復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)視角下的江蘇港口群分析

吳波

摘要：本文從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)視角，把江蘇省各城市港口抽象成節(jié)點(diǎn)，港口間的航運(yùn)往來抽象成邊，構(gòu)建了江蘇省港口群網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D并分析了港口群網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，計(jì)算了港口群網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的度、中介中心度和聚類系數(shù)等拓?fù)渲笜?biāo)，根據(jù)指標(biāo)計(jì)算值分析了江蘇各港口目前的地位、影響力及發(fā)展?jié)摿?，給江蘇港口發(fā)展提供了相關(guān)建議。

Abstract： From the perspective of complex network， this paper abstracts the ports of Jiangsu Province into nodes and the shipping exchanges between ports into edges， constructs the topological map of port group network of Jiangsu Province， analyzes the topological structure of port group network， calculates the topological indexes such as node degree， betweenness centrality and clustering coefficient of port group network， and analyzes the current status of Jiangsu ports according to the calculated values of the indexes， influence and development potential， providing relevant suggestions for Jiangsu port development.

關(guān)鍵詞：復(fù)雜網(wǎng)絡(luò);度分布;中介中心度;聚類系數(shù);江蘇港口群

Key words： complex networks;degree distribution;betweenness centrality;clustering coefficient;Jiangsu port group

中圖分類號(hào)：O29? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）12-0222-03

0? 引言

江蘇水運(yùn)在國(guó)家綜合交通運(yùn)輸體系中一直占有重要地位，江蘇省港口吞吐量、內(nèi)河貨運(yùn)量長(zhǎng)期處于全國(guó)首位。作為全國(guó)唯一兼具海港、江港、河港的港口資源大省，江蘇擁有蘇州、連云港、南京、南通、鎮(zhèn)江、泰州、江陰、淮安等8個(gè)億噸大港，全省港口吞吐量及億噸大港數(shù)等多項(xiàng)指標(biāo)，連續(xù)多年居全國(guó)第一。但江蘇港口發(fā)展總體比較粗放，利潤(rùn)偏低，整體利潤(rùn)只有上海港口集團(tuán)的9%左右。針對(duì)目前江蘇省港口大而不強(qiáng)、大而不優(yōu)的現(xiàn)狀，本文希望借助復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)建模工具，以江蘇港口群為研究視角，通過數(shù)學(xué)工具的定量分析和定性分析為江蘇港口未來發(fā)展提供相關(guān)的建設(shè)性建議。

建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)港口群體系的空間演化，從而對(duì)港口群發(fā)展進(jìn)行預(yù)測(cè)和對(duì)策分析。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在港口發(fā)展方面早已有相關(guān)研究，國(guó)外學(xué)者Fremont[1]和Slack[2]運(yùn)用貨流集中系數(shù)研究了1990至2000年間香港及珠三角港口體系空間結(jié)構(gòu)的演化，國(guó)內(nèi)學(xué)者余朵茍[3]、田煒[4]、廖虹[5]等人分別對(duì)環(huán)渤海港口體系、長(zhǎng)江中下游港口群和長(zhǎng)山島港口運(yùn)用基尼系數(shù)進(jìn)行港口空間演化研究。

綜上所述，國(guó)外學(xué)者在港口體系發(fā)展研究方面，多數(shù)從時(shí)間角度，以港口吞吐量為研究的數(shù)據(jù)，運(yùn)用基尼系數(shù)、貨流集中系數(shù)等統(tǒng)計(jì)指標(biāo)來分析。這種研究往往只側(cè)重港口節(jié)點(diǎn)的發(fā)展?fàn)顩r，卻忽視了港口之間的聯(lián)系。而實(shí)際中，港口之間的貨物運(yùn)輸在港口群建設(shè)中尤為重要，我們有必要將港口之間的運(yùn)輸線考慮進(jìn)去，點(diǎn)線結(jié)合進(jìn)行研究。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)以圖論為基礎(chǔ)，以節(jié)點(diǎn)以及節(jié)點(diǎn)間的連接構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)圖為對(duì)象，進(jìn)而研究其復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及動(dòng)力行為，目前在統(tǒng)計(jì)物理、管理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)和計(jì)算機(jī)等諸多領(lǐng)域取得豐碩的成果。本文受此啟發(fā)，以港口為節(jié)點(diǎn)，港口間的貨運(yùn)運(yùn)輸為邊建立復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的理論對(duì)江蘇港口群空間體系進(jìn)行研究，希望破解江蘇港口無序發(fā)展的現(xiàn)狀并給出合理的建議。

1? 構(gòu)建江蘇港口群拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)

江蘇航道豐富，海港、長(zhǎng)江港、內(nèi)河港等大小港口多達(dá)上百個(gè)。為了便于本文研究，這里我們做了簡(jiǎn)化，只以城市節(jié)點(diǎn)來記入港口節(jié)點(diǎn)，比如鹽城下屬的大小港口有大豐港、射陽港、濱海港等，在本文中，我們均記做鹽城節(jié)點(diǎn)。我們將江蘇省13個(gè)城市連云港、徐州、宿遷、淮安、鹽城、揚(yáng)州、泰州、鎮(zhèn)江、南京、南通、常州、無錫、蘇州依次標(biāo)號(hào)，記為節(jié)點(diǎn)1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13。我們以港口間的往來連接作為邊，若兩節(jié)點(diǎn)間港口間有航線運(yùn)輸，就說明有往來，那么節(jié)點(diǎn)間就有連邊。因此就可以建立港口群網(wǎng)絡(luò)。我們以2019年江蘇省港口航運(yùn)圖為基礎(chǔ)，建立江蘇省港口群的拓?fù)渚仃嚒?/p>

我們采用社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析軟件UCINET，將上述建立的江蘇省港口群拓?fù)渚仃囕斎胲浖?，建立了如圖1所示的江蘇省港口群拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)平面圖。注意，我們這里是按照節(jié)點(diǎn)標(biāo)序構(gòu)造的網(wǎng)絡(luò)圖，和實(shí)際的港口節(jié)點(diǎn)位置不一定相符。

2? 江蘇省港口群網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲笜?biāo)分析

2.1 節(jié)點(diǎn)度分布

節(jié)點(diǎn)的度是指該節(jié)點(diǎn)所有連邊的數(shù)目，反映的是該節(jié)點(diǎn)處于網(wǎng)絡(luò)中的重要程度，對(duì)于港口群網(wǎng)絡(luò)來說，節(jié)點(diǎn)度高的港口處于網(wǎng)絡(luò)的中心，是貨物運(yùn)輸航運(yùn)的交通要道。因此計(jì)算節(jié)點(diǎn)度指標(biāo)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鲋泻苤匾涠x的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

這里，ki表示節(jié)點(diǎn)i的度，j為所有和i相鄰的節(jié)點(diǎn)。根據(jù)江蘇省港口群網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，可以得到表1的度分布。

將表1按圖2柱狀統(tǒng)計(jì)圖表示。

從節(jié)點(diǎn)度分布看，南京、無錫、揚(yáng)州等港口的度最高，說明它們處于網(wǎng)絡(luò)的中心位置，其占據(jù)著網(wǎng)絡(luò)中重要位置，從實(shí)際分析來看，這些城市港口處于長(zhǎng)江沿岸，是重要的貨物交通要道。另外從圖表進(jìn)一步來看，連云港、南通、鹽城等沿海港口的度值相對(duì)較低，說明江蘇雖然有很長(zhǎng)的海岸線，但相對(duì)鄰近的山東、浙江等省，沿海港口發(fā)展還較薄弱，江蘇今后需大力打造沿海經(jīng)濟(jì)帶，促進(jìn)新的增長(zhǎng)極。

2.2 中介中心度

節(jié)點(diǎn)的中介中心度表明了是在網(wǎng)絡(luò)中該節(jié)點(diǎn)控制其他的能力，這些節(jié)點(diǎn)往往位于各節(jié)點(diǎn)之間交互的中心，對(duì)其余周邊節(jié)點(diǎn)具有很大的影響力。在江蘇港口群網(wǎng)絡(luò)中中介中心度較高的節(jié)點(diǎn)具有影響力和輻射力，對(duì)于其他港口節(jié)點(diǎn)的發(fā)展具有很大的研究?jī)r(jià)值。下面給出中介中心度的數(shù)學(xué)定義。設(shè)djk為連接節(jié)點(diǎn)j和k最短路徑邊的數(shù)量，djk（i）為連接節(jié)點(diǎn)j和k且經(jīng)過節(jié)點(diǎn)i的最短路徑邊的數(shù)量，則節(jié)點(diǎn)i所對(duì)應(yīng)的中介中心度Bi可以表示為

根據(jù)該計(jì)算公式，我們可以得出江蘇港口群網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的中介中心度。

從表2可知，南京作為省會(huì)城市，其在航運(yùn)中作為樞紐影響力巨大，因此它的中介中心度在江蘇省港口網(wǎng)絡(luò)中最高。同時(shí)，南通作為通江達(dá)海的城市，在港口航運(yùn)的地理位置最佳，因此其中介中心度次高。這里我們也再次看到，連云港作為東方橋頭堡，本應(yīng)是一個(gè)重要的出?？冢捎诮?jīng)濟(jì)歷史原因，其港口影響力并不高，江蘇應(yīng)大力支持蘇北經(jīng)濟(jì)建設(shè)，促進(jìn)連云港的港口發(fā)展。

2.3 聚類系數(shù)

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的聚類系數(shù)體現(xiàn)的是節(jié)點(diǎn)的聚集程度，對(duì)應(yīng)港口群網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)來說，標(biāo)志著港口節(jié)點(diǎn)的容納能力。聚類系數(shù)的的數(shù)學(xué)定義式如下：

記E為所有網(wǎng)絡(luò)的連邊數(shù)，ki為節(jié)點(diǎn)i的度，則節(jié)點(diǎn)i的聚類系數(shù)Ci可以表示為

根據(jù)聚類系數(shù)的計(jì)算公式，我們同樣得出江蘇港口群節(jié)點(diǎn)的聚類系數(shù)，見表3。

從表3可見，蘇州港口在整個(gè)江蘇港口群網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)聚類系數(shù)最高，其原因在于蘇州的經(jīng)濟(jì)發(fā)展在全省占據(jù)首要位置，因此其港口的發(fā)展前景最好，應(yīng)該說是最具發(fā)展?jié)摿Φ母劭凇Ｍ瑫r(shí)南通、南京分別占據(jù)的江海出入口、省會(huì)等優(yōu)越地理位置，其港口的發(fā)展前景也較為看好，因此其聚類系數(shù)也較高。而徐州位于內(nèi)陸地區(qū)，主要發(fā)展的是內(nèi)河港，業(yè)務(wù)種類少，因此在上表中其聚類系數(shù)最低，為0。

3? 結(jié)論

本文依據(jù)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)分析，對(duì)江蘇省港口航運(yùn)數(shù)據(jù)，構(gòu)建了江蘇省港口群網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，分析了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的度分布、中介中心度和聚類系數(shù)等三個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲笜?biāo)，從整體上分析，南京作為江蘇的省會(huì)城市，其港口節(jié)點(diǎn)位于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的樞紐位置，其度指標(biāo)、中介中心度及聚類系數(shù)等均較高;蘇州、南通等城市分別是經(jīng)濟(jì)高度發(fā)展城市、通江達(dá)海的地理優(yōu)越城市，它們各具特點(diǎn)，在拓?fù)渲笜?biāo)上各具反映，如蘇州港口的聚類系數(shù)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的最高，說明最具發(fā)展?jié)摿?，南通港口的中介中心度在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中僅次于南京港，說明南通港的影響力很高，有很強(qiáng)輻射能力。相比之下，蘇北港口的發(fā)展在整個(gè)港口網(wǎng)絡(luò)中發(fā)展較弱，如徐州，作為內(nèi)河港，業(yè)務(wù)種類少，其聚類系數(shù)為0，發(fā)展前景較差，同時(shí)連云港整體上各指標(biāo)相對(duì)落后，說明其重要性、輻射力以及發(fā)展?jié)摿υ谑?nèi)均處于較低的水平。這需要江蘇省促進(jìn)調(diào)整南北港口的發(fā)展的不平衡現(xiàn)象，政策上進(jìn)一步向蘇北傾斜，促進(jìn)蘇北大發(fā)展，打造蘇北的航運(yùn)經(jīng)濟(jì)。

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