基于物質(zhì)擴散推薦系統(tǒng)尋找應(yīng)急物流點的研究

李亞茹 雙莎莎

摘 要：應(yīng)急物流是一項針對突發(fā)性因素以解決物流需求點應(yīng)急程度為目的的物流活動，其完善和發(fā)展對解決物流系統(tǒng)中資源優(yōu)先配置的問題具有重要意義。由于應(yīng)急物流具有突發(fā)且不可預(yù)知、隨機、時間緊迫等區(qū)別于一般物流的特點，所以預(yù)測物流系統(tǒng)中物流節(jié)點的應(yīng)急程度是一個重要問題。文中在研究物流節(jié)點應(yīng)急程度的基礎(chǔ)上，分析了基于物質(zhì)擴散的推薦算法實現(xiàn)機理，構(gòu)建物流隨機網(wǎng)絡(luò)和物質(zhì)擴散模型，并通過java語言模擬物質(zhì)擴散過程得到各個物流節(jié)點應(yīng)急程度的排序并產(chǎn)生推薦列表，進而研究在物流網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)急資源始發(fā)點對終點的優(yōu)先應(yīng)急程度，得到各個始發(fā)點的最優(yōu)先應(yīng)急點，從而為物流網(wǎng)絡(luò)中終點的選擇提供方法，該方法在應(yīng)急物流點的優(yōu)先選擇問題上具有應(yīng)用價值和實踐意義。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急物流；資源優(yōu)先配置；物質(zhì)擴散模型；推薦系統(tǒng)

中圖分類號：F 252 文獻標識碼：A 文章編號：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，自然災(zāi)害、公共衛(wèi)生和社會安全等領(lǐng)域的突發(fā)事件在我國發(fā)生的頻率和強度不斷增大，造成了巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡，如汶川大地震等。2003年的SARS病情過后提出了應(yīng)急物流概念，促使資源供應(yīng)的應(yīng)急物流成為突發(fā)公共事件應(yīng)急管理的重要組成部分，其應(yīng)對突發(fā)事件的巨大作用愈發(fā)明顯[1]。目前我國應(yīng)急物流體系存在信息化程度較低、配送體系有待健全、物資儲備不夠合理以及應(yīng)急物流有關(guān)法律法規(guī)缺失等主要問題[2]，難以做到快速響應(yīng)，不利于應(yīng)急運作體系的完善。因此，在最短的時間內(nèi)找出最應(yīng)該優(yōu)先應(yīng)急的物流點，為物資需求點或受災(zāi)點提供應(yīng)急資源保障成為一個急需解決的問題。

如何應(yīng)對突發(fā)的社會公共危害事件和自然災(zāi)害中尋找應(yīng)急物流點的問題，引發(fā)了對應(yīng)急物流這一學(xué)術(shù)前沿問題的思考。國外學(xué)者對應(yīng)急物流的研究起步較早，Stephenson R和Kenball Cook D[3]在1984年首先提出在進行應(yīng)急物資配送過程中應(yīng)當(dāng)采用物流管理的方法，以提高應(yīng)急物資的運輸效率。S.M.HongMinh[4]等人運用仿真的方法對供應(yīng)鏈的應(yīng)急物流進行了研究。JiuhBiing Sheu[5]等人提出在嚴重自然災(zāi)害爆發(fā)之后信息不對稱的情況之下，用模糊聚類的方法建立物流管理模型對受災(zāi)地區(qū)進行優(yōu)先等級的評估，以便于救災(zāi)資源的合理組合調(diào)度和分配運輸。此外，我國的陳春霞[6]針對應(yīng)急物流決策中如何描述物資短缺現(xiàn)象在復(fù)雜物流網(wǎng)絡(luò)中傳播的問題，基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的病毒傳播機理，研究應(yīng)急物流網(wǎng)絡(luò)中物資短缺的傳播特性。目前國內(nèi)外對應(yīng)急物流的相關(guān)研究主要集中在應(yīng)急物流中心選址、救災(zāi)資源配送路徑、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等方面[7]，因此在物流網(wǎng)絡(luò)中，尋找和確定應(yīng)急物流點具有重要的現(xiàn)實意義。然而，此類問題在推薦系統(tǒng)中已經(jīng)比較成熟，推薦系統(tǒng)是針對特定用戶或者群體對其產(chǎn)生推薦的過程，使該用戶或者群體及時發(fā)現(xiàn)自己的潛在需求，推薦系統(tǒng)的核心在于網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建，此類模型現(xiàn)已有多種算法來實現(xiàn)推薦過程，并已得到推廣以及應(yīng)用。其中物質(zhì)擴散模型就是其中一種經(jīng)典的算法，如胡吉明[8]等在分析社會網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下用戶小眾化需求特征和推薦策略變革的基礎(chǔ)上，根據(jù)物質(zhì)擴散和熱傳導(dǎo)能量分配理論，提升對社會化小眾資源推薦的個性化效果。此外，在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中周濤[9-10]等人也對物質(zhì)擴散推薦算法有深入研究，指出物質(zhì)擴散在推薦中的準確性和多樣性。因此，物流系統(tǒng)中應(yīng)急點的尋找和確定可以借鑒推薦系統(tǒng)的模式，根據(jù)物流網(wǎng)絡(luò)中始發(fā)點和終點的配送路徑構(gòu)建模型，進而對每個始發(fā)點的配送產(chǎn)生推薦，按照配送的緊急程度排序可以產(chǎn)生推薦列表，進而可以確定最應(yīng)該優(yōu)先配送的終點，從而可以得到物流網(wǎng)絡(luò)中的重要節(jié)點。文中在研究應(yīng)急物流節(jié)點應(yīng)急程度的基礎(chǔ)上，分析了基于物質(zhì)擴散的推薦算法實現(xiàn)機理，通過java語言模擬物質(zhì)擴散過程，研究在物流網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)急資源始發(fā)點對終點的優(yōu)先應(yīng)急程度，得到各個始發(fā)點的推薦列表，從而為物流網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)急物流終點的選擇提供方法。

1 物質(zhì)擴散模型

一個物流系統(tǒng)中，包含配送始發(fā)點和配送終點2類節(jié)點以及連接這兩組節(jié)點的連邊。因此可以構(gòu)造一個始發(fā)點—終點的2部分網(wǎng)絡(luò)，即：始發(fā)點之間不存在相互配送過程，也就是始發(fā)點之間沒有連邊，同理終點之間也不存在配送過程，也不會有連邊，這樣一個2部分網(wǎng)絡(luò)就可以建立。在網(wǎng)絡(luò)中[11]，所有的始發(fā)點記為集合I={i1，i2，i3，…}，所有的終點集合記為

J={j1，j2，j3，…}，整個推薦系統(tǒng)可以定義為一個鄰接矩陣

A=aij，如果始發(fā)點選擇過終點，則aij=1，反之則aij=0.

物質(zhì)擴散算法是對每一個始發(fā)點作為目標節(jié)點進行的推薦，即給每一個始發(fā)點產(chǎn)生推薦列表，便需要進行一次全網(wǎng)的模擬配送過程。而終點所帶有的物流資源（應(yīng)急程度）也是根據(jù)始發(fā)點而定的，即：始發(fā)點已經(jīng)配送過的終點都帶有1個單位的資源，而沒有選擇過的終點則不帶有資源為0.從初始狀態(tài)出發(fā)，物質(zhì)擴散將資源由終點傳至始發(fā)點，始發(fā)點的資源則是從所有的終點所得到的資源總和，再由始發(fā)點傳至終點，每個終點最終獲得的資源就代表了始發(fā)點對終點的應(yīng)急程度——獲得的資源越多，該終點的應(yīng)急程度就越大。

式中ki表示始發(fā)點i的度，即其已選擇終點的個數(shù)；S表示始發(fā)點i的集合。與第一步擴散過程相似，圖1中給出了第二步終點獲得的資源值，如終點1的資源值為5/6/2+5/6/4+1/3/2=19/24.最后每個終點都將獲得一個資源值，而獲得資源值的大小即為始發(fā)點對該終點的應(yīng)急程度，如圖1表示始發(fā)點a最需應(yīng)急的是終點4.

2 數(shù)值實驗

基于物質(zhì)擴散模型，構(gòu)造隨機2部分網(wǎng)絡(luò)（bipartitenetwork）來模擬現(xiàn)實中的應(yīng)急物流網(wǎng)絡(luò)。其基本原理[12]為：將網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點看作是始發(fā)點和終點兩類節(jié)點（資源供應(yīng)點和資源需求點），節(jié)點之間的邊表示兩類節(jié)點之間的配送關(guān)系，資源則將在有連邊的2個節(jié)點之間進行傳遞。

在模型構(gòu)建過程中，兩類節(jié)點之間經(jīng)過2次資源的轉(zhuǎn)移，終點都會得到一個最終的資源值，按照資源值的大小排序，這樣對于每個始發(fā)點，將得到一個推薦列表，而推薦列表中的節(jié)點是始發(fā)點未選擇過的終點。首先確定始發(fā)節(jié)點集合S的個數(shù)Ni {i=a，b，c，…}和終點集合D的個數(shù)Nj（j=0，1，2，3，4，5，…），然后隨機連邊，同時需保證每個集合里的元素有連邊，即不會有未連接的孤立節(jié)點，且集合S和集合D中各自的節(jié)點不會產(chǎn)生連邊，這樣就可以得到一個隨機網(wǎng)絡(luò)來模擬應(yīng)急物流網(wǎng)絡(luò)。隨機連邊的機制為：首先根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模設(shè)置平均度Nk，然后產(chǎn)生隨機數(shù)0～9，當(dāng)隨機數(shù)≤Nk時，集合S中的節(jié)點與集合D中的節(jié)點會產(chǎn)生一條連邊，當(dāng)隨機數(shù)>Nk時，則不會產(chǎn)生連邊。

基于上文中物質(zhì)擴散模型的計算方法，對于目標始發(fā)點選擇過的終點都仍然賦值為1，未選擇過的賦值為0，然后計算第一次和第二次傳播的資源值，最后根據(jù)資源值的大小將終點排序，然后產(chǎn)生推薦列表。文中模擬定義物流網(wǎng)絡(luò)的Ni=5（i=a，b，c，d，e），Nj=10（j=0，1，2，3，4，5，6，7，8，9），這樣，物流網(wǎng)絡(luò)就構(gòu)造完成（如圖2）。

此外，我們?nèi)∑骄萅k=2，推薦列表的長度L設(shè)為3.通過java編程可以計算得出每個目標始發(fā)點的推薦列表。具體計算步驟為：對于目標始發(fā)點a，首先我們根據(jù)“目標始發(fā)點選擇過的終點賦值為1，反之為0”的原則計算出始發(fā)點集合S的資源值Ci ={2.667，0.667，0，0.333，0.333}，然后計算出終點集合D的資源值Cj={0.111，0，0.111，0.167，0.167，0.944，1，0.167，0.667，0.667}，最后根據(jù)終點的資源值從大到小排序得到目標始發(fā)點a的推薦列表為{7，3，4}。同理可以計算出當(dāng)目標用戶分別為b，c，d，e時，對應(yīng)的推薦列表為{0，1，7}，{2，5，4}，{3，4，8}，{3，1，6}。這樣便可以得到各個始發(fā)點最優(yōu)先應(yīng)急的終點分別為7，0，2，3，3.

文中將基于物流網(wǎng)絡(luò)計算物質(zhì)擴散的代碼賦予后面當(dāng)做參考（java編譯），其中Ni，Nj，Nk，L這些參數(shù)都是可控的，即當(dāng)物流網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴大或者變得復(fù)雜多變時，應(yīng)用此代碼仍然能基于物質(zhì)擴散進行準確的推薦。例如：設(shè)置100個起點，1 000個終點的真實物流網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)用此方法在該代碼下仍然可以計算出被選擇次數(shù)最多的終點，即為資源最優(yōu)先配置的終點。

3 結(jié) 語

應(yīng)急物流是一項針對突發(fā)性因素以解決物流需求點應(yīng)急程度為目的的物流活動，它具有突發(fā)且不可預(yù)知、隨機、時間緊迫等區(qū)別于一般物流的特點，更是減少人民群眾生命財產(chǎn)損失、做好突發(fā)事件處置的重要保障。目前，我國應(yīng)急物流雖然發(fā)展迅速，但尚未建立完整的理論體系，因此文中從應(yīng)急物流網(wǎng)絡(luò)角度出發(fā)，結(jié)合物質(zhì)擴散模型，通過java語言模擬物質(zhì)擴散過程，研究在物流網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)急資源始發(fā)點對終點的優(yōu)先應(yīng)急程度，得到各個始發(fā)點的推薦列表，進而得到最應(yīng)該優(yōu)先應(yīng)急的物流終點，從而為物流網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)急物流點的尋找和確定提供一套可行的方法。

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（責(zé)任編輯：許建禮）