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        基于社群發(fā)現(xiàn)模型的區(qū)域火災(zāi)風(fēng)險分析

        2019-09-10 15:13:32王元鵬楊樹峰
        今日消防 2019年4期
        關(guān)鍵詞:社群概念算法

        王元鵬 楊樹峰

        摘要:本文基于2007-2017年的火災(zāi)統(tǒng)計數(shù)據(jù),引用“社群”概念和相關(guān)算法,挖掘火災(zāi)社區(qū)之間拓?fù)潢P(guān)系的分析模型,同時獲取火災(zāi)統(tǒng)計數(shù)據(jù),地址網(wǎng)格化后,根據(jù)使用算法計算火災(zāi)網(wǎng)格并發(fā)特征,形成制定周期的火災(zāi)并發(fā)社區(qū)。計算結(jié)果呈現(xiàn)方式為,當(dāng)某一網(wǎng)格發(fā)生火災(zāi),在制定計算周期中,顯示與其同在一個社群的其他網(wǎng)格作“高風(fēng)險區(qū)域”預(yù)警。

        關(guān)鍵詞:“社群”概念; 算法; 火災(zāi)風(fēng)險分析

        1 ? 引言

        為探討該市火災(zāi)的規(guī)律,從行政區(qū)角度劃分過去十年的火災(zāi)記錄。如圖1所示,縱觀十年的火災(zāi)數(shù)據(jù)變化發(fā)現(xiàn),并沒有火災(zāi)數(shù)呈現(xiàn)常規(guī)突出的區(qū)域。以LG區(qū)為例,既有三年火災(zāi)數(shù)居全市之首,也有某些年份呈現(xiàn)出與火災(zāi)數(shù)變化大趨勢相反的現(xiàn)象,如2009和2012-2016年的連年下跌。經(jīng)調(diào)研,發(fā)現(xiàn)LG區(qū)在2013年一分為三 (LG、DP和PS),所以有可能是LG區(qū)域在2012-2016年火災(zāi)數(shù)反常下跌的原因。但進(jìn)一步挖掘發(fā)現(xiàn),LG區(qū)的火災(zāi)數(shù)加上被劃分出去兩個區(qū)的火災(zāi)數(shù)總和,也呈下降趨勢。筆者由此得到啟發(fā),類似的反常趨勢并非可以通過常規(guī)的信息判斷來挖掘,需要使用算法手段,從數(shù)學(xué)角度進(jìn)行挖掘分析。同時也提出猜測,在“市-區(qū)”的層級,火災(zāi)數(shù)量變化趨勢相似的區(qū)之間,是否存在某種可以從社群角度識別的特征(如被拆分后的LG、DP和PS區(qū),有可能是在“市-區(qū)”層級的一個社群),而這種特征甚至還可以通過從層級的再次細(xì)分具體體現(xiàn)。經(jīng)過一番調(diào)研,筆者決定引入社會學(xué)的“社群”概念,采用社群發(fā)現(xiàn)算法,結(jié)合城市管理網(wǎng)格數(shù)據(jù)和火災(zāi)統(tǒng)計數(shù)據(jù),研究和描述火災(zāi)的并發(fā)特征。

        2 ? 算法識別火災(zāi)社區(qū)規(guī)律

        2.1 ?社群概念

        在社會學(xué)概念中,社群,廣義而言是指在某些邊界線、地區(qū)或領(lǐng)域內(nèi)發(fā)生作用的一切社會關(guān)系。同時,Worsley 曾提出社群的廣泛含義可被解釋為地區(qū)性的社區(qū),以及一個交互的網(wǎng)絡(luò)。以微博這種社交網(wǎng)絡(luò)為例,每個賬號就是一個點,賬號之間通過關(guān)注或者點贊構(gòu)成了整個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),當(dāng)中有些賬號關(guān)系密切,有些疏遠(yuǎn)。其中一群聯(lián)系頻繁的賬號可以視作一個社區(qū),而聯(lián)系稀疏的兩個群體則可以視作兩個社區(qū),定義為社團(tuán)結(jié)構(gòu)。

        在對火災(zāi)的分析當(dāng)中,引入社群概念,將城市管理網(wǎng)格視作點,周期內(nèi)并發(fā)火災(zāi)的特征,作為這些點在火災(zāi)事件上的交互,構(gòu)成關(guān)系網(wǎng)絡(luò),劃分社群。通過進(jìn)一步對社群的調(diào)查研究,可以捕捉到同區(qū)域是否存在同隱患或者類似人類生態(tài)學(xué)的結(jié)構(gòu)。

        2.2 ?算法思路

        為了評價社區(qū)劃分的優(yōu)劣,Newman等人提出了模塊度的概念,用模塊度來衡量社區(qū)劃分的好壞。模塊度越大,則社區(qū)劃分的效果越好 。

        模塊度Q公式的簡化形式

        其中,∑in表示的是社群C內(nèi)部的權(quán)重,∑tot表示的是與社群C內(nèi)部的點連接的邊的權(quán)重,包括社區(qū)內(nèi)部的邊以及社區(qū)外部的邊。模塊度(modularity)指的是網(wǎng)絡(luò)中連接社區(qū)結(jié)構(gòu)內(nèi)部定點的邊所占的比例,減去在同樣的社團(tuán)結(jié)構(gòu)下任意連接這兩個節(jié)點的比例的期望值。

        2.4 ?遷移應(yīng)用

        在應(yīng)用時,首先需要做單元網(wǎng)格的區(qū)分工作。需要導(dǎo)入城市管理信息系統(tǒng)中的網(wǎng)格數(shù)據(jù),根據(jù)不同的分析緯度導(dǎo)入不同的層級,以某城市為例:市-區(qū)-街道-社區(qū)-警格-一平方公里網(wǎng)格。

        獲取火災(zāi)統(tǒng)計數(shù)據(jù),根據(jù)地址網(wǎng)格化后,使用算法計算火災(zāi)網(wǎng)格并發(fā)特征,形成制定周期的火災(zāi)并發(fā)社區(qū)。計算結(jié)果呈現(xiàn)方式為,當(dāng)某一網(wǎng)格發(fā)生火災(zāi),在制定計算周期中,顯示與其同在一個社群的其他網(wǎng)格作“高風(fēng)險區(qū)域”預(yù)警。 例:社群A為例。經(jīng)過計算,編號為#15、#16、#17、#18的四個網(wǎng)格被劃分A社群。 當(dāng)9月1日A社群中,編號#15網(wǎng)格發(fā)生一起火災(zāi),那么在未來七天(9月1日-9月7日),同屬A社群的其他網(wǎng)格—— #16、#17、#18都被定義為“高風(fēng)險網(wǎng)格區(qū)域”。這其中要注意,并不是所有網(wǎng)格都會被分到并發(fā)社群,只有特定并發(fā)特征的網(wǎng)格參與其中。

        3 ? 應(yīng)用社群算法對某城市的風(fēng)險分析

        3.1 ? 待分析數(shù)據(jù)樣本

        a)中間展示結(jié)果

        分析過程由python代碼實現(xiàn),結(jié)果范例如 表3-2

        其中“并發(fā)區(qū)域”含義是每個所劃分社群的獨立編號,“網(wǎng)格ids”代表的是該社群里面包含的城市管理網(wǎng)格編號。

        b)結(jié)果分析

        針對LG區(qū)2007-2017年數(shù)據(jù)的社群分析結(jié)果,用于2018年第一季度的數(shù)據(jù)做對比。

        4 ? 結(jié)論與展望

        本文針對火災(zāi)中的并發(fā)規(guī)律進(jìn)行分析,將社群的概念引入火災(zāi)分析中,再結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘方法用于火災(zāi)事故分析理論,為消防風(fēng)險管理、消防資源配置提供了決策基礎(chǔ)。另外,本文構(gòu)建了社群概念的框架,而對于分析結(jié)果——所分類的社群,可以從以下兩方面結(jié)合深入研究,一是添加分析步驟對預(yù)測模型優(yōu)化,二是結(jié)合更多社會調(diào)查此類社群的共同之處。

        參考文獻(xiàn):

        [1] ? ?M Canovan(1982) Two Strategies for the Study of Populism.

        [2] ? ?M. Girvan and M. E. J. Newman. (2002) Community structure in social and biological networks.

        [3] ? ?Vincent ?D Blondel,Jean-Loup Guillaume,Renaud Lambiotte,Etienne Lefebvre,F(xiàn)ast unfolding of communities in large networks, in Journal of Statistical Mechanics:Theory and Experiment 2008 (10), P1000.

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