基于复杂网络视角全球贸易网络演化特征分析

方靖仪

摘 要：世界各国经济水平大有不同以及地理位置导致各国资源分布不均，使得国家之间存在着复杂的贸易关系。将各国之间的贸易关系以复杂网络的形式表现出来，在此基础上分析研究1948—2000年间贸易网络的具体特征和网络的演化规律。同时，通过用不同的高阶组织来揭示不同的聚类，从而可以展现世界贸易网中不同的贸易模式。

关键词：复杂网络;世界贸易;网络模体;聚类分析

中图分类号：F740        文献标志码：A      文章编号：1673-291X（2019）01-0159-03

引言

经济全球化让世界各国在经济上相互联系与依存、相互竞争与制约、相互渗透，无论哪个国家都难以离开其他国家的影响而独立地运转，全球经济逐渐形成一个互相依赖、不可分割的整体。经济学家很早以前就将国际贸易作为一个网络来研究，Higerdt利用被社会学家Jacob L.Moreno称为“社群图”的图来表示第二次世界大战前国际贸易情况[1～2] 。Serrano研究发现，国际贸易网络具有无标度和小世界的特征[3]。这些研究引起了国际经济学家的强烈兴趣，并产生了大量关于国际贸易网络的研究。后来的研究不再简单地用0或1来表示贸易存在与否，因为这样做忽略了国际贸易网络中重要贸易流量特征及各条链接的异质性，毕竟各个经济体之间的贸易量大小对世界贸易网的结构特征性不可能没有影响。而权重就是在网络中给节点之间的链接赋予一个数值，它反映了两点之间关系的强弱程度。国际经济学家Garlaschelli D and Loffredo M的研究集中利用国家之间的贸易数据构建世界贸易网络，描述其网络统计特征及其随时间的演化[4～7]。从时间维度来考察世界贸易网络，这种研究可以分析那些网络因素或属性发生了变化。还有关于国际贸易网络分析法的具體应用方面，例如：Reyes和Faigolo通过测算拉美国家和东亚国家在WTN中的随机游走中心度，来说明二者在WTN中的地位重要性的变化，试图对两个经济体不同的经济发展表现给出解释[8];Li Xiang收集了IMF的数据，针对在2000年互相间的贸易额在100万美元以上的国家间的贸易关系建立国际贸易网络，讨论了国际贸易网络的无标度属性与经济周期同步性的相关关系[9]。

以上研究是从整体上分析国际贸易网络的特征，本文采用Austin R.Benson，David F.Gleich和 Jure Leskovec年提出的高阶网络聚类的方法来揭示世界贸易网络的高阶组织结构。通过这个方法可以找出世界贸易网络中出现各种不同的贸易模式，可以帮助研究者从局部来了解世界各国的贸易联系。

一、世界贸易网络构建

本文选取了1948—2000年196个国家的贸易出口额数据，将每一个年份各国的贸易数据构建成一个复杂网络，在此基础上我们可以对某一年份的网络特征进行分析以及研究贸易网络的演化特征。本文构建世界贸易网络的方法是以国家为节点，国家与国家之间的贸易联系为连接，构建世界贸易权重网络。我们用n=1，2…196来表示国家的个数，m=1，2…53来表示年份，由于1948—2000年参与世界贸易的国家不完全一样，所以本文选取出每一年都有参与世界贸易的国家，一共有196个国家。aij表示国家j向国家i的出口额，如果aij=0表示国家j与国家i之间没有贸易关系。由此我们可以将每一年的数据用一个矩阵来表示，最终把原始数据转换为53个矩阵，用Ak（k=1，2…m）来表示，A1表示1948年的贸易矩阵，依此类推，A53表示2000年的贸易矩阵。

从图1中可以看出，美国一直处于贸易网络的核心地位，并且1948—2000年美国在贸易中的重要性在持续上升。德国在贸易网络中的重要性1948—1980年呈上生态势，1980—2000年其重要性震荡下降。并且德国和美国的重要性呈现明显的负相关关系。从图2可以看出，中国、俄罗斯、日本和美国在贸易中的重要性差距在逐渐扩大，其中日本和俄罗斯的重要性呈下降趋势，而中国在贸易中的重要性逐渐上升。

三、世界贸易网络的高阶组织

网络是理解和建模物理、生物、神经科学、工程学和社会科学中复杂系统的基础工具。许多网络以展现出能够在单个节点和边的水平上被获取的丰富、低阶连接模式著称。但是，大部分复杂网络的高阶组织——motif在很大程度上仍然未知[11]。本文将在高阶连接模式基础上聚类网络，对于不同的高阶组织可以揭示不同的聚类，即显示不同的组织模式。该算法的聚类方法是概念上，给定网络模体M，算法搜索具有该模体的节点的S群集。首先，S中的节点应该构成了许多网络模体M。其次，集合S应当避免切割模体M的情况，当只有来自图案的节点的一个子集在集合S中时。更精确地，给定基元，高阶聚类框架旨在找到使以下比率最小化的聚类：

从图3可以看出，出现的数量显著多于出现的次数，并且这差异是逐渐扩大的。该结论可以说明，在世界贸易网中，各国在经济上相互依赖的程度不断加深，但是在此同时也形成了例如美国、德国、英国等的贸易强国，很多小国之间并没有贸易关系，它们均是从贸易核心国家出口或者进口。

结语

本文通过将世界贸易出口额的数据用复杂网络的形式表现出来，于是可以通过网络的属性来分析贸易的实际情况。选取了1948—2000年的贸易出口额数据做分析，用特征向量法从整体上分析世界贸易网络中处于核心地位的国家这些年的重要性演化特征，用高阶组织聚类的方法从局部分析各国存在的典型贸易模式。本文得到的结论是：美国在1948—2000年始终处于世界贸易的核心位置，并且其重要性在持续上升，其他国家的重要性因为美国的贸易地位越来越重要而降低，特别德国和日本的重要性和美国呈现比较明显的负相关关系。因为欧美这些核心国家的重要性不断加强，使得贸易模式成为以少数国家为核心其他非核心国家与这些少数国家进行贸易往来，而这些非核心国家之间的贸易往来较少。

本文研究的不足之处是只选取了1948—2000年的数据，所以没有对未来的演化规律做预测，同时也未将数据与政治、文化相结合起来分析。为此，下一步可以选取更新的数据对未来做预测，并结合发生的政治事件来进一步分析。

参考文献：

[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页）

（上接161页）

[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.复杂网络节点重要性研究[D].广州：暨南大学，2015.

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