基于物质扩散推荐系统寻找应急物流点的研究

李亚茹 双莎莎

摘 要：应急物流是一项针对突发性因素以解决物流需求点应急程度为目的的物流活动，其完善和发展对解决物流系统中资源优先配置的问题具有重要意义。由于应急物流具有突发且不可预知、随机、时间紧迫等区别于一般物流的特点，所以预测物流系统中物流节点的应急程度是一个重要问题。文中在研究物流节点应急程度的基础上，分析了基于物质扩散的推荐算法实现机理，构建物流随机网络和物质扩散模型，并通过java语言模拟物质扩散过程得到各个物流节点应急程度的排序并产生推荐列表，进而研究在物流网络中应急资源始发点对终点的优先应急程度，得到各个始发点的最优先应急点，从而为物流网络中终点的选择提供方法，该方法在应急物流点的优先选择问题上具有应用价值和实践意义。

关键词：应急物流；资源优先配置；物质扩散模型；推荐系统

中图分类号：F 252 文献标识码：A 文章编号：1672-7312（2017）02-0178-04

Abstract：Emergency logistics is a field of sudden factors in order to solve some emergency demand for the purpose of logistics activities；Its improvement and development are of great significance to solve the problem of the resource priority allocation.Since the emergency logistics have many characteristics，such as unpredictability，randomness and urgency，which are really different from the general logistics.Henceforth，predicting the emergency logistics nodes is an important issue.This paper，based on the research of emergency logistics，analyzed the mechanism of substance diffusion algorithm via the recommender systems，and built logistics random networks and mass diffusion model.With various emergency logistics nodes sorted in descending order，the paper simulated mass diffusion process and generated recommendation lists by java program.Furthermore，the paper explored the emergency resources priority from starting points to destination points in the logistics network，and achieved the highest prior destination point.Thus a method of destination point selection n the logistics network is provided，which has applicable value and practical significance in the emergency logistics.

Key words：emergency logistics；priority allocation of resources；mass diffusion；recommender system

0 引 言

近年來，自然灾害、公共卫生和社会安全等领域的突发事件在我国发生的频率和强度不断增大，造成了巨大的经济损失和人员伤亡，如汶川大地震等。2003年的SARS病情过后提出了应急物流概念，促使资源供应的应急物流成为突发公共事件应急管理的重要组成部分，其应对突发事件的巨大作用愈发明显[1]。目前我国应急物流体系存在信息化程度较低、配送体系有待健全、物资储备不够合理以及应急物流有关法律法规缺失等主要问题[2]，难以做到快速响应，不利于应急运作体系的完善。因此，在最短的时间内找出最应该优先应急的物流点，为物资需求点或受灾点提供应急资源保障成为一个急需解决的问题。

如何应对突发的社会公共危害事件和自然灾害中寻找应急物流点的问题，引发了对应急物流这一学术前沿问题的思考。国外学者对应急物流的研究起步较早，Stephenson R和Kenball Cook D[3]在1984年首先提出在进行应急物资配送过程中应当采用物流管理的方法，以提高应急物资的运输效率。S.M.HongMinh[4]等人运用仿真的方法对供应链的应急物流进行了研究。JiuhBiing Sheu[5]等人提出在严重自然灾害爆发之后信息不对称的情况之下，用模糊聚类的方法建立物流管理模型对受灾地区进行优先等级的评估，以便于救灾资源的合理组合调度和分配运输。此外，我国的陈春霞[6]针对应急物流决策中如何描述物资短缺现象在复杂物流网络中传播的问题，基于复杂网络的病毒传播机理，研究应急物流网络中物资短缺的传播特性。目前国内外对应急物流的相关研究主要集中在应急物流中心选址、救灾资源配送路径、基础设施建设等方面[7]，因此在物流网络中，寻找和确定应急物流点具有重要的现实意义。然而，此类问题在推荐系统中已经比较成熟，推荐系统是针对特定用户或者群体对其产生推荐的过程，使该用户或者群体及时发现自己的潜在需求，推荐系统的核心在于网络模型的构建，此类模型现已有多种算法来实现推荐过程，并已得到推广以及应用。其中物质扩散模型就是其中一种经典的算法，如胡吉明[8]等在分析社会网络环境下用户小众化需求特征和推荐策略变革的基础上，根据物质扩散和热传导能量分配理论，提升对社会化小众资源推荐的个性化效果。此外，在复杂网络中周涛[9-10]等人也对物质扩散推荐算法有深入研究，指出物质扩散在推荐中的准确性和多样性。因此，物流系统中应急点的寻找和确定可以借鉴推荐系统的模式，根据物流网络中始发点和终点的配送路径构建模型，进而对每个始发点的配送产生推荐，按照配送的紧急程度排序可以产生推荐列表，进而可以确定最应该优先配送的终点，从而可以得到物流网络中的重要节点。文中在研究应急物流节点应急程度的基础上，分析了基于物质扩散的推荐算法实现机理，通过java语言模拟物质扩散过程，研究在物流网络中应急资源始发点对终点的优先应急程度，得到各个始发点的推荐列表，从而为物流网络中应急物流终点的选择提供方法。

1 物质扩散模型

一个物流系统中，包含配送始发点和配送终点2类节点以及连接这两组节点的连边。因此可以构造一个始发点—终点的2部分网络，即：始发点之间不存在相互配送过程，也就是始发点之间没有连边，同理终点之间也不存在配送过程，也不会有连边，这样一个2部分网络就可以建立。在网络中[11]，所有的始发点记为集合I={i1，i2，i3，…}，所有的终点集合记为

J={j1，j2，j3，…}，整个推荐系统可以定义为一个邻接矩阵

A=aij，如果始发点选择过终点，则aij=1，反之则aij=0.

物质扩散算法是对每一个始发点作为目标节点进行的推荐，即给每一个始发点产生推荐列表，便需要进行一次全网的模拟配送过程。而终点所带有的物流资源（应急程度）也是根据始发点而定的，即：始发点已经配送过的终点都带有1个单位的资源，而没有选择过的终点则不带有资源为0.从初始状态出发，物质扩散将资源由终点传至始发点，始发点的资源则是从所有的终点所得到的资源总和，再由始发点传至终点，每个终点最终获得的资源就代表了始发点对终点的应急程度——获得的资源越多，该终点的应急程度就越大。

式中ki表示始发点i的度，即其已选择终点的个数；S表示始发点i的集合。与第一步扩散过程相似，图1中给出了第二步终点获得的资源值，如终点1的资源值为5/6/2+5/6/4+1/3/2=19/24.最后每个终点都将获得一个资源值，而获得资源值的大小即为始发点对该终点的应急程度，如图1表示始发点a最需应急的是终点4.

2 数值实验

基于物质扩散模型，构造随机2部分网络（bipartitenetwork）来模拟现实中的应急物流网络。其基本原理[12]为：将网络中的节点看作是始发点和终点两类节点（资源供应点和资源需求点），节点之间的边表示两类节点之间的配送关系，资源则将在有连边的2个节点之间进行传递。

在模型构建过程中，两类节点之间经过2次资源的转移，终点都会得到一个最终的资源值，按照资源值的大小排序，这样对于每个始发点，将得到一个推荐列表，而推荐列表中的节点是始发点未选择过的终点。首先确定始发节点集合S的个数Ni {i=a，b，c，…}和终点集合D的个数Nj（j=0，1，2，3，4，5，…），然后随机连边，同时需保证每个集合里的元素有连边，即不会有未连接的孤立节点，且集合S和集合D中各自的节点不会产生连边，这样就可以得到一个随机网络来模拟应急物流网络。随机连边的机制为：首先根据网络的规模设置平均度Nk，然后产生随机数0～9，当随机数≤Nk时，集合S中的节点与集合D中的节点会产生一条连边，当随机数>Nk时，则不会产生连边。

基于上文中物质扩散模型的计算方法，对于目标始发点选择过的终点都仍然赋值为1，未选择过的赋值为0，然后计算第一次和第二次传播的资源值，最后根据资源值的大小将终点排序，然后产生推荐列表。文中模拟定义物流网络的Ni=5（i=a，b，c，d，e），Nj=10（j=0，1，2，3，4，5，6，7，8，9），这样，物流网络就构造完成（如图2）。

此外，我们取平均度Nk=2，推荐列表的长度L设为3.通过java编程可以计算得出每个目标始发点的推荐列表。具体计算步骤为：对于目标始发点a，首先我们根据“目标始发点选择过的终点赋值为1，反之为0”的原则计算出始发点集合S的资源值Ci ={2.667，0.667，0，0.333，0.333}，然后计算出终点集合D的资源值Cj={0.111，0，0.111，0.167，0.167，0.944，1，0.167，0.667，0.667}，最后根据终点的资源值从大到小排序得到目标始发点a的推荐列表为{7，3，4}。同理可以计算出当目标用户分别为b，c，d，e时，对应的推荐列表为{0，1，7}，{2，5，4}，{3，4，8}，{3，1，6}。这样便可以得到各个始发点最优先应急的终点分别为7，0，2，3，3.

文中将基于物流网络计算物质扩散的代码赋予后面当做参考（java编译），其中Ni，Nj，Nk，L这些参数都是可控的，即当物流网络规模扩大或者变得复杂多变时，应用此代码仍然能基于物质扩散进行准确的推荐。例如：设置100個起点，1 000个终点的真实物流网络中，应用此方法在该代码下仍然可以计算出被选择次数最多的终点，即为资源最优先配置的终点。

3 结 语

应急物流是一项针对突发性因素以解决物流需求点应急程度为目的的物流活动，它具有突发且不可预知、随机、时间紧迫等区别于一般物流的特点，更是减少人民群众生命财产损失、做好突发事件处置的重要保障。目前，我国应急物流虽然发展迅速，但尚未建立完整的理论体系，因此文中从应急物流网络角度出发，结合物质扩散模型，通过java语言模拟物质扩散过程，研究在物流网络中应急资源始发点对终点的优先应急程度，得到各个始发点的推荐列表，进而得到最应该优先应急的物流终点，从而为物流网络中应急物流点的寻找和确定提供一套可行的方法。

参考文献：

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[12]胡吉明，林鑫.基于热传导能量扩散的社会化小众推荐融合算法设计[J].情报理论与设计，2016，36（4）：119-123.

（责任编辑：许建礼）