基于復雜網絡視角全球貿易網絡演化特征分析

方靖儀

摘 要：世界各國經濟水平大有不同以及地理位置導致各國資源分布不均，使得國家之間存在著復雜的貿易關系。將各國之間的貿易關系以復雜網絡的形式表現出來，在此基礎上分析研究1948—2000年間貿易網絡的具體特征和網絡的演化規律。同時，通過用不同的高階組織來揭示不同的聚類，從而可以展現世界貿易網中不同的貿易模式。

關鍵詞：復雜網絡;世界貿易;網絡模體;聚類分析

中圖分類號：F740? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? 文章編號：1673-291X（2019）01-0159-03

引言

經濟全球化讓世界各國在經濟上相互聯系與依存、相互競爭與制約、相互滲透，無論哪個國家都難以離開其他國家的影響而獨立地運轉，全球經濟逐漸形成一個互相依賴、不可分割的整體。經濟學家很早以前就將國際貿易作為一個網絡來研究，Higerdt利用被社會學家Jacob L.Moreno稱為“社群圖”的圖來表示第二次世界大戰前國際貿易情況[1～2] 。Serrano研究發現，國際貿易網絡具有無標度和小世界的特征[3]。這些研究引起了國際經濟學家的強烈興趣，并產生了大量關于國際貿易網絡的研究。后來的研究不再簡單地用0或1來表示貿易存在與否，因為這樣做忽略了國際貿易網絡中重要貿易流量特征及各條鏈接的異質性，畢竟各個經濟體之間的貿易量大小對世界貿易網的結構特征性不可能沒有影響。而權重就是在網絡中給節點之間的鏈接賦予一個數值，它反映了兩點之間關系的強弱程度。國際經濟學家Garlaschelli D and Loffredo M的研究集中利用國家之間的貿易數據構建世界貿易網絡，描述其網絡統計特征及其隨時間的演化[4～7]。從時間維度來考察世界貿易網絡，這種研究可以分析那些網絡因素或屬性發生了變化。還有關于國際貿易網絡分析法的具體應用方面，例如：Reyes和Faigolo通過測算拉美國家和東亞國家在WTN中的隨機游走中心度，來說明二者在WTN中的地位重要性的變化，試圖對兩個經濟體不同的經濟發展表現給出解釋[8];Li Xiang收集了IMF的數據，針對在2000年互相間的貿易額在100萬美元以上的國家間的貿易關系建立國際貿易網絡，討論了國際貿易網絡的無標度屬性與經濟周期同步性的相關關系[9]。

以上研究是從整體上分析國際貿易網絡的特征，本文采用Austin R.Benson，David F.Gleich和 Jure Leskovec年提出的高階網絡聚類的方法來揭示世界貿易網絡的高階組織結構。通過這個方法可以找出世界貿易網絡中出現各種不同的貿易模式，可以幫助研究者從局部來了解世界各國的貿易聯系。

一、世界貿易網絡構建

本文選取了1948—2000年196個國家的貿易出口額數據，將每一個年份各國的貿易數據構建成一個復雜網絡，在此基礎上我們可以對某一年份的網絡特征進行分析以及研究貿易網絡的演化特征。本文構建世界貿易網絡的方法是以國家為節點，國家與國家之間的貿易聯系為連接，構建世界貿易權重網絡。我們用n=1，2…196來表示國家的個數，m=1，2…53來表示年份，由于1948—2000年參與世界貿易的國家不完全一樣，所以本文選取出每一年都有參與世界貿易的國家，一共有196個國家。aij表示國家j向國家i的出口額，如果aij=0表示國家j與國家i之間沒有貿易關系。由此我們可以將每一年的數據用一個矩陣來表示，最終把原始數據轉換為53個矩陣，用Ak（k=1，2…m）來表示，A1表示1948年的貿易矩陣，依此類推，A53表示2000年的貿易矩陣。

從圖1中可以看出，美國一直處于貿易網絡的核心地位，并且1948—2000年美國在貿易中的重要性在持續上升。德國在貿易網絡中的重要性1948—1980年呈上生態勢，1980—2000年其重要性震蕩下降。并且德國和美國的重要性呈現明顯的負相關關系。從圖2可以看出，中國、俄羅斯、日本和美國在貿易中的重要性差距在逐漸擴大，其中日本和俄羅斯的重要性呈下降趨勢，而中國在貿易中的重要性逐漸上升。

三、世界貿易網絡的高階組織

網絡是理解和建模物理、生物、神經科學、工程學和社會科學中復雜系統的基礎工具。許多網絡以展現出能夠在單個節點和邊的水平上被獲取的豐富、低階連接模式著稱。但是，大部分復雜網絡的高階組織——motif在很大程度上仍然未知[11]。本文將在高階連接模式基礎上聚類網絡，對于不同的高階組織可以揭示不同的聚類，即顯示不同的組織模式。該算法的聚類方法是概念上，給定網絡模體M，算法搜索具有該模體的節點的S群集。首先，S中的節點應該構成了許多網絡模體M。其次，集合S應當避免切割模體M的情況，當只有來自圖案的節點的一個子集在集合S中時。更精確地，給定基元，高階聚類框架旨在找到使以下比率最小化的聚類：

從圖3可以看出，出現的數量顯著多于出現的次數，并且這差異是逐漸擴大的。該結論可以說明，在世界貿易網中，各國在經濟上相互依賴的程度不斷加深，但是在此同時也形成了例如美國、德國、英國等的貿易強國，很多小國之間并沒有貿易關系，它們均是從貿易核心國家出口或者進口。

結語

本文通過將世界貿易出口額的數據用復雜網絡的形式表現出來，于是可以通過網絡的屬性來分析貿易的實際情況。選取了1948—2000年的貿易出口額數據做分析，用特征向量法從整體上分析世界貿易網絡中處于核心地位的國家這些年的重要性演化特征，用高階組織聚類的方法從局部分析各國存在的典型貿易模式。本文得到的結論是：美國在1948—2000年始終處于世界貿易的核心位置，并且其重要性在持續上升，其他國家的重要性因為美國的貿易地位越來越重要而降低，特別德國和日本的重要性和美國呈現比較明顯的負相關關系。因為歐美這些核心國家的重要性不斷加強，使得貿易模式成為以少數國家為核心其他非核心國家與這些少數國家進行貿易往來，而這些非核心國家之間的貿易往來較少。

本文研究的不足之處是只選取了1948—2000年的數據，所以沒有對未來的演化規律做預測，同時也未將數據與政治、文化相結合起來分析。為此，下一步可以選取更新的數據對未來做預測，并結合發生的政治事件來進一步分析。

參考文獻：

[1]? Hilgerdt F.The Case for Multilateral Trade[J].American Economic Review，1943，（1）：393-407.

[2]? Snyder D.and Kick E.Structural Position in the World System and Economic Growth195-570：AMultiple Network Analysis of Transnational Interactions[J].Am J Sociol，1979，（84）：1096-1126.

[3]? Serrano A.，Boguna M..Topology of the World Trade Web[J].Phys Rev E，2003，（68）：15（R）.

[4]? Fagiolo G.，Reyes J.，Schiavo S.The evolution of the world trade web：a weighted-network analysis[J].Journal of Evolutionary Economics，2010，（4）：148-154.

[5]? D.Garlaschelli，et al.Patterns of link reciprocity in directed network[J].Physical Review Letters，2004，（26）：268.

[6]? R.Guimerà，et al.The worldwide air transportation network：Anomalous centrality，community structure，and cities global roles[J].Proceedings of the National Academy of Sciences，2005，（22）：7794-7799.

[7]? D.Garlaschelli，et al.Structure and evolution of the world trade network[J].Physica A Statistical Mechanics&Its Applications，2005，（8）：138-144.（下轉 163頁）

（上接161頁）

[8]? Li X.，Jin Y.Y.，Chen Cz Complexity and synchronization of the world trade Web[J].Physica A：Statistical Mechanics and its Applications，2003，（2）：192-199.

[9]? R.Milo et al.，Science，2002：824-827.

[10]? 喻依.復雜網絡節點重要性研究[D].廣州：暨南大學，2015.

[11]? Benson A R，Gleich D F，Leskovec J.Higher-order organization of complex networks[J].Science，2016，（95）：163-166.