自组织分析下城市区域经济网络特征研究_谷峥霖.pdf
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1、第 14 卷 第 4 期2023 年 2 月黑龙江科学HEILONGJIANG SCIENCEVol.14Feb.2023自组织分析下城市区域经济网络特征研究谷峥霖a,王洋b(云南师范大学 a.教育学部;b.地理学部,昆明 650500)摘要:利用城市区域范围内的经济数据,采取自组织分析方法,研究对应城市区域的网络特征。分析了城市数据网络节点经济价值,以城市为网络节点、城市间的经济往来为关联结构,搭建经济网络模型。在该模型下,分别从网络关联结构和网络特征指标两个方面入手,设置区域经济网络密度、节点中心性、核心 边缘结构和经济联系强度指数,利用自组织理论,分析经济网络节点与线路,综合计算指标,得
2、出城市区域经济网络的特征分析结果。对 2021 年长三角区域城市的实证分析表明,该经济网络具有连通、聚集等特征,网络密度较低,特征指数之间具有明显的正相关关系,与传统特征分析方法相比,数据偏差小。关键词:自组织分析;城市区域;区域经济;网络特征中图分类号:F291文献标志码:A文章编号:1674 8646(2023)04 0013 05Study on Characteristics of Urban Regional EconomicNetwork Under Self-organizing AnalysisGu Zhenglina,Wang Yangb(a.Faculty of Educa
3、tion;b.Faculty of Geography,Yunnan Normal University,Kunming 650500,China)Abstract:Based on the economic data of urban area,the study researches the network characteristics of correspondingurban area by using self-organization analysis method.Firstly,the economic value of urban data network node isa
4、nalyzed,and the economic network model is built with the city as the network node and the economic exchanges amongcities as the associated structure.In this model,the density of regional economic network,the centrality of nodes,thecore-edge structure and the intensity index of economic connection ar
5、e set up from two aspects:network connectionstructure and network characteristic index.Through using the theory of self-organization,the economic network nodesand lines are analyzed,and the characteristic analysis results of urban regional economic network are obtained bycomprehensive calculation of
6、 indicators.The empirical analysis of the cities in the Yangtze River Delta in 2021 showsthat the economic network has the characteristics of connectivity,aggregation,low network density,and obvious positivecorrelation between characteristic indexes.Compared with the traditional feature analysis met
7、hod,the data deviation issmall.Key words:Self-organizing analysis;Urban areas;Regional economic;Network characteristics收稿日期:2022 11 28基金项目:国家自然科学基金项目(41871150);云南省哲学社会科学创新团队科研项目(2021tdxmy22)作者简介:谷峥霖(1986 ),女,博士,讲师。通讯作者:王洋(1984 ),男,博士,研究员。E mail:wyxk-。城市区域是城市发展和与之有紧密联系的周围地区间的一种特定的地域结构体系,结构类型可分为同行政区域相
8、适应的城市经济区域和非行政区的城市经济区两种。一个城市的经济活动主要集中在内部,但为了提高综合实力及经济效益会与周边的其他城市发生经济往来,进而形成城市区域经济1。城市区域经济的基本内容包括国际关系中经济发展和经济量的时空关系、分布状况及其运行机制以及世界经济现象与地理关系、地缘区位之间的相互作用及其规律。我国东部、中部、西部及沿海地区存在经济发展不均衡的情况,因此建立城市区域经济网络显得尤为重要2。城市区域经济网络是以大中城市为依托,以经济中心为核心,围绕经济活动,通过各生产要素的流动网和交通网,连接各类城镇及其吸引范围,组成一个点、线、面紧密联系的有机体,按其区位可分为经济核心网络、内部网
9、络和腹地网络 3 个层级,通过经济网络的建立与运行,可在有限的自然资源条件下挖掘更大的效率空间。经济网络的产生需要经济节点的不断发展,经济强度不断加大,通过网络化的发展可使城市区域经济协调发展。为了避免经济网络出现运行问题,最大程度地提高城市区域经济效益,提出了网络特征研究,及时发现网络中存在的问题,对其进行调整。传统的网络特征分析方法包括优势流分析法、社会网络分31析法等。经过长时间的应用发现,传统方法中存在特征分析不完整且不准确的问题,为此提出自组织分析下的城市区域经济网络特征分析方法3。自组织是混沌系统在随机识别时形成耗散结构的过程,此方法的研究对象是复杂自组织系统的形成和发展机制问题,
10、结合耗散结构论、协同论、突变论及混沌论等多方面的理论,应用于城市区域经济网络特征研究中,可为城市区域经济的发展提供更加权威的理论支持。1构建城市区域经济网络模型1.1城市数据网络节点经济价值在城市区域经济网络中,网络节点是城市区域中的多个合作单位,同时也是形成经济网络的基础元素4,在保证存在该城市或区域相关有效经济数据的基础上将其看做一个网络节点。由于城市级别不同将其划分成为一级节点、二级节点和三级节点。一级节点对应的是省级城市与直辖市,二级节点对应的是地级城市,三级节点表示县级城市或城市的区域范围。按照城市的实际空间分布情况表示网络节点对应的位置,并判断任意两个节点之间是否存在经济往来,若存
11、在,连接两个网络节点形成通路,否则不连接。城市区域经济网络特征的研究需要建立在大量的网络运行数据上,因此收集了近 3 5 年来目标城市区域的经济情况及交易情况5。选择上述年份作为时间节点的目的是保证研究的起始年份产生的数据可供考察,从而形成一个时间序列,总结出城市经济网络的发展动态与基本规律。通过对数据的分析发现,每年的年中与年末经济交易额会大幅度上涨,其余时间均呈现以月为周期的规律分布。为了确保选取数据的有效性,需对其进行数据处理6。整个数据处理分为 3 部分:对选取的数据进行标准化处理,将所有的数据调整为可操作的格式,标准化处理方法采用极值法,表达式为:xij=xij minjmaxj m
12、inj(1)式中,参数xij表示选取的初始数据,maxj和minj分别表示选取数据中的极大值与极小值,求解结果即为标准化处理结果7。确定选取的研究数据的权重,为了客观反映出城市区域经济网络的真实情况,利用公式(2)计算数据的权重结果。Wj=Djmj=1Dj(2)式中,Dj表示城市区域经济网络权值,将公式(1)与公式(2)联立,求解出选取数据的权重8。综合数据标准化及权重的计算结果,计算对应网络节点的经济价值为:Mi=mijWjPij(3)式中,Wj表示城市经济结构特征值,Pij表示城市经济产业结构特征值。按照经济价值的求解结果排列数据,若存在数据对应的网络节点则该数据有效,否则判定该数据无效,
13、立即剔除处理。1.2网络关联结构除了已经形成的城市区域经济往来之外,还存在潜在的往来行为,在此情形下建立基础经济网络模型为:Rij=QiGi*QjGjD2ij Mi(4)式中,变量 Qi与 Qj对应的是两个城市区域的总人口数量,变量 Gi与 Gj对应的是城市区域的经济总产值9,Dij表示所有城市区域经济总产值。为了平衡城市区域经济往来行为中的贡献度,修正建立的基础经济网络模型,网络关联结构修正结果为:Rij=kijQiGiQjGjD2ij(5)式中,引入的变量参数 kij即为表示城市区域 i 对两个城市区域间经济联系的贡献率。1.3网络特征指标一般情况下,城市区域经济网络具备连通、复杂、开放、
14、整体等多种特征,为了得到量化的特征分析结果,需设置相应的网络特征分析指标,分别从网络的空间结构和联系强度两个方面来定义相关的特征分析指标。1.3.1网络密度网络密度指标是用来判断城市区域经济网络空间结果的重要参数之一,能够反映出经济网络的完善程度及网络内部各个网络节点空间相互作用的紧密程度。网络密度的计算公式为:=ni=1nj=1d(i,j)n(n 1)(6)式中,n 表示经济网络中网络节点的个数,函数d(i,j)表示网络中任意节点 i 与 j 之间的空间相互作用强度,该函数的取值与城市自身的经济实力有关10。通过计算可以得出有关于网络密度的求解结果,求出的 值越大,证明对应的城市区域经济网络
15、的空间联系越紧密。1.3.2节点中心性在城市区域经济网络分析中,主要通过中心度来衡量城市经济的中心性,确定经济网络的核心位置,从而衡量目标城市在经济网络中的地位11。网络节点中心度的计算指标分为 3 部分,分别为程度中心度、接41近中心度和中介中心度。其中,程度中心度的计算公式为:Cod(i)=nj=1xijn 1Cid(i)=ni=1xjin1(7)式中,求解结果 Cod和 Cid分别为城市向外程度中心度及向内程度中心度。xij和 xji分别表示对应城市区域经济网络特征系数。同理可以分别计算出接近中心度及中介中心度的具体取值,其中接近中心度主要根据城市网络中区域之间联系的最短距离来测度,中介
16、中心度为任意两个网络通路对应节点的交往能力。1.3.3核心 边缘结构核心 边缘分析指标可以直观反映出城市区域节点在经济网络中处于核心位置或边缘位置,通过核心 边缘结构指标的计算,可以将网络中的节点划分成为核心位置和边缘位置两个类型,具体的结构划分结果如图 1 所示。图 1核心 边缘结构图Fig.1Core edge structure diagram以图中核心与边缘结构的划分结果为基础,结合实际数据,可判断城市区域中的核心度12。网络效率可以反映出城市区域经济网络的稳定性,网络效率越低,证明城市区域之间形成的联系路径越多,网络空间结构更稳定13。网络效率的计算公式为:Eff=1 VmaxV(8
17、)式中,V 表示城市区域经济网络中多余的联系链路的数量,maxV 代表经济网络中理论上最大可能的多余链路。凝聚子群能够从微观角度上发现城市区域整体网络的详细空间组成结构,并发现在城市区域整体经济网络下的小型组团单位。能够反映出经济网络的整体性,对应的指标为聚类系数,可通过计算与任意一个网络节点直接相邻的实际边数目与最多可能边数量之比来确定聚类系数的取值14。整个城市区域经济网络的平均聚类系数可反映出整个网络中节点的聚集程度及凝聚子群的具体分布情况。综合反映网络空间结构的子指标,可以得出城市区域经济网络空间结构的综合指标,记为 Sp,通过对参数指标 Sp的求解,可以反映出区域内城市区域的空间结构
18、的聚合及离散程度15。1.3.4经济联系强度指数以构建的城市区域经济网络模型为基础,计算城市区域之间经济联系的强度指数。研究发现,城市的发展规模与区域人口、区域面积和区域经济规模有关,而区域之间的经济联系与城市的发展规模及地理位置有关16。综上所述,经济联系强度指标的计量结果为:Fij=ijSiPiGiSjPjGjD2ij(9)式中,ij表示城市区域经济联系轻度指标系数,Si和Sj分别表示对应城市的区域面积,Pi和 Pj分别表示对应城市人口,Gi和 Gj分别表示对应城市的 GDP 值。2区域经济网络的自组织分析2.1分析网络节点在城市区域经济网络的特征分析过程中,不同维度的节点中心度能够反映出
19、网络节点的中心地位及对网络中资金、信息、人流、物流等多种要素流动的交往与控制能力。利用自组织分析方法,对区域经济网络节点进行具体分析,假设自组织分析模型为:Z=f(A,N,H)(10)式中,Z 表示自组织分析得出的网络节点经济水平,A、N 与 H 分别表示自组织个数、利益趋同性和经济行为价值的获取度。其中,自组织水平可以用来衡量网络节点以不同效率合作而涌现出的整体能力,一个城市区域经济网络是否具备经济价值主要是对自组织水平的考量17。分别统计自组织模型中各个变量的取值,并将其代入到公式(11)中,可确定自组织水平的大概范围。一般情况下,网络节点的自组织水平需要在整个网络覆盖范围的 85%以上才
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