基于大數(shù)據(jù)的人員關(guān)系分析研究及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王欣 汪寧 郝久月

1. 北京中盾安全技術(shù)開發(fā)公司 2. 公安部第一研究所

引言

在關(guān)系網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間通過關(guān)系即關(guān)系鏈接相連，組成一張巨大的網(wǎng)絡(luò)圖。然而，當(dāng)前公安機(jī)關(guān)存在關(guān)系鏈接數(shù)據(jù)缺失、不準(zhǔn)確等問題。因此，借助大數(shù)據(jù)分析技術(shù)提供的資源按需調(diào)度、海量數(shù)據(jù)挖掘處理能力，對(duì)人員關(guān)系鏈計(jì)算提出研究和設(shè)計(jì)思路，對(duì)于公安工作具有非常實(shí)際和重要的意義。

傳統(tǒng)的關(guān)系鏈接預(yù)測主要基于圖中的結(jié)構(gòu)信息衡量節(jié)點(diǎn)之間的相似度開展相關(guān)研究。然而隨著數(shù)據(jù)的日益增多，單純依靠結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行相似度評(píng)測，進(jìn)行鏈接預(yù)測已不能充分利用海量數(shù)據(jù)的優(yōu)勢。為了更好利用多維度人員數(shù)據(jù)，本文基于人員關(guān)系理論研究，提出了關(guān)系表達(dá)模型及基于人員屬性、行為的多維度信息進(jìn)行關(guān)系鏈接預(yù)測的關(guān)系分析方法，設(shè)計(jì)了基于大數(shù)據(jù)的關(guān)系分析應(yīng)用系統(tǒng)，充分利用人員基礎(chǔ)屬性及行為等數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)系分析，有效解決了關(guān)系類數(shù)據(jù)缺失、不準(zhǔn)確給公安業(yè)務(wù)應(yīng)用帶來的困擾。

一、關(guān)系理論研究

（一）人際關(guān)系與交往

人際關(guān)系從社會(huì)心理學(xué)角度是指人們在社會(huì)交往過程中形成的心理關(guān)系，表現(xiàn)了個(gè)體間根據(jù)相互滿足需要的程度而產(chǎn)生的心理上的親疏遠(yuǎn)近。

人際關(guān)系通過交往表現(xiàn)，又通過交往實(shí)現(xiàn)，人際關(guān)系發(fā)展和變化是人際交往的結(jié)果。

在心理學(xué)上，交往是指人與人之間的心理接觸或直接溝通，由此達(dá)到一定的認(rèn)知。

交往在社會(huì)學(xué)上是指人們特意完成的交往行為，或通過交往行為而形成的特定社會(huì)聯(lián)系。

在本文，人際關(guān)系是關(guān)系研究的基礎(chǔ)，交往行為是行為研究的基礎(chǔ)。

（二）關(guān)系分類

從社會(huì)科學(xué)角度，可以從多個(gè)維度對(duì)人際關(guān)系進(jìn)行分類，主要?jiǎng)澐志S度如下表所示。

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二、關(guān)系分析方法研究

（一）關(guān)系表達(dá)與計(jì)算模型

通過對(duì)人際關(guān)系和人際交往行為相關(guān)理論的研究，本文對(duì)關(guān)系和行為兩個(gè)概念進(jìn)行了劃分。

通過對(duì)關(guān)系和行為的劃分，進(jìn)一步設(shè)計(jì)了OPRB模型，如下圖所示。

其中O是對(duì)象也就是產(chǎn)生關(guān)系的實(shí)體，此處指人；P是對(duì)象的可參與關(guān)系表達(dá)的屬性；R是對(duì)象間的關(guān)系；B是對(duì)象間交往的行為。屬性和行為可以共同推導(dǎo)關(guān)系。同時(shí)基于行為和關(guān)系類型可以推導(dǎo)人與人之間的關(guān)系鏈接概率。

通過對(duì)OPRB模型的刻畫，實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)體、關(guān)系及反應(yīng)關(guān)系的屬性、行為要素的描述。

在當(dāng)前情況下，關(guān)系類數(shù)據(jù)經(jīng)常缺失或不準(zhǔn)確，此時(shí)，如下圖所示，可以通過屬性與行為兩個(gè)維度實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)系的表達(dá)與計(jì)算。

（二）關(guān)系分析方法

本文基于關(guān)系表達(dá)與計(jì)算模型的研究，提出基于人員屬性、行為的多維度數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)系鏈接預(yù)測的方法，在人員關(guān)系鏈接數(shù)據(jù)質(zhì)量較低的情況下實(shí)現(xiàn)人員關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建及關(guān)系鏈接預(yù)測。具體步驟如下：

基于人員屬性和行為進(jìn)行數(shù)據(jù)，完成節(jié)點(diǎn)間基于屬性和行為數(shù)據(jù)的關(guān)系鏈接概率計(jì)算。

（1）對(duì)屬性、行為等數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、轉(zhuǎn)換等預(yù)處理工作；

（2）梳理人員關(guān)系屬性，如人員間已有明確關(guān)系，則不列入關(guān)系鏈預(yù)測范圍；

（3）關(guān)系鏈預(yù)測

b表示由業(yè)務(wù)人員梳理的第b類行為，其中1≤b≤n，例如乘車類行為1，則b=1時(shí)，表示同乘車行為。

其中kb表示第b類行為在關(guān)系鏈預(yù)測中所占的權(quán)重。kb可由業(yè)務(wù)專家給出主觀權(quán)重，也可通過標(biāo)準(zhǔn)離差法等方法計(jì)算客觀權(quán)重。

該算法在10臺(tái)服務(wù)器的大數(shù)據(jù)云平臺(tái)實(shí)驗(yàn)環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。針對(duì)千萬級(jí)人員屬性、行為數(shù)據(jù)進(jìn)行離線建模分析約需8小時(shí)，人員關(guān)系預(yù)測信息實(shí)時(shí)查詢響應(yīng)時(shí)間<3秒。

三、基于大數(shù)據(jù)的關(guān)系分析應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文基于以上研究，設(shè)計(jì)了基于大數(shù)據(jù)的關(guān)系分析應(yīng)用系統(tǒng)。利用大數(shù)據(jù)先進(jìn)技術(shù)及算法，實(shí)現(xiàn)關(guān)系分析模型、服務(wù)，在海量數(shù)據(jù)中用“數(shù)據(jù)說話”，為公安機(jī)關(guān)提供人員關(guān)系分析等服務(wù)及應(yīng)用。

（一）總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖，基于大數(shù)據(jù)的關(guān)系分析應(yīng)用系統(tǒng)是建立在云計(jì)算大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)支撐平臺(tái)之上，提出符合公安關(guān)系分析業(yè)務(wù)需要的大數(shù)據(jù)總體技術(shù)框架。具體包括基礎(chǔ)設(shè)施層、平臺(tái)支撐層、數(shù)據(jù)資源層、應(yīng)用支撐層、應(yīng)用層。

基礎(chǔ)設(shè)施層：包括云計(jì)算基礎(chǔ)硬件環(huán)境、資源池及資源服務(wù)。

平臺(tái)層：包括大數(shù)據(jù)平臺(tái)的離線計(jì)算、實(shí)時(shí)計(jì)算等基礎(chǔ)構(gòu)件。

數(shù)據(jù)資源層：是系統(tǒng)的核心部分，是一切數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用的基礎(chǔ)，包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)治理三部分內(nèi)容。數(shù)據(jù)資源層整合了從各個(gè)數(shù)據(jù)源獲取的數(shù)據(jù)資源。數(shù)據(jù)預(yù)處理是為滿足后續(xù)業(yè)務(wù)應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)的需要，預(yù)先對(duì)已接入的數(shù)據(jù)進(jìn)行的必要的處理操作，主要包括數(shù)據(jù)提取、清洗、關(guān)聯(lián)、比對(duì)、標(biāo)識(shí)。數(shù)據(jù)組織將按照人員、地點(diǎn)、物品、組織、事件等專題建設(shè)主題庫，進(jìn)一步抽取關(guān)系分析專題庫。關(guān)系分析專題庫根據(jù)業(yè)務(wù)的需要對(duì)人員行為、屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理和存儲(chǔ)，便于后期進(jìn)行關(guān)系分析和挖掘。數(shù)據(jù)治理具體包括數(shù)據(jù)資源目錄、數(shù)據(jù)分級(jí)分類、數(shù)據(jù)血緣關(guān)系、數(shù)據(jù)質(zhì)量管理、數(shù)據(jù)運(yùn)維管理。

應(yīng)用支撐層：封裝了智能分析算法和關(guān)系分析模型研究的成果，為上層應(yīng)用提供大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)模型和算法服務(wù)，并對(duì)外提供服務(wù)接口。接口層實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)與其它業(yè)務(wù)系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)接。算法服務(wù)包含人員關(guān)系挖掘、關(guān)系網(wǎng)絡(luò)分析等。

應(yīng)用層：利用應(yīng)用支撐層提供的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)關(guān)系的可視化分析，包括綜合查詢、關(guān)系分析、統(tǒng)計(jì)分析等應(yīng)用。

（二）功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)按照用戶設(shè)定的分析時(shí)間、頻率等參數(shù)對(duì)系統(tǒng)中人員各類關(guān)系進(jìn)行定時(shí)分析計(jì)算，并提供查詢、關(guān)系分析、統(tǒng)計(jì)等功能。

綜合查詢：查詢?nèi)藛T基礎(chǔ)信息及相關(guān)關(guān)系人信息，并提供人員間關(guān)系鏈接預(yù)測。

關(guān)系分析：基于關(guān)系分析，形成人員關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，支持人員關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的可視化分析及分析結(jié)果的保存等功能。

統(tǒng)計(jì)分析：主要包括對(duì)熱點(diǎn)查詢進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、展示等。

四、系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

基于大數(shù)據(jù)的關(guān)系分析應(yīng)用系統(tǒng)已初步建設(shè)完成，并部署于公安部，在青島上合峰會(huì)期間為會(huì)議安保提供了關(guān)系分析服務(wù)。為滿足業(yè)務(wù)需求，系統(tǒng)提供了處理億級(jí)人員基礎(chǔ)信息及行為數(shù)據(jù)的能力，查詢響應(yīng)時(shí)間<5秒，實(shí)現(xiàn)關(guān)系展示與分析的秒級(jí)響應(yīng)。

該系統(tǒng)有效提升了人員關(guān)系分析研判能力，具體如下：（1）系統(tǒng)具有強(qiáng)大的底層數(shù)據(jù)處理、計(jì)算能力?；诖髷?shù)據(jù)、云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)海量人員數(shù)據(jù)的接入、處理，完成數(shù)據(jù)的高效計(jì)算與分析。（2）該系統(tǒng)從人員基礎(chǔ)行為數(shù)據(jù)中獲得有業(yè)務(wù)意義的關(guān)系鏈預(yù)測信息，并以可視化方式推送給業(yè)務(wù)人員進(jìn)行分析研判，實(shí)現(xiàn)億級(jí)數(shù)據(jù)量下關(guān)系分析的秒級(jí)響應(yīng)，推動(dòng)了公安業(yè)務(wù)的智能化進(jìn)程。

下一步，將從可解釋性角度提升關(guān)系分析方法的可理解性，幫助公安機(jī)關(guān)業(yè)務(wù)專家進(jìn)一步理解算法分析結(jié)果，將專家知識(shí)反饋到關(guān)系分析計(jì)算過程中。

五、結(jié)語

本文針對(duì)當(dāng)前公安機(jī)關(guān)關(guān)系鏈接數(shù)據(jù)缺失、不準(zhǔn)確等問題，探索了關(guān)系分析方法，提出了關(guān)系表達(dá)模型及關(guān)系分析計(jì)算方法，運(yùn)用大數(shù)據(jù)等新技術(shù)手段，設(shè)計(jì)了關(guān)系分析應(yīng)用系統(tǒng)。

基于本文提出的關(guān)系模型及計(jì)算方法，能夠利用行為、屬性等數(shù)據(jù)計(jì)算人與人之間的關(guān)系鏈接，有效解決了關(guān)系數(shù)據(jù)缺失對(duì)公安業(yè)務(wù)應(yīng)用帶來的困擾。

基于大數(shù)據(jù)的關(guān)系分析應(yīng)用系統(tǒng)利用大數(shù)據(jù)先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)關(guān)系分析模型，為公安機(jī)關(guān)提供智能化人員關(guān)系分析應(yīng)用及服務(wù)，并以可視化的方式展示。

隨著業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的不斷積累，算法的不斷完善，關(guān)系分析應(yīng)用系統(tǒng)將面向?qū)崙?zhàn)，提供更加精準(zhǔn)、有效的大數(shù)據(jù)關(guān)系分析應(yīng)用及服務(wù)，為提高人員關(guān)系分析能力提供支撐。