2015年第四屆數(shù)學建模國際賽小美賽

C題 科學能解決恐怖主義嗎

原題再現(xiàn)：

??為什么人們轉(zhuǎn)向恐怖主義，特別是自殺性恐怖主義？主要原因是什么？這通常是大問題和小問題的結(jié)合，或者是一些人所說的“推拉”因素。更大的問題包括疏遠、共同的憤怒或憤慨（例如，對某些外交政策）、沮喪、幻滅、行動帶來的受害感，或者在敘利亞，其他國家的不作為。小問題，“誘惑”包括轉(zhuǎn)變的感知好處——例如冒險、興奮、友愛、歸屬感、成為更大事物的一部分等等。理解的關(guān)鍵不只是問人們?yōu)槭裁崔D(zhuǎn)變，而是問他們?nèi)绾无D(zhuǎn)變，以及招聘人員在這個過程中使用什么策略。有效的招聘人員會使用他們武庫中的任何工具來吸引某人，無論是說服他們有義務(wù)去為他人而戰(zhàn)，還是說服他們，參與為他們提供了一條擺脫羞辱和傷害的途徑，招聘人員會提醒年輕人，否則他們注定要在家里面對。激進主義，以及它與招聘的關(guān)系（以及我們?nèi)绾螒獙?#xff09;是一個不斷變化的系統(tǒng)。有些極端的特質(zhì)并不象它們看起來對社會適應或幸福感那樣對身體健康不利，即使在對嚴重紊亂的受試者進行檢查時也是如此。事實上，有些性狀越嚴重，就越有利于吸引更多的配偶，甚至產(chǎn)生更多的后代。這將把這些特征描述為通向健康的危險捷徑，與其說是由于失敗，不如說是由于基因為了自我延續(xù)而做出的曲折。為什么今天有人加入，和為什么三年前有人可能加入同一個組織是不同的。理想主義，有助于吸引一個人到恐怖主義往往與現(xiàn)實沖突的經(jīng)驗，新成立的新兵。誘捕（在心理意義上）發(fā)展迅速，新兵必須以某種方式應對這種幻滅。你默許它，然后繼續(xù)前進，也許是擁抱思想內(nèi)容，或者在同志情誼中尋求安慰?；蛘吣銙暝噲D隱藏它，直到你能出來。一些恐怖分子報告說，早在他們能夠脫離恐怖主義之前，幻想就破滅了。他們報告說有一種窒息感——因為害怕報復（恐怖分子或國家）而無法離開，同樣害怕在運動中與他們關(guān)系密切的人發(fā)現(xiàn)他們的幻滅。我們需要做得更好，不僅為那些一開始就走上恐怖主義道路的人提供“出口”，而且為那些陷入困境并希望在為時已晚之前逃離的人提供“出口”。我們需要了解他們的某些心理特征。

??考慮兩個問題。第一：你是誰？在你買的東西、你穿的衣服、你開（或拒絕開）的車方面，你和你的同齡人有什么不同？是什么讓你在你的基本心理方面與眾不同，讓你做你所做的事，說你所說的事，感受你所感受到的事？第二個問題：你如何使用互聯(lián)網(wǎng)？

??雖然這些問題看起來似乎不相關(guān)，但事實并非如此。很明顯，你上網(wǎng)的內(nèi)容可以暗示你的某些心理特征?；ê芏嗌钜雇娓哔€注網(wǎng)絡(luò)撲克？你很可能是個冒險者。喜歡在YouTube上發(fā)布自己唱卡拉OK的視頻嗎？顯然是個外向的人。選擇在網(wǎng)絡(luò)游戲中扮演異性角色？你想得到其他玩家的關(guān)注或更友善的對待。但是你的互聯(lián)網(wǎng)使用機制如何呢？你給別人發(fā)電子郵件、在線聊天、流媒體、玩游戲或多任務(wù)（從一個應用程序或網(wǎng)站切換到另一個應用程序或網(wǎng)站）的頻率是多少？這些行為——無論其內(nèi)容如何——也能預測心理特征嗎？

??假設(shè)我們可以監(jiān)控一些人的互聯(lián)網(wǎng)使用情況。我們不知道人們在互聯(lián)網(wǎng)上看到了什么（例如，沒有壓力的人——一個死亡贈品），而僅僅知道他們是如何使用互聯(lián)網(wǎng)的。這些數(shù)據(jù)類別都沒有提供人們訪問的網(wǎng)站、電子郵件或聊天內(nèi)容或下載的文件類型的具體信息——它們只是表明人們使用不同類別網(wǎng)絡(luò)資源的程度，以及人們同時使用多種資源的傾向差異。

??任務(wù)1：建立一個數(shù)學模型，得到一個風險指數(shù)，這樣我們就可以評估每個被監(jiān)控人員使用它的情況。

??任務(wù)2：專家們用“大數(shù)據(jù)”來表示大量的信息。我們將獲得大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，請開發(fā)一系列的統(tǒng)計技術(shù)，以有效、快速和自動的方式對其進行分類。

??任務(wù)3：如果奧巴馬總統(tǒng)問你關(guān)于反恐的建議，你會告訴他什么？他應該怎么處理ISIS？

整體求解過程概述(摘要)

??對于任務(wù)一，我們從被監(jiān)控人群的互聯(lián)網(wǎng)使用數(shù)據(jù)中提取六個特征。另外，對數(shù)據(jù)進行了矢量化和歸一化處理，為以后的模型定量分析奠定了良好的基礎(chǔ)。然后，考慮到我們可能無法獲取恐怖分子的互聯(lián)網(wǎng)使用數(shù)據(jù)，基于這六個特征分別建立了具有先驗知識的模型和不具有先驗知識的模型。并基于特征間歐氏距離對每個被監(jiān)測人的風險指數(shù)進行評估。最后，考慮了缺失數(shù)據(jù)的處理。

??對于任務(wù)二，利用一種高效、快速、自動的聚類算法，基于互聯(lián)網(wǎng)使用數(shù)據(jù)，采用無監(jiān)督分類對被監(jiān)控人員進行分類。然后根據(jù)任務(wù)一中建立的模型對每個群體的風險指數(shù)進行評估。

??對于任務(wù)三，我們從四個方面提出了綜合解決方案。首先，根據(jù)前面計算的風險指數(shù)，識別出具有潛在恐怖傾向的人。對他們進行監(jiān)控，幫助他們走出不良心理，從源頭上消除恐怖主義傾向。其次，根據(jù)社會網(wǎng)絡(luò)分析的中心性，找出恐怖組織中的關(guān)鍵人物。通過打擊這些人，可以達到有效瓦解恐怖組織的目的。第三，通過對黑社會性質(zhì)組織的分析，找出黑社會性質(zhì)組織的“出逃點”，幫助他們走出恐怖主義的陰影。最后，通過關(guān)聯(lián)規(guī)則分析，挖掘出恐怖主義攻擊的規(guī)則，從而采取有效的反恐措施。此外，本文還利用實際數(shù)據(jù)對關(guān)聯(lián)模型進行了驗證。最后，總結(jié)上述四項措施，為奧巴馬總統(tǒng)提出一個全面的反恐建議。

??在完成這三個任務(wù)之后，我們討論了我們的模型對實際數(shù)據(jù)的魯棒性。最后得出科學可以解決恐怖主義的結(jié)論。

模型假設(shè)：

??可以得到恐怖分子網(wǎng)絡(luò)使用特征的數(shù)據(jù)。
??恐怖分子的網(wǎng)絡(luò)使用特征具有一定的分布規(guī)律。
??個體抑郁對恐怖傾向有決定性影響。
??我們可以得到更豐富的數(shù)據(jù)，不僅包括互聯(lián)網(wǎng)使用特征，還包括個人的社會關(guān)系。
??我們可以了解恐怖組織內(nèi)部詳細的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。
??在社會網(wǎng)絡(luò)中，中心性指數(shù)最高的網(wǎng)絡(luò)起著關(guān)鍵作用。

問題重述：

??我們的工作
??一些恐怖分子報告說，他們有一種窒息感，因為害怕報復而無法離開，同樣害怕他們的幻滅被運動中與他們關(guān)系密切的人發(fā)現(xiàn)。因此，我們需要更好地提供救援措施，不僅是為那些走上恐怖主義道路的人，而且也為那些陷入困境并希望在為時已晚之前逃離的人。心理特征是解決這一問題的關(guān)鍵，可以通過網(wǎng)絡(luò)使用習慣來體現(xiàn)。在不提供互聯(lián)網(wǎng)使用內(nèi)容的情況下，我們發(fā)送電子郵件、聊天、在線、流媒體或多任務(wù)（從一個應用程序或網(wǎng)站切換到另一個）的頻率也可以預測心理特征。根據(jù)這些上網(wǎng)習慣，我們可以預測用戶的心理特征，為反恐做一些工作。

??任務(wù)一
??基于網(wǎng)絡(luò)使用情況，分別建立有先驗知識和無先驗知識的模型，對每個被監(jiān)控人使用網(wǎng)絡(luò)的風險指標進行評估。利用恐怖分子的先驗知識，對恐怖分子的網(wǎng)絡(luò)使用習慣按流量平均包數(shù)、點對點使用、聊天、電子郵件、流持續(xù)時間熵、ftp和遠程文件使用6個指標進行聚類。然后根據(jù)六個指標與恐怖分子標準的相似度來評價被監(jiān)控人的風險指數(shù)。
??在沒有恐怖分子網(wǎng)絡(luò)使用數(shù)據(jù)的情況下，直接利用上述六個指標對風險指數(shù)進行評估。在排名之后，我們可以預測哪些人可能是恐怖分子，或者哪些人可能正在走向恐怖主義。

??任務(wù)二
??專家們用“大數(shù)據(jù)”這個詞來表示海量的信息，比如數(shù)十億人隨時在電腦、智能手機和其他電子設(shè)備上共享的信息。我們將獲得大量的監(jiān)控數(shù)據(jù)，但為了使用這些海量數(shù)據(jù)，我們必須了解它們。因此，我們使用快速聚類算法對這些大數(shù)據(jù)進行有效、快速和自動的分類。然后利用模型一或模型二計算聚類中心的各風險指標。在已有恐怖分子網(wǎng)絡(luò)使用先驗數(shù)據(jù)的情況下，可以計算出聚類中心的風險指數(shù)，然后根據(jù)模型1中的分類標準對其進行分類，預測其是否為恐怖分子。

??任務(wù)三
??如果奧巴馬總統(tǒng)征求反恐建議，我們會告訴他，我們需要在更多的科學研究上進行長期投資。具體建議如下：
??在模型1、模型2和模型3的基礎(chǔ)上，通過心理分析對恐怖分子進行預測，并對預測出來的恐怖分子采取預防措施。
??在社會網(wǎng)絡(luò)分析的基礎(chǔ)上，通過計算節(jié)點中心度，可以預測恐怖分子組織中可能的領(lǐng)導者，并對其進行監(jiān)控和打擊。
??在已有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用關(guān)聯(lián)規(guī)則分析可以預測恐怖分子在未來一段時間內(nèi)可能遭受的攻擊。政府和安全官員可以根據(jù)這些預測采取相關(guān)行動。

模型的建立與求解整體論文縮略圖

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部分程序代碼：(代碼和文檔not free)

clc,clear
xj=[6 2 2 0 5 4 3 0 2 4
5 3 1 0 4 3 3 2 0 5
5 3 0 1 3 0 2 3 2 3
6 2 0 1 5 5 1 3 2 4
4 1 1 0 6 2 2 1 0 0];
xj=xj';
xjm(1,:)=mean(xj); xjd(1,:)=std(xj);
xj=zscore(xj);
A=0.5439;
a1=0.1529; a2=0.1825;a3=0.2558;a4=0.2308;a5=0.1780;
B=0.2698;
b1=0.3258; b2=0.2877; b3=0.3865;
C=0.1863;
c1=0.4207; c2=0.5793; 
for i=1:5
RA=[a1,a2,a3,a4,a5]*[xj(1,i),xj(2,i),xj(3,i),xj(4,i),xj(5,i)]';
RB=[b1,b2,b3]*[xj(6,i),xj(7,i),xj(8,i)]';
RC=[c1,c2]*[xj(9,i),xj(10,i)]';
RABCD=[RA,RB,RC]';
R(1,i)=[A,B,C]*RABCD;
end
defen(1,:)=R;
n0=size(xjm);
for i=1:n0(1,1)for j=1:n0(1,2)defen(i,j)=defen(i,j)*xjd(i,j)+xjm(i,j);end
end
defen=defen';
[fin,i]=sort(defen,'descend');

clear;
[num,txt]=xlsread('tra-1.xlsx','D2:D830');
txt1=char(txt);
nn=length(txt);
a='';
for i=1:nn
a=strcat(a,32,txt1(i,:));
end
a=lower(a);
w1=find(a>=0&a<32|a>32&a<48|a>57&a<97|a>122);
c1='';
c1=strcat(c1,a(w1));
a(w1)=[];
[biaodian,biaodian_num]=jishu(c1);
w2=find(a>=48&a<=57);
c2='';
c2=strcat(c2,a(w2));
a(w2)=[];
[shuzi,shuzi_num]=jishu(c2);
lastpart=textscan(a(1:end),'%s');
b=char(lastpart{1});
guanci=char('the','and','an','a','in','on','under','behind','at',
'of','after','between','off','to','with','around',...
'as','by','over','below','about','without','above','before',...
'into','onto','like','unlike','for','beneath','from','among',...
'along','within','during','beside','be','am','are','what',...
'who','which','whose','whom','when','where','why','how','what',...'this','that','these','those
','up','down','its','but','or','do','does',.
'doesnt','dont','not','no','yes','can','could','should','might');
for i=1:length(guanci)guanci1=double(guanci(i,:));w=find(guanci1==32);guanci1(:,w)=[]; guanci1=char(guanci1);
b1=strmatch(guanci1,b);
b(b1,:)=[];
end
[letter,letter_num]=jishurow(b);
pinshu=[(1:length(letter_num))',letter_num];
pinshu=sortrows(pinshu,-2);
letter=letter(pinshu(:,1),:);
txt1=lower(txt1);
d1d=[[1:829]',zeros(829,1)];
for i=1:829
c1c=strfind(txt1(i,:),'climate');
if isempty(c1c)==0d1d(i,2)=1;
elsed1d(i,2)=0;
end
end
w=find(d1d(:,2)~=0)

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