A multi-task neural network for simultaneous regression and classification of regional security and quality of life indices in Ukraine

Abstract

In the face of contemporary geopolitical challenges and transformative processes, particularly the decentralization reform, the objective assessment and forecasting of regional stability have become critical tasks for ensuring Ukraine's sustainable development. This research addresses the lack of comprehensive, automated tools for analyzing the condition of territorial communities by developing and validating an innovative model based on artificial intelligence. The methodological foundation of this work is the development and testing of a multi-task deep learning neural network designed to simultaneously solve four related tasks. The model concurrently performs two regression tasks to predict the precise numerical values of the Regional Security Index (RSI) and the Quality of Life Index (LI), as well as two classification tasks to determine the categorical levels of these indices (low, medium, high). The theoretical basis for the formation of these target indices is the Quadruple Helix concept, which describes the synergistic interaction between government, business, the scientific community, and civil society. The model was trained on a unique dataset covering 1469 Ukrainian territorial communities and containing heterogeneous socio-economic and security indicators. The experimental results demonstrated the high efficiency of the developed approach. В умовах сучасних геополітичних викликів та реформи децентралізації, об’єктивна оцінка та прогнозування стабільності регіонів стає ключовим завданням для сталого розвитку України. Дане дослідження вирішує проблему відсутності комплексних автоматизованих інструментів для аналізу стану територіальних громад шляхом розробки та валідації інноваційної моделі на основі штучного інтелекту. Методологічною основою роботи є розробка та апробація багатозадачної нейронної мережі глибокого навчання, спроєктованої для одночасного вирішення чотирьох пов'язаних завдань: двох задач регресії для прогнозування точних числових значень Індексу Регіональної Безпеки (RSI) та Індексу Якості Життя (LI), а також двох задач класифікації для визначення категоріального рівня цих індексів (низький, середній, високий). Теоретичним підґрунтям для формування цільових індексів виступає концепція «Чотирикратної спіралі», що описує синергетичну взаємодію між владою, бізнесом, науковою спільнотою та громадянським суспільством. Модель навчалася на унікальному наборі даних, що охоплює 1469 українських територіальних громад та містить гетерогенні соціально-економічні та безпекові показники.