Study of complex systems with tools of network theory: Application: analysis of networks of terrorist organizations

Abstract

In this dissertation titled "Study of Complex Systems with Tools of Network Theory: Application to the Analysis of Networks of Terrorist Organizations", the terrorist networks are explored through the application of mathematical and network theory tools. This study analyzes four critical questions: (Q1), the application of network theory tools in identifying different roles within terrorist organizations, (Q2), the relationship between these roles and the development of terrorist activities, (Q3) the identification of indicators that signal early warnings for impending terrorist actions, and finally, (Q4) the feasibility of formulating strategies for the fragmentation of terrorist networks before they act. Using data from four real terrorist organizations (physical face-to-face social interactions), the dissertation reveals distinct roles of members through the values of selected centralities (degree, betweenness, and clustering coefficient). It was found that the emergence of these roles is linked to the execution of terrorist attacks, as evidenced by monitoring fluctuations in global indicators such as centralizations of degree, betweenness, and clustering coefficient, density, small-world properties, entropies of centralities, as well as the averages and standard deviations of centralities. The study also analyzes early signs of impending terrorist acts through the evolutionary pattern of the values of the entropies of the selected centralities and betweenness centralization. These results have been confirmed across all four terrorist networks and offer valuable assistance to law enforcement authorities in identifying the roles of members of terrorist organizations and in preventing imminent terrorist attacks. The dissertation also examines various node removal strategies, evaluating the impact of each strategy based on “Interoperability”, defined by the size of the giant component. The analysis reveals that removing nodes based on high recalculated betweenness centrality is the most damaging. This insight can help law enforcement authorities develop more effective intervention strategies for the early prevention of impending terrorist attacks. Overall, this dissertation offers significant approaches and practical applications for law enforcement authorities, providing a strong basis for further research in the field of terrorist network analysis using network theory and mathematical tools. This study represents a step towards deepening the understanding of the structure and operation of terrorist networks, as well as developing more effective methods for preventing and combating the terrorist phenomenon. The findings of the dissertation were extensively disseminated to the international scientific community through nine notable publications. These were featured in internationally recognized scientific journals indexed in Scopus and subjected to rigorous peer review. In addition, they were presented at various international and national scientific conferences, also undergoing peer review, with their proceedings subsequently published. A comprehensive detailing of these nine publications can be found in Appendix B, entitled "Publications in Scientific Journals, International and National Conferences with Peer Review," located on page 149.

Στὴν παρούσα διατριβὴ μὲ τίτλο «Μελέτη Πολυπόκων Συστημάτων μὲ τὰ Ἐργαλεῖα τῆς Θεωρίας Δικτύων: Ἐφαρμογὴ στὴν Ἀνάλυση Δικτύων Τρομοκρατικῶν Ὀργανώσεων», τὰ δίκτυα τρομοκρατικῶν ὀργανώσεων μελετῶνται μέσῳ τῆς ἐφαρμογῆς μαθηματικῶν ἐργαλείων καὶ τῆς θεωρίας δικτύων. Ἡ μελέτη αὕτη ἀναλύει τέσσερα κρίσιμα ἐρωτήματα: (Ἐ1) τὴν ἐφαρμογὴ ἐργαλείων θεωρίας δικτύων γιὰ τὴν ἀναγνώριση διαφορετικῶν ῥόλων ἐντὸς τῶν τρομοκρατικῶν ὀργανώσεων, (Ἐ2) τὴ σχέση μεταξὺ αὐτῶν τῶν ῥόλων καὶ τῆς ἀναπτύξεως τρομοκρατικῶν δραστηριοτήτων, (Ἐ3) τὴν ἀναγνώριση δεικτῶν ποὺ σηματοδοτοῦν πρώϊμες προειδοποιήσεις γιὰ ἐπικείμενες τρομοκρατικὲς ἐνεργείας, καὶ τέλος, (Ἐ4) τὴν διαμόρφωση στρατηγικῶν γιὰ τὴ διάσπαση τρομοκρατικῶν δικτύων πρὶν ἀπὸ τὴ δράση τους. Χρησιμοποιόντας δεδομένα ἀπὸ τέσσερις πραγματικὰς τρομοκρατικὰς ὀργανώσεις (φυσικὲς ἀλληλεπιδράσεις πρόσωπο με πρόσωπο), ἡ διατριβὴ ἀποκαλύπτει διακριτοῦς ῥόλους μελῶν μέσῳ τῶν τιμῶν ἐπιλεγμένων κεντρικοτήτων (βαθμοῦ, ἐνδιάμεσης καὶ συντελεστοῦ συσταδοποίησης). Βρέθηκε ὅτι ἡ ἐμφάνιση αὐτῶν τῶν ῥόλων συνδέεται μὲ τὴν ἐκτέλεση τρομοκρατικῶν ἐπιθέσεων, ὅπως φαίνεται ἀπὸ τὴν παρακολούθηση διακυμάνσεων σὲ καθολικοὺς δείκτες ὅπως οἱ κεντρικότητα βαθμοῦ, ἐνδιάμεσης καὶ συντελεστοῦ συσταδοποίησης, πυκνότητα, ἰδιότητες μικροῦ κόσμου, ἐντροπίες τῶν κεντρικοτήτων, καθὼς καὶ οἱ μέσοι ὅροι καὶ οἱ τυπικὲς ἀποκλίσεις τῶν κεντρικοτήτων. Ἡ μελέτη ἀναλύει ἐπίσης πρώϊμα σημάδια ἐπικείμενων τρομοκρατικῶν πράξεων μέσω τοῦ ἐξελικτικοῦ μοτίβου τῶν τιμῶν τῶν ἐντροπιῶν τῶν ἐπιλεγμένων κεντρικοτήτων καὶ τῆς ἐνδιάμεσης κεντρικότητας. Τὰ ἀποτελέσματα αὐτὰ ἔχουν ἐπιβεβαιωθεῖ σὲ ὅλα τὰ τέσσερα τρομοκρατικὰ δίκτυα καὶ προσφέρουν πολύτιμη βοήθεια στὶς ἀρχὲς ἐπιβολῆς τοῦ νόμου γιὰ τὴν ταυτοποίηση τῶν ῥόλων τῶν μελῶν τῶν τρομοκρατικῶν ὀργανώσεων καὶ τὴν πρόληψη ἐπικείμενων τρομοκρατικῶν ἐπιθέσεων. Ἡ διατριβὴ ἐξετάζει ἐπίσης διάφορες στρατηγικὰς ἀφαίρεσης κόμβων, ἀξιολογῶντας τὴν ἐπίδραση κάθε στρατηγικῆς μὲ βάση τὴν 'Διαλειτουργικότητα', ὀριζομένη ἀπὸ τὸ μέγεθος τῆς γιγάντιας συνιστώσας. Ἡ ἀνάλυση ἀποκαλύπτει ὅτι ἡ ἀφαίρεση κόμβων μὲ βάση τὴν ὑψηλὴ ἐπαναυπολογισμένη ἐνδιάμεση κεντρικότητα εἶναι ἡ πιο καταστροφικὴ. Αὕτη ἡ διορατικότητα μπορεῖ νὰ βοηθήσει τὶς ἀρχὲς ἐπιβολῆς τοῦ νόμου νὰ ἀναπτύξουν πιο ἀποτελεσματικὲς στρατηγικὲς παρέμβασης γιὰ τὴν πρόληψη ἐπικείμενων τρομοκρατικῶν ἐπιθέσεων σὲ πρώϊμο στάδιο. Συνολικῶς, αὕτη ἡ διατριβὴ προσφέρει σημαντικὰς προσεγγίσεις καὶ πρακτικὲς ἐφαρμογὲς γιὰ τὶς ἀρχὲς ἐπιβολῆς τοῦ νόμου, παρέχοντας μία ἰσχυρὴ βάση γιὰ περαιτέρῳ ἔρευναν στον τομέα τῆς ἀνάλυσης τῶν τρομοκρατικῶν δικτύων χρησιμοποιώντας τὴν θεωρίαν δικτύων καὶ μαθηματικὰ ἐργαλεῖα. Ἡ μελέτη αὕτη ἀποτελεῖ ἕνα βῆμα πρὸς τὴν ἐμβάθυνση τῆς κατανόησης τῆς δομῆς καὶ λειτουργίας τῶν τρομοκρατικῶν δικτύων, καθὼς καὶ πρὸς τὴν ἀνάπτυξη πιο ἀποτελεσματικῶν μεθόδων γιὰ τὴν πρόληψη καὶ τὴν καταπολέμηση τοῦ τρομοκρατικοῦ φαινομένου.Τὰ ευρήματα τῆς διατριβῆς διαδόθηκαν ἐκτενῶς στὴν διεθνῆ ἐπιστημονικὴ κοινότητα μέσῳ ἐννέα σημαντικῶν δημοσιεύσεων. Αὐτὲς παρουσιάσθηκαν σὲ διεθνῶς ἀναγνωρισμένα ἐπιστημονικὰ περιοδικά, τὰ ὁποῖα εἶναι καταχωρημένα στὸ Scopus καὶ ὑποβλήθηκαν σὲ αὐστηρὴν κριτικὴ ἀξιολόγηση. Ἐπιπλέον, παρουσιάσθηκαν σὲ διάφορα διεθνῆ καὶ ἐθνικὰ ἐπιστημονικὰ συνέδρια, ὑποβληθέντα ἐπίσης σὲ κριτικὴ ἀξιολόγηση, μὲ τὰ πρακτικὰ τους νὰ δημοσιεύονται στὴ συνέχεια. Μία πλήρης ἀναλυτικὴ παρουσίαση αὐτῶν τῶν ἐννέα δημοσιεύσεων παρουσιάζεται στὸ Παράρτημα Β, μὲ τίτλο «Δημοσιεύσεις σὲ Ἐπιστημονικὰ Περιοδικά, Διεθνῆ καὶ Ἐθνικὰ Συνέδρια μὲ Κριτικὴ Ἀξιολόγηση», τὸ ὁποῖον βρίσκεται στὴν σελίδα 149.