（企业管理专业论文）国际贸易网络测度与演化研究.pdf

摘要 摘要 二战以后，全球经济旱现出一体化发展的趋势世界各国通过密切的经济交往和经济协调， 在经济上相互联系与依存、相互渗透与扩张，相互竞争与制约，形成了世界经济从资源配置、生 产到消费和流通的多层次、多形式的交织和融合。在这种大背景下，任何一个国家都越来越难以 脱离t h = 界和他国经济的影响而封闭、孤立地运行，全球经济逐渐形成一个不可分割的有机整体。 全球贸易关系形成一个相互作用，相互影响的网络，网络中一个国家的经济增长或波动，贸易政 策的改变直接或间接对网络中的其它国家产生影响由于各国经济问存在的关联关系，这种影响 通常并不局限于局部地区，而是沿着国际贸易网络进行广泛的传播，如上世纪9 0 年代的亚洲金 融危机，对廿l = 界上许多国家的经济都造成了冲击。显然，全球经济持续、健康的发展依赖于国家 问经济政策的有效协调和遵循国际贸易系统自身的发展规律。目前我国已经成为世界上的贸易大 国，对外贸易依存度达到6 0 以上，极易受到贸易波动的影响要想制定有效的经济政策和应对 危机的措施，必须对国际贸易网络的结构特征及演化规律进行深入研究 本文是国家自然科学基金项目权重国际贸易网络的经验和建模研究的实证研究部分。作 为一项基础性研究，从复杂性理论出发，提出了研究国际贸易系统的新视角：将国际贸易系统视 为由1 0 0 多个经济相互关联的国家组成的复杂经济系统，国际贸易是不同的国家主体在微观层次 上进行的交互作用。通过对全球贸易关系和贸易流量结构的测度，研究了二战后5 1 年问国际贸 易活动的结构特征和国际贸易格局的演化规律，对经济全球化背景下国家间经济活动联系的演化 进程进行一种客观描述。 本文从空问和时间两个维度测度了国际贸易网络的结构特征和演化规律，空间维度的研究包 括本文的第三、四、五章；时问维度的研究包括本义的第六、七章。 一、空问维度 空间维度是指截取各年度的国际贸易网络快照，通过顶点和流量的数据从横截面的角度进行 研究，重点分析网络快照的空问结构特征。空问维度的网络结构研究可分为依次递进的三个层次： 1 第三章，国际贸易网络拓扑结构的研究。首先不考虑m 络巾贸易流量的规模，将国际贸易 网络抽象为用0 或1 来表示边的1 竽在与否的拓扑网络，研究了国际贸易m 络度分布，群聚性，度 摘要 相关性和互惠性等拓扑结构特征。研究发现由于存在空问位置差异带来的运输成本，国际贸易网 络并不是典型的无标度网络，拓扑结构的异质性在演化过程中不断下降。随着越来越多的国家参 与到国际贸易体系中，各国在全球贸易格局中的分工合作口益有序，贸易全球化和区域经济一体 化并存的趋势彳i 断加强。 2 第四章，国际贸易网络权重结构的研究。当考虑网络中的贸易流量规模，将贸易流量 作为国际贸易网络中边的权重，从顶点强度分布，权重差异度，集聚性，顶点度相关性等角 度对权重国际贸易网络的结构特征进行研究发现国际贸易网络权重结构的异质性和度相关 性与拓扑结构具有相反的特征，这说明在经济全球化趋势下，虽然多边贸易得到了很大发展， 但贸易量和贸易流量的分柿更集中于经济大国之间，世界贸易的格局趋向于更不均衡的状 态 3 第无章，国际贸易网络骨架结构的研究。采用网络分解的方法，应用图论中生成树的概念 抽取网络中重要的边构建了两种国际贸易骨架网络：基于边的介数中心性最大的生成树和基于边 的流量最大的生成树。介数中心性在现有文献研究中一直作为网络巾真实流量的近似替代，本文 通过测度这两种骨架网络的结构特征和演化规律，发现对于流量差异很大的异质性网络，最大流 量生成树与原始国际贸易网络的结构特征具有更高的一致性。对于国际贸易网络，最大流量生成 树出度的变化反映了各国贸易地位的历史变迁。 二、时间维度 时间维度是指从时间轴的角度，研究国际贸易网络在5 1 年间的演化过程和演化规律。时间 维度的研究是从二个角度出发： 1 第六章，基于信息论的国际贸易网络演化研究。应用信息熵，冗余度，条件熵，平均互信 息，聚合度等信息量探讨了国际贸易网络的演化规律，刻画了国际贸易网络无序性，稳定性和流 量专一性的演化特征。研究发现由于网络中节点的择优选择和日益完善的国际贸易协调机制，国 际贸易网络的有序性不断增强。国际贸易网络演化的稳定性介于生态网络和随机网络之间，这表 明国际贸易网络的演化比生态网络更为激烈，但也没有陷入到随机网络的混乱状态当中平均互 信息量的提高表明随着贸易渠道的多冗化，国际贸易网络中流量的柔性大大增加。 2 第七章，国际贸易网络流量增长动力学研究。贸易流量作为国家问相互作用的表现形式， 与各国的主体经济特征，如总贸易额等具有重要的联系。本文以权重国际贸易网络为研究框架， 摘要 从时间角度研究了贸易量和贸易流的增长波动问题。本文的实证研究结果发现国家贸易量和贸易 流量的增长速率都服从修正的拉普拉斯分布，而且二者增长速率的方差一规模关系幂律指数相同， 这表明国际贸易网络中相互作用和主体特征的增长波动具有密切的联系。 本义的创新之处在于： 1 构建了国际贸易权重网络，揭示了贸易系统巾贸易流量与拓扑结构的关系特征。 由于缺乏真实数据和定义权重的统一方法，现有文献r f l 复杂网络实证研究的对象一般是网络 的拓扑结构。但由于国际贸易网络中贸易流量的规模差异很大，简单的拓扑分析无法准确刻画国 际贸易网络的结构特征。本文用贸易额对网络的边赋予权重，以权重国际贸易网络为框架进行研 究。通过与拓扑分析结果的比较，发现权重网络分析更准确的刻画了国际贸易流量网络结构的基 本属性。这对于其他基于流量驱动的经济网络( 如汇率网络) 的结构研究具有重要的参考意义。 2 构建了国际贸易骨架网络，揭示了贸易系统中中枢网络与原始网络的关系特征。 复杂网络的结构一般都非常庞大，微观结构和动态特性都十分复杂。为了更直观的了解复杂 网络的主要结构特征，现有文献对基于网络拓扑结构的最大介数中心性生成树进行了深入的研 究，介数中心性一直作为网络巾真实流量的近似替代。本文构建了基于权重国际贸易网络框架的 最大流量生成树，研究发现其结构特征与国际贸易网络具有更高的一致性。这表明对于权重差异 较大的复杂网络，最大流量生成树比基于介数中心性的生成树更能反映网络的结构特征。最大流 量生成树边的数量只占原始网络很小的一部分，冈此可以大大简化网络结构研究的复杂性。 3 应用信息论的概念，提出了国际贸易网络结构演化规律的定量测度方法。 本文将基于信息论的测度方法引入到复杂嘲络的研究中，从信息论的角度考察了国际贸易网 络流量应该满足的空间约束，并将生态系统中稳定性的判据推广应用到国际贸易复杂系统。这为 刻画复杂经济网络的时问演化过程提供了一种新的定量化研究于段。 4 将国际贸易系统视为复杂经济系统，发现了国际贸易网络中贸易量与贸易流量增长速率分 布的相关关系。 s t a n l e y 教授研究组对复杂经济系统增长动力学的研究发现，复杂系统巾主体特征( 如公司 规模，国家g d p ) 的增长速率服从修正的拉普拉斯分布，增长速率的方差与规模具有幂律关系。 s t a n l e y 认为以上规律是由复杂系统主体问的相互作用引起的。本文以权重网络为研究框架，用 贸易流量刻画国家问的相互作用，在国际贸易系统中验证了s t a n l e y 提出的复杂系统巾主体特征 摘要 和相互作用的增长速率波动具有统一规律特征的结论。这些实证结果为国际贸易系统建模的假设 条件提出了严格的限制，可以作为建立更为准确的国际贸易模型的研究基础。 关键词：国际贸易网络，权重复杂网络，网络测度，网络演化，增长动力学 a b s t r a c t a f t e rw o r l dw a rt w o ，w i t ht h ea c c e l e r a t i o no fw o r l de c o n o m yg l o b a l i z a t i o n ，m o r ea n dm o r e c o u n t r i e sd e v e l o p e dc l o s e rm u t u a lt r a d er e l a t i o n s h i p s ，c o u n t r i e sc o o p e r a t e da n dc o m p e t e da tt h es a m e t i m e i nt h i sc o n t e x t ，a n yc o u n t r yc a n n o ti s o l a t ef r o mt h ei n f l u e n c eo f o t h e rc o u n t r i e s ，g l o b a le c o n o m y b e c o m e saw h o l l yo r g a n i cs t r u c t u r e a l lt h et r a d er e l a t i o n s h i p sa m o n gc o u n t r i e sf o r maw o r l dt r a d e n e t w o r k ，c o u n t r i e sa r et h en o d e sa n dt r a d er e l a t i o n s h i p sa r et h ee d g e s a san o d eo ft h en e t w o r k ，t h e c h a n g eo fa n yc o u n t r y se c o n o m yw i l li n f l u e n c eo t h e rc o u n t r i e st h r o u g ht h et r a d er e l a t i o n s h i p s t h i s k i n do fi n f l u e n c eu s u a l l yi sn o tr e s t r i c t e di nt h el o c a lr e g i o n ，b u tp r o p a g a t eb r o a d l yt h r o u g ht h ew o r l d t r a d en e t w o r k ，s u c ha st h ea s i af i n a n c i a lc r i s i si n19 9 0 s o b v i o u s l y , t h eh e a l t h yd e v e l o p m e n to fw o r l d t r a d ee c o n o m yd e p e n do nt h ec o o r d i n a t i o no fc o u n t r i e st r a d ep o l i c ya n df o l l o w i n gt h es e l f - r e g u l a t i o n o fw o r l dt r a d es y s t e m c h i n ah a sb e c o m ea ni m p o r t a n tt r a d ec o u n t r yi nt h ew o r l d ，t op l a nt h ec o r r e c t t r a d ep o l i c ya n dp r o t e c to u rl o c a le c o n o m y , w em u s tr e s e a r c ho nt h ef e a t u r ea n dl a wo f w o r l dt r a d e n e t w o r k t h ed i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e san e wp e r s p e c t i v eo nr e s e a r c ho fw o r l dt r a d es y s t e mb a s e do ns o m e l a t e s tr e s e a r c hr e s u l t s w o r l dt r a d es y s t e mi sc o m p o s e do fm o r et h a n 10 0c o u n t r i e sw i t hm u t u a l e c o n o m i cl i n k a g e ，t r a d ei st h em u t u a lf u n c t i o no fd i f f e r e n ta g e n t so nt h em i c r ol e v e l s t h ed i s s e r t a t i o n i s e a r c h e so nt h ee v o l u t i o nl a wo fw o r l dt r a d es t r u c t u r ef r o mt h ew e i g h t e dn e t w o r kp e r s p e c t i v e ， d i s c l o s e st h es u b j e c t i v er e g u l a t i o n so fm u t u a le c o n o m i cf u n c t i o nb e t w e e nc o u n t r i e s t h ed i s s e r t a t i o nm e a s u r e st h es t r u c t u r a lf e a t u r e sa n de v o l u t i o nl a wf r o ms p a c ed i m e n s i o na n dt i m e d i m e n s i o n r e s e a r c ho ns p a c ed i m e n s i o ni n c l u d e st h et h i r d ，f o u t ha n df i f t hc h a p t e r , t i m ed i m e n s i o n i n c l u d e st h es i x t ha n ds e v e n t hc h a p t e r s p a c ed i m e n s i o n s p a c ed i m e n s i o nm e a n st h ei n t e r c e p t i o no fw o r l dt r a d en e t w o r ks n a p s h o ti no n ey e a r , a n a l y z i n g t h es p a c es t r u c t u r eo fs n a p s h o tb a s e do nt h ed a t ao ft r a d ev o l u m e f o l l o w i n gt h r e el a y e r s ： s t u d yo nt h ew o r l dt r a d en e t w o r kt o p o l o g i c a ls t r u c t u r e v 摘要 n e g l e c t i n gt h ei n f l u e n c eo ft r a d ef l o wv o l u m eo nn e t w o r ks t r u c t u r e ，c o n s t r u c t i n gt h et o p o l o g i c a l a d j a c e n tm a t r i xw i t ht h e0o r1a st h ee x i s t e n c eo ft r a d er e l a t i o n s h i po rn o t r e s e a r c ho nt h e c h a r a c t e r i s t i c so fw o r l dt r a d en e t w o r k s d e g r e ed i s t r i b u t i o n ，c l u s t e r i n g ，d e g r e ec o r r e l a t i o n sa n d r e c i p r o c i t y t h er e s u l bs h o wt h a tw o r l dt r a d en e t w o r k sa r en o ts c a l e f r e e a n dh a v et h et e n d e n c yt o b e c o m em o r er a n d o m l y w i t hm o r ec o u n t r i e sp a r t i c i p a t e di nt h ew o r l dt r a d es y s t e m ，t h e i rs t a t u s e sa r e m o r eo r d e r l y , a n dt h ec o e x i s t e n c eo fe c o n o m i cg l o b a l i z a t i o na n dl o c a li n t e g r a t i o ni ss t r e n g t h e n e d 2 s t u d yo nt h ew o r l dt r a d en e t w o r kw e i g h t e ds t r u c t u r e c o n s t i t u t i n gt h ew e i g h t e dw o r l dt r a d en e t w o r kb ya s s i g n i n gt h em a g n i t u d e so ft r a d ef l o w st o t h ee d g e so ft h en e t w o r k ，a n ds t u d yt h es t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c so fw e i g h t e dn e t w o r kf r o mf o u r p e r s p e c t i v e s ：t h er e l a t i o n so fn o d es t r e n g t ha n dd e g r e e ，e d g ew e i g h td i s p a r i t y , c l u s t e r i n ga n dn o d e d e g r e ec o r r e l a t i o n s c o m p a r a t i v ea n a l y s i sw i t ht o p o l o g i c a 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er e v i s e dl a p l a c e d i s t r i b u t i o n ，a n dt h ep o w e ri n d e xo fr e l a t i o no f v a r i a n c e - s i z ef i t sw i t he a c ho t h e r t h er e s u l t sp r o v e t h ep r o p o s i t i o no fs t a n l e y ( 19 9 6 ) t h ec o n c l u s i o n sp r o p o s et h er e s t r i c t e dp r a c t i c a lc o n d i t i o n sf o rt h e b u i l d i n gm o d e l so f w o r l dt r a d es y s t e m t h ei n n o v a t i o n si n c l u d e ： 1 c o n s t r u c t i n gt h ew e i g h t e dw o r l dt r a d en e t w o r k ，d e p i c t i n g t h er e l a t i o n so ft r a d ef l o wa n d t o p o l o g i c a ls t r u c t u r eo f w o r l dt r a d es y s t e m w o r l dt r a d en e t w o r ki sat y p i c a lc o m p l e xe c o n o m i cn e t w o r k t h em a g n i t u d e so ft r a d ef l o w si i lt h e n e t w o r ka r eg r e a t l yd i v e r s e ，s ot h a tt h es i m p l ea n a l y s i so ft o p o l o g i c a ls t r u c t u r ec a n n o td e p i c t sc o r r e c t l y t h es t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c so f w o r l dt r a d en e t w o r k c o n s t i t u t e st h ew e i g h t e dw o r l dt r a d en e t w o r kb y a s s i g n i n gt h em a g n i t u d e so ft r a d ef l o w st ot h ee d g e so ft h en e t w o r k ，a n ds t u d i e s t h es t r u c t u r a l c h a r a c t e r i s t i c so fw e i g h t e dn e t w o r kf r o mf o u rp e r s p e c t i v e s ：t h er e l a t i o n so fn o d es t r e n g t ha n dd e g r e e ， e d g ew e i g h td i s p a r i t y , c l u s t e r i n ga n dn o d ed e g r e ec o r r e l a t i o n s c o m p a r a t i v ea n a l y s i sw i t ht o p o l o g i c a l s t r u c t u r ed i s c l o s e ss o m en e wf i n d i n g s s u c ha st h en o d ed e g r e ei sn e g a t i v e l yc o r r e l a t i v e 血t o p o l o g i c a l s t r u c t u r ea n dp o s i t i v e l yc o r r e l a t i v ei nw e i g h t e ds t r u c t u r e t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ea n a l y s i so fw e i g h t e d n e t w o r kc o u l dd e p i c tm o r ei n f o r m a t i o nf o re c o n o m i cf l o wn e t w o r k 2 c o n s t r u c t i n gt h ew o r l dt r a d en e t w o r ks k e l e t o n ，d e p i c t i n gt h e r e l a t i o n so fc e n t e rn e t w o r ka n d o r i g i n a ln e t w o r k t h es t r u c t u r eo fc o m p l e xn e t w o r ki su s u a l l yv e r yt r e m e n d o u sa n dc o m p l i c a t e d ，t od e p i c tt h em a i n c h a r a c t e r i s t i c so fm a i ns t r u c t u r e ，c o n s t r u c t i n gt h em a x i m u mf l o ws p a n n i n gt r e eo ft h ew o r l dt r a d e n e t w o r kt os i m p l i f yt h er e s e a r c h t h er e s u l t sm e a n st h em a x i m u mf l o ws p a n n i n gt r e er e f l e c tt h eb a s i s c h a r a c t e r i s t i c so fo r i g i n a ln e t w o r k b e c a u s et h es p a n n i n g t r e eo n l yo c c u p yt h em i n o r i t yo fo r i g i n a l n e t w o r k ，g r e a t l yr e d u c et h ew o r ko fr e s e a r c h t h i sp r o v i d e san e wr e s e a r c hm e t h o df o rt h ef l o w n e t w o r kr e s e a r c h 3 b o r r o w i n gt h ei n f o r m a t i o nc o n c e p t ，p r o p o s i n gt h eq u a n t i t a t i v em e a s u r e m e n to fe v o l u t i o nl a wo f w o r l dt r a d en e t w o r k v l l 摘要 t h ec o n c e p t so fi n f o r m a t i o nl a wa r ec o m p r e h e n s i v e l ya p p l i e di nt h er e s e a r c ho fe c o l o g i c a l n e t w o r k b e c a u s eo ft h es i m i l a r i t yo f w o r l dt r a d en e t w o r ka n de c o l o g i c a ln e t w o r k ，t h ed i s s e r t a t i o n b o r r o w st h ei n f o r m a t i o nm e a s u r e m e n tt o q u a n t i t a t i v e l yd e p i c tt h ee v o l u t i o no fw o r l dt r a d e n e t w o r k c o n s i d e rt h es p a c er e s t r i c t i o n so f w o r l dt r a d ef l o w , a n da p p l yt h ec r i t e r i o no f s t a b i l i t yt o t h ew o r l df f a d en e t w o r k t h i sp r o p o s eaq u a n t i t a t i v em e a s u r e m e n to ft h ee v o l u t i o no fe c o n o m i c a l f l o wn e 船o r k 4 d e p i c t i n gt h ef i t t i n gr e l a t i o no fg r o w t hr a t eo ft r a d ev o l u m ea n dt r a d ef l o wi nw o r l dt r a d en e t w o r k p r o f e s s o rs t a n l e yr e s e a r c hg r o u pf i n dt h eg r o w t hr a t eo fi n d e xo fa g e n t s ( f i r m s i z e ，c o u n t r y g d p ) f o l l o w st h ep o w e rl a wr e l a t i o n s f o rt h ec o m p l i c a t e de c o n o m i cs y s t e m t h i sd i s s e r t a t i o np r o v e s t h i s r e g u l a t i o ni nt h ew o r l dt r a d es y s t e m ，a n df u r t h e rm o r e ，d i s c l o s et h ei n d e xr e l a t i o n so fa g e n t c h a r a c t e r i s t i c sa n dm u t u a lf u n c t i o n ( c o u n t r yg d pa n df l o wv o l u m e ) t h i sr e s u l ti st h eb a s i so f m o d e l i n g t h ec o m p l i c a t e de c o n o m i cs y s t e m k e yw o r d s ：w o r l dt r a d en e t w o r k ，w e i g h t e dc o m p l e xn e t w o r k ，n e t w o r km e a s u r e m e n t ，n e t w o r k e v o l u t i o n ，g r o w t hd y n a m i c s 论文图辰口录 论文图表目录 图1 1论文研究的框架结构8 图3 1平均出度演化曲线3 2 图3 22 0 0 0 年累计出度分布双对数坐标图3 3 图3 3网络结构熵演化曲线3 5 图3 - 4 标准网络结构熵演化曲线3 5 图3 5 平均群聚系数演化曲线3 7 图3 - 61 9 5 0 年度为k 的顶点群聚系数3 8 图3 7 19 7 0 年度为k 的顶点群聚系数3 8 图3 81 9 9 0 年度为k 的顶点群聚系数3 8 图3 - 92 0 0 0 年度为k 的顶点群聚系数3 8 图3 1 01 9 5 0 年度为k 的顶点平均最近邻居度4 0 图3 111 9 7 0 年度为k 的顶点平均最近邻居度4 0 图3 1 21 9 9 0 年度为k 的顶点平均最近邻居度4 0 图3 1 32 0 0 0 年度为k 的顶点平均最近邻居度4 0 图3 1 4 度相关系数演化曲线4 2 图3 一1 5 互惠系数演化曲线4 5 图4 一l 平均出强度演化曲线5 0 图4 22 0 0 0 年累计出强度分布双对数坐标图5 0 图4 3 网络强度熵演化曲线5 2 图4 _ 4 标准网络强度熵演化曲线5 2 图4 5 网络权重熵演化曲线5 4 图4 - 6 标准网络权重熵演化曲线5 4 图4 72 0 0 0 年权重差异度与度的关系双对数坐标图5 6 x i i 论文图表口录 图4 8 平均权重群聚系数演化曲线5 7 图4 - 9 权重和拓扑群聚系数和与度的关系5 8 图4 一1 0 权重和拓扑群聚系数差值与度的关系“5 8 图4 11权重和拓扑平均最近邻居度与度的关系一5 9 图4 1 2 权重与拓扑平均最近邻居度差值与度的关系6 0 图4 1 3 强度相关系数演化曲线6 l 图4 1 42 0 0 0 年国际贸易网络强度与度的关系图6 2 图4 1 52 0 0 0 年国际贸易网络强度与度的关系双对数坐标图6 2 图5 12 0 0 0 年最大边b c 生成树累计出度分布双对数坐标图7