数学建模训练赛: ICM 2015 问题D

2015 ICM Problem D：Is it Sustainable？

Jan 21, 2019 2 min read 数学建模

MCM：http://www.comap-math.com/mcm/index.html

CSU：http://lib.csu.edu.cn/

Web Of Science：http://libdb.csu.edu.cn/resdetail?rid=

万方数据资源系统：http://libdb.csu.edu.cn/resdetail?rid=WF

维普中文期刊：http://libdb.csu.edu.cn/resdetail?rid=VIP

Task

要回答/解决什么问题？

主题：如何在保障地球健康以及满足人类需要中取平衡

地球资源是有限的，如何处理人口增长和资源耗费问题？
可以如何增加公平以及削减贫穷？
经济发展和生态系统健康是否有矛盾？

引出：可持续发展 情景：ICM雇佣你利用他们广泛的财政资源以及影响力帮助他们创造更可持续的世界，他们特别关心发展中国家…

Task1:可持续性评价

明确定义一个国家是否可持续，考虑各个指标间的相互作用关系 （参考联合国列举依据）

环境（生态承载力度量）（REPI、EPI、ESI）考虑当前环境资源状况、当前需求量、资源消耗速率
- 生态足迹
  - 影响因素
- 环境承载力
- 清洁水
- 资源开采可持续
- 能源利用可持续
- 气候变化
- 生态承载力
社会（社会不稳定性度量？）（HPI）（当前、需要、消耗）
- 人均收入
- 贫困
- 食品安全
- 健康保障
- 公平包容的教育机会
- 性别平等
- 安居乐业
经济（经济实力以及潜力度量）（当前、需要、消耗）
- 经济总体实力
  - GDP（查询全球各国公布GDP数据）
- 创新指数
  - 知识产权
  - 科技出版物
  - 论文数量
- 经济结构
- 经济效益
国际关系
- 伙伴关系

Task2:可持续发展计划

人口
自然资源
生态环境
社会和政策条件

评估20年可持续发展计划的对国家可持续发展的有效性

评估哪项政策或程序有最好的效果
考虑其它环境因素
- 随机的
方法
- 回归利用历史数据建立回归模型，预测20年后的情况
- 模拟（元胞自动机等） https://www.zhihu.com/topic/19610596/hot https://mathpretty.com/8893.html

Resources

美国政府经济和社会时间2015 可持续发展知识平台 https://sustainabledevelopment.un.org/
全球足迹网络2015 https://www.footprintnetwork.org/our-work/ecological-footprint/
- 生态承载力：http://data.footprintnetwork.org/#/
- 国家工作：https://www.footprintnetwork.org/our-work/countries/
- 20个国家的生态财富：https://www.footprintnetwork.org/2015/07/14/states/
- 哈佛大学what is sustainable?：https://sites.hks.harvard.edu/sustsci/ists/docs/whatisSD_env_kates_0504.pdf
国际可持续发展机构 https://www.iisd.org/topic/sustainable-development
世界银行 http://data.worldbank.org/
世界知识产权官网 https://www.wipo.int/publications/zh/details.jsp?id=4330
全球创新指数官网 https://www.globalinnovationindex.org/Home
维基百科可持续发展：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8F%AF%E6%8C%81%E7%BB%AD%E5%8F%91%E5%B1%95 https://baike.baidu.com/item/%E5%8F%AF%E6%8C%81%E7%BB%AD%E5%8F%91%E5%B1%95/360491 生态承载力：https://en.wikipedia.org/wiki/Biocapacity

人类发展指数：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BA%BA%E7%B1%BB%E5%8F%91%E5%B1%95%E6%8C%87%E6%95%B0 基尼系数：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%9F%BA%E5%B0%BC%E7%B3%BB%E6%95%B0 戴尔指数：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%88%B4%E5%B0%94%E6%8C%87%E6%95%B0 经济指标：https://en.wikipedia.org/wiki/Economic_indicator Malmquist指数：https://en.wikipedia.org/wiki/Malmquist_index 最不发达国家：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%9C%80%E4%B8%8D%E5%8F%91%E8%BE%BE%E5%9B%BD%E5%AE%B6

论文

中文

国家可持续发展实验区创新能力评价指标体系：http://www.most.gov.cn/cxdc/cxdczbtx/201311/P020131204404695937840.pdf
国际可持续性评价方法研究进展与趋势： http://or.nsfc.gov.cn/bitstream/00001903-5/257985/1/1000015093836.pdf
生态足迹分析理论与方法 http://libdb.csu.edu.cn/rwt/WF/http/M6YHPZLPM3RX635EMF4GCLUDN7XT6Z5P/details/detail.do?_type=perio&id=dqkxjz200006002
水资源承载力评价指标体系研究
沈阳经济区经济与环境系统动态耦合协调演化 http://www.cjae.net/CN/abstract/abstract17931.shtml

英文

tradingeconomics：https://tradingeconomics.com/indicators
Sustainable Development and Sustainability Metrics：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/aic.690490802
Sustainable Development Indicators: From Statistics to Policy：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/eet.1597
What Is Sustainable Development? Goals, Indicators,Values, and Practice：http://www.cepn-paris13.fr/epog/wp-content/uploads/2016/01/CONSOLO_Kates-et-al.pdf
Indicators for Sustainable Development:Theory, Method, Applications：http://www.ulb.ac.be/ceese/STAFF/Tom/bossel.pdf
The 2010 Biodiversity Indicators: Challenges for Science and Policy：https://www.napawatersheds.org/img/managed/Document/3455/Mace%20and%20Baillie%20-%202007%20-%20the%202010%20Biodiversity%20Indicators%20.pdf
Sustainable development in the European Union 2017版：https://ec.europa.eu/eurostat/documents/3217494/8461633/KS-04-17-780-EN-N.pdf
法国外交官：https://www.diplomatie.gouv.fr/en/french-foreign-policy/development-assistance/the-international-development-agenda/article/2030-agenda-for-sustainable-development-how-is-france-doing-may-2017
Indicators of Effective Policy Development & Implementation：http://www.swiftschools.org/sites/default/files/SWIFT%20Issue%20Brief%208%20Effective%20Policy%20Indicators.pdf
Use of Indicators in Policy Analysis https://www.iisd.org/pdf/2006/measure_use_indicators.pdf

数据

世界银行 https://data.worldbank.org/indicator
世界发展指标 http://wdi.worldbank.org/tables
https://tradingeconomics.com/ https://tradingeconomics.com/indicators
可持续发展指标以及相关数据（可直接下载）：http://www.indicators.be/en/t/SDI/Sustainable_development_indicators
爱尔兰2017可持续发展指标（附数据，易获取）：https://www.cso.ie/en/releasesandpublications/ep/psdii/sustainabledevelopmentindicatorsireland2017/
美国可持续发展指标（有部分数据）：https://sdg.data.gov/
世界卫生组织WHO（数据丰富）：https://www.who.int/sdg/en/ https://www.who.int/zh http://apps.who.int/gho/data/?theme=main http://apps.who.int/gho/data/node.i
全球知识产权数据 https://www.wipo.int/ipstats/zh/
美国数据
- 美国统计署：https://www.census.gov/
生态足迹 http://data.footprintnetwork.org/#/

方法

熵值法 https://hujichn.github.io/2016/08/10/%E7%86%B5%E5%80%BC%E6%B3%95%E7%A1%AE%E5%AE%9A%E6%9D%83%E9%87%8D%E7%9A%84%E6%AD%A5%E9%AA%A4%E5%8F%8A%E9%80%82%E7%94%A8%E8%8C%83%E5%9B%B4/
层次分析建立判断矩阵时，需要有专家知识方能保证客观，存在争议的可能性
数据包络分析
BP神经网路
CAS复杂适应系统 https://wiki.mbalib.com/wiki/%E5%A4%8D%E6%9D%82%E9%80%82%E5%BA%94%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E7%90%86%E8%AE%BA
PSR模型可反映指标间的影响关系 https://baike.baidu.com/item/PSR/16014155
加速遗传算法
耦合协调度评价 http://iceam.swu.edu.cn/viscms/u/cms/xbbjb/201403/21114947qess/X2014-02-080.pdf http://www.cjae.net/CN/abstract/abstract17931.shtml （中国地质大学）https://gg.swjtu.edu.cn/__local/E/8B/26/9F92DC76DC608D089E07F35CD7F_A94299D3_178239.pdf
CRITIC法 https://wiki.mbalib.com/wiki/CRITIC%E6%96%B9%E6%B3%95 http://blog.sina.com.cn/s/blog_8f03874a0102wgi3.html
五种客观赋权方法对比 http://image.sciencenet.cn/olddata/kexue.com.cn/upload/blog/file/2010/12/2010121116722667242.pdf
离差法、均方差法、回归系数法、主成分分析法感觉几种方法都可评价可持续发展能力，偏向采用客观的方法，还需要想如何划分可持续和不可持续的阈值/边界
投影寻踪模型 https://en.wikipedia.org/wiki/Projection_pursuit https://www.stat.washington.edu/wxs/Visualization-papers/projection-pursuit.pdf http://www.slac.stanford.edu/pubs/slacpubs/1250/slac-pub-1312.pdf
元胞自动机 http://mathworld.wolfram.com/CellularAutomaton.html A New kind of Science：https://www.wolframscience.com/nks/

问题

熵权法时采用归一化和标准化得到的结果相差较大，应该使用何种？
如何确定评价指标的临界值？聚类？线性内插？
如果使用元胞自动机模拟未来二十年的情况，应该如何定义更新规则？

总结

Matlab 导出数值数组到文件：https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/import_export/write-to-delimited-data-files.html 集合运算：https://blog.csdn.net/shengchaohua163/article/details/78938955 把数组转为元胞数组：https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/ref/num2cell.html 表转同构数组：https://ww2.mathworks.cn/help/matlab/ref/table2array.html
可视化
- 饼图：https://zh.wikipedia.org/zh-hans/%E9%A5%BC%E5%9B%BE 用于描述量、频率或百分比之间的相对关系。可描述几个可持续发展指标的下级指标关系
- 条形图：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%9D%A1%E5%BD%A2%E7%BB%9F%E8%AE%A1%E5%9B%BE 长条图用来比较两个或以上的价值（不同时间或者不同条件），只有一个变量，通常利用于较小的数据集分析。长条图亦可横向排列，或用多维方式表达。
- 柱状图：
- 堆叠图：
- 风向玫瑰图 https://gallery.echartsjs.com/editor.html?c=xSkKj8TuiW
- 仪盘表 https://jshare.com.cn/demos/hhhhiD?hc-theme=grid-light
- 子弹图
- 蜘蛛图 https://jshare.com.cn/demos/hhhhi6?hc-theme=grid-light
- 多雷达图 https://www.highcharts.com.cn/demo/highcharts/polar-spider
可视化工具 Tableau：https://en.wikipedia.org/wiki/Tableau_Software EChart:https://vis.baidu.com/chartusage/stackedarea/ ；https://echarts.baidu.com/api.html#echartsInstance highcharts：https://www.highcharts.com/demo/polar-wind-rose ; https://www.highcharts.com.cn/demo/highcharts#heatmap-treemap infogram:https://infogram.com/app/#/welcome Plotly：https://plot.ly/r/#basic-charts Codepen:https://codepen.io/pen 知乎可视化工具推荐：https://www.zhihu.com/question/19929609 Mathematica：https://tiebamma.github.io/InstallTutorial/
经济可持续强大的国家卢森堡：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8D%A2%E6%A3%AE%E5%A0%A1 瑞典：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%91%9E%E5%85%B8 瑞士（Switzerland）：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%91%9E%E5%A3%AB 丹麦（Denmark）：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%B9%E9%BA%A6
新闻联合国经济和社会事务部：https://www.un.org/development/desa/zh/news/policy/four-steps-for-global-economy.html 目标8——促进持久、包容和可持续经济增长，促进充分的生产性就业和人人获得体面工作：https://www.un.org/sustainabledevelopment/zh/economic-growth/
建模过程注意
- 理清楚问题如2015D可持续问题，应决定分哪几个维度定义可持续，各个可持续维度之间是否相互独立还是说会相互作用，不同的假定就有不同的解决方向。
- 理清楚数据要用到哪些数据？如果想要数据缺失了是舍弃该数据还是进行插值补全？插值的话应该采用何种插值方法会比较符合现实情况？
- 注重团队配合
- 优化可视化效果

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