小结 7

第三章 DOBSS算法 8

3.1 算法介绍 8

3.1.1 解决问题的可行性 8

3.1.2 具体问题分析 8

3.2 算法原理 9

3.2.1 分解MIQP问题 9

3.2.2 基于DOBSS算法分解MILP问题 10

第四章 Stackelberg 博弈在海事安全巡逻中的应用 12

4.1问题描述 12

4.2问题模型建立 12

4.2.1 数学模型 13

4.2.2 有效路线与收益值的计算 15

4.2.2 有效路线与收益值的计算 15

4.3 本章小结 18

第五章 安全模型求解与分析 19

5.1 安全模型求解设计 19

5.1.1 路线求解设计 19

5.1.2 路线分布概率求解设计 22

5.2 模型求解结果 23

5.3 本章小结 23

第六章 总结与展望 24

6.1 本文总结 24

6.2 下一阶段展望 24

参考文献 26

致谢 28

第一章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

近年来,安全问题在全世界范围内得到了越来越多的重视，利用有限的安全资源最大限度的部署防御策略保护重要的设施以及目标是很多安全部门所面临的一项艰巨的挑战.例如,地铁、国际机场、能源供应设备、历史文物，甚至还有重要的自然资源和稀缺保护动物。随着互联网的迅猛发展,安全机构还需要应对来自网络的攻击等等。本世纪以来，全世界也发生了不少恐怖袭击和犯罪的事件,这些针对网络和公共交通基础设施的犯罪带来了难以估计的经济损失和人员伤亡。比如, 在 2001 年的著名的“9.11”事件，美国的纽约世界贸易中心和五角大楼，遭到了自杀式袭击，造成大量人员死亡或失踪。在 2014年，在我国昆明也发生了火车站暴力事件,结果导致 20 多人死亡，社会影响重大。面对这些恐怖袭击和安全威胁,各国也都在安全保护这个方面增加了很多投入,但因为安全资源的有限，使得负责保护任务的机构或人不可能实时的提供全面的安全保护。而且,这些安全部门的对手（如罪犯、黑客、恐怖分子）可以通过对安全部门实施监控和观察来发现保护策略中的固定模式和弱点, 并根据得到的数据选择最优的攻击方法。安全部门也会用随机调度的方法来分配可用的安全资源，降低对手的观察能力。但是在实施有效的随机安全资源分配时有着非常多的困难 [1]。一个困难是如何给防守者的策略集合中的行动设定比重，在需要保护的目标中，有些目标相对来说容易攻击, 另外有些保护目标会因为攻击时收益较高或有着特殊的意思，被攻击者选中的概率较高。所以在进安全部署时，需要考虑实际面对的情况。如何合理的分配有限的安全资源，部署最佳的安全方案，是目前安全领域中需要解决的重要问题。

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