2023美赛 ICM E题详细版思路

问题E：光污染

注：楷体为题目原文，宋体为思路部分

首先，我们需要考虑的就是美赛ABEF的核心问题，数据。这里E题是以光污染为背景的题目，首当其冲的我们就需要收集一些数据以支撑我们的模型。对于E题提出的问题，通读问题我们可以了解到基本上都是定量分析的问题。需要我们的数据支撑才能进行建模，所以ABEF这四个题目重中之重都是数据的收集。单看单独的这一个赛题，并不难就是一个综合评价优化类型的问题。首先，我们收集数据只需要把握大方向即可，我们首先先收集光污染的数据。根据收集的数据完成问题一指标的选取。切记，不能先选指标后找数据，这样很容易陷入找不到数据的尴尬境地。对于光污染的数据很多数据开放的数据库可以直接获取，这里稍后也会为大家收集整理。

最后就是数据的小注意点，我们可以发现ABEF,他们都是结果相当开放的题目。我们通常对于这种结果开放式的题目是很喜欢的，原因就是对于这种题目，他的答案一定不是固定值，因此，只要合理就可以。如果保证合理呢，就需要我们大致的读一下文献，对现在这一现状有所了解，只要结果不是离谱到家评委不能直接将我们的论文判定错误的。所以，当我们真的真的找不到数据，或者找到的数据不好，泡出来的结果不理想时，对于这种开放式结果的题目，编造一个数据集，或者编造一个合理的结果是无可厚非的。

下面首先，我们需要仔细地阅读背景，对于美赛、国赛这种级别的比赛通常来讲是没有一句废话的，因此我们需要逐句去阅读翻译。

背景：光污染是指任何过多或不当使用人造光的表现。我们所称为光污染（d定义）的一些现象包括光侵入、过亮、以及光混乱。这些现象最容易在大城市太阳落山后观察到天空中的发光；然而，它们也可能发生在更偏远的地区。

光污染改变了我们对夜空的看法，对环境产生影响，并影响我们的健康和安全。（这里暗示我们可以收集环境相关数据以及人们健康安全的相关数据，可以根据后面的例子寻找，一定要注意不是必须寻找，因为有些数据就是组委会给我们挖的坑）例如，植物的成熟可能会延迟或加速（有些人认为这里特指的光合作用），野生动物的迁徙模式可能会受到影响。过多的人造光可能会混淆我们的生物钟，导致睡眠质量差，可能对身体和心理健康产生影响。人造光造成的眩光可能导致某些机动车事故。

社区官员或当地团体可以实施干预策略（暗示，我们问题二三的政策问题），以减轻光污染的负面影响。然而，人造光具有正负双重影响，并以不同方式影响不同地点。例如，为了避免上面列出的光污染的负面影响，一些社区选择了低光居民区，这反而可能导致犯罪增加。光污染的影响可能取决于诸如地点的发展水平、人口、生物多样性、地理和气候等。（这里也给出了我们收集数据，选取指标的一个大致方向，即可以寻找发展水平（人均收入等）、人口数量、生物多样性（物种数量）、气候等指标数据稍后也将为大家找这些相关的指标）

要求：COMAP的照明控制任务（ICM）（虚构的组织，存在这个组织，但是不是干这个的，不要真的去搜，每年的题目都会虚构出一个ICM的组织去干和题目相关的事）正在努力提高人们对光污染影响的意识，并制定干预策略来减轻这些影响。为了支持这项ICM工作，您的任务是在各种地点处理光污染的影响，并结合人类和非人类的关注。具体来说，您应该：

（1）开发一个广泛适用的指标，以确定位置的光污染风险级别。

对于问题一，明确要求我们开发开发一个广泛适用的指标，去确定光污染风险级别。其实质就是需要我们找一个很广泛的数值去表示一个地区的光污染级别。翻译过来就是需要我们建立综合评价模型，对每个地方的光污染进行评价即可。大家也可以查阅相关的参考文献（我们也分享了一些我们感觉不错的文献），找到文献中的方法也是可行的。

对于指标的选择，这个部分主要就是刚才对于题干的翻译，我们可以看出题目有很多的暗示。在实际收集过程中，我们只需要把握大方向即可，有些指标数据收集不到是在所难免的。没有必要都收集全。而且，当你们对于内部认为题目暗示的某一变量没有啥价值的时候，就可以直接不收集即可。

对于评价模型的选取，这里首推的就是主成分分析法，因为题目中明确指出开发一个广泛适用的指标，广泛就意味着我们需要很多很多很多的指标，包括大家通过我们对于题干的翻译也能感受到，题干暗示的指标相当之多。对于这么多的指标，最好的选择就是主成分分析法。但这并不意味着，其他的方法不合适，这里我们仅仅是建议使用主成分。稍后我们也会给出相应的代码包（修改数据，直接运行就可得到结果的代码）还可以选择投影寻踪综合评价、层次分析法（AHP）、熵值法、秩和比综合评价、优劣解距离法(TOPSIS法)灰色关联分析、数据包络（DEA）分析、模糊综合评判等模型都是可以的。对于综合评价类模型而言，没有错的模型，都是可行的。这里给大家展示一下司守奎老师书中的主成分描述，

（2）应用您的指标并解释其在以下四种不同类型的地点的结果：

l保护土地位置

l乡村社区

l郊区社区

l城市社区

对于问题二，需要将我们问题一建立的模型带入准确的数据进行判断，有一个小细节就是很有可能，乡村、郊区的数据我们是收集不到的，目前从初步收集结果来看，难度很大。因此，这里大家可以直接参考我在文章开头所说的，数据收集的小注意点。简单的捏造一个即可。这里对于整体结果，是显而易见的，一定是保护地区的光污染最小，乡村其次，郊区次之，城市最严重。所以知道了一定是这么一个结果。那我们只需要把中间的过程变得合理起来就可行了。这里中间的捏造过程，就看各位了。

（3)描述三种解决光污染的干预策略。讨论实施每种策略的具体行动以及这些行动对光污染影响的潜在影响。

这里与题干的最后一段呼应，要求我们给出三种不同的干预政策。这个政策就因队伍而异了。我们问题一收集了很多很多的指标，我们选择一些社区官员或当地团体可以实施干预策略，一定不要，变换主体。题干中明确要求是这两个主体实施的策略。三种干预，可以从降低人造光、适当减少人口密度等等出发，这种想法每个队伍都不太一样，美赛比的就是哪支队伍更有创新性。我建议三种政策，可以是缓和形、激进型、不变形。这种对比会很明显。这里最好是做到图文表并茂，花火整起来。

（4）选择您的两个地点，并使用您的指标确定您的干预策略中哪一个对它们最有效。讨论所选干预策略如何影响位置的风险水平。

问题四要求我们，选择两个地点进行问题三三种政策干预，从而判断哪种方式最有效，最就是优化。对于这一问，我们可以直接分析。但是应该不够出彩，组委会真正需要我们做的，应该是建立相应的优化模型。目标函数是地点效果是否有效，我们可以选光污染指数的变化量最大为目标函数。约束条件和我们三种策略息息相关，例如，人口密度进行变化，对地区进行移民，对应的范围约束，不能直接把人口清空等等等等。决策变量，这里因为一共只有三种策略，两个地点。我们可以建立0-1整数规划建模即可。

（5）最后，为您确定的一个地点和最有效的干预策略，制作一份1页的传单，以推广该地点的策略。

问题五、美赛标准样子，写一篇非技术文章。这里大家就各显神通吧。

你的 PDF 解决方案不超过 25 页应包括：

·一页摘要表。

·目录。

·你的完整解决方案。

·一页推广传单。

·参考文献列表。

注意：ICM 比赛限制最多 25 页。您的提交内容全部计入 25 页限制（摘要表、目录、报告、一页推广传单、参考文献列表和任何附录）。您必须引用您在报告中使用的想法、图像和其他材料的来源。

对于这里的最高限制25页，一定不要超过，这25页按照美赛的要求应该是包含附录的。同时，美赛不对目录有明确要求，只是鼓励写目录。

术语表：

人工光：任何非自然光源。