2023数维杯数学建模C题完整版本

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摘要

随着人工智能在多个领域的快速发展，其在文本生成上的应用引起了广泛关注。本研究聚焦于辨识人工智能（AI）生成文本的基本规则，并探究AI文本的检测及其与人类文本的区分。

针对问题一，本文使用了自然语言处理（NLP）和机器学习（ML）技术，以鉴别AI和人类生成的科学网博客文章。我们对采集的文本数据进行了词频、句子长度和语法复杂性等基本NLP特征的提取。并且运用了决策树来分析和识别这些特征与文本生成者之间的关系。通过这种方法，我们成功建立了一个模型，它可以准确地识别和解释AI生成文本的特定模式和规则。

针对问题二，我们详细考察了《附件III》中提供的十篇文章，通过构建特征工程并运用深度学习模型，我们对每个段落进行了是否由AI生成的分类。在此过程中，我们特别注意到了生成语言的多样性、翻译的影响、生成次数和输出字数的限制。此外，我们还研究了不同段落之间的一致性和连贯性，以及它们与整篇文章主题的关联度。最终，我们的模型能够以高准确率辨别出AI生成的段落。

针对问题三，我们采取了与问题二类似的方法，但进一步加入了对AI文本生成的深入分析，考虑了文本生成过程中的微妙变化，如语气和风格的差异。此外，我们还考虑了文本生成时的上下文依赖性，并在此基础上优化了分类模型。这允许我们更精确地标记出附件中由AI生成的段落。

针对问题四，面对如何确定文章中的数学模型、图片和公式是否为剽窃内容的问题，我们采用了图像识别和文本相似度分析的方法。通过对比《附件IV》中的内容与公开数据库中的相似度，结合专家审查和高级相似性度量工具，我们能够识别出潜在的剽窃行为。研究结果指出，通过结合人工智能工具和人工审查，我们能够有效地检测和避免学术不端行为。

本文不仅提供了一种识别AI生成文本的有效方法，而且还提高了对AI在学术领域应用的理解和监管。对于学术出版物的真实性验证、AI生成内容的识别和教育领域的学术诚信具有重要意义。

关键词: 人工智能, 文本生成, 机器学习, 文本分类,

一、问题重述

1.1 问题背景

随着人工智能技术的不断进步，AI在文本生成领域的应用变得日益广泛，其中大型语言模型（LLMs）如GPT系列的应用尤为突出。AI生成的文本由于其高效性和逼真度，越来越多地被用于新闻编写、文学创作、学术研究等领域。这种技术的进步，虽然极大地促进了信息的快速生成和传播，但同时也带来了文本真实性的验证难题。尤其是在学术领域，区分AI生成的文本与人类作者的原创内容成为了一个紧迫的问题，关系到学术诚信和知识产权的保护。因此，开发能够准确辨识AI和人类文本的方法具有重要的理论意义和应用价值，不仅可以防止学术不端行为，还可以在版权法、信息安全和内容审核等领域发挥关键作用。

1.2 问题重述

本研究面临的核心问题可以概括为以下几点：

问题一：如何确定《科学网》博客文章部分内容是由人类写作还是AI技术生成？需要从文章的语言特征出发，分析和提取文本数据，使用机器学习方法建立分类模型，以鉴别不同来源的文本。

问题二：在具备不同生成语言、是否经过翻译、不同生成次数和输出字数限制的条件下，如何判断《附件III》中的段落是否由AI生成？这要求我们对文本的特征进行深入分析，并构建一个能够高效识别AI生成文本的分类模型。

问题三：在问题二的基础上，如何进一步完善模型以提高鉴别AI文本的准确度？我们需要考虑额外的特征，如文本的上下文连贯性、风格一致性，并且可能需要引入更高级的机器学习技术如深度学习。

问题四：如何确定文章中的数学模型、图片和公式是否为剽窃内容？这涉及到复杂的图像和文本相似度分析，我们需要使用图像识别技术和文本比对算法，以确保学术内容的原创性。

二、问题分析

2.1 问题一思路分析

问题一关注的是区分AI生成文本与人类作者文本的问题。AI文本生成系统如GPT系列能够产生与人类写作风格相似的文本，但通常存在一些难以察觉的差异。为了识别这些差异，我们将对比AI生成文本和人类文本在统计特性上的差别，如词频分布、句子长度和复杂性等采用自然语言处理工具提取文本的语法和语义特征，包括句子的依存结构、语义关联性以及情感倾向。在特征提取完成后，将应用机器学习算法，来构建分类模型。这些模型将被训练和验证，以确定最具区分力的特征，进而总结出AI生成文本的潜在规则。

2.2 问题二思路分析

问题二的挑战在于精确判断《附件III》中的段落是否由AI生成，这包括多种变量，如语言、翻译的存在、生成次数和字数限制。为了解决这一问题，我们计划采用决策树模型，来捕捉文本数据中的深层特征和长距离依赖关系。

我们将对文本进行词嵌入处理，将词汇转换为向量形式，使得文本数据能够输入到深度学习模型中。模型将被训练来识别语言模式和生成风格的细微差异，这些差异可能与AI的生成机制有关。我们还将研究生成次数和输出字数对文本特征的影响，以及这些因素如何改变文本生成的模式。

2.3 问题三思路分析

问题三要求在问题二的基础上进一步提高鉴别模型的准确度。我们将更深入地探索文本生成的上下文依赖性和风格一致性。这需要我们从微观角度分析文本，如使用NLP工具来提取高级语言特征，包括篇章结构、词语搭配习惯以及写作风格的连贯性。

通过分析AI生成文本的语言特点，如语法模式的重复性和语言的创新性缺失，来精细化我们的模型。我们也将探讨混合模型，结合规则基方法和机器学习，来提高对AI文本识别的灵敏度和准确性。在模型中加入额外的语境信息，比如作者的历史写作风格和主题相关性。这一全面的方法将有助于我们更准确地分析和识别由AI生成的文本。

2.4 问题四思路分析

问题四涉及到识别潜在的剽窃内容，这包括数学模型、图片和公式。我们的方法将结合图像识别和文本相似度分析技术。首先，对于图片和公式，我们将使用计算机视觉算法，特征匹配和模式识别，来识别视觉内容中的相似性。对于数学模型和相关文本，我们将使用文本挖掘技术，比如词嵌入和语义索引，来分析文本内容的原创性。

通过这些方法，来构建一个综合的剽窃检测系统，它能够自动标记出高风险内容，并提供给专家进一步审查的依据。这种系统不仅能够提高检测效率，而且也能提高检测的准确性。

三、模型假设

针对本文提出的问题，我们做了如下模型假设：

1.假设AI生成的文本和人类写作的文本在统计特性上存在显著差异。

2.假设这些差异可以通过自然语言处理技术量化。

3.假设AI生成文本在词汇多样性、情感表达和句式结构上与人类文本有区分。

4.假设所有数学模型、图片和公式都可以通过数字化处理进行比较。

5.假设剽窃的内容在结构、表述或视觉特征上与原始内容有足够的相似性。

6.假设可以访问到足够的参考数据库，以便于进行原创性验证。

四、符号说明

本文常用符号见下表, 其它符号见文中说明

五、建模与求解

5.1 问题一模型的建立与求解

问题一涉及利用人工智能（AI）重写文章部分内容，并寻找AI文本生成的基本规则。这个问题可以通过建立一个数据分析模型来解决，该模型将分析AI重写的文本，并从中提取模式和规则。我们首先根据附件给出的20个博客的链接，找到所有的文章，从中提取部分内容使用ai进行改写，这里我们使用的是chatgpt3.5 turbo版本。

们将原文和重写后的内容进行分词处理，以便于后续的特征提取。这一步我们使用了python中的jieba分词工具。

类似的得到下面的结果，完整结果请查看附件“20个博客原文和AI改写后内容”：